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1、碳化硅生产中高压辊式破碎机的建模与仿真I、错误！未指错误！未指定书签。错误！未指定书签。Sylvester Sedem Djokoto 挪威阿格德大学工程与科学学院，格 里姆斯塔N-4898电子邮箱： ssdjok03student.uia.no 摘要一本文阐述了生产碳化硅颗粒 中高压辊式破碎机（HRRC）的建模与仿 真。这项研究是为建立一个模型以模 拟高压辊式破碎机。高压破碎机在碳 化硅生产线中是一个重要的组成部 分，它将颗粒磨碎成粉末形式，然后 达到其规定尺寸。本文将提出一个模 型基于约翰逊滚筒压制的理论，并考 虑到所有的延迟。非线性或延误运用 Matlab软件进行了处理。本文最后给 出了
2、结论。关键词：高压辊式破碎机（HPRC），碳 化硅，帕德近似。定书签。错误!未指定书签。引、- 碳化硅的发现要追溯到大约00多年前， 当一个艰苦奋斗的科学家曾受雇于托马 斯爱迪生，他梦想成为一个富有的人。 而他认为没有什么能比人造钻石这个方 法更容易成为富人了？这位年轻的科学家，爱德华古德 里奇艾奇逊博士发明了碳化低SiC）， 第一种足够坚硬可以切割玻璃的人造圣戈班陶瓷是挪威主要的碳化硅生 产厂商。铣削过程中产生了不同的碳化 硅。该公司的阿伦达尔分公司将不同尺 寸的碳化硅颗粒生产成悬浮液用来对太 阳能电池的切割。滚子压缩机的建模与仿真在将来会 是设计合适控制器过程中一个不可缺少 的步骤。本文认
3、为一个有两个输入和两 个输出的模型设计首先基于约翰逊的理 论依据。由于系统的线性化过程运用了 非线性的帕德近似法。为验证该模型使 用Matlab软件的Simulink工具对此算 法进行了模拟。Hamid Reza Karimi挪威阿格德大学工程与科学学院工 程学部格里姆斯塔N-4898电子邮 箱：hamid.r.karimiuia.noII、铣削过程A、碳化硅产品及其性能艾奇逊发现碳化硅，金刚砂成为他所 创立的公司和碳化硅的商标。圣戈班在 碳化硅上的经验是世界上其他公司所无 法比拟的。他们发明了它，发展了其众 多的衍生品并且制造出比世界上其他企 业更加高性能的组件。圣戈班集团公司 在挪威阿伦达
4、尔和利勒桑有了生产碳化 硅的合作伙伴。如今圣戈班公司在全球市场因提供 先进，高端的陶瓷组件赢得了好的评价。 这些市场跨越多个要求材料能够抵抗极 端的温度，热冲击、耐磨、耐腐蚀的行 业。碳化硅（SiC）是一种用途广泛的材 料，在不同的用途也会有不同的属性：高硬度（只有金刚石更硬）抗压 强度、重量轻。硬度Knoop）： 2800kg/ 口萨室温；它也显示微孔隙度降低，导致更 高的韦伯模量和增加抗弯强度，抗弯强 度（4分）：55000磅/平方英寸（380MPa） 断裂；很好的耐热性，碳化硅的导热性 结合其低温膨胀性，产品优良的耐热冲 击性远比硬质合金氧化铝RB矽好的多。 这一特性使其在高温高压的环境
5、下取代 韧性金属有很好的前景。高耐磨性，极强的硬度和高密度 使碳化硅成为受高磨损和滑动磨损部分 的理想材料。指定的磨损率（针阀瓣） SiC vs.SiC 1X 10-9 2/kg。摩擦系数（针阀瓣）：SiC vs. SiC 0.2抗老化、抗氧化，抗腐蚀。高密 度，孔隙率低，化学惰性使碳化硅在热 气体和液体，在氧化性和腐蚀性气体中， 在强酸或强碱，即使是超高温环境下都 能正常使用。需求的加工要求低，表面抛光的 碳化硅是完美的（大约64微英寸）。表面 质量与空间控制紧密相关，而依据实际 的应用中，收益部分很少甚至根本没有 完成附加的最后研磨。以上的性能使其有很多的应用，如：切削及研磨坚硬的材料，包
6、括硅制 太阳能电池；柴油微粒过滤器（汽车制造业）（重 结品碳化硅）电解铝的衬套（电气、电子等行业） 熔炉套筒（制造工业）密封水泵（烧结碳化硅）（水力学、 水文化学行业）子弹-防弹背心、车辆装甲铣削过程包括许多参数，而且这些 参数又影响经过一定尺寸筛选后产品残 渣的质量、重量百分比。这种设备的碳 化硅颗粒产品的产量基于客户所要求的 尺寸。因此，动态模型需要去发展控制器 从而控制从破碎机出来的薄片的厚度。B、高压双辊式破碎机的工作原理在1984年，高压辊式破碎机HPRC） 或高压辊磨粉机（HPGR）以一种新型磨削 技术被推出。从那时起这种设备被人们 大量的使用安装，遍布全球，主要用于 水泥、石灰石
