автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.10, диссертация на тему:Исследование процесса и разработка оборудования получения оксидных гранул с использованием индукционной плавки в холодном тигле

САНф-^ТЕРРУ^Ш ГОСЙДЙРСТВЕИНКЯ ЗЙЕКТРОТЕХНИЧЕС'Ш)

УНИВЕРСИТЕТ

/, Aï'7 ./

- lî l'hj Iw-'J

На правах рукописи

Шзбой'грой Андрей Истислакайнч

тстовйш пронесся и разработка ооорндэвмшя получения

0КСИД.Ш ГРЯНУЛ С НСПОЙЬЗОВЙНЯЕМ ЩШЩОШВД ИШКИ В ХОЛОДНОЙ ТИГЯЕ

Специальность: 03.ОЗ.!О - Злектротервические ni.ousccB в

установки

ЙВТОРЕФЕРЙТ дяссартацин иа сонсканиз учёноЯ степени кандидата технических и*уя

Саялт-Пвтербург-Í99S

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственно!» электротехническом университете

Научный руководитель -

доктор технических наук профессор Петров S.6. Официальные оппоненты:

доктор технических наук профессор Дресвин C.B. кандидат технических наук Смирнов В.В.

Ведущее предприятие - Всероссийский научно-исследовательский. пректно-конструкторский п технологический институт токов высокой частота ииени В.Л.Вологдйна

Заиита состоится г. в/_?_Тчас. на

заседании специализированного совета К 063.36.08 Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета по адресу: 197376. Санкт-Петербург, ул. Проф.Попова.5.

С'диссертацией мо«но ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан 993 г.

Ученый секретарь специализированного совета

Балабуч й.И.

-1-

ОБРЯ ХЙРЯИТЕРМСТИКЙ РЯБПТЫ

Актуальность проблемы. В современных условиях хозяйствования весьиа актуальны проблемы разработки здактивкнх технологий и оборудования для получения качественно новик натериалов, которые необходимы для изготовления изделий конструкционной и машиностроительной керамики,выращивания йоно-кристаллов,использования в качестве термостойкой теплоизоляции. Такими новики иатериалаш является оксидные грануяи. Фритта и втапельное волокно. В процессе ик получения из расплава, последний необходиио значительно перегревать, кроме того часто иуано обеспечивать получение чистого проддкта, что однозначно, обуславливает использование прогрессивного метода индукционной плавки в холодном тигле с ИЛИ).

В этой связи вакнеййиия задачами явяяптея изучение специфики ИПХТ. обусловленной физика - химическими свойствами оксидов и особенностями конкретной технологии.

Исследования и разработки направленные на удовлетворение потребностей промышленности в качественно новых материалах, расвирение области практического использования ИПХТ, являвтся обоснование» актуальности настоящей работа.

Цель работа. Основная цель работы состоит в разработке технологии ипхт оксидов, исследования влияния конвекции оксидного расплава на ИПХТ, изучения процесса диспергирования струи расплава в оксиднне гранулы, разработке технологического оборудования и'методов его проектирования.

Методы исследования, Достигение поставленной цели осуществлялось современным экслериментальннйи методами на дей-ствуввих и разработанных яакетах печеЯ ИПХТ. Оценка качества гранул и плавленых натериалов выполнялась микроскопическим нетодои. спектральный и рентгенос;груктурныи. анализами, гранулометрический состав плавленых материалов изучался методой ситового анализа. В теоретических исследованиях ИПХТ использовались методы иатеиатического моделирования, с реализацией численных экспериментов на современник ЗВИ.

Научная новизна. Разработан процесс и оборудование Ш1ХТ получении оксидных гранул диспергированием струи расплава селтый воздух««. Получены новый научное результаты:

-г -

- сформулирован безразмернкй параметр оценки влияний на циркуляции расплава архимедовой и элеитроаагнитноА сил, при этом установлено, что циркуляция оксиднах расплавов при ЙПХТ обусловлена приеиущественно гравитационной конвекцией;

- установлено, что численное моделирование ШТ без учета конвекция расплава дает завнвенные результаты по зна-чйниз полезной моцностн до 50 7. по сравнении с ее реальной величиной; ...

