Федоров С. С. Розвиток наукових основ створення високотемпературних агрегатів з електротермічним киплячим шаром для очищення вуглецевих матеріалів

Дисертація спрямована на вирішення важливої науково-технічної проблеми розвитку наукових основ створення високотемпературних печей з електротермічним киплячим шаром для обробки вуглецевої сировини за температур 2000-3000С та отримання графіту із вмістом вуглецю не менш 99,95%. Поставлені задачі вирішені шляхом поєднання методів аналітичного та емпіричного аналізу. Експериментальні дослідження електричної провідності дисперсних вуглецевих матеріалів у щільному та псевдозрідженому шарі проведені за допомогою розроблених експериментальних установок з використанням потенціометричного методу вимірювання електричних величин із подальшою перевіркою робочих гіпотез на створеній фізичній моделі електротермічної печі. Розрахунково-теоретичні дослідження виконанні на основі створених математичних моделей: структурних властивостей випадкових дисперсних систем, електричної провідності неоднорідних структур у поєднанні із каркасною моделлю провідності елементарного об’єму, процесів теплообміну у високотемпературних електротермічних печах на основі двофазної теорії псевдозрідження, процесів тепломасообміну в теплообмінних апаратах із псевдозрідженим та рухомим щільним шаром. Проведені дослідження електричної провідності електротермічного шару з урахуванням структури шару, контактної взаємодії частинок матеріалу, температури та питомого теплового навантаження одиниці об’єму, а також теплової роботи високотемпературних електротермічних печей киплячого шару. Перевірені 3 та уточнені сучасні гіпотези щодо уявлення явища електричної провідності та розроблена на їх основі методика розрахунку питомого електричного опору псевдозрідженного шару. У підсумку визначені та науково обґрунтовані передумови надійної експлуатації, особливості нагрівання вихідної сировини, закономірності розподілу теплової потужності й неоднорідності температурного поля та створено методику розрахунку робочого простору цих агрегатів. Розроблені нові ефективні конструкції високотемпературних електротермічних печей киплячого шару. Науково обґрунтовані раціональні режими їх експлуатації, які забезпечують необхідні робочі температури та створено на їх основі технологічний комплекс з термічної обробки вуглецевої сировини за температур 2000-3000С для отримання батарейних марок графіту із вмістом вуглецю не менш 99,95%. Розроблені теоретичні засади щодо підвищення теплової ефективності технологічних комплексу з термічної обробки вуглецевої сировини за технологією високотемпературного електротермічного шару шляхом управління режимами руху матеріалу та вдосконалення технічних рішень щодо підведення у шар матеріалу псевдозріджуючого агенту, а також використання фізичної теплоти готового продукту за технологічною схемою. Ключові слова: вуглецева сировина, графіт, електротермічна піч, киплячий шар, термічна обробка, графітація, питомий електричний опір, тепломасообмін, теплова потужність, енергетична ефективність.