Научный журнал

«ИЗВЕСТИЯ КАБАРДИНО-БАЛКАРСКОГО

НАУЧНОГО ЦЕНТРА РАН»

Свидетельство о регистрации СМИ Эл № ФС 77-90616 от 29 декабря 2025 г. выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций.

Свидетельство о регистрации СМИ ПИ № 77-14936 от 20 марта 2003 г. выдано Министерством РФ по делам печати, телерадиовещания и средств массовых коммуникаций (2003-2025 гг.)

Журнал основан в 1998 г. Выходит 6 раз в год

ISSN 1991-6639 (печатная версия),

ISSN 2949-1940 (электронная версия)

Текущий выпуск

Перейти на предыдущую версию журнала

Реферативные базы

Совершенствование математической модели получения мелкодисперсного материала для создания автоматизированной системы управления процессом производства

С. С. Закожурников, Г. С. Закожурникова, Т. А. Горшунова, О. А. Пихтилькова, Е. В. Пронина

Загрузить полный текст

PDF

Аннотация: Основные требования, предъявляемые к крупным промышленным предприятиям, заключаются в повышении энергетической эффективности технологических процессов и повышении экологичности производства. Одним из возможных решений этих проблем являются моделирование основных процессов, протекающих в установках, и создание автоматизированной системы управления на основе математических моделей. Рассмотрен промышленный процесс производства карбида кремния. Повышение эффективности данного процесса происходит за счет создания более совершенных режимов работы печей сопротивления на основе полученной в ходе математического моделирования информации о процессах, оказывающих наибольшее влияние на плавку. На основе математической модели можно построить автоматизированную систему управления процессом производства, которая на основе данных о температуре в различных точках печи сопротивления будет поддерживать наиболее эффективные режимы плавки карбида кремния. В математической модели учтены основные процессы, протекающие в печи сопротивления в течение плавки, а именно: химические реакции, фильтрация газовой компоненты, сушка материала, энерговыделение, приходящееся на нагреватель печи сопротивления. Усовершенствована математическая модель технологического процесса производства карбида кремния за счет учета влияния на распределение температуры теплоты химических реакций. Предложены теоретические основы построения автоматизированной системы управления процессом производства на основе данных о температуре в различных точках печи. В работе изложено современное состояние промышленного производства карбида кремния. Рассмотрена математическая модель процессов тепломассообмена в высокотемпературной печи сопротивления на примере технологического процесса производства SiC. Работоспособность разработанной математической модели проверена путем сопоставления проведенных экспериментов и численных расчетов. Применение автоматизированной системы управления на основе усовершенствованной математической модели возможно на промышленных предприятиях, занимающихся производством мелкодисперсных материалов, например, карбида кремния. Достоверность полученных результатов подтверждается сопоставлением экспериментальных данных и данных, полученных с помощью  математического  моделирования,  в  наиболее  важных  точках  (у  поверхности  керна и у периферии) без учета этапов нагрева и остывания печи сопротивления. Расхождение данных в точке, близкой к керну, составило максимум 15 %, в точке на периферии – 5 %, что является удовлетворительным результатом.

Ключевые слова: карбид кремния, математическая модель, система управления

Для цитирования. Закожурников С. С., Закожурникова Г. С., Горшунова Т. А., Пихтилькова О. А., Пронина Е. В. Совершенствование математической модели получения мелкодисперсного материала для создания автоматизированной системы управления процессом производства // Известия Кабардино-Балкарского научного центра РАН. 2024. Т. 26. № 2. С. 11–25.  DOI: 10.35330/1991-6639-2024-26-2-11-25

