автореферат диссертации по энергетике, 05.14.04, диссертация на тему:Резонансные режимы виброожижения мелкодисперсных порошков и их использование в технологических процессах термической и химико-термической обработки

На правах рукописи

Колпаков Александр Сергеевич

РЕЗОНАНСНЫЕ РЕЖИМЫ ВИБРООЖИЖЕНИЯ МЕЛКОДИСПЕРСНЫХ ПОРОШКОВ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ ТЕРМИЧЕСКОЙ И ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

05.14.04 - Промышленная теплоэнергетика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Екатеринбург - 2006

Работа выполнена на кафедре промышленной теплоэнергетики ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет — УПИ»

Научный консультант:

Официальные оппоненты:

Заслуженный деятель науки и техники РСФСР, доктор технических наук, профессор Баскаков Альберт Павлович

доктор технических наук, профессор Данилов Олег Леонидович

Ведущая организация:

доктор технических наук, профессор Торопов Евгений Васильевич

доктор технических наук, профессор Белоусов Виктор Семенович

ОАО «Научно-исследовательский институт металлургической теплотехники» (ОАО «ВНИИМТ»)

Защита состоится 30 ноября 2006 г. в 14.00 на заседании диссертационного совета Д 212.285.07 при ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет - УПИ» по адресу: г. Екатеринбург, ул. С. Ковалевской, 5, 8-й учебный корпус УГТУ - УПИ, ауд. Т - 703.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО УГТУ-

УПИ.

Ваши отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направлять по адресу: 620002, г.Екатеринбург, ул. Мира, 19, ГОУ ВПО УГТУ - УПИ, ученому секретарю. Телефон (343) 3754574, факс (343) 3743884, E-mail: lta ugtu@mail.ru

Автореферат разослан «_££_» октября 2006 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета J -—^ Аронсон К.Э.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. При тепловой обработке мелкодисперсных порошков условия проведения процесса и свойства дисперсной среды нередко способствуют образованию устойчивых контактов между частицами. Возникающее при этом связное движение слоя препятствует эффективному тепломассопереносу в технологических аппаратах. В таких случаях обработку порошков производят в виброожиженном состоянии.

Способность вибрации разрушать образующиеся контакты и интенсифицировать тепломассоперенос, поддерживая высокую температурную и концентрационную однородность слоя, лежит в основе интенсификации таких высокотемпературных теплотехнических процессов, как термическая и химико-термическая обработка (ХТО) виброожижаемых частиц и погружаемых в слой изделий. Это же относится и к процессам, которые предшествуют ХТО порошков, например к термическому обезвоживанию.

Для большинства технологических процессов максимальная интенсивность тепломассопереноса в вибрирующих порошках приходится на резонансное состояние виброслоя, которое принято связывать с упругостью парогазовой среды, заполняющей межчастичные промежутки. Поэтому разработка физических принципов формирования гидродинамически управляемых резонансных режимов, подходов к их описанию с учетом особенностей технологического оборудования и обрабатываемых материалов, методики выбора оптимальных режимов виброожижения для промышленной реализации перечисленных процессов представляет научный и практический интерес.

Выполнение диссертационной работы было связано с планом основных научных направлений УГТУ-УПИ в рамках Координационного плана АН СССР по проблеме 1.9.1 «Теплофизика и теплоэнергетика», раздел 1.9.1.2.5(5) «Исследование гидродинамики и теплообмена в псевдоожиженном слое»; комплексной научно-технической программы

ГНТК и Минвуза РСФСР «Человек и окружающая среда», раздел «Исследование способов управления процессами тепло- и массообмена в дисперсных системах путем изменения гидродинамических режимов», гос. рег. 01840005222; гранта Министерства образования РФ по теме 2047 «Разработка технологии создания высокоазотистых композитов на основе термодиффузионно-легированных железных порошков».

Цель работы. Экспериментальное и теоретическое обоснование резонансного метода интенсификации тепломассопереноса в мелкодисперсных порошках на основе собственных исследований и обобщения известных данных; разработка и реализация с помощью резонансных режимов виброожижения новых процессов для получения материалов, которые находят применение в энергетике и промышленности, а также совершенствование конструкций технологических аппаратов с виброожиженным слоем.

Поставлены и решены следующие задачи:

- разработана и адаптирована к условиям виброожиженного слоя методика исследования резонансных колебаний;

- выполнены экспериментальные исследования частотных характеристик слоев мелкодисперсных порошков в промышленном диапазоне частот вибрации с учетом влажности и крупнодисперсных включений;

- систематизированы виды пульсаций полного давления слоя, давления газа и частиц, а также порозности дисперсной среды и установлена взаимосвязь пульсаций с режимами движения мелкодисперсного виброслоя и характером взаимодействия частиц с несущей поверхностью;

- экспериментально исследованы возможности формирования взвешенного состояния порошков и проведена оценка энергозатрат на поддержание взвешивания;

- выполнены экспериментальные исследования переходного процесса от подвижного к взвешенному режиму движения, выявлена взаимосвязь

взвешивания и неоднородного виброожижения и установлено их влияние на внешний теплообмен;

— проанализировано и экспериментально обосновано влияние резонирующих присоединенных объемов в технологических установках на частотные характеристики, амплитуду пульсаций и гидродинамику виброожиженного слоя; с помощью моделирования получены и проверены экспериментом расчетные соотношения для резонансных частот виброаппаратов с подрешеточными камерами и замкнутым надслоевым пространством;

— в широком поле изменения параметров виброожижения показано совпадение максимумов коэффициентов теплоотдачи виброслоя к поверхности нагрева и гидродинамических характеристик, чем обоснован принцип интенсификации процессов переноса с помощью гидродинамически управляемых режимов виброожижения;

— проанализирована связь структурно-гидродинамических особенностей взвешенного виброслоя и интенсивности его теплообмена* с поверхностями нагрева разных типов; проведена экспериментальная оценка максимальных значений коэффициентов теплоотдачи;

— косвенным методом по глубине диффузионной зоны на изделиях, подвергнутых химико-термической обработке, экспериментально оценено влияние резонансных колебаний слоя на интенсивность массопереноса;

— на многочисленных примерах реализованных процессов термической и химико-термической обработки и термического обезвоживания порошков показаны возможности интенсификации тепломассопереноса в виброожиженном слое в режиме резонансных колебаний.

