Технічні науки / металургія

Іванов В.І., Нестеренко Т.М., Болюк С.В., Моісейко Ю.В.

ПРО ПЕРЕНЕСННЯ ЕНЕРГІЇ ТА МАСИ ПІД ЧАС ПРЕСУВАННЯ ВОГНЕТРИВКого порошку

Запорізька державна інженерна академія

Технологічна операція «пресування напівсухих вогнетривких порошків» є найвідповідальнішею під час виробництва вогнетривких виробів. Для випуску напівфабрикату високої якості необхідно забезпечити прогнозування розподілу щільності вогнетривкої маси у ньому під час пресування, що дозволить здійснити грамотне проведення зазначеної операції.

У роботі [1] з позицій термодинаміки необоротних процесів та аналізу рушійних сил перенесення енергії і маси речовини у дисперсних системах під час обробки їх тиском запропоновано енергодинамічну модель такого перенесення. Вказана модель подає процес пресування дисперсних вогнетривких мас як перенесення енергії та маси матеріалу до просторової області заданої форми та кінцевих розмірів для одержання напівфабрикату із заданою середньою (за перерізом) щільністю.

Процеси перенесення енергії та маси вогнетривкого порошку під час пресування є нестаціонарними та необоротними. Це дозволяє описувати локальні змінювання тиску та щільності за часом узагальненими диференційними рівняннями Умова [2]:

div ; (1)

div , (2)

де P_z – тиск; t – тривалість ущільнення; z – координата за товщиною напівфабрикату; L_pp, L_mp – кінетичні коефіцієнти під час бародифузійного перенесення тиску та маси ущільнюваного порошку в прес-формі відповідно.

Сумісний розгляд рівнянь (1) і (2) дозволяє записати

. (3)

Співвідношення L_mp/L_pp залежить від властивостей вогнетривкого порошку, що ущільнюють, та значення прикладеного тиску; його значення визначають експериментальним шляхом.

Для описування процесів перенесення маси конкретного вогнетривкого матеріалу під час його обробки тиском виконують розрахунок змінювання усереднених за перерізом напівфабрикату значень тиску за часом, а потім переходять до обчислення полів концентрації маси порошку за допомогою відомих емпіричних «рівнянь пресування» r = ¦(P).

Рівняння (3) для одновимірного завдання має вигляд:

а_р , (4)

де а_р – коефіцієнт потенціалопровідності вогнетривкого порошку в прес-формі, що враховує вплив стінок прес-форми на перенесення енергії до заданої просторової області.

Моделюючи під час одностороннього пресування напівфабрикат прямокутної форми «пластинами», що мають товщину 2d (d - половина товщини) за необмежених розмірів довжини та ширини, одержують відносно прості розв’язання рівняння (4).

Для експериментального дослідження закономірностей процесу ущільнення вогнетривких порошків, а також визначення значень коефіцієнта а_р, розроблено декілька методик, що забезпечують реєстрацію режимів пресування на пресах з гідравлічним та електрогідравлічним приводом.

Результатами експериментів щодо вивчення полів тиску та концентрації вогнетривкої маси у прес-формі під час ущільнення на гідравлічних пресах ПСУ-500 [3] і П 907 [4] з одностороннім прикладенням тиску підтверджена адекватність запропонованої енергодинамічної моделі.

З метою комплексного та синхронного відображення процесів перенесення, що відбуваються під час обробки вогнетривких порошків тиском, здійснювали по’єднання енергетичної та масоконцентраційної діаграм до єдиної номограмної системи перенесення енергії та маси речовини [5], яка дозволяє розглядати динаміку змінювання тиску та щільності за товщиною дисперсної системи за цикл ущільнення, тобто прогнозувати результати технологічного процесу.

Запропонований підхід дозволяє значно спростити математичну викладку в просторових і часових координатах динаміки розвитку процесів перенесення енергії та маси стосовно процесу пресування напівфабрикату вогнетривких виробів, а також запропонувати шляхи розв’язання конкретних інженерних задач щодо прогнозування раціональних умов виробництва вогнетривкої продукції високої якості.

СПІСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. Kharchenko I.G. Phenomenological theory of energy and mass transfer for pressure shaping of disperse materials // Int. J. Heat Mass Transfer. – 1975. – V. 18. – P. 953-959.

2. Лыков А.В. Тепломассообмен. – М.: Энергия, 1971. – 560 с.

3. Харченко И.Г., Матвиенко Я.Т., Иванов В.И. Установка для тензометрических исследований процесса прессования // Порошковая металлургия. – 1975. – № 1. – С. 34-38.

4. Харченко И.Г., Иванов В.И., Старун В.Р. и др. Исследования динамики процесса прессования на гидравлическом прессе П-907 // Огнеупоры. – 1983. – № 12. – С. 34-38.

5. Харченко И.Г., Кобеза И.И., Иванов В.И. и др. Исследование термодинамики необратимых процессов в дисперсных системах / Тепломассообмен ММФ-96. – Минск: ИТМО НАНБ. – 1996. – Т. V. – С. 204-210.