Научные основы технологии графитации крупногабаритных электродов

Научные основы технологии графитации крупногабаритных электродов

Автор: Кузнецов, Дмитрий Михайлович

Шифр специальности: 05.17.07

Научная степень: Докторская

Год защиты: 2002

Место защиты: Новочеркасск

Количество страниц: 294 с. ил

Артикул: 2303763

Автор: Кузнецов, Дмитрий Михайлович

Стоимость: 250 руб.

Научные основы технологии графитации крупногабаритных электродов  Научные основы технологии графитации крупногабаритных электродов 

ОГЛАВЛЕНИЕ Стр.
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. ПРОЦЕССЫ, ПРОХОДЯЩИЕ ПРИ ГРАФИТАЦИИ И СУЩЕСТВУЮЩИЕ МЕТОДЫ ИХ ИЗУЧЕНИЯ.
ПРЕДИСЛОВИЕ
1.1. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ГРАФИТАЦИЮ. ТЕМПЕРАТУРА И ВРЕМЯ.
1.2. СПОСОБЫ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУР В ПРОМЫШЛЕННЫХ ПЕЧАХ
ГРАФИТАЦИИ
1.2.1. Измерение температур с помощью термопар
1.2.2. Метод свидетелей
1.2.2.Нетрадиционные методы замера температур
1.3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЛИНЕЙНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ I РАФИТИРУЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ В ПРОЦЕССЕ НАГРЕВА
1.4. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПЕЧЕЙ ГРАФИТАЦИИ
1.5. КОНТРОЛЬ ПРОЦЕССА ТРЕЩИНООБРАЗОВАНИЯ ПРИ ГРАФИТАЦИИ НО СИГНАЛАМ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ
1.5.1. Общее описание метода акустической эмиссии как средства контроля процессов трещинообразования при графитации углеродных заготовок.
1.6. МЕТОДЫ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ,
ПРОХОДЯЩИХ В ОБЪЕМЕ ПЕЧЕИ ГРАФИТАЦИИ.
1.6.1. Описание известных математических моделей печей графитации
1.6.2. Выбор тепло физи чес мех характеристик 5
Выводы по литературному обзору
Глава 2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ПОЛУЧЕННЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ ПО ПОВЕДЕНИЮ ЭЛЕКТРОДНЫХ ЗАГОТОВОК ПРИ ГРАФИТАЦИИ
2.1. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1.1. Экспериментальное изучение температурных полей в печах Кастнера
и Лчесона
2.1.2. Результаты исследования процесса Кастнера путем
проведения замеров линейных изменений свечи
2.1.3. Результаты исследования процесса графитации по электрическим параметрам печей
2.3. РАСЧЕТНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ В ПЕЧАХ ГРАФИТА ЦИИ
2.1.4. Изучение процесса графитации по сигналам акустической
эмиссии.
2.1.4.1. Механические испытания обожженных материалов 8
2.1.4.2. Описание методик по измерению параметров АЭ при нагревании заготовок
2.1.4.3. Измерение параметров АЭ при нагревании заготовок
2.1.4.4. Влияние Эффекта Кайзера
2.1.4.5.Влияние технологических особенностей промышленного процесса прямого нагрева на измерение параметров АЭ
2.1.4.6. Практическая реализация измерения параметров АЭ при графитации заготовок
2.2. НЕДОСТАТКИ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССА ПРОМЫШЛЕННОЙ ГРАФИТАЦИИ
Выводы по полученным экспериментальным данным изучения процесса графитации
2.2.1. Корректировка алгоритмов расчета температурных полей печей графитации
2.2.2. Расчет распределения тока в печи 1
2.2.3.Проверка адекватности математических моделей реальному процессу
2.2.3.1.Замеры температурных полей и электрических параметров печей 1
2.2.З.2. Проверка относительной погрешности расчетов при использовании математических моделей печей А чесона и Кастнера 1 3
Выводы по расчетным методам исследования температурных
полей печей графитации
Глава 3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ И
РАСЧЕТНЫХ МЕТОДОВ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ И ОПТИМИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИИ КАСТНЕРА
3.1. РАЗРАБОТКА РЕЖИМОВ НАГРЕВА
4.2.4. Использование тепловой модели пени Ачесона для управления качеством ниппельных заготовок.
4.2.5. Опыт энергосберегающей технологии использования антрацитов
3.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛИЯНИЯ КАЧЕСТВА ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА РАСПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНОГО ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ
3.3. ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ИСТОЧНИКА 1 ПИТАНИЯ НА КАЧЕСТВО ЭЛЕКТРОДОВ
3.4. ВЛИЯНИЕ КАЧЕСТВА ОБОЖЖЕННОГО ПОЛУФАБРИКАТА 1
3.5. ВЛИЯНИЕ КАЧЕСТВА КОНТАКТА НА ТЕХНОЛОГИЮ
3.5.1. Определение оптимального усилия сжатия свечи
3.5.2. Определение влияния материала контактной просладки
3.6. ВАРЬИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ГРАФИТАЦИИ КАСТНЕРА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ КАЧЕСТВА СЫРЬЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ
3.6.1.Влияние качества сырья на свойства получаемого графита
3.6.2. Опенка качества коксанаполнителя и связь этого показателя
с расчетным температурным нолем
3.7. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ТЕХНОЛОГИИ ПРЯМОЙ ГРАФИТАЦИИ
Выводы по Главе 3.