Достоверность и обоснованность результатов подтверждается применением современных физических представлений, соответствующей точностью и тарировкой измерительных систем, использованием ЭВМ для численных расчетов, удовлетворительным согласованием расчетных и

экспериментальных данных, сопоставлением полученных результатов с данными других исследователей.

Научная новизна работы. Работа развивает самостоятельное научное направление: интенсификация тепломассопереноса в мелкодисперсных порошковых средах путем возбуждения в них управляемых резонансных колебаний и создание на этой основе новых технологических процессов для обработки материалов, применяемых в теплоиспользующих и энергетических установках.

С помощью комбинированного экспериментально-теоретического подхода детально исследованы упруго-акустические свойства порошков, определены гидродинамические механизмы возбуждения резонансных колебаний мелкодисперсного виброожиженного слоя в виброаппаратах наиболее часто встречающихся типов и установлены закономерные связи резонанса с механизмами кондуктивпого и конвективного тепломассопереноса в дисперсной среде.

Комплексными экспериментальными исследованиями выявлены основные виды пульсаций давления газа, частиц, полного давления дисперсной среды и ее порозности, проведена их систематизация и установлена связь пульсационных характеристик с режимами движения и структурой слоя. Исследована динамика переходного процесса от подвижного к взвешенному режиму движения и сформулированы условия взвешивания. Установлена связь процесса взвешивания с неоднородностью виброожижения. Детально изучены структура взвешенного виброслоя и ее влияние на внешний теплообмен.

Выполнен теоретический и экспериментальный анализ влияния величины присоединенных газовых объемов в надслоевом пространстве и подрешеточной камере виброаппарата на параметры резонансных режимов виброожижения. Проведена экспериментально-расчетная оценка влияния грубодисперсных добавок на резонансные колебания слоя мелкодисперсных частиц. Экспериментально определено влияние влажности мелкодисперсного

материала на резонансные режимы виброожижения. Выявлено воздействие продувки на упругие колебания и перенос теплоты в слое.

Показано, что гидродинамические и тепломассообменные характеристики вибрирующих порошков качественно согласуются между собой, а параметры виброожижения, отвечающие максимумам этих характеристик, описываются едиными соотношениями для резонансных режимов в гетерогенных средах. Установлено, что с помощью резонансных колебаний возможно достижение условий предельной интенсивности тепломассообмена мелкодисперсных порошков с поверхностью. Определено влияние места размещения горизонтальной трубной поверхности нагрева в виброслое на максимальную интенсивность теплообмена.

С помощью развернутых исследований тепломассообменных процессов (химико-термической и термической обработки порошков и изделий, термического обезвоживания порошков) показана возможность интенсификации тепломассопереноса с помощью резонансных режимов виброожижения. На основе исследований тепломассообменных процессов разработана комплексная технология получения диффузионным способом новых композиционных материалов — высокоазотистых порошков на основе железа, нашедших применение при ремонте энергетического оборудования.

Практическая значимость и реализация работы. Полученные результаты формируют физические представления о мелкодисперсном виброожиженном слое как объекте, подчиняющемся фундаментальным закономерностям колебательных процессов в гетерогенных средах, и тем самым открывают возможность интенсификации тепломассопереноса в порошковых материалах с помощью управляемых резонансных колебаний, параметры которых рассчитываются по известным из общей теории зависимостям.

В прикладном отношении полученный комплекс экспериментальных и теоретических результатов создает достаточно надежные основы для практических инженерных расчетов как режимов виброожижения в

виброаппаратах различных типов, так и для выбора конструктивных характеристик оборудования.

Адаптация технологии виброожижения к решению задач энергетического производства сделала возможной разработку и развернутое применение порошковых материалов при ремонтах оборудования тепловых электрических станций, в том числе с использованием ремонтной базы самих предприятий.

Выявленные закономерности позволили создать и запатентовать новые технологические процессы, материалы и конструкции аппаратов, а также предложить методы управления тепломассопереносом в виброожиженном слое мелкодисперсного теплоносителя.

Результаты работы продолжительное время используются промышленными предприятиями при производстве порошковых материалов (ОАО «Уральский завод гражданской авиации», ООО «Авиатехносервис») и при ремонтах оборудования энергетического и общепромышленного назначения (Кармановская ГРЭС, ЗАО «НПП «Технологии сварочного производства»).

