Спосіб графітації вуглецевих заготовок

Спосіб графітації вуглецевих заготовок, що включає формування з вуглецеви х заготовок, теплоізолюючих та пересипних матеріалів керна в просторі печі опору та нагрівання заготовок з регульованою швидкістю у відповідності з регламентом підведення потужності, який відрізняється тим, що регламент підведення потужності визначають за допомогою чисельної моделі температурного поля печі з врахуванням вологості матеріалів та переміщення вологи в об'ємі печі так, щоб швидкість нагрівання заготовок не перевищувала граничних значень впродовж всієї кампанії графітації. (19) (21) a200702545 (22) 12.03.2007 (24) 10.12.2008 (46) 10.12.2008, Бюл.№ 23, 2008 р. (72) ПАНОВ ЄВГЕН МИКОЛАЙОВИЧ, UA, КУТУЗОВ СЕРГІЙ ВОЛОДИ МИРОВИЧ, U A, УРАЗЛІНА ОЛЬГА ЮРІЇВН А, U A, ДЕРКАЧ ВАСИЛЬ ВАСИЛЬОВИЧ, UA, САСІН ОЛЕГ АРКАДІЙОВИЧ, U A, ШИЛОВИЧ ІГОР ЛЕОНІДОВИЧ, UA, ЛЕЛЕКА СЕРГІЙ ВОЛОДИМИРОВИЧ, U A (73) ВІДКРИТЕ АКЦІОНЕРНЕ ТОВАРИСТВО "УКРАЇНСЬКИЙ ГРАФІТ", U A (56) JP 2000086223 A, 28.03.2000 UA 2911 U, 15.09.2004 UA 11636 U, 16.01.2006 UA 23422U, 25.05.2007 SU 929552 A1, 23.05.1982 3 84962 при якому використання інформації про температурний стан печі графітації дозволяє прискорити нагрівання заготовок і, тим самим, знизити енергоємність кампанії графітації при збереженні якості продукції. Поставлена задача вирішується тим, що в способі графітації вуглецеви х заготовок, що включає формування з вуглецеви х заготовок, теплоізолюючих та пересипочних матеріалів керна в просторі печі опору та нагрівання заготовок з регульованою швидкістю у відповідності з регламентом підведення потужності, згідно з пропонованим винаходом новим є те, що регламент підведення потужності визначають за допомогою чисельної моделі температурного поля печі з врахуванням вологості матеріалів та переміщення вологи в об'ємі печі так, щоб швидкість нагрівання заготовок не перевищувала граничних значень впродовж всієї кампанії графітації. Вдосконалення розробки регламенту підведення потужності у частині визначення швидкості нарощування потужності нагріву, оцінки температурного рівня процесу графітації заготовок може бути виконане за допомогою чисельної розрахункової моделі, яка б враховувала якнайбільше факторів впливу. Теплофізичні властивості матеріалів в температурному діапазоні роботи печі зазнають досить значних змін. На величину змін теплофізичних властивостей значний вплив має наявність вологи. Відомо, що наявність вологи у теплоізолюючих та пересипочних матеріалах не дозволяє на протязі певного часу підвищувати температуру заготовок, викликає значні перепади температури вздовж осі заготовки і в кінцевому результаті робить процес нагріву погано керованим і призводить до суттєвих витрат енергії. Однак, існує проблема врахування наявності вологи, яка полягає у тому, що пересипочні матеріали являють собою капілярну стр уктуру, переміщення вологи в якій відбувається згідно до закономірностей термічного та концентраційного масопереносу. Власне механізм транспортування вологи забезпечується капілярними силами. Суть переносу полягає у тому, що волога випаровується із ізотермічної поверхні 100°C. У місці випаровування радіус кривизни капілярного меніску, з поверхні якого відбувається випаровування, зменшується і завдяки цьому зростає капілярний напір. Водяна пара переміщується у пористій структурі матеріалів до того місця в об'ємі печі, де існують умови для її конденсації. Конденсація водяної пари призводить до утворення області з підвищеною концентрацією вологи, з якої вона буде знову «підкачуватись» капілярними силами до місця випаровування, тобто на ізотермічну поверхню 100°С. Таким чином всередині печі існує замкнутий циркуляційний контур, який на протязі певного часу є найбільш впливовим фактором у формуванні температурного поля печі. Переміщення вологи в об'ємі печі під час кампанії графітації суттєво впливає на температурне поле, оскільки супроводжується інтенсивним теплопереносом. Тому вказане явище також повинне враховуватись при визначенні регламенту підведення 4 потужності печі опору, який включає графік погодинного нарощування потужності печі та питомі витрати електроенергії (кВт×год/т), необхідні для набуття електродними заготовками бажаного ступеня графітації. Виявилось, що можливість врахування особливостей масопереносу вологи з'являється при визначенні регламенту