- определено,что зависииость времени стартового нагрева от пассы стартового катершла в общей еще огшсивается уравнение« %т*а /тг11 где а к & - эмпирические ьоэффициенты, а отноиенке кассы стартового материала и площади поперечного сечения ткгдя постоянно для различных по геоыетрии индукцн-окнкх систеи с охватнвавда индуктором при близких значениях коэффициента заполнения окна инддктора тиглем;

- определено, что снижение надежности работы печей ШТ из-за самопроизвольного выхода расплава в зазоры вевду секциями ^«одного тнгла обусловлено растрескивание» гарнисааа под действием териических напряжений.

Практическая ценность работы. Разработан процесс получения оксидных гранул на базе ЙПХТ с непрерывной выработкой расплава струей дмспергируеаой сжатии воздухом в оксидные гранулы.

Разработана конструкции печей ЙПХТ ноцностьп 60 кВт:

а) обеспечивавшая надбинуи организацию выработки расплава для производства оксидных гранул. Разработана технологическая инструкция по эксплуатации печи и ведении процесса плавки иатериала для оксидной керамики:

б) разработана конструкция печи ЙПХТ для аидкофаэиого синтеза ннобата лития и получения гранул диспергированием струп расплава снатым' воздухои. Гранула предназначены для вкрадоания монокристаллов ннобата лития, которые испояь-эувтся для изготовления изделий электронной техники;

в) разработана конструкция печи ИПХТ породы габбро для производства «тапельмого волокна, предназначенного к использование в качестве хикическистойкой теплоизоляции.

Разработана конструкция форсунки длй обработки расплава оксида алвйнния (белого эл«ктрокорундэ> сяатыи воздухои.

- з -

Разработка обеспечила повазенне качества плавленого материала, увеличение выхода годного и срока эксплуатации форсунки.

Разработана инаскернне методики расчета тепловых потерь в боковув стенку тигля с учетом циркуляции расплава и потерь за счет конвекции воздуха над зеркалом расплава.

Разработана модель процесса образования гранул и сфер при диспергировании расплава саатиа воздухом н нетоднка рас-чЗта кааеры диспергирования. Это позволяет оределнть размеры оксидных гранул в завнсииости от свойств расплава а условна его диспергирования сватнм воздухоа.

Разработана технология нанесения покрытия из диоксида кремния на гранула из оксида алоаннпя. Использование таких гранул обеспечивает повквенке прочности теплоизоляционных изделий..

Оценена электропроводность расплава в оксидной систеие ЯНгО-з-ггОг во все» диапазоне составов.

Внедрение результатов работа. Печь ШТ материала для оксидной кераники и технологическая инструкция переданы заказчику (ЦНИИ!!, г.Санкт-Петербург).

Изготовлена и переданы заказчика» печи КПХТ для видко-©азного синтеза икобата лития (Завод "Красный хииик", Санкт-Петербург) и плавки порода габбро (НП0"йНИТШ", г. Барнаул).

Оксидные гранула и сферы полученные в процессе выполнения работа использованы в НИР Санкт-Петербургского технологического института кв. Ленсовета, в НПО "Радиевый институт" ш. В.Г. Хлопана Сг. Санкт - Петербург), на предприятии в г. Москве в качестве внсокотеыператунйй теплоизоляции тиглей индукционных печей.

Внедрена налокасатабная установка на базе дуговой печи кочностьв 30 кВА для получения оксидных гранул диспергированием расплава сваткы воздухом на 'научно - производственной базе НПО "ВИННАЯ" (г. Санкт-Петербург).

Форсунки для обработки расплава сгатыа виздухоа внедрена в цехе белого злектрокорунда на Бокснтогорскоа заводе объединения "Глинозём".

Научные результата настоящей работы использована в НИР Московского энергетического «нет а гута в ра«ках научно-технической программы Госкомитета СССР па народной'} образованна

"Новые методы и средства зконоиии энергоресурсов к экологические проблема энзргетики ка 19B9fl992 г.г."

Обчий экономический аффект от внедрения и использования результатов работа составил 303,5 тысяч рублей, в том числе фактический 56,0 тысяч рублей в ценах 198? года.

Апробация работы. Основные полокенкя и результата работа долоаенк и обсуиденн на б-и Всесоюзном совецании "Высокотемпературная хиния силикатов и оксидов" (Ленинград , 1388), «а Всесоюзной конференции "Физика к химия высокотемпературной свярхпроводиаости" (Харьков, 1390), на lt-й Всесоюзной научно - технической конференции "Пркиенение токов высокой частота в электротехнологин" (Ленинград, 1991), на еыег.однкх научно - технических конференциях Санкт - Петербургского Государственного электротехнического университета (1989-1993 г.г.) н на заседании Совета НТО БЗППОГ (Оокситогорск, 19Й5).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 работ, в том~чнсле 8 статей. 3 тезиса докладов на конференциях, i информационна листок, подучено 2 авторских свидетельства.