Глава 4. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ЗАМЕДЛЕННОЙ ПРОМЫШЛЕННОЙ ГРАФИТАЦИИ И ОПТИМИЗАЦИЯ ТРАДИЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ АЧЕСОНА.
4.1 РАСЧЕТ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ В ЗАГРУЗКЕ ИЕЧИ АЧЕСОНА И
РАЗРАБОТКА НА ИХ ОСНОВЕ ТЕХНОЛОГИИ ЗАМЕДЛЕННОЙ ГРАфИТАЦИИ
4.2.АНАЛИЗ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТРАДИЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ
АЧЕСОНА НА ОСНОВЕ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
4.2.1. Причины формирования перепадов температур в объеме печей графитации. 1
4.2.2. Влияние свойств пересыпочных материалов на перепады
температур в печи Ачесона.
4.2.3. Влияние габаритных размеров электродных заготовок на их трещинообразование.
4.3.ВЛИЯНИЕ СТАДИИ ОХЛАЖДЕНИЯ НА КАЧЕСТВО
ОТГРАФИТИРОВАННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Выводы по Главе 4.
Глава 5. СРАВНЕНИЕ РАЗРАБОТАННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ КАСТНЕРА И ЗАМЕДЛЕННОЙ ГРАФИТАЦИИ
5.1. СРАВНЕНИЕ СВОЙСТВ ЭЛЕКТРОДОВ.
5.2. ОБОСНОВАНИЕ ДАЛЬНЕЙШЕГО РАЗВИТИЯ ПРОЦЕССА КАСТНЕРА.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ПРИЛОЖЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
Наиболее устойчивой формой углерода при обычных условиях, как известно, является графит. Упаковки атомов углерода в решетке большинства других аллотропных форм углерода термодинамически метастабильны кроме фуллеренов и при нагревании они переходят в графит как наиболее устойчивое состояние рис.1. 1. Три электрона каждого атома гексагонтьного кристалла графита образуют ковалентные связи между
атомами слоя и определяются как 8р гибридизация. Электроны, образующие
эти связи, называются оэлектронами. Четвертый лэлектрон становится
общим для слоя атомов, ответственен за электропроводность и обеспечивает
молекулярную вандерваальсову связь между атомами, находящимися в
параллельных слоях. Схема взаимодействия лэлектронов в графитовом
кристалле показана на рис.
1. Энергия лсвязей
примерно на порядок ниже
энергии освязей 2,,2 и
0,, эВ соответственно.
Дополнительный вклад в
энергию межслоевых связей
вносят силы, вызывающие
поляризацию электронных
состояний, а также
возникающие при переносе
зарядов. Все свойства
графитового монокристал
I Рис.1. Структра графита
ла электрофизические,
механические, теплофизические имеют ярко выраженную анизотропию. Это
связано с анизотропным распределением состояний о и лэлсктронов в кристалле графита и различием эффективных масс электронов и дырок вдоль и перпендикулярно слою. Высокая подвижность четвертого лэлсктрона не только обеспечивает близкую с металлами электропроводность графита
0,1 электропроводности меди, но и
хорошую теплопроводность 0.8 Рис.2.Схема взаимодействия электро
нов в графитовом кристалле
теплопроводности алюминия. В
сочетании с уникальными механическими свойствами механическая прочность графита при нагревании от до С возрастает более чем вдвое и превышает прочность других материалов, графит становится незаменимым материалом там, где требуется проявление высокой термостойкости и электропроводности 2,3.
Все вышесказанное предопределяет необходимость постоянного производства искусственного графита для электротермических процессов. В многостадийной технологии получения графита стадия графитации является завершающей и одной из важнейших во многом именно от нее зависит качество получаемого материала.
Необходимость повышения качества графита в настоящее время в первую очередь связано с массовым переводом электросталеплавления в режим работы на печах высокой мощности i и сверхвысокой мощности i 1I. Токовая нагрузка на электроды уже
превысила казавшийся предельным долгие годы рубеж в Асм и приближается к Асм2. Главным сдерживающим фактором перехода дуговых сталеплавильных печей ДСП на сверхвысокие мощности становятся
недостаточно высокие качественные показатели отечественных графитированных электродов, прежде всего по важнейшему параметру удельному электросопротивлению УЭС. Для успешной работы электродов к диаметром 0мм при токах выше кА необходимо, чтобы УЭС электродов не превышало 5,5 мкОм.м при токах выше кА максимально допустимый уровень по удельному электросопротивлению снижается до 4,8 5,0 мкОм.м. Кроме того, чрезвычайно важным условием становится требование однородности УЭС во всем объеме электрода. Отечественная технология графитации не позволяет выполнить указанные требования. В то же время известно, что резервы резкого повышения качества отечественных электродов имеются, и они связаны, прежде всего, с разработкой новой технологии графитации, позволяющей получать продукцию не просто с высокими качественными характеристиками, но и, главным образом со стабильными характеристиками. Новая технология предусматривает отказ от использования традиционных печей Ачесона, поскольку существующая отечественная технология графитации Ачесона не позволяет в силу физических особенностей формирования температурного поля в этих печах графитации получать такую продукцию.
Актуальность


