Технічні науки / Металургія

Іванов В.І., Сапов В.Ф., Нестеренко Т.М., Печеннікова В.М., Моісейко Ю.В.

Запорізька державна інженерна академія,

Національна металургійна академія України

ПРО ТЕРМОДИНАМІКУ НЕОБОРОТНИХ ПРОЦЕСІВ ПЕРЕНЕСЕННЯ

У ВОГНЕТРИВКИХ ПОРОШКАХ

Для виробництва вогнетривкої продукції високої якості необхідно забезпечити прогнозування розподілу щільності вогнетривкої маси в напівфабрикаті під час його пресування. Це дозволить здійснити реалізацію технологічного процесу одержання зазначеної продукції, що може гарантувати її конкурентоспроможність на світовому ринку.

На базі аналізу термодинаміки необоротних процесів у роботі [1] запропоновано фізичну модель, що описує процес обробки вогнетривких порошків тиском 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 вогнетривких порошків під час їх пресування є нестаціонарними і необоротними, що дозволяє описувати локальне змінювання тиску та щільності за товщиною напівфабрикату (z) за часом узагальненими диференціальними рівняннями Умова [2]:

div (1)

div , (2)

де P_z - тиск, Па; t - тривалість ущільнення, с; L_pp, L_mp - відповідно кінетичні коефіцієнти під час бародифузійного перенесення тиску та маси порошку, що ущільнюють у прес-формі.

Під час сумісного розгляду рівнянь (1) і (2) можна записати

(3)

Співвідношення L_mp/L_pp залежить як від властивостей вогнетривкого порошку, що ущільнюють, так і від значення прикладеного тиску та може бути визначено експериментально.

Описування процесів перенесення маси для конкретного вогнетривкого порошку під час його обробки тиском слід здійснювати у такій послідовності. Спочатку виконують розрахунок змінювання усереднених за перерізом напівфабрикату значень тиску за часом P_z = f(z,t), потім обчислюють поля концентрації маси порошку r = Y(z,t) за допомогою відомих емпіричних «рівнянь пресування» r = j(P) або після проведення серії додаткових експериментальних досліджень.

У декартовій системі координат для одновимірної задачі рівняння (3) має вигляд:

а_р , (4)

де а_р - коефіцієнт потенціалопровідності вогнетривкого порошку в прес-формі.

Моделюючи напівфабрикат прямокутної форми «пластиною», що має товщину 2d за необмежених розмірів за довжиною та шириною, можна одержати відносно прості розв’язання рівняння (4). Під час симетричного двостороннього прикладення тиску вісь z розміщують уздовж осі симетрії пресування та розрахункову товщину «пластини» обмежують значенням d.

Для експериментального дослідження закономірностей процесу ущільнення напівсухих вогнетривких порошків і визначення величин коефіцієнта а_р розроблено установки, що забезпечують реєстрацію режимів пресування на пресах, що діють, як з гідравлічним, так і електрогідравлічним приводом, шляхом записування тиску в гідросистемі і на рухомому пуансоні, а також лінійних переміщень матриці під час перебігу даного процесу.

Результатами експериментів щодо вивчення полів тиску та концентрації вогнетривкої маси у прес-формі під час ущільнення на гідравлічному пресі П-907 [3] з одностороннім прикладенням тиску до поверхні «пластини» підтверджено адекватність запропонованої моделі даного процесу. Подальша оцінка стабільності режимних параметрів роботи гідравлічних пресів у цеху магнезійних виробів ВАТ «Запоріжвогнетрив» дозволила запропонувати контроль процесу формування напівфабрикату за змінюванням загального тиску в головному циліндрі пресу за допомогою стандартної вимірювальної та реєструючої апаратури [4].

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

4. Харченко И.Г., Кобеза И.И., Иванов В.И. и др. Использование энергосиловых параметров гидравлических прессов для контроля процесса формования сырца огнеупорных изделий // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 1998. - № 4. - С.76-79.