Структура и обгём работа. Диссертация состоит из введения, пяти разделов с выводами, заключения,списка литературы, вкпвЧаящего 124 наименования, . и 11 приложений. Основная часть работы излоаена на 129 страницах нааиколисного текста. Работа содержит 77 рисунков, 19 таблиц.

КРАТКОЕ С0ДЕР8ЙНИЕ РАБОТВ

Во введении обоснована актуальность проблем», сформулирована цели исследований, отмечена научная новизна и практическая значимость работы. Приведен« сведения об апробации работы, использовании и внедрении результатов, основных публикациях и изобретениях по тепе диссертации. Сформулирована основные полоаения выносимые на запиту,

В первом разделе проведен анализ известных технологий и оборудования для плавки оксидов. Рассмотрены конструкции индукционных печей с выработкой оксидного расплава. Проведен анализ известных схем диспергирования расплава. Сформулированы требования к процессу и оборудовании ИПХТ. Дана характеристика методов исследования процесса ЙПХТ к полученных

дисперсных материалов.

Сформулированы задачи исследования вклвчавцие:

- разработку аппаратурной схемы ИПХТ с выработкой расплава струей и диспергированием ее в оксидные гранулы;

- исследование процесса ИПХТ с дчетом циркуляции расплава в тигле;

- экспериментальные исследования ИПХТ оксидов;

- разработка конструкций печей обеспечивакних надевнуэ их зксплуатацив;

- исследование процесса диспергирования расплава, условий образования грандл и их качественных характеристик.

Второй раздел посвящен исследованиям процесса теплообмена при ИПХТ оксидов.

Остановлено, что циркуляция оксидного расплава при ИПХТ обусловлена преобладавшим действием архимедовой , а не электроиагннтной сила - . Сформулирован безразмерный параметр для оценки воздействия и ^ на циркуляции расплава, как их отноаенне

/7- *[№■ <о ~в(р* • &г- АЫ%>-

где и-соответственно плотность расплава при температуре плавки и температуре плавления, оксида;- удельное электическое сопротивление расплава; р„ -удельная повехност--ная мощность; тг- относительный диаыетр ванна расплава.

При г - 4 для расплавов стекла и оксида алюминия величина П соответственно равна 8,1 и 12,6, а для расплава стали 0,14, Это доказывает, что при КПХТ циркуляция оксидного расплава обусловлена гравитационной конвекцией.

Выполнен анализ теплофизнчсеких свойств оксидов показа-ввкй, что кногие оксидные расплавы являвтся оптическипрозра-чныки или полупроэрачныки средакн. К кондуктивноиу и конвективному неханизная теплопередачи здесь добавляется ече один, который один исследователи называет радиационный, а другие диффузионным, Г'.'п; как в расткяцее еия нет четких данных о характера такого теилспсреноса, то правомерно использование М-ютианг-те :;оН'р!щист-1 т^пш.^мводнистк, ито при расчетах

- в -

иди числениоа моделировании ЙПХТ позволяет рассматривать расплав в виде сплошной среды.

На базе глубина проникновения тока в оксидный расплав н критериальных уравнений конвективной теплопередачи в замкнутой объеме жидкости разработана инженерная методика расчета удельных тепловых потерь в богсовув стенку холодного тигля в зависимости от теипература расплава по уравнении

где ТрТы Ъ - соответственно температуры расплава, плавления оксида и охлавдавчей тигель воды; Дг - глубина проникновения тока в расплав; я коэффициенты теплопроводности и теплоотдачи,

Используя разработанную методику определена динамика, изменения толминн гарнисака, "воздушого" зазора и темперй-туры наружной поверхности гарннсака в зависииости от ТР. Расчетные результаты хорово согласуются с известными даннави экспериментальных оценок указанная парааетров.