Список литературы
  1. Кузеванов В. С., Закожурникова Г. С., Закожурников С. С. Модель тепломассопереноса в печах при производстве карбида кремния // Альтернативная энергетика и экология. № 7(171). С. 75–81. DOI: 10.15518/isjaee.2015.07.006
  2. Гаряев А. Б., Закожурников С. С., Кузеванов В. С. Модель осадки шихты при производстве карбида кремния // Промышленная энергетика. 2016. № 9. С. 27–31. EDN: WWCMYR
  3. Kuzevanov V.S., Garyaev A.B., Zakozhurnikova G.S. The calculating study of the moisture transfer influence at the temperature field in a porous wet medium with internal heat sources. Journal of Physics. The calculating study of the: Conference Series. Moscow. 2017. Vol. 891. P. 012114. DOI: 10.1088/1742-6596/891/1/012114
  4. Ожерелкова Л. М., Савин Е. С. Температурная зависимость нестационарной теплопроводности твердых тел // Российский технологический журнал. 2019. Т. 7. № 2. С. 49–60. DOI: 10.32362/2500-316X-2019-7-2-49-60
  5. Kuzevanov V.S., Zakozhurnikova G.S., Zakozhurnikov S.S. Peculiarities of heat and mass transfer in porous moistened mediums at high thermal loads. Solid State Phenomena. 2020. Vol. 299. Pp. 14–19. DOI: 10.4028/www.scientific.net/SSP.299.14
  6. Мазлов А. А., Елфимов Н. А., Закожурникова Г. С., Закожурников С. С. Влияние фильтрационного переноса на изменение температуры в реакционной зоне печи сопротивления для получения карбида кремния // Материалы Международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития электро- и теплотехнологии» (XIX Бенардосовские чтения). Иваново, 2017. С. 208–210.
  7. Кузеванов В. С., Закожурников С. С., Гаряев А. Б. Оптимизация процесса плавки карбида кремния с целью повышения ее производительности и снижения расхода электроэнергии // Промышленная энергетика. 2015. № 6. С. 29–33. EDN: UEAGQD
  8. Кузеванов В. С., Закожурников С. С., Закожурникова Г. С., Гаряев А. Б. Модели процессов и расчет температурного поля в печи сопротивления для производства карбида кремния // Вестник Ивановского государственного энергетического университета. 2017. № 4. С. 21–29. DOI: 10.17588/2072-2672.2017.4.021-029
  9. Закожурников С. С. Совершенствование процесса производства карбида кремния путем изменения организации подвода теплоты: специальность 05.14.04 «Промышленная теплоэнергетика»: автореф. дисс. … канд. техн. наук. М., 2016. 22 с.
  10. Kuzevanov V.S., Garyaev A.B., Zakozhurnikov S.S., Zakozhurnikova G.S. Model of continuous production of fine silicon carbide. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering : International Workshop «Advanced Technologies in Material Science, Mechanical and Automation Engineering – MIP: Engineering – 2019». Krasnoyarsk, 2019. P. 32106. DOI: 10.1088/1757-899X/537/3/032106
  11. Kuzevanov V.S., Zakozhurnikov S.S., Zakozhurnikova G.S., Garyaev A.B. Finely dispersed silicon carbide synthesis model in the electrothermal reactor with periodic batch loading. Journal of Physics: Conference Series: 3. Moscow, 2020. P. 022054. DOI: 10.1088/1742-6596/1683/2/022054
  12. Kuzevanov V.S., Zakozhurnikov S.S., Zakozhurnikova G.S. Model and results of a study of the synthesis of finely dispersed silicon carbide in an electro-thermal reactor. Solid State Phenomena. 2021. Vol. 316. Pp. 147–152. DOI: 10.4028/www.scientific.net/ssp.316.147
  13. Kuzevanov V.S., Zakozhurnikov S.S., Zakozhurnikova G.S. Silicon carbide synthesis investigation in an electrothermal fluidized bed. Journal of Materials Science. 2023. Vol. 58. No. 43. Pp. 16742–16752. DOI: 10.1007/s10853-023-09071-5
  14. Семейко К. В., Малиновский А. И., Гребеньков A. Ж. и др. Разработки технологий получения карбида кремния (обзор) // Вестник НЯЦ РК. 2021. № 2. С. 30–41. DOI: 10.52676/1729-7885-2021-2-30-41
  15. Полубелова А. С., Крылов В. Н., Карлин В. В., Ефимова И. С. Производство абразивных материалов. Ленинград: Машиностроение, 1968. 180 с.
  16. Кац И. С. Образование карбида кремния в промышленной печи электросопротивления // Абразивы. 1970. № 3. С. 8.
  17. Zinkle S.J. Fusionmaterials science: overview of challenges and recent progress. Physics of Plasmas. 2005. Vol. 12. P. 058101.
  18. Рожнова Т. В. Структура и свойства медных порошковых изделий сельскохозяйственного назначения с карбидом кремния, изготовленных электроконтактным спеканием // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 4(90). С. 178–181.
    EDN: HUXKXO
  19. Мизонов В. Е., Костарев В. В., Зайцев В. А. Моделирование влагопереноса в многослойной пористой среде при неравномерной укладке слоев материала // Вестник Ивановского государственного энергетического университета. 2013. № 4. С. 76–79. EDN: QZXKHN
  20. Балагуров И. А., Мизонов В. Е., Berthiaux Н. Gatumel С. Моделирование кинетики смешивания разнородных сыпучих материалов // Вестник Ивановского государственного энергетического университета. 2014. № 6. С. 67–70. EDN: TEJAYX
  21. Мисбахов Р. Ш., Мизонов В. Е. Моделирование теплопроводности в составной области с фазовыми переходами // Вестник Ивановского государственного энергетического университета. 2015. № 4. С. 39–44. DOI: 10.17588/2072-2672.2015.4.039-043
  22. Митрофанов А.В., Шпейнова Н.С., Camelo A.F. и др. Расчетно-экспериментальное
    исследование тепловой обработки дисперсного топлива в аппарате с кипящим слоем // Вестник Ивановского государственного энергетического университета. 2016. № 1. С. 58–62. DOI: 10.17588/2072-2672.2016.1.058-062
  23. Bozkurt Y.E., Emanetoğlu U., Yıldız A. et al. 3D printable CNTs and BN hybridized PEEK composites for thermal management applications. Journal of Materials Science. 2023. Vol. 58. No. 38. Pp. 1–14. DOI: 10.1007/s10853-023-08923-4
  24. Reva D., Lisyatnikov M., Prusov E. Mechanical behavior of aluminum matrix composites in the elements of building structures. Proceedings of MPCPE 2022. Lecture Notes in Civil Engineering. 2022. Vol. 335. DOI: 10.1007/978-3-031-30570-2_29