Несмотря на эти важные полученные данные, указывающие на необходимость учета кинетики графитации в производственном процессе при осуществлении его в промышленных печах, в работе сделан неосторожный вывод, что . В.П. Соседова и Н. И.Чичулина в этом направлении 2,,1,2. Действительно, по мнению В. П.Соседова . С влияние времени выдержки при максимальной температуре незначительно. Для достижения степени графитации, близкой к предельной для соответствующих температур, необходима выдержка при максимальной температуре, равная нескольким минутам 2. Н.И. Чичулин указывает, что . С, время достижения степени графитации, близкой к предельной, незначительно и составляет несколько минут. Однако при более низких температурах влияние времени выдержки при максимальных температурах достаточно велико 1. Далее им приведены данные изменения удельного электросопротивления образцов рис. Полученные результаты подтверждают необходимость выдержки при фактически достигаемых температурах для снижения удельного сопротивления. Им сделан вывод, что . С для материала на основе нефтяного кокса влияет на степень графитации. С увеличением времени выдержки до 0 мин степень графитации увеличивается. Рис. Из отечественных исследований наиболее глубоко этот вопрос рассмотрен в работе 3, проведенной еще в г. В данной работе приводится сравнение образцов, отграфитированных в лабораторной и промышленной печах графитации и сделан вывод о значительном влиянии времени на процесс графитации. Проведенные исследования показали, что основное снижение удельного электросопротивления образцов в процессе термической обработки в лабораторной печи при С происходит в первые 5 мин. Удельное электросопротивление образцов, термообрабатываемых при , не достигает насыщения после часовой выдержки при этой температуре. Как следует из рисунка, в промышленной печи выдержка при составила более час. Вполне возможно, что этого времени уже достаточно для того, чтобы закончилось структурное преобразование углеродного материала в графит, и стабилизировались его свойства. В технологических процессах графитации при производстве некоторых марок графита предусмотрено достижение температуры порядка С. Лутковым А. И. 3 сделан важный вывод, что проведенное ими . Установлено, что это явление связано с кинетическим фактором. Предварительные исследования показали, что удельное электросопротивление среднезернистого графита ВПП при повышении температуры графитации печи от до С осталось практически неизменным. Из проведенных исследований следует, что экономика процесса промышленной графитации диктует проведение этого процесса при минимально возможной температуре с точки зрения получения оптимальных свойств и структуры искусственных графитов. К сожалению, этот вывод не получил дальнейшего развития в работах, посвященных промышленной технологии графитации. Дальнейшие работы сузились на идее достижения максимально возможных температур за минимальный период времени, поскольку в качестве основополагающего считался вывод о том, что для достижения степени графитации, близкой к предельной необходима выдержка при максимальной температуре, равная нескольким минутам. Традиционный подход к промышленному графитированию углеродной продукции различного назначения заключается в необходимости достижения температур, при которых происходит собственно процесс графи тации коксов. Из литературы известно, что это диапазон С. В современных промышленных процессах получения искусственного технического графита, в частности, графитированных электродов для сталеплавильных дуговых печей, используется только фактор достижения высоких температур. Графитация осуществляется в печах сопротивления либо по методу Ачесона, либо в печах Кастнера. В обоих случаях главной задачей ставится достижение максимальных температур путем выделения джоулевой энергии. После отключения печи от тока температура в заготовках быстро снижается, и процесс охлаждения печей графитации никак не рассматривался как фактор, влияющий на образование упорядоченной структуры графита.

Рекомендуемые диссертации данного раздела

28.06.2016

+ 100 бесплатных диссертаций

Дорогие друзья, в раздел "Бесплатные диссертации" добавлено 100 новых диссертаций. Желаем новых научных ...

15.02.2015

Добавлено 41611 диссертаций РГБ

В каталог сайта http://new-disser.ru добавлено новые диссертации РГБ 2013-2014 года. Желаем новых научных ...


Все новости

Время генерации: 0.265, запросов: 242