Расчетный патем определены зависииости тепловых потерь •за счет конвекции воздуха над зеркалом раслава - р* и излучением - рц% . Анализ зависимости рк/р^3 -/&/>) пРн коэффициентах черноты расплава равных 0,3 и 0.55 показал резкий рост р„1риг со снижение* 7р. Например, при ¿¡> - 0,3, 7/> = 2800 и 1800 К соотношение р*(р*з составляет соответственно 2 и Зто указывает на необходимость учитывать величину />*при ВДХТ сравнительно легкоплавких оксидов.

Проанализированы термические напряжения в гарнисаае при ЙПХТ. Установлено, что реальный теплоперепад по толшнне г арии сажа пресывает значение при котором гарнисаж сохраняет сплошность (не растрескивается). Зто обстоятельство объясняет самопроизвольные выходы расплава в зазоры между секциями "тигля, что приводит к снижений надежности работы печей ЙПХТ. Эта проблему можно реакть использованием обмазки тигля.

Третий раздел посвящен иследованияи процесса ИПХТ на численной модели обеспечивавшей совместное ревение электротепловой и гидродинамической задачи. Сопоставительный анализ численного и физического экспериментов показал,что численная

- ? -

модель учитывавшая конвекции, расшша наиболее полно отрааа-ет процесс КПХТ оксидов. Представлена результата численных экспериментов по 1ШХТ оксида аливмшя при Нз- 0.51./^- 0.84, для/)г = .0,05, 0,1 и 0,2 а прн изменении A,/% от 0,25 до 1,0 на частоте тока t,?6 КГц прн pf-coas-é , а такве при частоте тока 0,44 Нгц'и изаенении fii .

Устанозлено, что циркуляция расплава приводит к достаточно равноыернону распределении температуры по основноиу обьеиу ванны. Количество контуров циркуляции увеличивается с ростом йг при постоянной частоте тока и увеличением А . С увелнченнеи flz/Da повивается скорость циркуляции расплава, которая имеет нанболызее значение в осевой зоне ванны.

Установлено, что значение средней по обьеиу температура расплава близко к значешш тенпературы расплава на зеркало вблизи Яг/2. .

Установлено,что наиболее равномерное распррделение теи-пературн по объему расплава обеспечивается при соотноаенин fig/Рг в диапазоне 0.5...0,75.

0 зоне выделения источников тепла имеет место значительный градиент тенпературы от Тт до . При этой удельное сопротивление расплава значительна изменяется,- Это приводит к тому, что не учет конвекции расплава в известных злектро-тепловнх моделях обеспечивает получение только оценочных параметров НПХТ при использовании значения j>i при средней температуре расплава. При этой погреаность результатов возрастает пропорционально увеличении 2* при jt^cansi . Поэтову для получения наиболее кооректных»данных при моделировании НПХТ,. особенно при проектировании печей с тиглями больвой емкости и расчитанними на источники питания с колебательной мозностьз 160 кВт а более, необходимо использовать математические недели учитывающие циркуляции расплава.

На примере плавления дисперсного металла в ванне оксидного расплава при НПХТ показано влияние скорости циркуляции оксидного расплава на условия плавления различных па размеру частиц металла.

В четвертом раздел» представлены результаты зксперимен-таль!'«х нгследованнй ИПХ1 чшшь, lU'./iwm'.H стартовый процесс. ''сйовня в«рапоткн л л«''iîfipi ср'яьчмня ри;няава в гранула

- 8 -

и оксидное втапельное волокно.

Исследованиями установлено, что при ИПХТ титанистого корунда размер стартовой зоны слитка Сне пригодной для переработки) уменьшается в два раза при использовании в качестве стартового материала смеси алюминиевой струкки с (35...55) иасс./С переплавляемой сихтм.

Остановлено, что при ИПХТ близких по составу оксидов в печах различной мощности отноаение кассы стартового материала к плозадн поперечного сечения тигля сохраняется практически постоянным, т.е. ^/в-^со^ при постоянном коэффициенте заполнения окна индуктора тиглем. Определено, что зависимость времени стартового нагрева в рнутах от массы стартового материала в гранях иоает быть представлена уравнением

Тет

где Ше - навеска стартового материала;й « / - эмпирические коэффициенты.

Прс: ИПХТ ннобата лития и старте на металлическом ниобии <2=136. £ =1,32, а при старте на дисперсном графите при ШТ 'материала в оксидной системе а-¿ЯРУС?'' .

1,55. При плавке материала У&агС</30^ а - 674, 0.94.