Личный вклад автора состоит в разработке научных и практических основ метода интенсификации тепломассопереноса в мелкодисперсных порошках с помощью резонансных режимов виброожижения, а также в адаптации этого метода к процессам термической и химико-термической обработки и включает:

- постановку задач исследований;

- планирование, организацию и проведение экспериментов на

лабораторных и промышленных установках;

- обобщение экспериментальных данных;

- разработку адаптированной к промышленным аппаратам модели

виброслоя, взаимодействующего с подрешеточной камерой и

замкнутым надслоевым пространством;

-подготовку технических заданий на проектирование оборудования;

— участие в пусконаладочных работах;

- участие в ремонтах энергетического оборудования с помощью разработанных автором материалов.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на VI Всесоюзной конференции по тепломассообмену, Минск, 1980; Всесоюзной научно-технической конференции «Дальнейшее совершенствование теории, техники и технологии сушки», Чернигов, 1981; Республиканской научно-технической конференции «Сушка и грануляция продуктов микробиологического и тонкого химического синтеза», Тамбов, 1981; II Всесоюзном научно-техническом совещании «Создание и внедрение современных аппаратов с активными гидродинамическими режимами для текстильной промышленности и производства химических волокон», Москва, 1981; Всесоюзной научно-технической конференции «Проблемы энергетики теплотехнологии», Москва, 1983; VII Всесоюзной конференции по тепломассообмену, Минск, 1984; Всесоюзной научно-технической конференции «Совершенствование техники, технологии сушки сельскохозяйственных и пищевых продуктов в соответствии с продовольственной программой», Полтава, 1984; Всесоюзной конференции по вибрационной технике, Телави, 1984; III Ogolnjhjlsky sympozjon "Termodynamika warstwy fluidalnej", Czestochowa, 1985; Минском международном форуме «Тепломассообмен - ММФ», Минск, 1988; Всесоюзной научно-технической конференции «Техника псевдоожижения (кипящего слоя) и перспективы ее развития», Ленинград, 1988; V Международной конференции «Актуальные проблемы материаловедения», Новокузнецк, 1997; XIV Уральской школе металловедов-термистов, Ижевск, 1998; V Межгосударственном семинаре «Структурные основы модификации материалов методами нетрадиционных технологий MHT-V», Обнинск, 1999; XV Уральской школе металловедов-термистов, Екатеринбург, 2000; Всероссийской ежегодной научно-технической конференции «Наука-производство-технология-экология»,

Киров, 2001; IX Международной научно-практической конференции «Современные технологии в машиностроении», Пенза, 2005; II Международной школе «Физическое материаловедение», Тольятти, 2006; VII Всероссийском совещании-выставке «Энергосбережение: состояние и перспективы», Екатеринбург, 2006; IV Международной научно-технической конференции «Материалы и технологии XXI века», Пенза, 2006.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 92 работы, из них 46 работ в реферируемых изданиях. Среди опубликованных работ 16 авторских свидетельств и патентов на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованной литературы и приложения. Работа содержит 311 страниц машинописного текста, в том числе 101 рисунок и 25 таблиц, а также список цитируемой литературы, насчитывающий 304 наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении отражены актуальность работы, ее цель, характер, научная новизна, практическая ценность и реализация результатов, сформулированы основные задачи исследования, представлены результаты, выносимые на защиту, отражен личный вклад автора.

Отмечено, что техника виброожижения наиболее адаптирована к широко распространенным в промышленности мелкодисперсным материалам, которые могут подвергаться различным видам тепловой и термохимической обработки в виброожиженном состоянии и выполнять функции эффективных теплоносителей в тепломассообменном оборудовании. Показана взаимосвязь процессов установления резонансных колебаний и интенсификации тепломассопереноса в виброожиженном слое. Отмечены формализованный характер существующих подходов к интенсификации тепломассопереноса, не учитывающих особенности структуры виброслоя и развитие в нем вторичных явлений, инициируемых

вибрацией, а также отсутствие экспериментального анализа поведения виброслоя с точки зрения энергосбережения и высокотемпературных процессов термической и химико-термической обработки.

Исходя из этого, обоснован выбор направления работы и сформулированы задачи исследования. Краткий анализ литературы по каждому рассмотренному в диссертации разделу приведен в соответствующих главах.

Первая глава посвящена резонансным режимам виброожижения мелкодисперсных систем. В ней на основании экспериментального материала, включающего данные по пульсациям давления газа, частиц, полного давления слоя, порозности проанализирована гидродинамика вибрирующих порошков узкого фракционного состава, удовлетворяющих в соответствии с распространенной классификацией зернистых сред (Рыжков) условию 0,33 < сот„< 1,7, где еа- угловая частота колебаний, со = 2я/; т„ -время релаксации относительной скорости фаз, xv = /[l50jj.(l —so)] •

Расчетное время релаксации т„ в промышленном диапазоне частот 10 -s-100 Гц обычно много меньше периода колебания. Силами вязкого трения газ оказывается зажатым в узких поровых каналах и под действием вынуждающей силы подвергается объемному сжатию по гармоническому закону, оказывая упругое сопротивление деформации слоя при отсутствии заметной нестационарной фильтрации. Действующие в слое гидродинамические силы ослабляют контактное взаимодействие частиц с несущей поверхностью и между собой, что предотвращает образование агломератов и налипание частиц на стенки виброаппаратов.

Наблюдаемые резонансные колебания в слое (рис. 1) аналогичны хорошо изученным акустическим колебаниям в гетерогенных средах, а их частоты описываются известным из акустики соотношением

(2т-1) а

J АН' ()

здесь //—высота слоя, а —скорость звука в слое, т — номер гармоники, т ~ 1; 2,.. (рис. 2). На рисунке величины приведены к значениям при т= 1. 83 го

0.9

о.е

0.7

о.е

0.5 0.4 0.3 0.2 0.» 0.0

ч я ----

£

+1 О» взвешену лодвижн ый режим 1й режим

о» г л

+1 - *Т

ои

а То* 1 V., 1 1 ^ 1 - 1

Е>£0 8<&

н

,08 8 7 6 5 4 3

2

10

1. Гц

----- —< Г"' — 1 1

_ —1- —Ь

X |т-г

4

; ! ; 1 .;> ' ! 1 ! \т= 1 Гъа

1 1 1 \ N \ \ N ч

Н, м

Рис. 1. Зависимость относительного размаха пульсаций давления газа

подслоем 8РСот относительной высоты слоя Н: Гц; А, мм: + -80, 0,5; О-100, 0,4;

