Совершенствование существующих и разработка новых технологий графитации углеродных материалов

• Автор: Перевезенцев, Валентин Петрович
• Шифр специальности: 05.17.11
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 220 с. : ил.

Введение. Общая характеристика работы
1. Состояние проблемы графитации углеродных материалов
и пути её решения
2. Разработка технологий графитации различных углеродных материалов применительно к способу Ачесона
3. Технология графитации углеродных материалов при квазиосесимметрячном нагреве заготовок
4. Технология графитации длинномерных углеродных заготовок при продольном их расположении в керне
5. Совершенствование оборудования для графитации углеродных заготовок
6. Разработка вспомогательных, систем к печам графитации
7. Разработка технологии непрерывной графитации углеродных заготовок с частичной утилизацией
тепла
Выводы
Литература
Приложения

ОИРТШШЛ? иийДЬЛ Ш1!>
ЛИЙ & О УЛВМГИФШПФШЛ ПАРЛФИ
и!ЙЦШ1 ЛШ ШИЙГ ИЪ-1ШШ Г АШ1Ш
Актуальность проблемы.
Современные отрасли производства, такие как авиакосмическая, электронная и ядерная техника, епецметаллургия и т.д. широко используют углеграфитовые конструкционные материалы. Так, например, в производстве полупроводниковых материалов основная технологическая оснастка изготавливается из особочистого СОСЧ) графита. В авиакосмической и ракетной технике из углеродных материалов изготавливают детали внешней и внутренней (в двигателях) тепловой защиты. В специальной металлургии широко применяются большегрузные графитовые тигли для плавки тугоплавких металлов и сильнолегированных сплавов. Общеизвестно применение зтих материалов в ядерной энергетике. Перечень областей применения углеграфитовых материалов в современной технике можно продолжить.
Широкое применение в современной технике углеродных конструкционных материалов объясняется наличием уникального комплекса свойств, таких как малая плотность и высокая удельная прочность, особенно при высоких температурах, высокая темпера-туростойкость (графитовые материалы работают при температурах до 3500 град. С), сравнительно низкая окиеляемоеть при высоких температурах, химическая инертность по отношению к большинству твердых и жидких металлов, малое сечение захвата тепловых нейтронов и способность сохранять физико-механические свойства в условиях нейтронного облучения.
Технология производства конструкционных углеродных материалов является многооперационной и включает в себя подготовку сырьевых материалов, их смешение, формование и две термические обработки - обжиг и графитацив. Графитация является завершавшим технологическим переделом, на котором формируются основные физико-механические характеристики материала, определяющие его эксплуатационные свойства.
Обожженные заготовки, поступающие на графитацию, обычно имеют недостаточную термостойкость, что создает основные труд-

кости при проведении зтой технологической операции. Эти трудности особенно возрастают с увеличением габаритов заготовок важнейших материалов для ракетно-космической и ядернсй техники. например, графитов В-1 и РЕМК, а также в связи с разработкой новых марок мелкозернистых графитов в заготовках больших размеров. Эти и ряд других обстоятельств потребовали решения новых задач в технологии графитации.
Важнейшая операция - очистка графита осуществляется путем обработки хлором заготовок в процессе графитации, а для получения особочистого графита проводится дополнительная обработка заготовок не только хлором, но фторсодержашнми газами при более высокой температуре, чем при графитации. Две высокотемпературные операции для глубокой очистки графита - зто вдвое большие затраты электроэнергии и пакетировочных материалов. Поэтому работы по совмещению операций графитации и глубокой очистки актуальны и необходимы.
Несовершенство применяемых на заводах систем ввода очистных реагентов в печь приводит к значительным утечкам хлора и фтора в цех, что способствует преждевременному разрушению металлоконструкций цеха и механических деталей и оснастки печей графитации. Распространение этих газов по прилегающей территории нарушает экологию среды и представляет опасность для населения. Отсюда необходима работа по совершенствованию этих систем.
С другой стороны, именно графитация является наиболее энергоемкой операцией в технологии производства конструкционного графита. Удельные расходы электроэнергии составляют 4000-6000 кВт. час/т, что в значительной степени определяет себестоимость грзфитироваккых материалов в условиях постоянного повышения тарифов на электроэнергию.
Таким образом, проблемы графитации крупногабаритных заготовок плотных и мелкозернистых графитов, связанные как с возможностью успешного проведения этой операции и с повышением выхода годных заготовок, а также проблемы снижения затрат электроэнергии в процессе графитации приобретают первостепенное значение и свидетельствуют о безусловной необходимости проведения исследований в этом направлении.
Определенное значение имеет также совершенствование оборудования для графитации и обслуживающих этот процесс систем.