Разработан и реализован метод старта на предварительно-синтезированной материале высокотемпературного сверхпроводника (ВТСП) при ИПХТ материала У-Ва-Си~0 . Установлено, что при ИПХТ такого материала в тигле с Д, - 50 мм достаточно 9,9 грамыа стартового материала БТСП.

Нетодон вольтметра-амперметра в воздувной атмосфере вн-полнена экспериментальная оценка электропроводности расплава-бинарной очсидной системы А^Оэ-во всем диапазоне составов. Полученные результаты хороао согласуйте« с известна«! данными по электропроводности №г03 и ¿/-О;.

Раэрботана и апробирована рецепты обмазок холодках тиглей для повыиекия надеанрсти работы печей КПХТ.

На базе проведенных исследований разработана печь ИПХТ материала для оксидной керамики. Питание печи осуществляется от лампового генератора ВЧ1М1-60/1.76. Конструктивно тигель печн выполнен иэ четырех модулей с двухрядной стенкой, врдо-

охлаяданыой перегородкой и концентратором тока. Для облегчения организации выработки расплава печь снабаена токопрово-дячей вставкой, которая обеспечивает подогрев расплава в окне концентратора перед выпускным отверстием.

Остановлено, что для достижения стационарного расхода расплава при выработке требуется (20...60) секунд. Исследования показали, что при ИПХТ материала в системе А?^ -¿/-¿к -Чг03 температурная зависимость уделышх тепловых потерь апроксйкируется уравнением, в Вг/смг (в температурной диапазоне 2373...2573 К) для состава в масс.?! :?0 сверх 2.5- :

а для состава: 45: сверх 2,5- в темпера-

турном, диапазоне 2223...2323 К:

.. рГг - О^б ■^(рУ- /¿г3- т}

Удельная скорость плавки (в кг/^.д^)) для указанных составов при тех ве температурах апроксимируется зависимостями соответственно:

м;=/1о^/о'1ехр(з,^ю-3 г);

Мг - 0,045- гх/> (2,23-/О'3- т),

где Г - температура расплава."

Оценка диаметра струн расплава при выработке показала, что диаметр последней составляет (4.,.6) ин. При диспергировании струи сяатим воздухом получены оксидные гранулы.

Разработанная печь обеспечивает при капельном истечении производительность выработки 13-20 кг/ч, при периодической выработке струей 20 и пои непрзрнвной выработке 25г2 кг/ч.

Для замени твердофазного, более производительным яидко-Фазным синтезон и получения компактного гранулированного материала исследован процесс ИПХТ ниобата лития. Так как расплав ниобата лития химически активен, то при выходе его к медным секциям тигля отмечено, что он взаимодействует с аедьа. Это ■ подтверадается наличием четких теинах пятен на боковой

поверхности плавленого слитка. С целью нсклвчения указанного явления исследовано ваимодёйствие расплава ниобата лития с тиглем выполненным из неряавевчей стали марки Х18К9Т. Химический анализ не показал загрязнения поверхности полученного слитка материалом тигля.

Остановлено.что ШХТ ниобата литня плавку целесообразно вести при Тр(Тлл - 1,0?..,1.1. т.е. при 7/,<& 1873 К. Прн этоа обеспечивается удельная скорость плавки по /.¿//¿¿Ъ кг/Сч.ди2), удельные тепловые потери в боковую стенку тнгяа р* - 39 Вт/си2, ¡дельные энергозатраты 2.33 кВт.ч /кг прн производительности по выработке расплава 30 кг/ч. В результате проведенных исследований спроектирована печь КПХТ скаб-«енная тнглен из нервавевцей ьталн. Питание печи осуществляется от лампового генератора ВЧИ-11-60/1,76. В процессе исследований и испытаний спроектированной печи при организации выработки расплава и диспергировании струи саатин воздухок с поыощьв специально разработанной форсунки впервые получены гранулы ниобата литня.

Впервые экспериментально установлена возможность ВПИТ горной проды габбро. Спректирована печь мощностью 60 кВт для ИПХТ указанной породы с ваработкой расплава струей.' Печь обеспечивает надевнув плавку и выработку в диапазоне температур от 2123 до 24?3 К при удельной расходе электроэнергии соответственно от 3.1 до 4,5 кВт.ч/кг, при этом прокзводнте-ность печи по расплаву соответственно составляет от 18.8 до 20,8 кг/ч. При диспергировании Струн расплава горной породы габбро саатин воздухом впервые установлена воэмоеность получения втапельного волокна.. Полученные образцы имели диаметр волокон в диапазоне II...5) вкм.

