[发明专利]一种电瓷材料配方优化设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及矿物材料领域，具体涉及一种电瓷材料配方优化设计方法。

技术背景

电瓷材料是输变电线路重要的元件，是由粘土、长石、铝矾土等多种原料混合，经复杂工艺烧结而成的硅铝酸盐材料，具有耐高压、抗腐蚀和强度高等优点。其基本功能有两个：支撑电线和绝缘电流。

电瓷配方是电瓷生产过程的起始环节，配方的优劣直接关系产品质量的好坏。目前多数电瓷厂的配方设计主要凭经验和人工粗略计算完成，费时费力，且配方不稳定，严重阻碍了生产效率的提高。

电瓷材料配方优化设计即根据性能要求从可供选择的多个原料中，应用科学的优化计算方法，在约束条件的约束下，确定达到或接近目标配方所要求的各种化学成分含量的原料配比。配方的优化设计有利于资源的合理利用和产品合格率的提高，从而减少三废。例如配方中铁含量过高则会导致产品介电性能的降低甚至废品的产生，不仅造成原料、劳动和能源的浪费，而且会向环境排放三废污染物。尤其是废瓷件，其在环境中稳定性很好，很难自然降解。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种高效准确、简单实用的电瓷材料配方优化计算方法，解决电瓷行业配方过程费时费力而且配方不稳定等缺点。

本发明的目的及解决其主要技术问题是采用以下技术方案来实现的：一种电瓷材料配方优化设计方法，具体步骤如下：

(一)建立电瓷材料配方优化计算模型:

步骤一、选取优化变量。将各种原料的用量(质量百分比)作为优化变量X(X1,X2，…,Xm)。

步骤二、选取目标配方。目标配方是根据性能指标要求和生产工艺条件设计的可以用于生产的各种氧化物配比方案。可以通过正交试验结合生产经验和文献资料来寻找到目标配方。已经成功的电瓷产品的化学组成可以作为目标配方，后续生产中还可进一步升级完善目标配方，找到最合理目标配方，长期使用。

步骤三、确定各子目标函数。从氧化物角度看，电瓷等无机矿物材料主要由SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO、MgO、K₂O、Na₂O、TiO₂八种氧化物组成。以配方中各氧化物的计算值尽可能接近目标值为目标，取计算值与目标值的绝对误差为目标函数。为了直观方便，用各种氧化物化学式代表其计算值与目标值的绝对误差，则各个子目标函数用数学表达式表示如下：

Min绝对误差F_i＝计算值A_i–目标B_i

Min SiO₂＝(C₁₁·X₁+C₂₁·X₂+…+C_m1·X_m)–B₁ (1)

Min Al₂O₃＝(C₁₂·X₁+C₂₂·X₂+…+C_m2·X_m)–B₂ (2)

Min Fe₂O₃＝(C₁₃·X₁+C₂₃·X₂+…+C_m3·X_m)–B₃ (3)

Min CaO＝(C₁₄·X₁+C₂₄·X₂+…+C_m4·X_m)–B₄ (4)

Min MgO＝(C₁₅·X₁+C₂₅·X₂+…+C_m5·X_m)–B₅(5)

Min K₂O＝(C₁₆·X₁+C₂₆·X₂+…+C_m6·X_m)–B₆ (6)