Визначення ефективного коефіцієнта температуропровідності шихти в промислових печах Ачесона під час виробництва карбіду кремнію
DOI:
https://doi.org/10.26642/ten-2024-2(94)-46-52Ключові слова:
карбід кремнію, піч Ачесона, коефіцієнт температуропровідності, температурні залежностіАнотація
Дослідження стосується високотемпературного процесу виробництва карбіду кремнію методом Ачесона в електричних печах. Однією з головних проблем виробництва є відносно обмежена зона температур утворення карбіду кремнію з властивостями, що відповідають технологічним вимогам. З іншого боку, існуючі конструкції печей мають теплові характеристики, що обмежують можливості збільшувати зону високих температур. Підвищення обсягу виробництва карбіду кремнію базується на вдосконаленні теплових режимів роботи печі в частині розподілу і рівні температур, і покращенні теплофізичних характеристик робочої зони. Об’єктом дослідження визначено робочу високотемпературну зону печі Ачесона, що складається з шихти і теплогенеруючого керна. Метою роботи є визначення теплопередавальних характеристик робочої зони печі як умов однозначності при математичному моделюванні високотемпературних процесів. Для досягнення вказаної мети виконано експериментальні виміри температур у робочій зоні печі та на підставі отриманих даних і аналізу літературних джерел узагальнено температурні залежності в перетині печі залежно від часу і лінійних координат. Визначено значення ефективного коефіцієнта температуропровідності шихти, що складається з суміші піску (SiO2) і нафтового коксу (C) для окремого діапазону робочих температур. Отримані розрахункові результати базуються на аналізі числових залежностей похідних температури у часі і в координатній площині робочої області печі. На підставі відомих математичних формул для кінцевих різниць розраховано значення коефіцієнтів температуропровідності для діапазону робочих температур печі Ачесона.
Посилання
«Silicon Carbide», IARC Monographs, Chemical Book, [Online], available at: https://amp.chemicalbook.com
Raj, P., Gupta, G.S. and Rudolph, V. (2020), «Silicon carbide formation by carbothermal reduction in the Acheson process: A hot model study», Thermochimica Acta, Vol. 687, doi: 10.1016/j.tca.2020.178577.
Derevyanko, I.V. and Zhadanos, A.V. (2010), «Mathematical modeling of heat power processes of silicium carbide production in Acheson furnace», Metallurgical and Mining Industry, Vol. 2, No. 5, рр. 330–335, [Online], available at:https://www.researchgate.net/publication/265195997_Mathematical_Modeling_of_Heat_Power_Processes_of_Silicium_Carbide_Production_in_Acheson_Furnace
Zhadanos, O. and Derevyanko, I. (2014), «Researching of thermophysical processes in Acheson furnace to develop automatic process control system», Central European Researchers Journal, Vol. 1, Issue 1, рр. 43–49, doi: 10.13140/RG.2.1.3248.3287.
Gupta, G.S., Raja, P. and Tiwaria, K. (2019), «An analysis of heat distribution in the production of SiC process», 14th Global Congress on Manufacturing and Management (GCMM-2018), Procedia Manufacturing, Vol. 30, рр. 64–71, doi: 10.1016/j.promfg.2019.02.010.
Kumar, P.V. and Gupta, G.S. (2002), «Study of formation of silicon carbide in the Acheson Process», Steel Research International: A Journal for Steel and Related Materials, Vol. 73, No. 2, рр. 31–38, doi: 10.1002/srin.200200170.
Karvatskyi, A.Ya., Pulinets, I.V. and Shylovych, I.L. (2010), «Chyslove modeliuvannia vypalu vuhlehrafitovykh zahotovok u bahatokamernykh pechakh», Zbirnyk dopovidei naukovo-praktychnoi konferentsii studentiv, aspirantiv ta naukovtsiv, NTUU «KPI», K., рр. 93–95, [Online], available at: https://cpsm.kpi.ua/Doc/konf-2010.pdf
Carta, G. (2021), «Heat and Mass Transfer for Chemical Engineers: Principles and Applications», McGraw-Hill, 432 р., [Online], available at: https://www.accessengineeringlibrary.com/content/book/9781264266678
Derrick, W. (2024), «The General Mathematical Theory of Heat Conduction», Applied Mathematics, 56 р., [Online], available at: https://www.researchgate.net/publication/384341722_GENERAL_MATHEMATICAL_THEORY_OF_HEAT_CONDUCTION
Bautista, O. (2005), «Transient heat conduction in a solid slab using multiple-scale analysis», Heat and Mass Transfer, рр. 150–157, doi: 10.1007/s00231-005-0005-6.