Из внхты состава в масс.% и С3|...гв)

510^ при ИПХТ н диспергировании струуи расплава при температуре 2393 К получены образцы волокна (ваты) с диаметром волокон (0,4...8.0) мки. Аналогичным образом прн'ИПХТ материала ¿V получен дисперсный материал, что показывает принципиальную возмовиость получения цирконового волокна.

Остановлена воэмомность синтеза при ИПХТ материалов ВТС11. Получена материала , которые после термооб-

работка «а воздухе показали температуру перехода ь сверхпро-

водящее состояние в зависимости от состава разнув 71 - 79 к 94,2 К. При ИПХТ материала в системе У- да-Си-0оценена электропроводность расплава з 20О»-и'1 при 1273 К. Из расплава нестехкойетрического соединения, нневчего состав: Ва С.и.0 - 12:1:26. варадены монокристалла размером 0,5*2*30 вм.

При ИПХТ материала в систехе у-ьаси-0 при температуре расплава 1533 К и производительности печа по расплава 48,4 кг/ч диспергированием струи расплава скатам воздухом впервие получены гранула БТСП.диаметром до 300 екм.

Установлена принципиальная возиоаность методом аидкофа-зной эпитаксии при ИПХТ материала в системе В~1-$г~Са-Си~0 нанесения пократий на кеднае образца и другие материала. Остановлена возаоаность изготовления «имений нагнетромогс напыления.

Исследован процесс диспергирования струн оксидного расплава в гранулы к пустотелые сферы. Основываясь на теории неупругого удара получено уравнение баланса энергии при взаимодействии газового потока со струей оксидного расплава и образовавшимися капдяни, имевшее вид в безразмерной записи

ГД- соответственно секундные массовые расходы газа на срезе форсунки, в зоне взаимодействия газа и струи расплава и расход расплава. Здесь первое слагаемое представляет затраты энергии газа (воздуха) истекавшего из форсунки на присоединенные массы,второе на нецпругнй удар с образованием капель расплава, третье на разгон сфероидизироваиных капель, четвертое ка деформации капель при обтекании их потоков газа н пятое свободную доле энергии.

Установлено, что толчина стенки сфер с увеличением их вневнего диаметра возрастает по закона близкому к линейному.

Определено, что если параметр , где (Р- коэф-

фициент поверхностного натямения расплава: ^ - плотность воздуха, меньее сС^к , где - диаметр первичных капель расплава: скорость двивения капель, то такие капля будут

деформироваться в пустотелую сферу и наоборот.

Установлена что размер кристаллов слагаемых гранула материала в оксидной системе Мгдостигает минимального значения в 1 мкм при содержании диоксида циркония (37...46) масс. 7.. Определено, что для полной стабилизации диоксида циркония количество вводимого оксида иттрия должно быть на уровне 0 моль. К.

С процессе проведения исследований получены гранулы и сферы из оксида алвминия, оксида циркония, бадделеитового концентрата, в системах и

Впервые разработана технология получения оксидных гранул с покрытием при введении в поток воздуха кремнийоргани-ческой жидкости. Толцина покрытия находится в пределах (3... 10) мкм. Промежуточным соединением на гранулах из оксида алвминия с покрытием из диоксида кремния между н является муллит. Исследованиями установлено, что прочность изделий на изгиб из гранул с покрытием увеличивается на 202.

Исследован процесс обработки струи и зеркала глиноземи^ стого расплава в изложнице сжатым воздухом. Разработана конструкция форсунки с цилиндрическими соплами и повыаеннык эксплуатационным ресурсом, что обеспечило повыаение качества плавленого оксида алвминия (белого электрокорунда) в промыв-ленных условиях.

Разработанные конструкции печей ШХТ переданы заказчикам, гранулы и другие материалы полученные в процессе исследований использованы в работах различных организаций. Разработана и внедрена моломасвтабная установка для получения оксидных гранул.

В пятом разделе обобщена методика расчета и проектирования печей НПХТ для получения оксидних гранулированных материалов.

Представлена методика расчета размеров камеры диспергирования основанная на том, что сформированная гранула или сфера иоюет удариться о стенку камеры диспергирования только закристаллизованная, что не приведет к ее деформации.

Представлено описание аппаратурной схемы получения оксидных гранул на базе ИПХТ.

