ПРИМЕНЕНИЕ ТОКОВ СЛОЖНОЙ ФОРМЫ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ ГРАФИТИЗАЦИИ И ОБЖИГА

В статье рассматриваются результаты  экспериментальных исследований позитивного влияния токов сложной формы на формирование  кристаллической структуры  графита, скорость подъема температуры  и удельный расход электроэнергии в печах сопротивления

Технология получения искусственного графита относится к сложным высокотемпературным энергоемким процессам. Графитизацию осуществляют в электрических печах сопротивления прямого нагрева. Непосредственное формирование кристаллической структуры графита начинается при температурах свыше 2200^оС. Управление процессом осуществляется по электрическим параметрам. График ввода энергии определяет продолжительность технологического процесса и его энергоемкость. Критерием скорости ввода энергии является требование достижения конечной температуры обработки при обеспечении высокой термопрочности заготовок. В технологической схеме производства электроугольных изделий процесс обжига предшествует процессу графитизации. Его основное назначение - формирование формы заготовок. Попытки объединить эти режимы в один, с целью снижения трудоемкости данного  производства, пока не дали положительных результатов в основном из-за различного назначения шихты  в указанных процессах. При увеличении скорости подъема температуры можно снизить потери тепла и удельный расход электроэнергии электротехнологической установки. В этом плане представляют интерес успехи японских исследователей, достигнутые в разработке материалов с малым объемным изменением при температуре выше 1200^оС, что позволило  снизить энергоемкость процесса графитизации на 15%.

В настоящее время развивается новое направление, позволяющее повысить эффективность электротехнологических установок  за счет изменения электрического режима, а именно применения токов сложной формы (ТСФ).  Известны положительные результаты применения ТСФ для питания дуговых сталеплавильных печей (ДСП), индукционных и сварочных установок,  в электрохимических процессах и т.д. Отмечено улучшение качества сварного шва при использовании ТСФ в дуговой сварке. Установлено снижение уровня шума и объема выброса газов, уменьшение расхода ферросплавов и электродов, улучшение условий горения дуги при переводе ДСП емкостью  0,6-2,5 т с переменного  на постоянный ток. При использовании полигармонического напряжения  для индукционных установок  отмечено расширение зоны нагрева индукционными токами, и осуществление одновременного нагрева по всей глубине заготовки. При нестационарных режимах работы электрохимических систем установлено снижение работы выхода, уменьшение напряжения на ванне. Отмечено улучшение технико-экономических показателей:  повышение скорости осаждения, улучшение структуры и качества осадков;  возрастание выхода  осаждаемого на катоде металла; использование растворов с более низкой температурой нагрева; снижение удельного расхода электроэнергии.

 Позитивные результаты применения ТСФ в электротехнологии обусловили  интерес  к исследованию подобных режимов работы установок прямого и косвенного нагрева.  Исследование электрических режимов проведено в центральной заводской лаборатории  одного из электродных заводов России. Эксперименты выполнены на физических моделях промышленных печей сопротивления прямого и косвенного нагрева, соответственно для  графитизации и обжига заготовок, в сравнении обычного и нового (с питанием ТСФ) электрических режимов. В экспериментах использовали электродные заготовки из кокса и антрацита, отпрессованные в лабораторных условиях. Конечная температура термообработки "зеленых" заготовок в режиме обжига составила  1000^оС, а в режиме графитизации - 2400^оС. Установлено снижение удельного расхода электроэнергии в среднем на  7% при графитизации  электродных заготовок в режиме с питанием ТСФ при незначительной модернизации источника питания печи. Подтверждено снижение потребляемой из сети мощности при вполне определенной форме питающего напряжения, то есть амплитудах и составе гармоник. Отмечены положительные эффекты применения ТСФ и для процесса  обжига "зеленых" заготовок. В обычном  режиме  скорость подъема температуры в нагревательных элементах из нихрома составила 20^оС/мин, а в новом - 40^оС/мин. Удельное электрическое сопротивление заготовок возросло в два раза и составило 101мкОм·м. Это свидетельствует о том, что  при обжиге с питанием ТСФ имело место формирование кристаллической структуры графита. Следовательно, качество и структуру изделий в технологическом процессе можно улучшать регулируя форму питающего тока. При этом появляется возможность снижения конечной температуры обработки изделий, управления температурным полем установок прямого и косвенного нагрева в функции частоты тока, задавая в соответствии с графиком ввода энергии скорость подъема температуры,  изменения времени температурной обработки изделий.

Авторы:

Бойко Федор Константинович - академик, профессор кафедры ПРЭ ПГУ им. С. Торайгырова.

Служебный адрес: 637000, Казахстан, г. Павлодар, Павлодарский Государственный университет им. С. Торайгырова, кафедра  производства и распределения электроэнергии, ул. Ломова 64, р.т. 45-09-11, факс 45-11-96.

Птицына Елена Витальевна - к.т.н., доцент кафедры ПРЭ ПГУ им. С. Торайгырова.

Служебный адрес: 637000, Казахстан, г. Павлодар, Павлодарский Государственный университет им. С. Торайгырова, кафедра ПРЭ, ул. Ломова 64, р.т. 45-09-11, факс 45-11-96.