7、。最近，高压磨粉机也被 应用于矿产加工，主要用于铁矿石和钻 石的处理上。在这些领域，应用范围非 常广泛，从高压磨粉机粗磨，如65mm （2.5”）大小超过循环回路的间隙，最 后磨到小于100m的高炉上料制备的布 莱恩颗粒矿料1o高压磨粉机（HPGR）对矿产行业有 几个益处，如：-能耗低，0.8-3千瓦/小时/吨-处理潮湿矿石的能力提高了0%-增强下游的恢复和易磨性-提高下游产品的等级维护要求低-空间要求低振动和噪音低-高实用性，95%图1： HPGR横截面，包括液压弹簧系统1、压力机机身2、压辊3、转子轴承系统4、液压压制装置5、进料装置6、动力破碎机的进料一般是干燥的潮湿的 矿料会导致破碎机
8、内产生坚硬的壳从而 堵塞破碎机。岩石微粒或干燥造粒按照 辊的宽度沿着斜槽均匀的进给。大约三 分之二的辊宽度是有效的。在任何破碎 机中，岩石颗粒的的大小小于双辊之间 的距离趋近于能够通过双辊未经过破碎 的岩石颗粒的尺寸。尺寸大于双辊开口 的颗粒均被破碎。最大颗粒的大小取决 于不打滑时双辊间的距离大小。2、3产品的尺寸大小取决于破碎机所设 置的双辊间的距离。由于单程操作过程 中明显发现没有中间产品或者超过预定尺寸的颗粒出现。商业式轻型破碎机辊子转速范围 是130rpm,与其相比，重型破碎机辊子 转速应该在80-100转/分钟。茅瑞尔/汤多/三星重工模型包括三 个部分，即一个产品尺寸粒度分布预测，
9、一个吞吐量模型，一个功耗组件。吞吐 量模型运用的是一个被制造商和研究人 员广泛使用的标准塞流模型。功耗决定 于吞吐量和特定的输入的粉碎能量（ESC）。 4II 辊子的动力模型 响。在约翰逊的模型中作为响应的间隙 宽度在其他参数发生变化时是不可能不 假定为衡量的。9模型间隙变化特点引 入了物质平衡方程10。上图体现出约翰逊的理论将材料在 破碎机中被挤压的过程分为了三部分： 滑动、挤压和释放部分。滑动部分由詹尼克法和防护屈服函数：4j K-0-u tans12 J1+h -coS) k Rtan0-p) tan0+p)1(1)此处:pM-Q，4 21 (. sin0一兀一sini-0 (2)，ks
10、insj图1约翰逊的扎制理论这项研究将重点研究的轮压机动力 模型和 Shuo-Huan Hsu & Gintaras V. Reklaitis 201（用约翰逊等人的方法描 述的一样。约翰逊是第一个在颗粒材料 产业中提出了相应的数学模型。辊压已 经在静止的产业中广泛应用。约翰逊提 出了一种方法决定达到实验要求的特殊 性能的材料的辊部尺寸和其所能承受的 应力5。假设破碎机有一个固定的和一个移 动的辊。工艺参数是辊与辊的速度（转/ 分钟）和辊的压力（MPa）。产出变量是 岩石页片的密度（g/cm3 ）和间隙宽度 （mm）。利用初步的弹性模量和抗拉强度 可以得到一个模型6。实验结果结果表 明7辊压力
11、和间隙宽度影响带状密度， 而不是轧辊速度。另一方面，当增加辊 压力并保持其他参数时，辊间间隙减小 8。辊间间隙也受到进给螺丝和辊的影S为摩擦角；0为表面摩擦角；h0是辊缝距离的一半；R辊半径。S和0通过实验确定。在挤压部分，一个经验模型描述材料的 挤压情况：b = C pk（3）1此处b为材料应力，p为密度，C1和K为常数。挤压角是粉末辊压模型重要的边界信 息。它定义里一个大多数可能压实发生 的范围。因此它是很重要的，影响这一 角度的工艺参数和粉末性能。虽然测量 该角度很困难，文献资料提供了一种良 好的估计夹角的模型。结果与实验数据 一致，尤其是重力进给的辊压11。夹角已给出:b (8)a (
12、a)(1 + R - cos 0 )cos a(4)(1 + R - cos 0 )cos 0 成更大的压力大于重力，因此重力影响 可以忽略不计。因此，约翰逊的模型预测系统不仅 可以垂直安装，而且可以在其他方向。 螺旋进给产生的压力降很难预测13。夹角为:匹)dQ JslipAt 9 = adad9 Jnip(5)辊部龙为:hF=%作ja 1+silS。1+h0 co亦0妙 R JKcoSdQ图3约翰逊质量平衡模型(6)此处a输出 =a (9= 0)。功率输入为液压系统对辊的力，用来平 衡这个力5。F = AP(7)W h重写方程：hP = A。输出R ja 7R可h W1+sina。h打0 1+i - coS9kR JKcos9d9此处A为接触面积。根据约翰逊辊压理论有以下几项限制： 没有时间依赖预测稳态行为不适合控制的目的辊速度和速度效果不予考虑材料的物理力学性质不会改变初始条件的重要参数来解出方程1)的 进给力。然而，在现在的大多数设计中，进 给流量是通过一个或两个螺旋输送器来 控制。使用螺旋输送器的目的是在于稳 定。由于流动性差，螺旋进给可能从一 处到另一处会产生波动。螺旋进给的造