В приложениях представлены официальные документы о ке-

пользовании результатов диссертационной работы и акты об сзидаемом и фактической экономической эффекте разработок.

ЗЙШЧЕНИЕ

Совокупкостсть научных и практических результатов,полученных в настоящем исследовании, является ремением крупной научной проблема в области высокочастотной электротехнологии новых оксидных материалов, а именно, проблемы использования индукционной плавки в холодном тигле в петрургии оксидов,

Реаение поставленной проблемы имеет ваянейвее хозяйственное значение, так как позволяет синтезировать диспепсные оксидные материалы обладаащне уникальными свойствами.

В настоящей диссертационной работе получены следущие новые научные и практические результаты:

1. Разработана технология получения дисперсных оксидных материалов на базе индукционной плавки оксидов в холодном тигле с выработкой расплава и диспергированием струи р^спла-воздуаиым шпокоа б гранулы, сферы и волокно.

2. Разработаны и реализованы конструкции печей ИПХТ на мощность 60 кВт для работы в комплексах по получении оксидных гранул в системе для оксидной керамики, гранул ниобата лития и ятапельного волокна из горной породы габбро. Исследованы особенности ИПХТ этих материалов.

3. Установлено, что циркуляция оксидных расплавов при ИПХТ обусловлена гравитационной конвекцией. Сформулирован безразмерный параметр, который равен отноаенив архимедовой и электромагнитной сил для численной оценки ,нх влияния на циркуляцию расплава при ЙПХТ. Значение этого параметра для оксидных расплавов составляет 8 и более.

4. На численной модели, обеспечивавшей совместное рене-ние элекротспловой И конвективной задач, наиболее полно описывавшей процесс ИПХТ, впервые получены профили полей температуры, функции тока и скорости циркуляции расплава оксида аляыиния при заданной геометрии ванны. Установлена адекватность результатов численного и Физического экспериментов. Установлено изменение циркуляции расплава при изменении раз-размеров. полезной мощности и частоты тока в индукционной

иечн при ИГ1ХТ. Остановлено,что численное уодедкрярадие печей МХТ'иоцностьв 160 кВт и более без учета циркулянт расплава приводит к завивенив значения полезной мощности на 50 2 и более. Полученные результаты обеспечивай повышение качества проектирования печей ШТ.

5. Разработана инвенерная методика расчета удельнах тепловых потерь в боковув стенку холодного тигля при НПХТ с учетом конвекции расплава.

6. Остановлено, что зависимость времени стартового нагрева оксидов от нассы дисперсного стартового материала имеет одинаковый качественный характер для различных материалов, Разработаны новые приемы стартового нагрева; в тон чисяе впервые реализован стартовый нагрев материала ВТСП состава по еихте в масс. 7. 4,8-УД ; 53.1- &аСОь ; 42,1 -Са.0 на предварительно синтезированном материале тогове состава.

7. Впервые при НИХГ с выработкой расплава ВТСП при диспергировании струн скатим воздухом получены гранулы оксидного сверхпроводника в системе У-6а-Си-О.

8. Оценена электропроводность бинарном оксидной сксте&а А£гОз~21-Ог в воздушной атмосфере во всей диапазоне составов. Определена электропроводность расплава материала ВТСП (состав по п. 7 заклвчения) равная 200м*^м"'при 1273 К. Данные необходимы для проектирования печей ИПХТ.

9., Разработана методика расчета параметров процесса диспергирования оксидных расплавоЕ в гранулы к сферы,а такие методика расчета размеров камеры диспергирования.

10. Впервые разработана технология получения гранул из оксида алвминия с покрытием из диоксида, кремния наносимы» в процессе диспергирования расплава. Пустотелые гранулы оксида алвминия с покрытием обеспечивавт повыаенне прочности теплоизоляционного Изделия.

11. Спроектированы и внедрены форсунки для диспергирования струи глиноземистого расплава и обработки зеркала расплава в кзловнице, обеспечивавшие повывение качества плавленого материала и нмевцие повывенный ресурс эксплуатации

12. Подтвераденный экономический эффект от внедрения результатов диссертации работы составил 303,5 тксяч рублей, 8 тоа числе фактический 56Ш30 рублей в год (в цепах !У В ? г.).

- 15 -

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Лсбонироз О. Индукционная плавка - пергпектнзнаа ие-тод получения абразивных катериалоз // Бвдлатень ВИНИТИ,- Н 10 (180).- U.: ВИНИТИ, 1985.- С.ИЗ.

