電磁ミルを使用した粉砕設備における入口空気流のモデルとシミュレータ

Aug 02, 2023

Scientific Reports volume 13、記事番号: 8281 (2023) この記事を引用

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原材料の粉砕は、生産および加工工場のエネルギーと運営コストの大部分を消費します。 たとえば、専用の粉砕設備を備えた電磁ミルなどの新しい粉砕装置を開発することによって、節約を達成できる可能性があります。 これらの要素に効率的な制御アルゴリズムを適用することによって。 優れた品質管理は数学的モデルに依存しており、プラント シミュレーション環境が利用可能であれば、多用途の制御アルゴリズムのテストが大幅に簡素化されます。 そこで本研究では、電磁ミルを備えた粉砕設備で測定値を収集した。 次に、設備の入口部分における輸送空気の流れを特徴付けるモデルが開発されました。 このモデルは、空気圧システム シミュレーターを提供するためにソフトウェアにも実装されました。 検証・検証試験を実施しました。 彼らは、定常状態と過渡状態の両方について、シミュレータの正しい動作と実験データへの良好な準拠を確認しました。 このモデルは、空気流制御アルゴリズムの設計とパラメータ化、およびシミュレーションでのテストに適しています。

原材料の粉砕は、さまざまな業界分野で重要な部分であり、食品加工、食品加工、食品加工などの重要な段階です。 紙、医薬品、化粧品、顔料の製造。 鉱物材料の処理（冶金、建築建設、化学およびエネルギー分野向け）。 廃棄物のリサイクル。 もっと。 それは大規模なプロセスでもあります。 たとえば、世界の銅鉱山の生産量は、2021 年に純金属 2,120 万トンに達しました11。銅鉱石は低品位であるため、2015 年に採掘された原料には平均して 0.65% の銅含有量がありました2。これは、32 億トンを超える膨大な量が採掘されたことを意味します。わずか 1 年で数トンの銅鉱石が採掘、破砕、粉砕されました。 非常に一般的かつ大規模なプロセスであるため、粉砕は世界の電力エネルギーの 2% 近くを消費します3。 また、採掘現場や生産現場のエネルギー消費と経費において、非常に大きな割合を占めることがよくあります。 たとえば、鉱山では、粉砕および粒子分離プロセスが通常、プラント全体のエネルギー使用量の約 30 ～ 50% 4、運用コストの約 35 ～ 55% を占めます。

工業プロセスの経費、エネルギー消費、および環境への影響の削減は一般に望まれており、研削技術の革新を継続的に推進しています6。 これは、新しい粉砕および粒子分類装置の開発7を意味します。 または、より効率的な制御スキームを既存のソリューションに適用します8。 または化学添加物9、冷却10、熱、マイクロ波、超音波、高電圧などによる原材料の追加処理7,11。 従来のタンブリングミルでは効果がないか、エネルギー的に非効率であるため、特に微粉砕および超微粉砕用に新しいタイプのミルが発明されています7。 タンブリング (ボール、ロッド、自生)、ローラー、撹拌、振動、遠心、ジェット (流体エネルギー) ミルなどの多数のミル設計の比較は、たとえば 12、13、14 に記載されています。

超微粉砕における最近の発明の 1 つは電磁ミルです 15、16、17、18。 これには、強力な回転電磁場のインダクターが含まれており、小さな強磁性ロッド (粉砕要素) を動かし、供給された原料を非常に高速で粉砕または混合します。 供給粒子は、移動する粉砕要素による大きな衝撃にさらされるだけでなく、熱、電気、磁気、音響応力にもさらされるため、原材料の破壊がさらに促進されます15。 供給材料の最大粒子サイズは、ミルの作業室の直径に応じて約 1 ～ 2 mm です。 粉砕後の製品粒子は、材料の種類、原料の粒度分布、粉砕時間、その他の操作条件に応じて、約数十マイクロメートルのサイズになります19。