сотрудник с 01.01.2011 по настоящее время
волжский, Россия
студент
Волжский, Волгоградская область, Россия
УДК 62 Инженерное дело. Техника в целом. Транспорт
В результате проделанной работы была произведена разработка системы управления технологическим процессом дробления карбида кремния. Изучены строение и принципы работы струйных мельниц. Произведен расчет математической модели регулирования температуры струйной мельницы. Изучена научно-техническая литература, рассмотрены патенты, посвященные процессу дробления карбида кремния.
дробление карбида кремния, развитие дробления карбида кремния
Карбид кремния – это химическое, стойкое, тугоплавкое вещество – используется как абразив и обладает полупроводниковыми свойствами. В состав химического соединения входит примерно 30% углерода и 70% кремния Si. Карбид кремния, благодаря своим уникальным свойствам, применяется в изготовлении абразивных инструментов, электронике, автомобильной промышленности и других областях техники.
Чистый карбид кремния состоит из чистых кристаллов с алмазным блеском. При наличии примесей материал окрашивается в коричневый, зеленый, серый, белый или черный цвета. При контакте с кислородом на поверхности кристаллов образуется оксидная пленка с радужным блеском.
В основном карбид кремния применяется в электронике и энергетике. Там он используется при производстве полупроводниковых механизмов, светодиодов, резисторов, транзисторов и счетчиков энергии. Эти приспособления обладают высокой прочностью и могут стабильно функционировать в течение 10 лет. Так же благодаря высокой огнеупорности и теплостойкости материала, он применяется в металлургии и химической промышленности [4].
Целью управления процессом является поддержание технологических параметров на необходимом уровне, а именно температуры среды в разгонных трубках, при оптимальной производительности газоструйной мельницы; обеспечить минимальные энергетические затраты для поддержания показателей на необходимом уровне, при условии, что процесс будет безаварийным, безопасным и непрерывным [5].
Регулирование системы происходит за счет следующих параметров:
– давление;
– сигнализация пламени;
– температура;
– расход.
Система автоматизации процесса дробления карбида кремния строится вокруг основных показателей эффективности:
– энергетические затраты на процесс дробления;
– производительность газоструйной мельницы;
– дисперсность продукта по окончании технологического процесса.
Процесс дробления карбида кремния происходит в результате соударения двух струй, движущихся навстречу друг другу в помольной камере, и состоящих из носителя – дымовых газов, и исходного материала – карбида кремния. После измельчения взвешенный в дымовых газах абразив поднимается в разделительный бункер, где разделяется на две фракции, и либо возвращается на доизмельчение, либо проходит на следующий этап процесса сепарации [1].
Рассматриваемая струйная мельница предназначена для измельчения различных материалов при столкновении частиц исходных потоков, направленных навстречу друг другу. Применяются для измельчения материалов в медицинской, химической промышленности, а также в производстве абразивов. Отличаются большими сроками службы, возможностью получения конечного продукта высокой чистоты и одинаковыми размерами частиц (рис. 1) [3].
После запуска и прогрева установки, зажиганием горючей смеси запальным устройством, установка прогревается, и осуществляется подача крупки карбида кремния.
Крупка исходного материала, размером частиц до 3,5 мм в диаметре, поступает из накопительного бункера-хранилища материала по трубопроводу в правую и левую струйную мельницу установки, и в разделительный бункер установки дробления. Потоки крупки разгоняются до скоростей порядка 200 м/с за счёт тяги, создаваемой при сгорании горючей смеси газов и вытяжного вентилятора. Потоки при соударении отдельных частиц дробятся на более мелкие фракции и вылетают в разделительный бункер, где самые мелкие из них с дымовыми газами попадают в систему сортировки, а крупные попадают в вихревом потоке обратно в разгонную трубку и повторно соударяются [3].
Для обеспечения эффективности процесса, с целью уменьшения энергетических затрат на процесс разгона измельчаемого продукта, необходимо регулировать соотношение расходов газа и воздуха путём непосредственного изменения притока воздуха в разгонную трубку. При этом уменьшение притока воздуха будет приводить к неполноте сгорания топлива, а увеличение притока воздуха — к увеличению потери тепла с дымовыми газами.
Для обеспечения эффективной и безопасной работы мельницы необходимо регулировать разрежение в разгонных трубках путём изменения расхода дымовых газов. Если снижается разрежение, ухудшается вытяжка, и часть дымовых газов проникает в производственное помещение. Это, помимо того, что ухудшает процесс горения, увеличивает содержание не сгоревшего топлива в дымовых газах. Возникает ситуация отравления [2].
1. Технологический регламент процесса дробления карбида кремния.
2. Акунов В.И. Струйные мельницы. Элементы теории и расчета.
3. Рыбальченко, Н.В. Разработка системы управления процессом измельчения карбида кремния / Н.В. Рыбальченко, Е.Ю. Силаева // Журнал технических исследований. - 2019. - Т. 5. - № 3. - C. 42-45. - URL: https://naukaru.ru/ru/storage/view/37766.
4. Харченко В. Ю. Теория автоматического управления / В. Ю. Харченко, Ю. Ф.
5. Мартемьянов. - Тамбов: изд-во ТГТУ, 2019. - 64 с.
6. Кон Л.И. Методические указания и таблицы для выбора настроек ПИ - и П- регуляторов в системах регулирования тепловых объектов с запаздыванием / Л. И. Кон. - Одесса: ОПИ, 2017.