2. Исследование условна теплообизна при индукционной пла-зкй оксндов/Д.Б.Лопух, 9.П.Скворцов. п.НДабомвров, А.В.Копьев Л др. // Сб. статей: Автоматизировании? злектротехнологнческне установки и система. - Чебоксара: ЧГЫ, 1989. - С.104-103.

3. Использование метода индукционной плавки для предварительного синтеза оксидной керамика в састеке Zr02- Yz03 -Д£г03 / D.H. Гутнап. В.А.Пнсьаетшй, О.Лабокиров и ар.//Огнеупоры. - 1992.- й 9-10.- С. 14-19.

4. A.c. 1798336 СССР. Ш С03В 5/027. Индукционная печь / Лопух Д.Б., Лабсаиров А.Й., Петров В.Б., Печенков А.0.-4830081/23-33: Заявлено 12.07.90; Опубл. 1933. Бая. Н 8

5. Физико-химические процесса изготовления и эксплуатации í'üSGKHñ для получения пленок ВТСП магиетроннка распыленней /В.П.Афанасьев.а.Б.Петров, й.и.Лабоииров,В.б.Прашшн.Э.Н.Смирнов и др. //Тез. Яокл. Всесовзн. кон®. "Физика н химия внсоко-теапературной свсрхпрозодйности", Харьков, октябрь 1989г..-Л.-1989.- С.153-159.

6. Петров D.5., Смирнов 9,1!., Лвбомиров A.Ü. Индукционная плавка в холодном тигпэ материалов высокотемпературной сверхпроводимости // Язв. ЛЗТН.- 1991.- И 439.- С.36-80.

7. Влияние быстрого охлаадения расплава A€¿0^-ZfOz на Фазовый состав и разнер кристаллов аатериала / Й.М.Лэбоаиров, В.С.Неапор, И.П.Васильев и др.//Тез. докл. Y1 Efcecona. ссвепа-ниа "Высокотемпературная химия силикатов и оксидов".Ленинград, апрель 1988г.- Л.-1988,- С.29-30.

8. Структурные исследования материалов для тугоплавкой оксидной керамики, полученных диспергированием расплава при индукционной плавке в холодной тигле /Н.Г.Золотников.Д.Б.Лопух, О. Лвбомиров н др. // Бвллитень ВИНИТИ.- й В.- 8.: ВИНИТИ, 1391.- С.82.

9. A.c.1502535 СССР.МКН С04В 35/10. Способ получения гранулированного электрокорунда/Знгельбрехт В.Г., Лвбомиров А.Н., Хияняк Н.П. - Н 4208153/23-33; Заявлено 09.03.87: Опубл. 1989.

- -

бил. fi 31.

101 Повивенне качества белого элеитрокорунда nyTets обработки его расплава сватыа воздухом/ В.В.Карлкн, СЛ. Качалова, Й.Оцбомвров н др. //Абразивы,-1982.-й 9.-C.7-U.

И. Лвбоинров й.й. Влияние радиационного нагрева на эксплуатации форсунки // Кзв. ЛЭТН,- 1390.- N 424,- С.61-84.

12. Лвбокнров Й.Й. форсунка с «шадрическиаи соплами.-Л., 19в?,-/3/с.-1Ийфорйацкоинай листок / ЛенЦНТМ; Н В4-204).

13. Исследование условий тепловбиеш внутри ванны расплава при индукционной плавке оксидов в Ьарке стекол /А. В.Лвбоаиров, Л.Б.Лопух. 6.й.Скворцов и др. // Тез. докл. ХГВсесовз. кон®. "Применение токов высокой частоты в злектротёхнолопш". Ленинград, сентябрь.1991г..-Л.-1991.-С.83-84.

14. Смирнов В.П., Лшбоикров ft.H. 0 проектировании прямоугольных индукционных печей с холодным тиглем для плавки оксидов // Сб. статей; Автоматизированные злектротехнологические установки и системы .- Чебоксары: ЧГЯ. 1989,- С,4-8.

Подо.к печ. 30.06.93. Формат 60x84 1/16. Офсетная печать. Печ.л. 1,0 ; уч.-изд.л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ №134

Ротапринт С.-ПоТЭТУ 1Э7376, Санкт-Петероург, ул.Про?.Попова, 5