Зависимость удельной электрической проводимости гетерогенных систем от физических свойств составляющих фаз и давления

• Автор: Белозеров, Алексей Андреевич
• Шифр специальности: 05.17.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 163 с. : ил.

Содержание
Введение

1 Аналитический обзор.

1.1 Реакционное пространство руднотермической печи РТП

1.1.1 Структура реакционного пространства РТП.

1.1.2 Процессы протекающие в углеродистой зоне РТП

1.1.3 Исследования подэлектродного пространства РТП.

1.1.4 Физическое моделирование реакционной зоны РГП

1.1.5 Математическое моделирование реакционной зоны РТП

1.2 Электрофизические свойства реакционной зоны РТП

1.2.1 Электропроводность шлаковых расплавов

1.2.2 Электрофизические свойства углеродистых материалов.
1.2.3 Исследования электропроводности гетерогенных систем
1.2.3.1 Гетерогенные системы с изолированными включениями
1.2.3.1 Гетерогенные системы с контактирующими включениями
1.2.3.2 Двойной электрический слой в гетерогенных системах.
1.3 Выводы по результатам обзора литературных источников.
1.4 Цели и задачи работы.
2 Экспериментальная часть
2.1 Использованные в работе экспериментальные методы.
2.1.1 Постановка задачи работы и принятые допущения
2.1.2 Определение собственного электрического сопротивления
твердых проводящих материалов.
2.1.3 Методика исследования системы Т Г
2.1.4 Методика исследования системы Т Ж
2.1.5 Методика исследования межфазного контакта ТЖТ
2.2 Результаты экспериментальных исследований.
2.2.1 Экспериментальный вывод предлагаемой зависимости.
2.2.2 Обработка экспериментальных данных.
2.2.3 Расчет погрешностей прямых и косвенных измерений.
2.2.4 Электропроводящая система Т Г
2.2.5 Электропроводящая система Т Ж.
2.2.6 Межфазный электрический контакт, система Т Ж Т.
3 Обсуждение результатов.
Выводы
Список использованных источников


Гетерогенный восстановительный процесс, протекающий при фильтрации фосфато-кремнистого расплава через углеродистый слой, характеризуется как кинетической, так и диффузионной стадиями. Исследования показывают, что этот процесс протекает в смешанном режиме [5]. Скорость диффузионных процессов связана с гидродинамической обстановкой и свойствами среды в области взаимодействия, а скорость кинетических процессов связана с природой углеродистого материала и его пористостью, определяющей реальную поверхность межфазного контакта [5, - ]. Гетерогенное взаимодействие фосфата кальция с углеродом с образованием элементарного фосфора, описывается реакцией Велера Са3Рв + 5С + Ю2 —* ЗСг&Юз + 5СО + Р2. СаО(ж) + п8Ю2(ж) —> СаОп8Ю2(ж). Стадиям реакции предшествует диффузия молекул фосфата кальция или продуктов его распада к поверхности углеродистой частицы. В зависимости от условий, процесс восстановления может протекать либо непосредственно на внешней поверхности твердых частиц (при малом гидростатическом давлении, когда поверхность кокса не смачивается фосфато-кремнистым расплавом), либо внутри крупных пор углеродистого материала (при достаточно высоких давлениях, реализуемых в центральной части углеродистой зоны РТП). При этом восстановление сопровождается выделением газообразных продуктов, которые периодически вытесняются из пор, а также диспергированием углерода в объем расплава. В этом вопросе не существует полной ясности. Так, в работах В. А. Ершова [5, , ] предполагается, что существенная зависимость плотности расплава от содержания в нем Р2О5, температурные градиент! I и бурное газо-выделение приводят к созданию в углеродистой зоне интенсивных конвективных потоков, способствующих химическому взаимодействию. При этом предлагается принимать концентрацию Р2О5 и диаметр частиц восстановителя неизменными в пределах слоя, г. Однако И. Г. Альперович [7] утверждает, что принятие подобной гипотезы приводит' к получению расчетных значений константы скорости реакции, превышающих реально наблюдаемые. В результате, расчетная производительность печи прсвышаег истинное значение в тысячи раз. Делается вывод, что интенсивность массообменных процессов в углеродистой зоне несущественна и процесс восстановления может был, рассмотрен как протекающий в режиме вытеснения. С точки зрения электрического режима печи, свойства углеродистой зоны являются определяющими. Высокая проводимость гетерогенной системы III зоны обеспечивает контакт между подиной иечи и электродами, торцы которых находятся на уровне начала углеродистой зоны. При этом существенной особенностью работы фосфорной РГП является низкая степень развития электрической дуги, в которой выделяегся не более 6 % электрической мощности и которая существует в небольшой приэлеюродной области либо в виде газовой полости, заполненной ионизированным газом, либо в виде совокупности микродуг неустойчивой конфигурации [1, 7, -]. Таким образом, фосфорная печь работает в основном как печь сопротивления, а важнейшие электрические и технологические параметры печи непосредственно зависят от размеров и удельной проводимости углеродистой зоны [5]. Результаты исследований показывают, что выделение электрической мощности в Ш зоне максимально и составляет до % всей мощности, выделяемой в печи, из них около % затрачивается на целевую химическую реакцию. В шлаковой зоне не протекают интенсивные химические процессы, и выделяется около 3 % мощности [1,5-8, , ]. При этом температуры среды в обеих зонах различаются незначительно. Таким образом, в III зоне наблюдается значительная концентрация энергии, что должно объясняться особенностями структуры энергетических потоков в подэлектродном пространстве печи. В большинстве работ, затрагивающих вопросы распределения электрического потенциала и мощности в реакционном объеме РТП, принимается эквивалентная электрическая схема печи, показанная на рисунке 1. Яд, Хд- активное и реактивное сопротивления дуги; Яу - сопротивление углеродистой зоны; Киш - сопротивление шлаковой зоны; Ху - емкость углеродистой зоны. Рисунок 1.