Энергоресурсоэффективный инжиниринг сложных энергоёмких систем обогащения рудных материалов с использованием интеллектуального анализа данных в условиях цифровизации промышленности

Представлены результаты междисциплинарных исследований, посвященных разработке методов и инструментов повышения энергоресурсоэффективности сложных, энергоемких систем обогащения рудных материалов с использованием интеллектуального анализа данных. Направленность исследований на создания интеллектуальных систем и технологий моделирования и управления сложными процессами термической переработки мелкодисперсного рудного сырья отвечает современным и актуальным мировым тенденциям цифровизации и интеллектуализации производств в различных отраслях национальных экономик. Крупные масштабы предприятий по извлечению полезных компонентов из рудной массы, их высокая энергоемкость, значительные объемы отходов производства (оказывающие существенное негативное техногенное воздействие на здоровье человека и окружающую природную среду), потребность в большом количестве работников характеризует задачу исследования актуальной не только с точки зрения повышения энерго- и ресурсоэффективности обогащения рудных материалов, но и с точки зрения ее социальной значимости и экологической направленности. В результате исследований получен широкий спектр результатов, в том числе: разработаны многоуровневые алгоритмы оценки и принятия решений по оптимальному управлению энерго- и ресурсоэффективностью, техногенной и экологической безопасностью комплексной системы переработки мелкодисперсного рудного сырья; созданы математические и компьютерные модели химико-технологических процессов обжига движущейся плотной многослойной массы окатышей в конвейерной обжиговой машине; разработан интеллектуальный метод и модель комплексного управления рисками нарушения энергетических, технических и эксплуатационных характеристик электромеханических систем на различных этапах их жизненного цикла; получены результаты анализа интенсификации гетерогенных реакций восстановления и растворения для задачи описания гидродинамики, массообмена и экранирования реакционной поверхности при формировании и действии газофазных продуктов для определения режимов, обеспечивающих оптимальное функционирование руднотермических печей; разработана модель процесса образования шлама в электротермических процессах переработки мелкодисперсного окомкованного рудного сырья в руднотермических печах для определения режимов управления, обеспечивающих повышение энерго- и ресурсоэффективности, техногенной и экологической безопасности, с учётом способов его переработки и утилизации; разработаны физико-химические и инженерно-технологические основы энерго- и ресурсоэффективной переработки мелкодисперсного рудного сырья на ГОК в обжиговых машинах конвейерного типа; разработано и прототипировано информационное и алгоритмическое обеспечения для сбора, обработки, обобщения и интеллектуального анализа комплексных процессов переработки мелкодисперсного рудного сырья; создан метод интеллектуального управления многозвенными роботами-манипуляторами на основе разрабатываемой композиционной гибридной модели для работы во вредных и опасных зонах аппаратов окомкования и руднотермических печах ГОК; созданы интеллектуальные технологии моделирования и управления комплексными процессами переработки мелкодисперсного рудного сырья; сформирована совокупность научно-технических и технологических решений по реинжинирингу процессов переработки мелкодисперсного рудного сырья, разработан поэтапный план совершенствования процессов переработки мелкодисперсного рудного сырья, базирующийся на предложенных научно-технических и технологических решениях; разработана обобщенная модель, а также основанный на ней интеллектуальный метод и инструментарий планирования производственных процессов переработки мелкодисперсного рудного сырья и логистических процессов по утилизации скопившегося в хвостохранилищах ГОК измельчённого рудного сырья с использованием биоинспирированных стохастических алгоритмов оптимизации и методов нечеткой логики. Использование результатов исследований в осуществлении хозяйственной деятельности предприятий Российской Федерации возможна для совершенствования технологических процессов, режимов функционирования теплоэнергетических установок в составе аппаратов окомкования и рудно-термических печах горно-обогатительных комбинатов, а также для оценки энергоресурсоэффективности, производительности, техногенной безопасности и экологичности принимаемых решений по совершенствованию технологии переработки мелкороудных материалов, например, при производстве желтого фосфора из отходов переработки фосфорсодержащих руд. Сформированный по итогам исследований научный и технологический задел содержит обоснованные научные выводы, методы, алгоритмы и программы, способствуют повышению технологической независимости Российской Федерации в химической, металлургической и горно-обогатительной отраслях промышленности.