Специалисты АО «ЦИФРА» провели работы по моделированию процесса нагрева участка печи прямой графитации и сравнительному анализу результатов при использовании двух отличающихся по свойствам теплоизоляционных материалов.
Вебинар: Оценка климатической комфортности общественных, офисных и промышленных помещений в различных типах зданий по ГОСТ Р ИСО 7730/Ashrae 55
Комфортность пребывания людей в помещении – критически важная характеристика всех общественных, офисных и промышленных зданий. Для того, чтобы обеспечить адекватные обогрев, вентиляцию и кондиционирование, необходимо тщательно проработать соответствующие решения. Математическое моделирование позволяет оценить качество принятых решений ещё до ввода здания в эксплуатацию и оперативно устранить все возникающие проблемы.
Справка
Промышленный способ изготовления графита – многоступенчатый процесс обработки исходного сырья. Графитация – заключительный этап, заключающийся в высокотемпературной обработке заготовок из кокса, при которой они переходят в состояние более высокой кристаллографической упорядоченности. Процесс графитирования в основном проводят в однофазных электрических печах периодического действия прямого (печи Кастнера), или косвенного нагрева (печи Ачесона), обеспечивающих уровень температур в изделиях 2400–3000 °С.
Рисунок 1 – Печь Кастнера: 1,3 – торцевая и боковая стены; 2 – подина; 4 – воздушные каналы; 5 – подвижный токоподвод; 6 – гнездо подвижного токоподвода; 7 – неподвижный токоподвод; 8 – заготовки; 9 – выравнивающая вставка; 10 – демпферная прокладка; 11 – теплоизоляция.
Цель работ
Установление влияния теплофизических свойств теплоизоляционных материалов на распределение полей температур в печи графитации.
Методика проведения расчетов
Модель состоит из следующих основных компонентов:
- стержневые заготовки из кокса, на которые подается напряжение для их последующего нагрева;
- теплоизоляционный материал (шихта);
- внешние стенки печи из кирпича и бетона.
Рисунок 2 – Пример математической модели печи прямой графитации Кастнера
Для ускорения проведения расчетов моделируется только часть печи – регулярный участок печи длиной 1 м.
Расчет проходит в два этапа: этап нагрева и этап охлаждения.
На этапе нагрева совместно решается связанная нестационарная задача теплопроводности и квазистационарная задача электропроводности: на концах заготовки мгновенно прикладываются электрические потенциалы, соответствующие режиму нагрева; на распределение температур в текущий момент времени оказывает влияние его распределения в предыдущие моменты времени.
При достижении 3000 °С коксовые заготовки меняют свои свойства – стержни становятся графитовыми. На этапе охлаждения отключается подача электричества на заготовки, механические свойства заготовок заменяются на соответствующие свойства графита.
Построение математической модели и проведение расчетов проводились с использованием программно-вычислительного комплекса ANSYS.
Результаты работы
По результатам расчетов проведен сравнительный анализ полученных результатов для двух теплоизоляционных материалов печи. Подготовлена отчетная документация с обоснованием выбора теплоизоляционного материала для повышения качества изготовляемой продукции.
Список использованных источников
- С.В. Лелека, Е.Н. Панов, А.Я. Карвацкий, И.В. Пулинец, Т.В. Чирка, Т.В. Лазарев. Теплоэлектрическое состояние печей графитирования Ачесона. Монография. Киев: НТУУ «КПИ». 2014
- А.Ю. Педченко, Є.М. Панов, А.Я. Карвацький, С.В. Лелека, Т.В. Лазарєв. Теоретично-експериментальнi дослiдження печей графiтування Кастнера. Монографiя. Київ: КПІ ім. Ігоря Сікорського. 2017
В статье использовано изображение ООО «Эл 6» https://www.el6.ru/ru/o-kompanii/proizvodstvennyie-aktivyi/el-6-novocherkassk/novosti/epm-nez-zapustil-v-ekspluatacziyu-pech-grafitaczii,-analogov-kotoroj-net-v-rossii/
