Моделирование процесса прогрева углеродного материала
Решение задачи о прогреве углеродсодержащего материала. Результаты рассмотрения процессов прогрева в реальных условиях промышленной установки, изменяющихся с течением времени и по мере обработки. Роль оптимизации грансостава в процессе термообработки.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 10.03.2018 |
| Размер файла | 91,1 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Кафедра высшей математики, Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) им. Платова.
Моделирование процесса прогрева углеродного материала
Безуглов Александр Михайлович,
доктор технических наук, профессор,
Безуглов Владимир Александрович, соискатель.
Решение задачи о прогреве углеродсодержащего материала базируется на теории теплопроводности Фурье. Получающееся в результате дифференциальное уравнения температуропроводности может быть решено в зависимости от начальных и граничных условий для образцов разной формы и размеров [1]. Как известно из стационарных решений, распределение температуры внутри образца существенно зависит от его формы, но не смотря на различия, в выражениях для температур, из них получаются близкие по смыслу и величине оценки времени прогрева: , где a2 - температуропроводность, R - некоторый геометрический размер (радиус диска, шара) [2].
Реальные химические технологии включают процессы далеко отличающиеся от стационарных. Ниже приводятся результаты рассмотрения процессов прогрева в реальных условиях промышленной установки, изменяющихся с течением времени и по мере обработки, соответствующие краевые условия и уравнения имеют вид:
T(0, r) = T0 - начальная температура,
- поверхностная температура,
- условия в центре образца.
, где .
Операционным методом было получено решение:
Последнее слагаемое становится малым при . При этом на поверхности r=R температура для любого момента времени t:
В центре образца r = 0, :
В результате, как показывают оценки для конкретных случаев - , температуры внутри образцов могут отличаться от поверхностных на сотни градусов (до 5000С). При этом общее выражение для разности температур поверхности и центра имеет вид:
где основной вклад дает первое слагаемое. Задержка прогрева как во времени, так и по температуре пропорциональна .
В условиях реального производства такая закономерность проявляется в сильной зависимости основных показателей производства - прежде всего, кпд и качества продукта - от неоднородности гран состава исходного материала. Поскольку основным действующим фактором изменения физико-химических свойств углеродного материала, является удельное количество поглощенного тепла. Оценим его с учетом найденной .
При условии , последнее слагаемое в Q исчезает, а первое, с точностью до множителя, совпадает с аналогичным для T(t,r):
Поэтому можно воспользоваться сделанными для T(t,r) оценками, и утверждать, что с ростом R удельное количество поглощенного тепла может снижаться в несколько раз в сравнении со значением q для образцов малого радиуса(внутри допустимого грансостава).
В связи с этим возникает технологическая дилемма - повышать время и температуру термообработки, ужесточая процесс, или мириться со снижением качества вследствие недостаточности термообработки внутренних слоев крупных образцов. Поскольку показатели качества фиксированы или ограниченны допусками, то приходится идти на ужесточение процесса(при этом, всегда оказывается, что за время дообработки крупной фракции, мелкая пережигается, угорает, уносится и т.д., приводя к дополнительным потерям и снижает кпд процесса).
Если технологический процесс оптимизирован на обработку определенной фракции R0 углеродного материала: подобраны время выдержки (процесса) и определен закон T=T(t,R0), то в результате, получается качественный готовый продукт, при некотором достигнутом уровне кпд -.Образцы R<R0 прогреваются раньше, следовательно, какое-то время предназначенная для них доля энергии улетает в трубу, тем самым снижается общий кпд. Часть материала-R>R0 - прогревается частично, получает q<q0, при тех же общих затратах энергии. Следовательно, в определении полного кпд появляется еще один понижающий множитель, пропорциональный концентрации крупной фракции.
Представим q в более удобной форме: Откуда можно получить еще одно выражение: - заданная температура, инвариантная технологическая величина, рассчитанная на эффективное производство оптимальных образцов Вводя представление , для получим выражение: Откуда Определим кпд для оптимального образца , где доля энергии, направленная на оптимальное нагревание частиц оптимального размера R0, для неоптимальных размеров получим или . Кпд закономерно снижается.
Изменение знака , то есть наличие мелкой фракции к противоречию не приводит и коэффициент полезного действия не увеличивает, так как в этом случае включаются другие негативные процессы.
Таким образом в технологиях, где основным является процесс термообработки, ключевую роль играет оптимизация грансостава. Если из химических, физических, конструкционных и прочих соображений выбирается в качестве «средней», «стандартной» и т.п. фракции технологического процесса, то одинаково важным является минимальное присутствие как крупной, так и мелкой фракций.
Полученные теоретические выводы можно проиллюстрировать результатами промышленных испытаний прокалочных печей: в результате комплексных мер по оптимизации грансостава технологического процесса удалось снизить потери на угар на 67%(то есть в 3 раза).
Литература
углеродсодержащий материал прогрев термообработка
1. Безуглов А.М. Оптимизация прогрева антрацита в термопечах. Современные достижения в области исследования производства и эксплуатации углеродных материалов.- Тезисы докладов и сообщений Всесоюзной конференции молодых ученых и специалистов: Челябинск 1984. С. 42.
