РОЗРОБЛЕННЯ ПІДСИСТЕМИ ФОРМУВАННЯ ОПТИМАЛЬНОЇ СХЕМИ ПАКЕТУВАННЯ КЕРНА ПЕЧІ АЧЕСОНА

Анотація

Електротермічний процес графітації в печах Ачесона полягає у
поступовому нагріванні електродних заготовок до температур кристалізації
вуглецю (вище 2000 С), що забезпечується за рахунок виділення в області
керна Джоулевої теплоти під час проходження крізь об’єм пічі графітації
електричного струму [1]. При цьому графітовані матеріали набувають нових
фізико-хімічних властивостей.

Електротермічний процес графітації в печах Ачесона полягає у
поступовому нагріванні електродних заготовок до температур кристалізації
вуглецю, що забезпечується за рахунок виділення в області
керна Джоулевої теплоти під час проходження крізь об’єм пічі графітації
електричного струму . При цьому графітовані матеріали набувають нових
фізико-хімічних властивостей.

Існує система керування [2], що здатна істотно зменшити енерговитрати на
графітацію шляхом інтенсифікації процесу, хоча пришвидшення розігріву
електродних заготовок викликає збільшення в них осьового перепаду
температур, що призводить до деякої неоднорідності властивостей готових
виробів. Відомо, що для вирівнювання температури в перерізі керна
використовують таку схему укладки, за якої частина електричного струму в
процесі графітації переспрямовується до його периферії – це досягається
введенням у схему укладання шунтувальних шарів, сформованих з
гранульованих вуглецевих матеріалів. За думкою авторів шунт, сформований з
більш електропровідног матеріалу (в порівнянні з матеріалом кернової
пересипки) створює кращі умови для перерозподілення струму в об’ємі керна
на початку кампанії графітації.
Задачею цієї роботи є зменшення енерговитрат на графітацію та
підвищення якості кінцевої продукції шляхом застосування бічних
шунтувальних шарів оптимальної товщини в схемі формування керна печі
графітації на підготовчому до кампанії етапі.
З цією метою було вдосконалено відому математичну модель
просторового температурного поля печі графітації [3], що дозволило визначити
втрати теплоти та дослідити електричні й термічні процеси, які відбуваються у
керні й у бічних шунтах зокрема, за різної товщини (параметр a) та різних
властивостей (вологість, теплопровідність, питомий електричний опір тощо)
матеріалу шунтувального шару для заданої тривалості кампанії графітації.
Моделювання процесів розрахункового фрагмента печі здійснено за допомогою
системи скінченно-елементного аналізу AnSys Multiphysics (academic license)
Якість схеми пакетування оцінювалась за критерієм виду:

З’ясовано, що застосування бічних шунтувальних шарів не призводить до
підвищення кінцевих рівнів температур у виробах, але значно зменшує в них
осьовий перепад температур на початковому етапі кампанії графітації. Найкращий
в цьому сенсі результат було отримано у разі формування шунтувальних шарів з
матеріалу кернової пересипки – сирого металургійного коксу. Визначено, що
використання для шунтування графітованого коксу недоцільне.

Розроблено автоматизовану підсистему, яка на основі попередніх оцінок
вологості сипких матеріалв завантаження печі, шляхом мінімізації критерію (1)
генерує рекомендації щодо схеми пакетування керна.
Результати числового моделювання показують, що використання
розроблюваної підсистеми визначення оптимальної схеми пакетування разом з
відомою системою керування процесом графітації дозволяє отримати економію
електроенергії до 0,6 % під час графітації електродів діаметром 555 мм та
близько 2 % для електродів діаметром 700 мм.
Попри це, аналіз динаміки температур у виробах дозволяє прогнозувати
підвищення якості кінцевої продукції за рахунок більш рівномірного
розігрівання виробів під час кампанії графітації
Автори вважають, що буде доцільним дослідити властивості верхнього
шунтувального шару з метою подальшої оптимізації схеми пакетування керна.

Гурчик Г. І., Коржик М. В.