纳米铁粉电热分解炉变工况控制研究

发布时间：2020-08-04 12:51

【摘要】：纳米铁粉由于其在磁、光、电、敏感等方面具备的特殊性质,目前已广泛应用于磁记录、气敏元件、光吸收材料、高效催化等领域。本文通过分析纳米铁粉电热分解工艺流程和纳米铁粉电热分解炉的结构组成,阐述了分解炉温度控制的重要性和变工况约束的必要性。纳米铁粉电热分解炉按工艺要求由四段分区级联而成。纳米铁粉电热分解时各段分区温度相互耦合,目前国内工业生产纳米铁粉多凭借经验手动给定各分区温度,并无相应的温度预测技术。再者,国内生产厂商采用各分区分体单独控制器,不能协调控制,导致纳米铁粉生产线能耗居高不下,且分解炉温度控制精度低,纳米铁粉成品质量不能尽如人意。为实现纳米铁粉电热分解变工况控制,本文基于吉恩镍业100吨/年纳米铁粉生产线,进行了如下研究:首先,基于T-S模糊思想与自适应粒子群优化极限学习机(SAPSO-ELM)建立纳米铁粉电热分解炉变工况温度预测模型,并对该模型的预测效果进行检验,验证了该模型的准确性和泛化性。其次,基于级联PID控制的基本思想,并引入增量式数字PID作为纳米铁粉电热分解炉温度控制系统的控制器,构建分解炉温度控制系统。对该系统进行仿真检验,仿真结果表明该系统具有较好的控制效果。最后,分析了纳米铁粉电热分解集散控制系统(DCS)的基本结构,对本文所建立的纳米铁粉电热分解炉温度控制系统进行了软硬件设计。基于本文的研究成果,从工业生产实际应用出发,基于VC++6.0平台的MFC图形化编程开发了纳米铁粉电热分解炉温度控制软件。基于T-S模糊和SAPSO-ELM建立的纳米铁粉电热分解炉变工况温度预测模型可以有效反映出分解炉工况变化情况,并对分解炉温度进行准确预测。基于级联PID控制建立的纳米铁粉电热分解炉温度控制系统可以实现多段分区的协调控制,解决了系统各段控温耦合的问题。
【学位授予单位】：长春工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TF37
【图文】：

纳米铁粉,全球,德国,俄罗斯

研究生学位论文国内外现状上能够生产纳米铁粉的国家仅有德国、中国、俄罗斯生产结构如图 1-1 所示。2014 年全球纳米铁粉产量约000 吨，美国约为 1000 吨，中国约为 1200 吨，俄罗斯德国巴斯夫公司（BSF）生产的纳米铁粉品质最佳，处于垄断地位。因此，德国在全球纳米铁粉生产领域

纳米铁粉,消费结构,全球,消费总量

图 1-1 2014 年全球纳米铁粉生产结构图纳米铁粉消费结构图如图 1-2 所示[12]，目前全球纳欧洲以及亚太地区。其中美国为最大的纳米铁粉消吨，占全球消费总量的 47%。欧洲为第二大消费区左右，占全球消费总量的 23%。亚太地区则为第三 1800 吨，占全球消费总量的 20%。但随着粉末冶金粉年需求量正呈现不断增长的趋势。

示意图,纳米铁粉,示意图

研究生学位论文第 2 章纳米铁粉电热分解炉分析2.1 纳米铁粉制备原理本文基于吉恩镍业公司 100 吨/年纳米铁粉生产线为研究背景，以纳米铁粉电热分解炉热解过程为研究对象。与目前国内外主流纳米铁粉生产厂商类似，吉恩镍业公司同样采用热解羰基铁法制备纳米铁粉。整个制备过程如图 2-1 所示，大致可分为气相合成、电热分解和提纯等步骤。

【参考文献】