Физико-химические процессы при протекании электрического тока на гетерогенной границе жидкая среда-углеродистый восстановитель

• Автор: Лавров, Борис Александрович
• Шифр специальности: 02.00.21
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 290 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

1 Аналитический обзор.

1.1 Процессы, протекающие на границе раздела фаз

1.2. Современный электротермический способ получения желтого фосфора

1.3 Механизм реакции восстановления фосфора.

1.4 Углеродистая зона руднотермической печи.

1.4.1 Строение углеродистой зоны

1.4.2 Исследование физикохимических свойств подэлектродного пространства на действующих печах

1.4.3 Физическое моделирование реакционного пространства РТП

2 Исследование электропроводности гетерогенных систем

2.1 Постановка задачи
2.2 Активная проводимость гетерогенной среды
2.3 Исследование реактивного сопротивления гетерогенных систем
3 Исследование особенностей протекания химических реакций в гетерогенных системах под действием переменного электрического поля
3.1 Постановка задачи
3.2 Химические реакции в гетерогенных системах под действием переменнорго электрического поля
3.3 Влияние реактивной составляющей сопротивления на ход химических реакций
4 Физикохимические процессы на границе расплавуглерод
4.1 Задачи исследования
4.2 Методика эксперимента
4.3 Краевой угол смачивания, работа адгезии и поверхностное натяжение на границе фосфатокремнистый расплавуглерод
4.4 Исследование распределения элементов в объеме фосфатокремнистого расплава
4.5 Исследование процесса самопроизвольного диспергирования углерода в фосфатокремнистый расплав
4.6 Вывод уравнения кинетики восстановления оксидов из фосфатокремнистого расплава
4.7 Реакционная поверхность углеродистых материалов и проникновение фосфатокремнистого расплава в поры восстановителя
4.8 Механизм взаимодействия в системе оксидный расплавуглерод
5 Исследование вязкости и удельной электропроводности фосфатокрсмнистых расплавов
5.1 Современные представления о вязкости силикатных эасплавов
5.2 Современные представления об удельном электрическом сопротивлении фосфатокремнистых расплавов
5.3 Методика измерения удельной электропроводности и вязкости расплавов
5.4 Изучение влияния примесей на вязкость и удельную электропроводность фосфатокремнистых расплавов
5.5 Методика расчета вязкости и удельной электропроводности фосфатокремнистых расплавов по химическому составу
6 Некоторые примеры применения теоретических представлений о физикохимических процессах на гетерогенной границе в присутствии переменного электрического тока
6.1 Твердофазное восстановление фосфора
6.1.1 Теоретические основы твердофазного восстановления фосфора
6.1.2 Выбор аппаратурного оформления процесса
6.1.3 Вывод кинетического уравнения твердофазного процесса
6.1.4 Методика исследования твердофазного восстановления фосфора
6.1.5 Экспериментальная проверка механизма твердофазного восстановления фосфора
6.1.5. 1 Исследование диффузии оксидов фосфора в фосфорите
6.1.5. 2 Влияние размера кокса и фосфорита на скорость восстановления
6.1.5. 3 Влияние модуля кислотности шихты и температуры на скорость реакции.
6.1.6 Исследование электропроводности смессвой шихты
6.1.7 Моделирование реактора твердофазного восстановления фосфора
6.1.7. 1 Выбор метода нагрева шихты
6.1.7. 2 Анализ расчетов геометрических размеров зон охлаждения и подогрева реактора твердофазного восстановления фосфора
6.2 Электрическое сопротивление ванны РТП
6.3 Механизм взаимодействия восстановителя с оксидным расплавом в ванне руднотермической печи
6.4. Переработка шпамов гальванических производств
6.5 Измерительный комплекс для определения термических характеристик неорганических соединений
7 Общие выводы по работе
8 Литература
ВВЕДЕНИЕ


При этом утверждается, что в ряду последовательно соединенных углеродистой, шлаковой и ферросплавной зон первая обладает наибольшим сопротивлением, что обеспечивает условия . Между тем, существование указанного соотношения проводимостей зон в фосфорной печи неочевидно. Электрическое сопротивление углеродистой зоны зависит от количества и размера частиц восстановителя в расплаве, распределения их размеров, равновесия гравитационных, инерционных и вязких сил, действующих на частицу. Кроме того, сопротивление зависит от поля температур, барботажа газов, концентрации Р2О5 в расплаве и ряда других факторов . Существование сложной зависимости удельного сопротивления многофазного расплава от физикохимических свойств составляющих, а также недоступность реакционного пространства печи для непосредственных измерений сильно затрудняет задачу количественной оценки проводимости углеродистой зоны. РТП неоднозначен и требует детального рассмотрения. В рамках исследований физикохимических свойств реакционной среды РТП большое значение имеют измерения, проводимые непосредственно на действующих печах в эксплуатационных условиях. Измерения на действующих печах связаны с большими трудностями вследствие наличия высоких температур в области дуги, затрудненного доступа к реакционному пространству и т. Применение этих методов на фосфорных печах осложнено их специфическими особенностями герметичность крышки, наличие агрессивных газов под сводом и др Поэтому исследования проводились в основном на опытных печах мощностью 1 7,5 МВД. Информация об электрофизических процессах, протекающих в ваннах руднотермических печей, может быть получена на основании методов электрического зондирования, наложения пониженного напряжения и гармонического анализа тока электрода. Метод зондирования печного пространства , заключается в том, что в исследуемую область через отверстие в электроде с постоянной скоростью вводится зонд, и по мере его перемещения производится осциллографирование напряжения между торцом электрода и отдельными точками исследуемого участка. По полученным кривым зависимости напряжения зонд электрод от расстояния между концом зонда и электродом Ь можно оценить значение удельного сопротивления среды на различных участках. Результаты зондирования карбидной печи мощностью 1 МВД показали, что значение р в приэлектродном пространстве в зоне, обогащенной углеродом составляло 0,2 0,4 Омсм. Омсм, а затем его плавное снижение вплоть до значения 0, 0, Омсм, соответствующего сопротивлению расплава чистого карбида кальция. Далее, вплоть до подины печи, удельное сопротивление расплава остается неизменным. Картина распределения удельной проводимости для фосфорной печи оказывается совершенно иной. В подэлектродном пространстве выделяются три участка с примерно постоянным удельным сопротивлением. При этом в зоне шлака наиболее удаленной от торца электрода наблюдается значение р 1,5 3,5 Омсм. В зоне, непосредственно прилегающей к электроду, удельное сопротивление в раз превышает сопротивление шлака, а в промежуточной зоне р расплава в 3 4 раза выше удельного сопротивления шлака . Однако следует отметить, что при анализе данных зондирования не учитывались вопросы, связанные с определением структуры ванны печи и характером токораспределения от электрода к проводящему поду. Кроме того, результаты, получаемые методом зондирования, искажены наличием в приэлектродной зоне электрической дуги, сопротивление которой не оценивалось. Метод наложения пониженного напряжения заключается в том, что печь во время работы при нормальном электрическом режиме отключается и переключается на пониженное напряжение, при котором дуга гаснет. Это даст возможность измерения сопротивления ванны печи, свободного от сопротивления дуги. Однако, данный метод позволяет получить интегральные значения сопротивления, но не дает возможности раскрыть его взаимосвязь с геометрией зон внутри ванны, их проводимостями, положением электрода и т. Получаемые данные позволяют лишь уточнить некоторые особенности процессов, протекающих в ванне печи, в частности вопросы, связанные с условиями образования и энергетическими характеристиками электрической дуги.