♦ -70, 0,7; □ -50, 1,0; А-35, 2,0;

• -20, 3,5 корунд (¿ч — 72 мкм;

8о — насыпная , порозность; 6 — средняя за период порозность

Рис. 2. Зависимость резонансной частоты слоя от высоты: О.С.-8А, □,0-6Е; +,А-а;

--расчет по (1);

корунд с!ч = 72 мкм

0.01

о.ю

1.00

Расчеты по известным моделям (Гапонцев, Рыжков и Толмачев) показали, что в порошковых материалах с размером частиц менее 100 мкм скорость звука в слое близка к равновесному значению «о, которое определяется по известному выражению для гетерогенных сред:

а0 =

(2)

|б(1-Е)Рч '

где Ро - давление в аппарате; е — среднеобьемная порозность; рч — плотность частиц. Это положение находит экспериментальное подтверждение в

оценках положения пика (рис. 3) и позволяет при инженерной точности расчетов рассматривать скорость звука в мелкодисперсных (с/ч < 100 мкм) средах как величину, автомодельную по частоте колебаний и диаметру частиц.

Рис. 3. Зависимость

относительной резонансной частоты виброслоя от среднего диаметра частиц с/, : Яр — резонансная высота;

Яр (ао) — расчетная резонансная высота при ад

; , i : i ;

/

к Я

ф —j

f=80Гц

50

35

20 15 10

60 80 100 200 400 600

В наших исследованиях применена экспериментальная методика, которая поддерживает постоянный уровень динамического воздействия и исключает влияние частотной дисперсии скорости звука. Это обеспечивается следующими условиями: Н —\ar\f; А;к= A<s?!g — idem.

Резонансные параметры виброслоя подтверждаются регистрацией его свободных колебаний при ударе. Методика исследований собственных частот слоя запатентована в соавторстве.

При отсутствии продувки виброслоя газом существенная интенсификация процессов переноса возможна только в окрестностях первого резонансного пика при расширении слоя и взвешивании частиц. Во всех остальных случаях слой колеблется в однородном плотном подвижном состоянии, при котором процессы переноса в порошках протекают с невысокой интенсивностью. В подвижном режиме (рис.4, а) наблюдаются характерный перекос свободной поверхности слоя и упорядоченная макроциркуляция материала по замкнутому контуру с образованием застойного ядра. При взвешивании порошок приобретает свойства реологической жидкости. Поверхность слоя (рис.4, б) горизонтальна и удерживает такое положение при отклонениях оси виброаппарата от вертикали. Образующиеся газовые пузыри перемешивают газ и частицы. Взвешенное состояние характеризуется высокой температурной и

концентрационной однородностью дисперсной среды. Оно достигается при остром резонансе (рис. 5, кривые при амплитуде А > 2,4 мм). При слабо выраженном максимуме ЗРГ слой остается в подвижном состоянии (рис. 5, кривые А < 2,4 мм). По мере роста амплитуды вибрации создаются условия для смены режимов. При низких частотах при переходе от режима к режиму наблюдается своеобразный кризис (рис. 5, А = 2,5 мм), связанный с изменением вида трения в колебательной системе (сухое трение —> вязкое

Этот кризис сопровождается скачкообразным изменением всех характеристик слоя. Нелинейные свойства среды обнаруживают себя в явлении гистерезиса (рис. 6, а). Давление частиц в закритической области оказывается много меньше, чем до перехода (рис. 6, б), за счет расширения

слоя (рис. 6 в) и потери контакта большинством частиц с грузонесущим

органом. Вклад твердой фазы в амплитудное значение полного давления на

дншце составляет 10 ч-20%. Кризис резко интенсифицирует теплообмен

слоя с поверхностью при той же подводимой удельной мощности (рис. б, г).

Рис. 6. Зависимость

относительного размаха пульсаций давления газа (а), давления частиц (б), средней за период порозности (в) и коэффициента теплоотдачи к вертикальной стенке от относительной высоты слоя: (/"=15 Гц, А = 2,5 мм) корунд с/ч —72 мкм 1 — 2 — прямой ход 1' — 2' — обратный ход

0.6

0.2

0.0

2'>

)

-

■

■ 1

V Н

1.0

0.8

0.6

0.2

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

0.0

дР ч - -!Т—

>

н

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

0.7

0.6

0.5

0.4

0.3

8 С Э

Ел

I >

Н

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

0.0

а — I3—

А \

н

' О.О 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 "~0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 Анализ осциллограмм пульсаций давления позволил выявить

особенности динамики слоя при переходе. До перехода частицы падают на

поднимающееся, а после него на опускающееся днище (рис. 7, а и б). В

результате встречного движения взаимодействие слоя с грузонесущим

органом носит характер удара, который вызывает образование каркасной структуры и сопровождается длительным совместным движением слоя с днищем. Удар формирует крутой передний и пологий задний фронты волны возмущений давления газа, что связано с быстрым оседанием на днище плотного слоя и «медленной» релаксацией давления в каркасе из твердых частиц.

1

<а«

4К

сак

О Зс 2Й Ш

Рис. 7. Копии осциллограмм пульсаций давления частиц (1), порозности е (2), давления газа Рг (3) и колебаний днища аппарата х (4) в начале (а) и конце (б) переходного

процесса:

(/= 15 Гц; А = 2,5 мм; Н = #1Р); корунд <1Ч = 72 мкм; //[р — первая резонансная частота (без масштаба по оси ординат)

В конце перехода от режима к режиму совместное движение днища и частиц не наблюдается, придонная каркасная структура отсутствует, а пульсации давления газа и порозности имеют квазигармонический характер. Ударное взаимодействие заменяется безударным с инерционным движением частиц на фронте волны давления. Для взвешенного режима характерно равенство относительных пульсаций давления газа и порозности

5е/е0 =8Рг/Р0 =0,4 (рис.8), что свидетельствует о слабой нестационарной фильтрации газа при существенной нелинейности колебаний.

