전자기 분쇄기를 사용한 연삭 설치 시 입구 공기 흐름의 모델 및 시뮬레이터

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 8281(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

원자재 분쇄에는 생산 및 가공 공장의 에너지와 운영 비용의 상당 부분이 소비됩니다. 예를 들어, 전용 분쇄 설비를 갖춘 전자기 분쇄기와 같은 새로운 분쇄 장비를 개발함으로써 비용을 절감할 수 있습니다. 이러한 요소에 효율적인 제어 알고리즘을 적용함으로써 가능합니다. 우수한 품질 관리는 수학적 모델에 의존하며, 플랜트 시뮬레이션 환경을 사용할 수 있는 경우 다양한 제어 알고리즘 테스트가 훨씬 단순화됩니다. 따라서 본 연구에서는 전자기 분쇄기를 갖춘 분쇄 시설에서 측정값을 수집했습니다. 그런 다음 설비 입구 부분의 수송 공기 흐름을 특성화하는 모델이 개발되었습니다. 이 모델은 공압 시스템 시뮬레이터를 제공하기 위해 소프트웨어로도 구현되었습니다. 확인 및 검증 테스트가 수행되었습니다. 그들은 정상 상태와 과도 상태 모두에 대해 시뮬레이터의 올바른 동작과 실험 데이터의 양호한 준수를 확인했습니다. 그러면 이 모델은 공기 흐름 제어 알고리즘의 설계 및 매개변수화와 시뮬레이션 테스트에 적합합니다.

원자재 분쇄는 여러 산업 분야에서 중요한 부분이며 다음과 같은 분야에서 중요한 단계입니다. 종이, 의약품, 화장품, 안료 제조; 광물 처리(야금, 건축, 화학 및 에너지 분야); 폐기물 재활용; 그리고 더. 이는 또한 대규모 프로세스이기도 합니다. 예를 들어, 2021년 전 세계 구리 광산 생산량은 2,120만 톤의 순금속에 도달했습니다1. 구리 광석의 등급이 낮을 경우(평균적으로 2015년에 채굴된 물질의 구리 함량은 0.65%였습니다2), 이는 32억 개가 넘는 엄청난 양을 의미합니다. 단 1년 만에 톤의 구리 광석이 채굴되고 분쇄되고 분쇄되었습니다. 이러한 일반적이고 대규모 공정인 분쇄는 전 세계 전기 에너지의 약 2%를 소비합니다3. 또한 이는 광산이나 생산 현장의 에너지 소비 및 비용에서 매우 중요한 부분을 차지하는 경우가 많습니다. 예를 들어, 광산에서 분쇄 및 입자 분리 공정은 일반적으로 전체 공장 에너지 사용량의 약 30~50%4, 운영 비용의 약 35~55%를 차지합니다5.

산업 공정의 비용, 에너지 소비 및 환경 영향의 감소는 일반적으로 요구되며 연삭 기술의 혁신을 지속적으로 주도합니다6. 이는 새로운 분쇄 및 입자 분류 장비 개발7을 의미합니다. 또는 기존 솔루션에 보다 효율적인 제어 방식을 적용8; 또는 화학 첨가물9, 저온10, 열, 마이크로파, 초음파, 고전압 등7,11을 사용하여 원료를 추가 처리합니다. 특히 기존의 텀블링 분쇄기가 효과가 없거나 에너지 측면에서 비효율적인 미세 및 초미세 분쇄를 위한 새로운 분쇄기 유형이 개발되고 있습니다7. 텀블링(볼, 로드, 자생), 롤러, 교반, 진동, 원심, 제트(유체 에너지) 밀과 같은 다양한 밀 설계의 비교는 예를 들어 12,13,14에서 찾을 수 있습니다.

초미세 분쇄의 최근 발명품 중 하나는 전자기 분쇄기15,16,17,18입니다. 여기에는 작은 강자성 막대(분쇄 요소)를 이동시키고 공급된 원료를 매우 빠르게 분쇄하거나 혼합하는 강력한 회전 전자기장의 인덕터가 포함되어 있습니다. 공급 입자는 움직이는 분쇄 요소의 높은 충격뿐만 아니라 열, 전기, 자기 및 음향 응력에도 노출되어 원료 균열이 발생하는 데 더욱 도움이 됩니다15. 공급 재료의 최대 입자 크기는 밀 작업실의 직경에 따라 약 1~2mm입니다. 분쇄 후 제품 입자의 크기는 재료 유형, 피드의 입자 크기 분포, 분쇄 시간 및 기타 작업 조건에 따라 약 수십 마이크로미터입니다19.