УДК 681.5

Разработка автоматизированной системы управления технологическим процессом дробления карбида кремния

Истомин Владислав Сергеевич – студент Волжского политехнического института (филиала) Волгоградского государственного технического университета.

Маслова Татьяна Александровна – ассистент Волжского политехнического института (филиала) Волгоградского государственного технического университета.

Аннотация: В статье рассмотрен технологический процесс дробления карбида кремния и описаны государственные стандарты с терминами по абразивным материалам. Описаны параметры, которые необходимо регулировать и контролировать, а также разработана автоматизированная система управления технологическим процессом дробления карбида кремния на базе современных технических средств автоматизации. Предлагаемые технические средства автоматизации для процесса дробления карбида кремния произведены в России, что является актуальной темой в настоящее время. 

Ключевые слова: автоматизация, абразивные материалы, карбид кремния, дробление карбида кремния, технические средства автоматизации, контроллер.

Карбид кремния является материалом с высокой твердостью, химической стабильностью и устойчивостью к высоким температурам и ионизирующему излучению. Его универсальные области применения включают производство ферросилиция, солнечного кремния, абразивных материалов, металлорежущего инструмента и термостойкой керамики [1, 2].

Карбид кремния широко используется в таких отраслях как, авиация, космические технологии, металлургия, машиностроение и ядерная энергетика. Кроме того, карбид кремния находит применение при изготовлении микропроцессорной техники, медицинских и стоматологических материалов, а также способствует модификации металлов и сплавов.

ГОСТ 21445-84 дает следующее определение карбиду кремния: карбид кремния – искусственный абразивный материал, состоящий, в основном, из кристаллов гексагонального карбида кремния, изготовленный термическим путем из кварцевого и углеродистого сырья. Различают зеленый карбид кремния и черный карбид кремния [3].

ГОСТ Р 52381-2005 дает следующее определение зернистости: зернистость – условная числовая характеристика зернового состава шлифовальных порошков [4].

Зерновой состав шлифовальных порошков зернистостями от F4 до F220 должен соответствовать определенным значениям, которые достигаются путем дробления.

Процесс дробления происходит следующим образом. Две струи, состоящих из воздуха и карбида кремния, сталкиваются в газоструйной мельнице. Для повышения эффективности и использования топлива природный газ предварительно смешивается с воздухом, данная операция управляется с помощью микропроцессорного контроллера. Для увеличения скорости движения частиц карбида кремния горючая смесь подается в камеру измельчения вместе с нагретым воздухом, температура которого достигает 500-600 °C, в результате чего скорость частиц достигает 200 м/с.

Во второй газоструйной мельнице разгонные трубки входят в размольную камеру с противоположных концов. К разгонным трубкам присоединяют рукава, по которым поступает материал, подлежащий измельчению.

Измельченный материал транспортируется по трубе в бункер, где он разделяется на две фракции. Более крупная фракция подвергается дополнительному измельчению, в то время как мелкая фракция направляется в центробежный классификатор, где далее разделяется на фракции.

Для того чтобы зерновой состав соответствовал принятому на производстве стандарту необходимо соблюдать технологический регламент и поддерживать технологические параметры в заданных пределах. Для этого разработана автоматизированная система управления технологическим процессом дробления карбида кремния на базе современных технических средств автоматизации.

При разработке системы управления технологическим процессом дробления карбида уделено внимание контролю, регулированию, регистрации и сигнализации главных технологических параметров процесса:

• давление абразива на сброс;
• давление абразива при попадании в батарейный циклон;
• давление абразива при попадании в коллектор;
• давление отработанного воздуха при попадании на сброс;
• давление получившегося продукта в бункере;
• давление природного газа при попадании в горелке;
• давление сжатого воздуха в трубопроводе;
• давление технической воды при входе в коллектор;
• расход воздуха в коллекторе;
• расход природного газа в трубопроводе;
• расход сжатого воздуха и газа;
• регулирование пламени в горелках;
• температура в бункере;
• температура в мельнице;
• температура в трубопроводе на входе в рекуператор;
• температура воздуха на выходе из рекуператора.

После перечисления параметров, влияющих на технологический процесс, произведен выбор технических средств автоматизации, предназначенных для измерения и контроля каждого технологического параметра с учетом конкретных характеристик процесса.

В таблице (табл. 1) представлен список предлагаемых технических средств автоматизации с краткими техническими характеристиками.

Таблица 1. Технические средства автоматизации для процесса дробления карбида кремния.

Выбор технических средств автоматизации играет ключевую роль в обеспечении качества конечного продукта при дроблении карбида кремния.

Технические средства автоматизации подобраны с учетом характеристик технологического процесса, класса точности, метода и диапазона измерения. Современные технические средства автоматизации в комплексе с программируемым логическим контроллером и исполнительными механизмами гарантируют надежность и точность процесса, благодаря своевременному внесению регулирующих воздействий и оповещения оператора о ходе процесса и возможных ошибках. Предлагаемые технические средства автоматизации для процесса дробления карбида кремния произведены в России, что является актуальной темой в настоящее время.

Модернизация автоматизированных систем управления играет ключевую роль в развитии будущего технологических процессов. Тема, представленная в данной статье, будет развиваться и использоваться для составления технической документации на проект.

Список литературы

1. Гнесин Г.Г. Карбидокремниевые материалы. М.: Металлургия, 1977. 216 с.
2. Сабуров В.П., Черепанов А.Н., Жуков М.Ф. и др. Плазмохимический синтез ультрадисперсных порошков и их применение для модифицирования металлов и сплавов. Новосибирск: Наука, 1995. 344 с.
3. ГОСТ 21445-84 (СТ СЭВ 4403-83). Материалы и инструменты абразивные. Термины и определения: Государственный стандарт союза ССР: дата введения 1985-07-01 / Издательство стандартов. – Изд. официальное. – Москва : Российский институт стандартизации, 1993. – 25 с.
4. ГОСТ Р 52381-2005 (ИСО 8486-1:1996, ИСО 6344-2:1998, ИСО 9138:1993, ИСО 9284:1992). Материалы абразивные. Зернистость и зерновой состав шлифовальных порошков. Контроль зернового состава: Национальный стандарт Российской Федерации: дата введения 2006-07-01 / Федеральное агенство по техническому регулированию и метрологии. – Изд. официальное. – Москва : Стандартиформ, 2002. – 11 с.
5. Каталог продукции КТМ // KTM - приборы для учета, измерения расхода газа и жидкости | Российские расходомеры. URL https://ktkprom.com/products/ (дата обращения 22.12.2023г).
6. Каталог продукции ОВЕН // Контрольно-измерительные приборы ОВЕН. URL: https://owen.ru/catalog (дата обращения 22.12.2023г).
7. Каталог продукции для автоматизации НПП «ПРОМА» // НПП ПРОМА | Промышленная Автоматика | научно производственное предприятие. URL: https://www.promav.ru/tech_description/ (дата обращения 22.12.2023г).
8. Каталог продукции RealLab! // RealLab! – Российское оборудование автоматизации. URL https://www.reallab.ru/catalog/ (дата обращения 22.12.2023г).