Разрывные колебания возникают при малом импульсном возмущении

слоя «мгновенным» вводом частиц, нарушающим баланс поверхностных и

массовых сил. Результатом является усиление компрессии газа и

вибрационное расширение слоя. Эффект связан с нелинейной зависимостью

коэффициента гидравлического сопротивления вибрирующей дисперсной

среды от порозности и формированием слабого потока газа к нижней границе

слоя. Это явление сопровождается уменьшением внутреннего трения и

переходом слоя в состояние реологической жидкости, не выдерживающей

деформации сдвига. В результате происходит постепенное исчезновение

начального перекоса свободной поверхности слоя и ее выравнивание при

взвешивании. Таким образом, нарушение баланса сил инициирует

переходный процесс от одного состояния слоя к другому: подвижный режим

- взвешенный режим. Временной масштаб процесса перехода порядка 200

периодов колебаний.

Рис. 8. Зависимость отношения размаха относительных пульсаций давления газа (й) и отношения размаха относительных пульсаций

порозности слоя (б) от относительной высоты слоя: (/, Гц, А, мм: • - 15,3,5; С — 20,2,5; 0-35,2,0;

Н=Др); корунд с/ч = 72 мкм;

Ро = 0,1 МПа; Со - порозность насыпного 0 0

О.и и.О 7 .и Г.О Л.и ¿.Э

На разгонных характеристиках переходного процесса (рис. 9) можно выделить три характерных участка. Первый из них (т^ связан с выравниванием поверхности, а второй (т2 ) — с расширением и взвешиванием слоя. Третий участок (т3) относится к установившемуся взвешенному режиму.

о.з

0.2

0.1

5Л | - Р° I I ш

С С

- I •« • | о

7 г ,н

Рис. 9. Разгонные характеристики и эволюция состояний слоя в переходном

процессе: (/= 15 Гц; Л = 2,5 мм; Н= Я,р) корунд Ыт1 = 72 мкм

Анализ разгонных характеристик обнаруживает отсутствие аналогии с фильтрационным псевдоожижением, т.к. к концу процесса среднее за период сопротивление слоя заметно меньше такового при стационарной продувке. При вибрации взвешивание начинает развиваться тогда, когда амплитудное значение сил избыточного давления превышает вес (р^//с). Сжатый до давления +РГ > ргаз совершает работу расширения, преодолевая сопротивление сил вязкого и сухого трения в плотной дисперсной среде (е < е0). Постепенное расширение засыпки и переход от сухого к вязкому трению способствуют увеличению доли затрат мощности на сжатие газа и последовательному развитию процесса. Поэтому управляющим параметром перехода к взвешенному режиму является удельная мощность вибрации Лг=/42ш3, которая непосредственно связана с работой сжатия (рис. 10).

Удельная мощность слабо зависит от плотности частиц и для исследованных воздушно-сухих материалов данного фракционного состава с1я< 100 мкм (корунд, металлические порошки, химические реактивы) колеблется, с небольшим разбросом, около значения ~ 5 Вт/кг. При смене режима движения и переходе к неоднородному виброожижению при взвешивании темп роста пульсаций с увеличением подводимой мощности резко замедляется, поскольку устойчивость слоя нарушается периодическим выходом на поверхность газовых пузырей, который вызывает кратковременный сброс давления.

Рис. 10. Зависимость размаха пульсаций давления газа под слоем от мощности вибрации при резонансе: (/", Гц: • — 15;<Э — 20; Ф - 35; О - 50 Н= #1Р), корунд с1ч - 72 мкм;

20 40 6 0 60 100 С помощью тензометрии, фотосъемки и наблюдений в стробоскопическом освещении исследован процесс образования пузырей и определены границы их существования. Обнаружена низкочастотная амплитудная модуляция вынужденных пульсаций давления газа выходящими из слоя пузырями. Частота выхода пузырей не зависит от амплитуды и увеличивается с частотой вибрации. Отмечено, что проскок пузырей происходит преимущественно по центру сечения виброаппарата. Показано, что пузыри являются главным фактором процессов перемешивания слоя и уноса частиц. Наряду с релаксационными колебаниями слоя при выходе пузырей выявлены параметрические колебания гравитационной природы,

вызывающие раскачивание слоя и нарушающие траекторию движения центра масс аппарата. Приведены данные расчетов их частотного спектра.

Построены поля мгновенных давлений газа и фазовые диаграммы движения максимумов и минимумов давления газа по высоте слоя при резонансе. Показано, что резонансные колебания слоя связаны с установлением в нем стоячих волн давления. На этой основе экспериментально-расчетным путем выполнена оценка величины скорости звука в виброслое. Полученные значения близки к равновесному значению, рассчитываемому по зависимости (2). Определено положение акустически плотной верхней границы слоя (рис. 11), По флуктуациям границы оценена степень расширения засыпки Ай . Оценка подтверждена данными фотосъемки. Отмечено частичное преломление бегущей волны. Систематизированы характерные типы распределений давления по высоте

слоя и диаметру аппарата. Установлена их связь с режимами движения слоя.

