Разработка энергоэффективных конструкций печей прямого нагрева Кастнера для графитирования электродных изделий

Разработаны энергоэффективные конструкции и регламенты эксплуатации печей Кастнера для графитирования крупногабаритных электродных заготовок, не имеющих аналогов в Україні и обеспечивающих уменьшение удельных расходов электроэнергии на 20–25 %. Экспериментально исследован теплоэлектрическое состояние печи прямоточного нагрева при графитировании электродных заготовок с различными компенсационными вставками. Установлено, что во время кампании графитирования в печи Кастнера имеет место процесс газификации углеродистого материала водяным паром в рабочем пространстве печи, который приводит к уменьшению темпа нагрева электродных заготовок на 10–20 %. Разработана физическая и сформулирована обобщенная математическая модели процесса графитирования электродных заготовок в печи прямого нагрева по методу Кастнера, в которых учитываются: механизм переноса влаги и водяного пара; тепловые эффекты химических реакций газификации углеродсодержащих материалов печи; конверсия водорода и оксидов углерода в теплоизоляционном материале; гидростатическое давление в слое сыпучей теплоизоляции. Разработана численная модель теплоэлектрического и механического состояния печи графитирования Кастнера с учетом нелинейной зависимости теплоэлектрических свойств углеродистых материалов от температуры и давления и проведена ее верификация по данным физического эксперимента. Определено влияние на теплоэлектрическое состояние печей графитирования различных параметров технологического регламента и оборудования: режимы введения электроэнергии; схемы размещения электродных свечек; формы электроконтактных вставок; физических свойств теплоизоляционной шихты. Разработаны технические решения для минимизации перепада температуры в торцевых заготовках. Определено, что наиболее эффективным решением является использование компенсационных вставок, выполненных в форме пустотелых графитовых цилиндров, заполненных высокоомным теплоизоляционным сыпучим материалом. Разработаны рекомендации для внедрения энергоэффективных технологических регламентов процесса графитирования и технические решения по усовершенствованию конструкции печи.