Розробка енергоефективних конструкцій печей прямого нагрівання Кастнера для графітування електродних виробів

Розроблено енергоефективні конструкції та регламенти експлуатації печей Кастнера для графітування великогабаритних електродних заготовок, що не мають аналогів в Україні та забезпечують зменшення питомої витрати електроенергії на 20–25 %. Експериментально досліджено теплоелектричний стан печі прямоточного нагрівання підчас графітування електродних заготовок з різними компенсаційними вставками. Встановлено, що під час кампанії графітування в печі Кастнера має місце процес газифікації вуглецевого матеріалу водяною парою в робочому просторі печі, який призводить до зменшення темпу нагрівання електродних заготовок на 10–20 %. Розроблено фізичну та сформульовано узагальнену математичну моделі процесу графітування електродних заготовок в печі прямого нагрівання за методом Кастнера, в яких враховуються: механізм перенесення вологи та водяної пари; теплові ефекти хімічних реакцій газифікації вуглецевмісних матеріалів печі; конверсія водню й оксидів вуглецю в теплоізоляційному матеріалі; гідростатичний тиск в шарі сипучої теплоізоляції. Створено числову модель теплоелектричного та механічного стану печі графітування Кастнера з урахуванням нелінійної залежності теплоелектричних властивостей вуглецевих матеріалів від температури й тиску та виконано її верифікацію за даними фізичного експерименту. Визначено вплив на теплоелектричний стан печей графітування різних параметрів технологічного регламенту й устаткування: режими введення електроенергії; схеми розміщення електродних свічок; форми електроконтактних вставок; фізичних властивостей теплоізоляційної шихти тощо. Розроблено технічні рішення щодо мінімізації перепаду температури в торцевих заготовках. Визначено, що найбільш ефективним рішенням є використання компенсаційних вставок, виконаних у формі пустотілих графітових циліндрів, які заповнено всередині високоомним теплоізоляційним сипучим матеріалом. Розроблено рекомендації щодо впровадження енергоефективних технологічних регламентів процесу графітування та технічні рішення зі вдосконалення конструкції печі.