,.а.---------------------_--------

х^Ппм у**1 тн

ь 1.0

Рис. 11. Зависимость фазового угла минимума и максимума пульсаций давления газа от

относительной высоты над дпшцем: (Я= 0,12 м;/= 20 Гц; А - 2,5 мм; Я = Я,р); корунд е?ч =• 72 мкм

Тензометрическим и емкостным методами выявлена неоднородность макроструктуры взвешенного слоя. Обнаружено наличие ядра с плотными границами и разреженной зоны над ним, формируемой струями газа, выходящими из ядра (рис. 12). Выявлено, что выделенные зоны колеблются в противофазах. Отмечено наличие разрежения в верхней части ядра. Установлена его связь с обнаруженными струйными эффектами, вызывающими удвоение частоты пульсаций в ядре.

Рис. 12. Распределение средней за период порочности (а) и относительных размахов пульсаций порозности (б) по высоте слоя: (f= 20 Гц; А = 2,5 мм; Н= Я\р); корунд

<з?ч = 72 мкм

Во второй главе приводятся результаты исследований влияния физических и конструктивных факторов на резонансные режимы виброожижения.

Проведена экспериментальная оценка влияния грубодисперсных включений на резонансные режимы виброожижения мелкодисперсных порошков. Обнаружено, что при концентрации крупных частиц в слое мелочи не более 20 % структура, частотные и амплитудные характеристики виброожиженного слоя практически не изменяются. При больших концентрациях отмечено образование пакетов крупных частиц, перемещающихся в слое мелочи консолидированной массой. Приведены данные распределения крупных частиц по высоте слоя в многокомпонентных смесях. Установлено, что при резонансном режиме крупные частицы находятся преимущественно в середине ядра слоя и не выходят за его плотную верхнюю границу. Отмечено увеличение равномерности распределения частиц в слое с ростом концентрации крупного компонента. Приведенные экспериментальные данные использованы при определении параметров виброожижения при термообработке полидисперсного угля.

Рассмотрено влияние влажности материала слоя на режимные характеристики виброожижения. Экспериментально установлено, что резонансные колебания в кристаллических мелкодисперсных порошках не наблюдаются при влажности £/>3%. Уже в воздушно-сухом материале уровень пульсаций давления газа снижается примерно на 20 % по сравнению

с прокаленным. Дальнейшее увлажнение из-за укрупнения частиц вследствие самопроизвольного перераспределения влаги переводит такой материал из взвешенного состояния в подвижное.

Продувка способствует активному виброожижению только высоких слоев, параметры которых кратны параметрам основных резонансов (рис. 13). В области основного резонансного пика вынужденные пульсации затухают пропорционально скорости продувки.

относительного коэффициента теплоотдачи к вертикальной стенке (б) от относительной высоты слоя при разной скорости продувки:

(/■= 50 Гц; к = 10; (V: О- 0; Э - 1); корунд с1ч=12 мкм Промышленные аппараты с виброожиженным слоем в отличие от

лабораторных моделей включают элементы, которые могут влиять на

изменение параметров резонансных колебаний. К ним относятся замкнутое

надслоевое пространство и подрешсточная камера, содержащие

резонирующие объемы газа. Первый элемент характерен для установок ХТО,

второй - для конвективных сушилок, где газораспределить имеет малое

сопротивление. В инженерных расчетах методику определения частотных

характеристик таких систем можно существенно упростить, используя, по

аналогии с кипящим слоем, модель, в которой виброслой представляется

макроскопически однородным телом с сосредоточенной массой.

Рассмотрен модельный аппарат, включающий в себя подрешеточную камеру объемом Ук, решетку "нулевого" сопротивления, слой с порозностью е и объемом Ус и надслоевую камеру объемом У„ (рис. 14, а). Для простоты

2.8

Рис 14. Зависимость относительной резонансной частоты £2 виброслоя от приведенного объема надслоевого у„ и подрешеточного ук пространства; схема установки (а) и эквивалентная ей модель (б):

_— расчет по (3),

точки — эксперимент; II, м: нижняя кривая + - 0,04; 0-0,05; • - 0,07; О -0,12;

корунд Н, м: верхняя кривая Н -0,11, железо; С1 - 0,1, никель; X 0,24; +-0,12; А-0,07; корунд П = Юр/Я>рВ

анализа приняты упрощения: сопротивление подводящих путей достаточно велико, чтобы рассматривать объемы Ук и Уи как акустически замкнутые; вязкие потери в системе не влияют на собственную частоту колебаний; взаимодействие слоя с решеткой и стенками несущественно; объем газа Усг, распределенный в слое, формально сосредоточен в зазоре между нижней границей слоя и решеткой. Упрощения заменяют виброаппарат эквивалентной моделью (рис. 14,6). В соответствии с ней сосредоточенная масса, равная массе слоя, колеблется, взаимодействуя с объемами газа Ун и Ук+Ус£, и может рассматриваться как линейный осциллятор. Для

отыскания собственной частоты колебаний осциллятора ш0 необходимо определить величину квазиупругого коэффициента к в уравнении = ¿/Л/, где М- масса слоя, Л/ = рч(1- е)НсЗ. Величина £ находится из баланса сил, действующих на слой, на его верхней и нижней границах:

к = Рп ^

1 1

- +

К + Кг К

Введя безразмерные величины ук=#к/#с и уя-Нп/Нс , расчетное выражение для ©о можно представить в виде

Деление на резонансную частоту «свободного» слоя, где ук = О и у„ -» приводит сор к безразмерному виду

П =

1 1

(3)

|1 + У*/е Ун/е

Расчеты на основе модели и результаты ее опытной проверки (см. рис. 14) удовлетворительно согласуются. Модель предсказывает вырождение колебаний при ук —;► со и ун —> 0, что находит подтверждение в эксперименте (рис. 15). Данные рис. 14 и 15 позволяют рекомендовать соотношения ук < 0,1 и ун ^ 4 для выбора размеров надслоевых и подрешеточных камер виброаппаратов. Рекомендации подтверждены опытом эксплуатации промышленного оборудования.