  25. Wu Y., Zhao R., Liang B. et al. Construction of C/SiC–Cu3Si–Cu interpenetrating composites for long-duration thermal protection at 2500°C by cooperative active-passive cooling. Composites Part B: Engineering. 2023. Vol. 266. DOI: 10.1016/j.compositesb.2023.111015
  26. Zhao Ch., Tu Z., Mao J. The dynamic thermophysical properties evolution and multi-scale heat transport mechanisms of 2.5D C/SiC composite under high-temperature air oxidation environment. Composites Part B: Engineering. 2023. Vol. 263. P. 110831. DOI: 10.1016/ j.compositesb.2023.110831
  27. Feng K., Hu Sh., Li L. et al. Preparation of low residual silicon content Si-SiC ceramics by binder jetting additive manufacturing and liquid silicon infiltration. Journal of the European Ceramic Society. 2023. Vol. 43. No. 13. Pp. 5446–5457. DOI: 10.1016/ j.jeurceramsoc.2023.05.038
  28. Zheng Yi, Zou J., Liu W. et al. High pressure sintering of fully dense tantalum carbide ceramics with limited grain growth. Journal of the European Ceramic Society. 2023. Vol. 43. No. 12. Pp. 5117–5124. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2023.04.032
  29. Zhang S., Zhang J., Li F. et al. Thermal conductivity of Ca α-SiAlON ceramics with varying m and n values. Journal of the American Ceramic Society. 2023. Vol. 106. No. 10. Pp. 5642–5647. DOI: 10.1111/jace.19264
  30. Xu J., Tatarko P., Chen L. et al. High-strength SiC joints fabricated at a low-temperature of 1400°C using a novel low activation filler of Praseodymium. Journal of the American Ceramic Society. 2023. Vol. 106. No. 10. Pp. 5679–5688. DOI: 10.1111/jace.19229
  31. Mousavi A., Vyatkin V. Energy efficient agent function block: A semantic agent approach to IEC 61499 function blocks in energy efficient building automation systems. Automation in construction. 2015. Vol. 54. Pp. 127–142. DOI: 10.1016/j.autcon.2015.03.007
  32. Sleptsov V.V., Afonin V.L., Ablaeva A.E., Dinh B. Development of an information measuring and control system for a quadrocopter. Russian technological journal. 2021. No. 9(6). Pp. 26–36. DOI: 10.32362/2500-316X-2021-9-6-26-36
  33. Лавренов С. С. Разработка автоматизированной системы сортировки // Тезисы докладов XXIX международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». М., 2023. С. 152.
  34. Лавренов С. С., Закожурников С. С. Применение фотоэлектрических датчиков на производстве // Сборник докладов Международной научно-технической конференции ИПТИП РТУ МИРЭА «Оптические технологии, материалы и системы». М.: МИРЭА – Российский технологический университет, 2022. С. 206–209.
  35. Меркулов А. В., Харитонова К. Ю., Закожурников С. С. и др. Некоторые вопросы создания электронно-управляющих систем вращающихся объектов // Сборник докладов Российской научно-технической конференции с международным участием «Инновационные технологии в электронике и приборостроении». М.: МИРЭА – Российский технологический университет, 2021. С. 212–215.
  36. Zakozhurnikov S., Zakozhurnikova G. Development of a control system for sorting agricultural products according to specified criteria. E3S Web of Conference. 2023. Vol. 390. P. 03019. DOI: 10.1051/e3sconf/202339003019
  37. Zakozhurnikov S., Gorshunova T., Pronina E., Raff O. Development of an automated lighting control system in agricultural premises to save energy resources. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2023. Vol. 1231. P. 012061. Pp. 1–7. DOI: 10.1088/1755-1315/1231/1/012061
  38. Tang Y., Li L., Liu X. State-of-the-art development of complex systems and their simulation methods.Complex system modeling and simulation. 2021. Vol. 1. No. 4. Pp. 271–290. DOI: 10.23919/ CSMS.2021.0025
  39. Mammadova K.A., Aliyeva E.N. Solving the problem of building an automatic control system for the process of water chemical treatment using fuzzy logic. Lecture Notes in networks and systems. 2022. Vol. 362. Pp. 748–756. DOI: 10.1007/978-3-030-92127-9_99
  40. Zhang L. Electric automation control simulation system based on intelligent technology. Lecture Notes on data engineering and communications technologies. 2022. Vol. 125. Pp. 732–738. DOI: 10.1007/978-3-030-97874-7_98
  41. Renjini G.S., Thangavelusamy D. Robust reference tracking and load rejection on non-linear system using controllers. Gazi University Journal of Science. 2022. Vol. 35. No. 4. Pp. 1454–1569. DOI: 10.35378/gujs.947882
  42. Li J., Liu C., Sun Y., Shao L. A new event-triggered adaptive tracking controller for nonlinear systems with unknown virtual control coefficients. European journal of control. 2022. Vol. 69. P. 100759. DOI: 10.1016/j.ejcon.2022.100759
  43. Dorokhov A., Aksenov A., Sibirev A. Results of laboratory studies of the automated sorting system for root and onion crops. Agronomy. 2021. Vol. 11. No. 6. P. 1257. DOI: 10.3390/agronomy11061257
  44. Morozov S., Kuzmin K., Vershinin V. Development of a simulation automated system for address sorting of correspondence. Lecture Notes in networks and systems: XIV international scientific conference “INTERAGROMASH 2021”. Vol. 247. 2022. Pp. 927–933.
  45. Tamizi M.G., Kashani A.A., Azad F.A., Kalhor A. Experimental study on a novel simultaneous control and identification of a 3-DOF delta robot using model reference adaptive control. European journal of control. 2022. Vol. 67. No. 5. P. 100715. DOI: 10.1016/j.ejcon.2022.100715
  46. Azad F.A., Ansari Rad S., Hairi Yazdi M.R. et al. Dynamics analysis, offline–online tuning and identification of base inertia parameters for the 3-DOF Delta parallel robot under insufficient excitations. Meccanica. 2022. Vol. 57. No. 2. Pp. 473–506.
  47. Zakozhurnikov S., Pikhtilkova O., Pronina E., Raff O. The smart home automated control system development. AIP Conference Proceedings. 2024. Vol. 3102 (1). P. 030024. DOI: 10.1063/5.0200045
Информация об авторах