2. Посыльный В.Я., Безуглов А.М. Влияние неоднородностей грансостава на оптимизации. Процесса термообработки антрацитов. Высокотемпературные и плазмохимические процессы: Межвуз. сб. науч. тр. Литиздат, 1987. С. 124-127.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Технико-экономическое обоснование выбора тепловой установки и вида теплоносителя. Характеристика готовой продукции и требования к ее качеству. Расчет температуры прогрева изделий, материального баланса щелевой камеры. Выбор режима тепловой обработки.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 08.05.2011Сырье и полуфабрикаты для изготовления многопустотных плит перекрытия. Выбор и обоснование теплового режима. Описание конструкции и принципа работы установки. Тепловой баланс камеры. Конструктивный расчет установки. Период изотермического прогрева.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 08.04.2015Характеристика сталеплавильного и термического участков цеха металлургического комбината. Описание технологии термообработки деталей, оборудования для термической обработки звездочек. Обзор предложений по увеличению срока службы деталей аглодробилок.
отчет по практике [4,1 M], добавлен 05.04.2012Определение коэффициента использования материала при раскрое детали "Корпус инструментального ящика". Выбор типа и технологической схемы штампа, материала и термообработки деталей. Расчет исполнительных размеров разделительных пуансонов и матриц.
дипломная работа [2,6 M], добавлен 05.09.2014Методы выбора технологического оборудования и оснастки для обработки заготовок. Расчет норм времени обработки на металлорежущих станках. Разработка технологического процесса производства кнопки. Характеристика материала, назначение и конструкция детали.
курсовая работа [144,9 K], добавлен 27.07.2013Проектирование системы с барабанной сушилкой и расчет процесса сушки влажного материала в ней, который обеспечивал бы заданное влагосодержание высушиваемого материала на выходе из аппарата. Бандажи барабана. Опорные станции. Критический диаметр изоляции.
курсовая работа [300,5 K], добавлен 25.09.2012Основные механические характеристики материала обрабатываемой детали. Способы закрепления заготовки на станке. Выбор материала режущей пластины резца и марки материала державки. Определение скорости резания, допускаемой режущими свойствами резца.
контрольная работа [287,4 K], добавлен 25.09.2014Прочность как способность материала сопротивляться разрушающему воздействию внешних сил. Рассмотрение особенностей выбора материалов и режимов термообработки от условий работы деталей машин и элементов конструкций. Анализ режимов термической обработки.
реферат [482,2 K], добавлен 20.03.2014Выбор материала и способа получения заготовки, технология ее обработки. Технологические операции получения заготовки методом литья в металлические формы (кокили). Технологический процесс термической и механической обработки материала, виды резания.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 23.07.2013Теоретические основы тепло-влажностной обработки: предварительное выдерживание, период подъема температуры в камере и изотермического прогрева изделий, остывания изделий в камере. Характеристика вертикальной камеры и изделий, их номенклатура и свойства.
контрольная работа [686,0 K], добавлен 13.03.2011Приготовление бетонной смеси. Проблемы, возникающие перед началом процесса бетонирования, опалубочные, арматурные и бетонные работы. Классификация опалубки по конструктивным признакам. Производство работ методом термоса или искусственного прогрева.
отчет по практике [38,3 K], добавлен 16.11.2010Разработка композиционного материала для изготовления труб с матрицей из фторопласта и хаотично ориентированными керамическими волокнами. Выбор метода формообразования и тепловой обработки изделия. Расчет параметры технологического процесса оснастки.
курсовая работа [954,0 K], добавлен 01.05.2015Разработка и построение графа технологического процесса изготовления женского платья и определение нормы расхода материала на изделие. Выбор методов обработки, оборудования и средств малой механизации. Выполнение раскладки лекал, оценка ее экономичности.
курсовая работа [153,1 K], добавлен 09.11.2010Изучение устройства сушильной камеры УЛ-1. Обоснование и выбор режимов сушки, начального прогрева и влаготелообработки пиломатериалов из древесины ели и осины. Определение массы испаряемой влаги и расхода теплоносителя. Контроль технологического процесса.
курсовая работа [650,0 K], добавлен 15.04.2019Роторы асинхронного двигателя, их виды. Время прогрева двигателя в зависимости от его температуры. Моделирование асинхронного двигателя с аварийным дизель-генератором. Механические и электрические переходные процессы при моделировании в среде Matlab.
реферат [1,0 M], добавлен 09.06.2015Сущность процесса струйной гидроабразивной обработки. Механизм процесса и область применения данного метода обработки. Срок службы суспензии и регенерация абразивного материала. Классификация струйных аппаратов, их схемы и конструкция. Закон Бернулли.
контрольная работа [10,9 M], добавлен 25.05.2009Формирование и обоснование процесса термической обработки втулки шлицевой карданного вала. Характеристика материала и описание технологических операций. Возможные дефекты закалки и принципы их устранения, используемые методы и приемы, оборудование.
реферат [314,0 K], добавлен 22.11.2016Анализ процесса термической обработки заготовок. Разработка проекта программно-методического комплекса (ПМК) автоматизации проектирования технологического процесса термообработки заготовок в ОГМет ЗАО НКМЗ. Расчет капитальных затрат на создание ПМК.
дипломная работа [1,7 M], добавлен 19.06.2010Анализ материала и классификация поверхности детали. Назначение технологических баз, схем базирования и установки заготовки. Разработка маршрутной технологии. Методы обработки отдельных поверхностей, оборудования и средств технологического оснащения.
курсовая работа [322,2 K], добавлен 14.10.2010Назначение, область применения и краткое описание шнекового транспортёра. Выбор электродвигателя, материала и вида термообработки. Расчет допускаемых напряжений. Разработка вала привода: техническое предложение, технический проект, построение эпюры.
курсовая работа [118,1 K], добавлен 09.02.2011