б^убя

Ь' 1 н-6—« г—'—' »—ч-< Ьа ' -Ук=0 -

5-о-н ,ГН=0 - - б,-

0 2 4 6 8 10 12

Рис. 15. Зависимость относительного размаха пульсаций давления газа под слоем от относительной высоты подрешеточной камеры (а) и надслоевого пространства (б): а: Н, м: Ф - 0,07; • - 0,12; С' -0,16; » - 0,24, корунд; б: Н, м: С1-0,12 корунд; 0,11, железо;'Э — 0,1, никель

Виброожижение в стесненных условиях изменяет параметры резонансных колебаний из-за возникновения расклинивающих усилий в засыпке при оседании слоя. На основе анализа экспериментальных данных сделан вывод, что стеснение слоя стенками можно считать несущественным только при отношении диаметра аппарата D к высоте слоя Нс DIHC > 2, что уточняет ранее опубликованные данные.

Отмечено, что имеет место взаимное влияние гидродинамических характеристик виброожиженного слоя и конструктивных факторов как взаимодополняющих элементов технологических процессов.

В третьей главе рассмотрены закономерности внешнего теплообмена в порошках при виброожижении в резонансных режимах.

Значение среднего по времени коэффициента теплоотдачи мелкодисперсного виброслоя к поверхности определяется суммой трех неравнозначных составляющих: а = акоил + аконв + ал.

Конвективная составляющая аконв не. играет существенной роли в теплообмене псевдоожиженных слоев мелких частиц по балансовым соображениям. Лучистая составляющая an, по известным данным, заметна только при высоких температурах слоя, и ее вклад не превышает 20 т 30 %. Поэтому внешний теплообмен порошков обусловлен в основном кондуктивной составляющей. Сравнение удельных тепловых потоков показало преимущества кондуктивного нагрева слоя мелкодисперсных частиц по сравнению с конвективным.

Экспериментальные исследования выполнены с помощью стационарной и нестационарной методик.

Экспериментально выявлен факт интенсификации внешнего теплообмена при резонансных режимах поведения слоя независимо от используемых типов теплоотдающих поверхностей: плоская вертикальная стенка, днище аппарата, горизонтальная трубная поверхность, плавающая насадка. Значения коэффициентов теплоотдачи и положение максимумов сохраняются при условиях Н — var; f; А; к — idem или f; А — var; к; Н — idem.

Показано, что интенсивность теплообмена коррелирует с резонансным усилением пульсаций давления газа и порозности в слое (см. рис. 2), что связано с переходом к неоднородному виброожижению при смене режимов (см. рис. 6). При однородном виброожижении коэффициенты теплоотдачи обычно не превышают расчетного значения, полученного по известной формуле Забродского. Для материала с с!ч = 11 мкм оно составляет

а = 35)7р°дач"°'35 =

= 35,7 -39600'2 -(2,59-Ю-2)0'6 •(72-Ю"6)-0'36 =645 Вт/(м2К). В результате псевдотурбулентного перемешивания слоя пузырями, которое развивается на фоне усиления пульсаций и расширения слоя, коэффициенты теплоотдачи возрастают, в среднем, в два раза. Интенсивность теплопереноса при умеренном нарастании амплитуды пульсаций давления газа с ростом мощности вибрации не только не увеличивается, но начинает несколько снижаться (рис. 16). Это позволяет выделить неоднородность виброожижения как еще один фактор, управляющий интенсивностью внешнего теплообмена в слое, наряду с пульсациями порозности, и отметить необходимость ограничения мощности на виброожижение величиной Ы< 10 Вт/кг по мотивам энергосбережения.

а, 6Рг/6РГсв

2.0 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0

1 1 . . ... 2

-4

« / О -а "Ц * 11

| • 1 N. Вт/кг

Рис. 16. Зависимость относительного коэффициента теплоотдачи (1) и относительного размаха пульсаций (2) от мощности вибрации при резонансе: (/"= 20 Гц; Н = Н\РУ, калориметр: • — донный; О — горизонтальная

труба; Ф - вертикальный

(в стенке); О — плавающий;

корунд =72 мкм

Предельное значение среднего по высоте слоя коэффициента теплоотдачи без внешних возмущений слоя на плоской стенке установки достигало а « 1200 Вт/(м2К) (рис. 17). При этом фотосъемка и наблюдения в стробоскопическом освещении не обнаружили движения пузырей вдоль теплоотдающей поверхности, что не позволяет пользоваться представлениями известной «пакетной» модели теплообмена в кипящем слое. Приведенные результаты говорят о том, что неоднородное виброожижение формирует процесс внешнего теплообмена в соответствии с представлениями Лева о пренебрежимо малом термическом сопротивлении слоя по сравнению с термическим сопротивлением малоподвижной пленки газа с молекулярной теплопроводностью на границе поверхности со слоем при его хорошем перемешивании:

Толщина пленки 5Г в виброожиженном слое носит случайный характер и не поддается расчету. Для условий рис. 17 она может быть оценена величиной <¿,/3, что вдвое превышает ее теоретическое значение ¿¿б в условиях «идеального» контакта сферических частиц с поверхностью и снижает максимальный коэффициент теплоотдачи по сравнению с теоретическим случаем ашах = 2450 Вт/(м2-К).

