Модель и имитатор потока приточного воздуха в измельчительной установке с электромагнитной мельницей

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 8281 (2023) Цитировать эту статью

233 доступа

Подробности о метриках

Измельчение сырья требует значительной доли энергетических и эксплуатационных затрат производственных и перерабатывающих предприятий. Экономии можно добиться, например, за счет разработки нового измельчительного оборудования, такого как электромагнитная мельница со специальной измельчительной установкой; и применяя к этим элементам эффективные алгоритмы управления. Хороший контроль качества опирается на математические модели, а тестирование универсальных алгоритмов управления значительно упрощается, если доступна среда моделирования предприятия. Таким образом, в данном исследовании измерения проводились на измельчительной установке с электромагнитной мельницей. Затем была разработана модель, характеризующая поток транспортного воздуха во входной части установки. Модель также была реализована в программном обеспечении для моделирования пневматической системы. Были проведены проверочные и валидационные испытания. Они подтвердили правильное поведение симулятора и хорошее соответствие экспериментальным данным как для установившихся, так и для переходных процессов. Затем модель пригодна для проектирования и параметризации алгоритмов управления воздушным потоком, а также для их тестирования в моделировании.

Измельчение сырья является жизненно важной частью во многих отраслях промышленности и является решающим этапом в: пищевой промышленности; производство бумаги, фармацевтических препаратов, косметики, пигментов; обработка минерального сырья (для металлургии, строительства, химической и энергетической промышленности); переработка отходов; и более. Это также масштабный процесс. Например, в 2021 году мировая добыча меди на рудниках достигла 21,2 миллиона тонн чистого металла1. Учитывая низкосортность медных руд (в среднем в 2015 году содержание меди в добытом материале составляло 0,65%)2, это означает, что колоссальное количество, превышающее 3,2 миллиарда тонн медной руды было добыто, измельчено и измельчено всего за один год. Будучи столь распространенным и масштабным процессом, измельчение потребляет около 2% мировой электроэнергии3. Кроме того, оно зачастую составляет весьма значительную долю в потреблении энергии и расходах на горнодобывающем или производственном объекте. Например, на шахтах процессы измельчения и разделения частиц обычно составляют около 30–50% общего энергопотребления предприятия4 и около 35–55% его эксплуатационных затрат5.

Снижение затрат, энергопотребления и воздействия промышленных процессов на окружающую среду, как правило, желательно и постоянно стимулирует инновации в технологиях измельчения6. Это означает: разработку нового оборудования для измельчения и классификации частиц7; или применение более эффективных схем управления к существующим решениям8; или дополнительная обработка сырья — химическими добавками9, холодом10, теплом, микроволнами, ультразвуком, высоким напряжением и др.7,11. Новые типы мельниц изобретаются специально для тонкого и сверхтонкого помола, где традиционные барабанные мельницы неэффективны или энергетически неэффективны7. Сравнение многочисленных конструкций мельниц, таких как галтовочные (шаровые, стержневые, автогенные), валковые, мешалки, вибрационные, центробежные, струйные (жидкоэнергетические) мельницы, можно найти, например, в12,13,14.

Одним из последних изобретений в области сверхтонкого измельчения является электромагнитная мельница15,16,17,18. Он включает в себя индуктор сильного вращающегося электромагнитного поля, который перемещает небольшие ферромагнитные стержни (измельчающие элементы) и вызывает очень быстрое измельчение или смешивание подаваемого сырья. Частицы сырья подвергаются сильному воздействию движущихся мелющих элементов, а также тепловым, электрическим, магнитным и акустическим напряжениям, которые в дальнейшем способствуют развитию трещин в сырье15. Максимальный размер частиц загружаемого материала составляет около 1–2 мм в зависимости от диаметра рабочей камеры мельницы. После измельчения частицы продукта имеют размер около десятков микрометров в зависимости от типа материала, гранулометрического состава сырья, времени измельчения и других условий эксплуатации19.