Исследование стойкости нагревательных элементов высокотемпературных вакуумных печей из углеродных материалов, обработанных титаном и цирконием Студент : Пандаков К.М. Научный руководитель : Погребисский М.Я.

Постановка задачи Металлические нагреватели (Nb, Mo, W) Нагреватели из УУКМ Высокая механическая прочность Приемлемое удельное сопротивление Низкая теплопроводность Стойкость к атмосфере остаточных газов СадкаНагреватель Газообразные вещества 2

CaCO 3 = CaO + CO 2 CO 2 УУКМ CO С 3

Повышение стойкости нагревательных элементов Для повышения химической стойкости нагревателей из углерод - углеродного композиционного материала может быть применена его пропитка металлом с целью образования высокотемпературных карбидов. 4

Способ получения 90% Ti+10% Zr ÷ 60% Ti+40% Zr 1900±50 0 C ÷ 2100±50 0 C, Р 1 Па, 1-4 ч. УУКМ 2D (1300 кг/м3) 5

Технологический режим Вакуумная печь сопротивления ВЭ У Нагревательный блок 6

2100±50 0 C, Р = 1 Па, 1-4 ч. 7

УУКМ пропитанный сплавом титана и циркония(химическое соединение) Скорость испарения карбидов зависит от их атомного отношения С/Ме, плотности и структуры. Поэтому вероятно ожидать, что значения скоростей испарения будут уменьшаться. Взаимные сплавы карбидов, обладают более высокими характеристиками по сравнению с индивидуальными карбидами и являются перспективными материалами в технике высоких температур. (Э.Н. Мармер, О.С. Гуревич, Л.Ф. Мальцева «Высокотемпературные материалы») 8

Математическая модель печи сопротивления W 1 (p) РT W 2 (p) T1T1 P 1-2 T2T2 Нагреватель Садка Футеровка РсРс 9

10

Нагреватель и загрузка Футеровка Мощность при теплообмене 11

Система автоматического регулирования температуры 12

Расчет коэффициентов Нагреватель и загрузка 2λ(θ- θ 0 )/(qS) = kat/S 2 K A = k A a/(λ A×2BL) K B = k B a/(λ B×2AL) 1/K = (B/K A + A/K B )/(A+B) W= K/p Футеровка W=K/(T p+1) Коэффициенты теплообмена P = C(Θ i - Θ j )F ij P ij =g ij [T i 4 - T j 4 ] 13

Определение постоянной времени футеровки 14

РΘ п - Θ 15

Θ Б. = P НОМ. ×(1/K Н. П. )×R T* = Θ * + 273/ Θ Б. P НОМ = q хх F 3p = P б tб=Ttб=T K* = K P Б. t Б. / Θ Б K ф * = KP б. / Θ Б. = KP НОМ. / Θ Б. = Θ Б. / Θ Б. =1 g ij * = g ij Θ Б. 4 /P Б 16

Временные зависимости температур 17

Регулирование температуры нагревателей из УУКМ пропитанных металлами 18

19

Выводы Нагреватели, полученные пропиткой металлами, имеют ярко выраженную крутую кривую разогрева по сравнению с нагревателями из УУКМ при тех же геометрических размерах. Вследствие уменьшения степени черноты (у пропитанных металлами нагревателей) нагрев загрузки происходит медленнее, чем в случае непропитанных нагревателей. Увеличение потерь через футеровку и перегрев нагревателей требует отстройки параметров ПИД - регулятора, и, как следствие, большее (по сравнению с нагревателями из УУКМ ) недоиспользование мощности. 20

Будущая работа Учет температурных зависимостей теплофизических параметров материала нагревателя (теплопроводность, теплоемкость, плотность). Учет скорости испарения материала и, как следствие, уменьшения поперечного сечения нагревателя в ходе эксплуатации. Исследование реакции системы на данное возмущение. Учет зависимости скорости испарения от температуры. 21