операции загрузки печей.
Все это вместе приводило к затягиванию процесса, к перегреву теплоизоляционных материалов и повышению уровня обратного загрязнения от зоны теплоизоляции.
В печах такой ширины соотношение плошади керна С в данном случае - 1 кв.м) и плошади слоев теплоизоляции (боковых, "одеяла" и полинного) составляет ^1: 5. При таком соотношении неизбежно будет при шаблоне 0.26 сильное рассеяние энергии в начальный период кампании. Теплоизоляционные слои заполнены пе~ цовьг: коксом с зольность«» но болеа имеющего сравнительно нувыиикив у дь ль н о у з лє кт р о с п ро т и в ли н и о а При аналогичных рвжи-мах на МЗЗе при таком же керне начальная стадия нагрева керна
ттгл тгг, г г . ,ОППП лтло тт пЛ? ттттт г~ /лп^ттАатгі ттст лтогг »“> О "1 Л гт*“»
Ди ± $_(СЫ хУ рої ^Циии 1 Ц' ииШПП'О иЦ/іДСШШІПСіиП ОСЬ О ±0
сов. На ЧЗЗе эта же стадия затягивалась до 20-22 часов, что естественно приводило к излишним затратам энергии. Характерно, что заключительная стадия кампании глубокой очистки и на МЭЗе и на ЧЗЗе протекали почти одинаково. Ко поскольку на начальной стадии в кампаниях на ЧЗЗе затраты энергии превышали в 2 раза необходимые по техпроцессу, то эта энергия шла на нагрев теплоизоляции. Это приводило к интенсивному обратному загрязнению керна примесными элементами на стадии охлаждения.
Учитывая достаточную толщину теплоизоляции (по 700 мм на сторону) нами была предложена одностадийная технология глубокой очистки графита, т. е. предлагалось в одной операции провести и графитацию и глубокую очистку.
При тех же размерах керна 1000x1000 мм был уменьше шаблон, т. е. расстояние между соседними столбиками заготовок в керне до 0,12-0,156 (вместо 0,2с1). Зто позволило снизить в 1,5 -1,8 раза сопротивление керна и улучшить соотношение сопротивлений суммарно теплоизоляционных слоев и керна в пользу носТТ/“!. ТГТТ{*ТТ/'
лсДпох и.
Проведенные опытные кампании с замерами температуры . и расхода энергии показали, что зависимость условной теплоемкости печи Сусл. = ПІ.) стала близкой таковой ВЗГИ и МЗЗа. Зто позволило разработать электрический режим глубокой очистки, совмещенной с графитацией. Режим строился исходя из скорости нагрева 50 град, /час в интервале температур л/0-( 1750-1800)
Т*ІТ-»»-»ТТ Л ТТША ПААтПАтптТіТГАГПГГГЛАТТ'І'ПАТГЛіГПГіАТТТТ! Т* т.АЛГТТ/А ТГ/-Т1ТЛТТ л ттт-ч*-» гЬпг
і рсцід Ч_'4 чхи ьиих ВС X Ы С X И|.)иуюізидц .1 Іісхтощ! хеллилш ИЛШ 1 ^'СЬЦШ
тации заготовок мелкозернистого графита МГ и МГ-1.