за допомогою чисельної моделі температурного поля печі. Врахування особливостей масопереносу виконується за допомогою введення в модель ефективного коефіцієнта теплопровідності, який було визначено на базі розрахунку капілярного переносу в пересипочних матеріалах заданого гранулометричного складу, відсоткового вмісту вологи, експериментальних даних для конкретних умов нагрівання. Врахування вологи призводить до збільшення у певному температурному діапазоні коефіцієнтів теплопровідності у декілька разів. Тому в чисельній моделі розроблена система критеріїв, отриманих на підставі експериментальних досліджень тепло - вологопереносу у насипних матеріалах, які враховують температурні залежності теплофізичних параметрів під час кампанії. Граничні значення швидкості нагрівання в залежності від рівня температури визначаються експериментально, окремо для кожного типу заготовок. Чисельна модель температурного поля печі дозволяє визначити рівень температур в заготовках, що відповідає заданому регламенту підведення потужності для кожного часового інтервалу кампанії. За допомогою чисельної моделі температурного поля печі на основі інформації про граничні значення швидкості нагрівання заготовок можна визначити регламент, що забезпечує для кожного часового інтервалу кампанії найбільшу швидкість нагрівання, при якій гарантується цілісність заготовок. Таким чином, сукупність ознак, що заявляється, дозволяє знизити енергоємність способу графітації і зберегти при цьому високу якість графітованих заготовок. Приклад способу графітації заготовок електродів великого діаметра. Графітацію заготовок здійснюють традиційним шляхом, що включає формування з вуглецевих заготовок, теплоізолюючих та пересипочних матеріалів керна в просторі печі опору та нагрівання заготовок у відповідності з регламентом підведення потужності. Однак, новим є те, що регламент підведення потужності визначають за допомогою чисельної моделі температурного поля печі з врахуванням вологості матеріалів та переміщення вологи в об'ємі печі. При цьому випалені заготовки електродів завантажують в піч відповідно до схеми укладки. Простір між заготовками заповнюють пересилкою з металургійного коксу, який відіграє роль основного елементу опору печі. Керн з усіх сторін оточують шаром теплоізоляційної шихти. За довідковими даними визначають теплофізичні властивості заготовок, теплоізолюючих та пересипочних матеріалів, що використовуються в печі. 5 84962 Відомо, що електродні заготовки великого діаметра (більше 450мм) до температури 1000°C можна нагрівати з максимальною швидкістю. В температурному діапазоні 1000...1700°C заготовки зазнають значних усадочних змін і швидкість розігріву слід понизити до 25град./год. При більш високих температурах утворення дефектів в заготовках малоймовірне і швидкість розігріву слід знову підвищити. За допомогою чисельної моделі температурного поля печі, яка враховує вологість матеріалів та переміщення вологи в об'ємі печі, шляхом порівняння з даними про граничні значення максимально можливої швидкості нагрівання заготовок, визначають енергетично найбільш доцільний регламент. Отриманий регламент забезпечує максимальну швидкість нагрівання заготовок для кожного часового інтервалу при дотриманні умови, що швидкість не перевищує граничних значень впродовж всієї кампанії графітації, і гарантує цілісність заготовок. Комп’ютерна в ерстка Л. Купенко 6 Піч опору приєднують до електричної мережі і нагрівають заготовки з регульованою швидкістю у відповідності з визначеним регламентом підведення потужності. Нагрівання заготовок припиняють, коли питомі витрати електроенергії досягають значення, вказаного в регламенті підведення потужності. Пропонований винахід значно зменшить енерговитрати на кожну кампанію графітації порівняно з традиційним способом при збереженні якості продукції. Спосіб, що заявляється, пройшов досліднопромислове випробування на ВАТ «Укрграфіт» і показав, що при графітації заготовок електродів Æ 610мм витрати електроенергії на одну кампанію знизились ~ на 4,6%, а для заготовок електродів Æ 300мм ~ на 4,0% при збереженні їх високої якості. Крім того, удосконалений регламент дозволить скоротити тривалість кампанії графітації на окремій печі, що дасть змогу провести на ній ще одну додаткову кампанію протягом року. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601