Shadjirati, Ya. (2005), «Transient Heat Conduction», рр. 218–269, [Online], available at: https://www.academia.edu/25850297/Cen29305_ch
Thirumaleshwar, M. (2014), Fundamentals of Heat and Mass Transfer, Pearson Education, 712 р., [Online], available at: https://www.scribd.com/document/495812588/M-Thirumaleshwar-Fundamentals-of-Heat-Mass-Transfer-Includes-Mathcad-based-Solutions-to-Problems-Pearson-Education-2014
Hilchuk, A.V., Khalatov, A.A. and Donyk, T.V. (2022), Teoriia teploprovidnosti, NTUU «KPI», K., 131 р., [Online], available at: https://ela.kpi.ua/bitstream/123456789/48701/1/Teoriia.pdf
Список використаної літератури:
Silicon Carbide / IARC Monographs // Chemical Book [Electronic resource]. – Access mode : https://amp.chemicalbook.com.
Raj P. Silicon carbide formation by carbothermal reduction in the Acheson process: A hot model study / P.Raj, G.S. Gupta, V.Rudolph // Thermochimica Acta. – 2020. – Vol. 687. DOI: 10.1016/j.tca.2020.178577.
Derevyanko I.V. Mathematical modeling of heat power processes of silicium carbide production in Acheson furnace / I.V. Derevyanko, A.V. Zhadanos // Metallurgical and Mining Industry. – 2010. – Vol. 2, № 5. – P. 330–335 [Electronic resource]. – Access mode : https://www.researchgate.net/publication/265195997_Mathematical_Modeling_of_Heat_Power_Processes_of_Silicium_Carbide_Production_in_Acheson_Furnace.
Zhadanos O. Researching of thermophysical processes in Acheson furnace to develop automatic process control system / O.Zhadanos, I.Derevyanko // Central European Researchers Journal. – 2014. – Vol. 1, Issue 1. – P. 43–49. DOI: 10.13140/RG.2.1.3248.3287.
Gupta G.S. An analysis of heat distribution in the production of SiC process : 14th Global Congress on Manufacturing and Management (GCMM-2018) / G.S. Gupta, P.Raja, K.Tiwaria // Procedia Manufacturing. – 2019. – Vol. 30. – P. 64–71. DOI: 10.1016/j.promfg.2019.02.010.
Kumar P.V. Study of formation of silicon carbide in the Acheson Process / P.V. Kumar, G.S. Gupta // Steel Research International: A Journal for Steel and Related Materials. – 2002. – Vol. 73, № 2. – P. 31–38. DOI: 10.1002/srin.200200170.
Карвацький А.Я. Числове моделювання випалу вуглеграфітових заготовок у багатокамерних печах / А.Я. Карвацький, І.В. Пулінець, І.Л. Шилович // Збірник доповідей науково-практичної конференції студентів, аспірантів та науковців. – К. : НТУУ «КПІ», 2010. – С. 93–95 [Електронний ресурс]. – Режим доступу : https://cpsm.kpi.ua/Doc/konf-2010.pdf.
Carta G. Heat and Mass Transfer for Chemical Engineers: Principles and Applications / G.Carta // McGraw-Hill. – 2021. – 432 р. [Electronic resource]. – Access mode : https://www.accessengineeringlibrary.com/content/book/9781264266678.
Derrick W. The General Mathematical Theory of Heat Conduction / W.Derrick // Applied Mathematics. – 2024. – 56 р. [Electronic resource]. – Access mode : https://www.researchgate.net/publication/384341722_GENERAL_MATHEMATICAL_THEORY_OF_HEAT_CONDUCTION.
Bautista O. Transient heat conduction in a solid slab using multiple-scale analysis / O.Bautista // Heat and Mass Transfer. – 2005. – P. 150–157. DOI: 10.1007/s00231-005-0005-6.
Shadjirati Ya. Transient Heat Conduction / Ya.Shadjirati. – 2005. – P. 218–269 [Electronic resource]. – Access mode : https://www.academia.edu/25850297/Cen29305_ch.
Thirumaleshwar M. Fundamentals of Heat and Mass Transfer / M.Thirumaleshwar. – Pearson Education, 2014. – 712 р. [Electronic resource]. – Access mode : https://www.scribd.com/document/495812588/M-Thirumaleshwar-Fundamentals-of-Heat-Mass-Transfer-Includes-Mathcad-based-Solutions-to-Problems-Pearson-Education-2014.
Гільчук А.В. Теорія теплопровідності / А.В. Гільчук, А.А. Халатов, Т.В. Доник. – К. : НТУУ «КПІ», 2022. – 131 с. [Електронний ресурс]. – Режим доступу : https://ela.kpi.ua/bitstream/123456789/48701/1/Teoriia.pdf.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2024 Ігор Леонідович Шилович, Кирило Олександрович Шумивода
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Автор, який подає матеріали до друку, зберігає за собою всі авторські права та надає відповідному виданню право першої публікації, дозволяючи розповсюджувати даний матеріал із зазначенням авторства та джерела первинної публікації, а також погоджується на розміщення її електронної версії на сайті Національної бібліотеки ім. В.І. Вернадського.