Закожурников Сергей Сергеевич, канд. техн. наук, доцент, кафедра высшей математики – 3, Институт перспективных технологий и индустриального программирования, МИРЭА – Российский технологический университет;
119454, Россия, Москва, пр-т Вернадского, 78;
zakozhurnikov@mirea.ru, ORCID: https//orcid.org/0000-0003-2354-9656, SPIN-код: 1864-0437
Закожурникова Галина Сергеевна, канд. техн. наук, доцент, кафедра теплотехники и гидравлики, Волгоградский государственный технический университет;
400005, Россия, Волгоград, пр-т Ленина, 28;
galya.vlz@mail.ru, ORCID: https//orcid.org/0000-0002-4870-0749, SPIN-код: 7209-9481
Горшунова Татьяна Алексеевна, канд. физ.-мат. наук, доцент, кафедра высшей математики – 3, Институт перспективных технологий и индустриального программирования, МИРЭА – Российский
технологический университет;
119454, Россия, Москва, пр-т Вернадского, 78;
gorshunova@mirea.ru, ORCID: https//orcid.org/0000-0001-9580-595X, SPIN-код: 6120-6367 Пихтилькова Ольга Александровна, канд. физ.-мат. наук, доцент, кафедра высшей математики – 3, Институт перспективных технологий и индустриального программирования, МИРЭА – Российский
технологический университет;
119454, Россия, Москва, пр-т Вернадского, 78;
pihtilkova@mirea.ru, ORCID: https//orcid.org/0009-0004-4632-5158, SPIN-код: 5589-7411
Пронина Елена Владиславовна, канд. физ.-мат. наук, доцент, кафедра высшей математики – 3, Институт перспективных технологий и индустриального программирования, МИРЭА – Российский
технологический университет;
119454, Россия, Москва, пр-т Вернадского, 78;
pronina@mirea.ru, ORCID: https//orcid.org/0000-0002-2447-7175, SPIN-код: 3391-3440

Правила для авторов

Редакционная коллегия

Рецензирование

Этика публикаций

Свидетельство СМИ

Новости

Контакты