Совершенствование тепловых процессов с целью повышения качества обжига заготовок из углеродистых материалов

• Автор: Шибалов, Сергей Николаевич
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 139 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и цели исследования тепловыхпроцессов при производстве изделий на основе углеграфитовых материалов.
1.1. Основные технологические операции производства изделии из углеграфитовых матсриа

1.2. Основные физические и физикохимические процессы при обжиге углеграфитовых

1.3. Анализ тепловых процессов в промышленных печах для обжига углеграфитовых загото

1.3.1. Анализ тепловых процессов в туннельных обжиговых печах и их конст

1.3.2. Анализ тепловых процессов в многокамерных обжиговых печах и их конструкции.

1.3.3. Анализ тепловых процессов в обжиговых печах периодического действия и их конструкции.
1.4. Особенности теплопередачи через слой сыпучих материалов к поверхности подвергаемых обжигу заготовок из углеграфитовых материалов.
1.5. Выбор метода исследования тепловых процессов, протекающих при обжиге углеграфитовых заготовок.
Глава 2. Экспериментальное исследование тепловых процессов в печах для обжига
заготовок из углеграфитовых материалов.
2.1. Выбор объекта экспериментального исследования тепловых процессов в печах для обжига угле графитовых заготовок.
2.2. Описание конструкции выбранной для экспериментального исследования обжиговой
2.3. Цель экспериментального исследования.
2.4. Методика проведения эксперимента.
2.5. Результаты экспериментального исследования тепловых процессов в шахтной печи для обжига углеграфитовых заготовок.
2.6. Анализ результатов экспериментального исследования тепловых процессов в шахтной
печи для обжига углеграфнтовых заготовок.
2.7 Оценка погрешностей измерений физических величин, полученных в процессе проведения
2.8. Выводы по главе 2.
Глава 3. Математическое моделирование тепловых процессов в шахтной печи для обжига заготовок на основе углеграфитовых материалов.
3.1. Цели создания математической модели тепловых процессов в обжиговой печи и общие принципы се построения.
3.1.1 Постановка и алгоритм решения задачи внешнего теплообмена в процессе нагрева заготовок в контейнере.
3.1.2 Постановка и алгоритм решения задачи внутреннего теплообмена в процессе нагрева заготовок в контейнере.
3.2. Результаты вычислительных экспериментов и проверка их достоверности.
3.3 Выводы по главе 3.
Глава 4. Применение метода математического моделирования для разработки предложений по совершенствованию системы управления тепловым режимом и модернизации конструкции шахтной печи для обжига углеграфитовых
заготовок.
4.1. Применение математического моделирования для разработки предложений по совершенствованию тепловых режимов обжига заготовок.
4.1.1. Использование математической модели для анализа влияния условий сжигания топлива на температурный режим работы обжиговой шахтной печи.
4.1.2. Применение математической модели для разработки рекомендаций по управлению тепловыми режимами печей для обжига углеграфитовых заготовок.
4.1.3. Применение математической модели для оценки погрешностей регулирования температурного режима печен для обжига углеграфитовых заготовок по косвенным данным.
4.2. Применение математического моделирования для разработки предложений по модернизации шахтной печи для обжига углеграфитовых заготовок.
4.3. Использование результатов вычислительных экспериментов для решения технологических задач обжига углеграфитовых заготовок.


Заключение.
Список использованных источников


Разложение и полимеризация составляющих смолы веществ приводит к образованию различного типа соединений углерода и водорода легких, тяжелых, предельных и непредельных углеводородов. Процесс коксования сопровождается также частичной возгонкой и дистилляцией способных коксоваться веществ. Данные процессы являются нежелательными, так как уменьшают количество образующегося кокса. Основными факторами, влияющими на вььход летучих веществ, на количество и состав выделяющихся газов, являются температура и скорость нагрева углеграфитового материала. В интервале температур от 0 С до С скорость нагрева заготовок не оказывает заметного влияния на выход кокса. Поэтому наиболее важным при обжиге является диапазон температур до 0 С и особенно интервал в пределах 0 5 С 1,3,7. При небольших до Кчас скоростях нагрева в этом интервале температур выход годного кокса из связующей смолы существенно увеличивается. Изменение скорости нагрева приводит к изменению количества и состава образующихся летучих веществ. Уменьшение скорости возгонки и дистилляции приводит к увеличению образования ненасыщенных молекул углеводородов. Увеличение времени пребывания заготовок в данном диапазоне температур позволяет большему количеству непредельных углеводородов вступать в реакции ассоциации, тогда как при быстром нагреве они успевают улетучиться. Увеличение времени данного периода обжига позволяет большей части образовавшихся летучих веществ перейти в жидкое и твердое состояние и тем самым увеличивает выход кокса. Следует отметить, что засыпка играет при этом положительную роль, удерживая внутри себя газообразные и летучие углеводородные соединения, предотвращая окисление углеродистых веществ материала заготовок. Наличие засыпки способствует также процессу разложения углеводородных газов. Образующийся при этом атомарный углерод откладывается в порах углеграфитового материала и тем самым увеличивает однородность материала обожженной заготовки 3,7. Другим, не менее важным требованием к режиму обжига, кроме предельно возможного выхода кокса из смолы углеграфнтовой заготовки, является обеспечение се максимально возможной сплошности. Готовые изделия должны обладать однородной структурой без внутренних и внешних дефектов трещин, пустот, раковин и т. Образование этих дефектов вызвано опасными термическими и усадочными напряжениями, возникающими при проведении обжига 8. Неравномерный нагрев заготовок приводит к их неравномерному термическому расширению и, как следствие, к возникновению внутренних напряжений. Из данных, представленных на рис. Величина предельно допустимых перепадов температур по объему заготовок в течение обжига см. Для предотвращения опасных напряжений скорость нагрева заготовок строго ограничена, а максимально допустимый перепад температур по объему заготовки не должен превышать в некоторых случаях 3 5 К . Предельно допустимые перепады температур определяют и максимально возможные тепловые воздействия плотности тепловых потоков на поверхность заготовки. Расчет значений максимально допустимых плотностей тепловых потоков Чтах, в соответствии с известным аналитическим решением уравнения теплопроводности с граничными условиями 2го рода показал, что они должны изменяться в процессе обжига в зависимости от типа материала в пределах от до 0 Втм2 . Для предотвращения вышеуказанных нежелательных и опасных явлений в промышленной практике обжиг углеграфитовых заготовок проводят по строго определенному температурному режиму. Длительность обжига зависит от габаритов и типа материала заготовок. Для мелких заготовок его продолжительность составляет 0 0 часов, а для крупных изделий может достигать суток 3. Скорость нагрева по отдельным периодам также строго ограничена. Конечная температура нагрева заготовок зависит в основном от состава углеграфнтового материала. Обычно заготовки, подвергающиеся в дальнейшем графитации, нагреваются до температур порядка 0 С. В случае, когда обжиг для некоторых видов изделий является завершающей термической операцией, нагрев осуществляют до температур порядка С 1,3. На рис. На основании представленных на рис.