«тах <* ^г/5г.

| а = 645 Вт/(мгК) 1

Рис 17. Зависимость среднего по высоте коэффициента теплоотдачи к вертикальной стенке от мощности

400

вибрации: </= 20 Гц; Я = #,„); корунд = 72 мкм

200

N. Вт/кг

Давление виброслоя на ограждающие поверхности при его оседании на днище уменьшает величину зазора вследствие более плотной укладки частиц. Мелкие частицы при высокочастотных пульсациях могут турбулизировать пленку. Возмущения в виброслое возникают во всем объеме засыпки, а не локально, как это имеет место в кипящем слое, и не затухают от ядра к стенке. При одном размере частиц коэффициенты теплоотдачи от порошков к поверхности при вибрации оказываются много больше, чем при фильтрационном псевдоожижении. Однако форсированные режимы виброожижения, сопровождающиеся генерацией пузырей и перекачкой энергии из высокочастотной части спектра в его низкочастотную часть, не дают эффекта дополнительной интенсификации теплообмена.

Распределение коэффициентов теплоотдачи к вертикальной поверхности по высоте слоя (рис. 18) идентично распределению порозности (см. рис. 12). Исследование теплообмена косвенно показывает, что ядро взвешенного слоя достаточно однородно, поскольку разброс значений а не превышает 25 %. Поэтому не следует ожидать больших локальных перегревов стенок реторт ниже уровня слоя при проведении высокотемпературных процессов. Максимальные коэффициенты теплоотдачи отмечены у плотных границ ядра слоя. В разреженной верхней части слоя интенсивность теплоотдачи резко падает. Данная закономерность является общей для основных типов греющих поверхностей - боковых стенок и горизонтальных труб. С последним типом поверхности связаны структурно-гидродинамические аномалии, проявляющие себя в возникновении нового резонансного контура между трубой как когерентным с днищем источником колебаний и верхней границей слоя (рис. 19). Частота контура определяется глубиной погружения горизонтальной трубы в слой, что подтверждается экспериментальными данными. Только у верхней акустически плотной границы ядра трубная поверхность не создает собственного резонансного контура. Выявленную особенность трубных поверхностей целесообразно использовать при оптимизации режима

виброожижения в кондуктивных сушильных аппаратах. Интенсивность теплоотдачи виброслоя к трубной поверхности мало отличается от таковой к вертикальной стенке. 1

0.9

о. в

0.7 0.6 0.5 0.4 0.3

о.г

. а / N

Л 4 \

1 X

/ \

---- \

\

-

' i h

0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50 Рис. 18. Распределение относительных коэффициентов теплоотдачи по высоте слоя при резонансе:. (/= 20 Гц, А = 2,5 мм; H= 0,12 м); калориметр: О —горизонтальная труба; О — вертикальный (в стенке); корунд d ч = 72 мкм

2.2 Z0 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4

Ct/CtpQ

■ V i

- J д 1 xv

- £ ^ L V

- Г

_ %

- °¿Su С

• > > .

Наименее интенсивен .2 !

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

Рис. 19. Зависимость относительного коэффициента теплоотдачи горизонтальной трубы от частоты вибрации при разной глубине погружения: (Я = 0,12 м; к - 4;

А : О - 0,01; • - 0,08; О - 0,25; > - 0,5;

А-0,6; Д-0,75); (1Ч =72мкм;

Урф - резонансная частота в сечении И = 0

теплообмен с днищем аппарата:

атах < 500 -г- 600 Вт/(м К). Эффект объясняется продолжительным контактом теплоотдающей поверхности с образующимися у дна газовыми пузырями.

Обнаружено, что продувка слоя газом отрицательно сказывается на интенсивности внешнего теплообмена виброслоя. Расширение засыпки за счет наложения на слой стационарного потока приводит к затуханию пульсаций давления газа и падению значений коэффициента теплоотдачи пропорционально росту числа псевдоожижения №. Исключение составляет режим начала псевдоожижения IV = 1, характерный для вибросушилок. Это имеет место в расширенном продувкой слое в области второго резонанса. При снижении внутреннего трения в засыпке отмечается рост пульсаций и интенсификация теплообмена (рис. 13), увеличение Ж уменьшает этот эффект.

Отмечено, что выявленные слабые резонансные эффекты второго порядка с кратными частотами f — 2(т-\)/{%Н) существенно интенсифицируют внешний теплообмен.

В четвертой главе приводятся результаты исследований термического обезвоживания термолабильных мелкодисперсных кристаллических материалов в кондуктивных виброаппаратах с гидродинамически управляемыми режимами.

На основе исследований поведения влажных материалов оптимизированы параметры процесса обезвоживания применительно к группе распространенных химических реактивов. Выявлена связь кинетики термического обезвоживания с гидродинамикой виброожиженного слоя. Отмечено, что лимитирующей стадией процесса обезвоживания является период падающей скорости сушки, когда слой переходит из подвижного состояния среды к взвешенному. Показано, что интенсивное перемешивание частиц и парогазовой среды во взвешенном режиме обеспечивает активную самовентиляцию слоя, которая в сочетании с принудительным отводом паровоздушной смеси из надслоевого пространства аппарата способствует быстрому удалению водяных паров из зоны контакта продукта с поверхностью нагрева. Отмечено ускорение процесса в 2 + 5 раз по сравнению с барабанными и полочными сушилками.

Исследован процесс уноса частиц во взвешенном режиме виброожижения. Выявлено, что основным фактором уноса является инерционный выброс частиц в надслоевое пространство при выходе газовых пузырей. Получены резонансные зависимости скорости уноса от частоты колебаний (рис. 20). Максимумы зависимостей совпадают с условием резонансных колебаний виброслоя, рассчитываемым по формуле (1). Отмечена целесообразность оптимизации режима виброожижения в технологическом оборудовании для обезвоживания с учетом фактора уноса.

Исследован процесс обезвоживания высоковлажных реактивов с консистенцией паст и пульп. Показано, что нарушение гранулометрического

состава продуктов происходит при отгонке влаги на поверхность слоя. Предложен способ устранения грануляции. Осуществлено совмещение обезвоживания и перемешивания реактивов с активирующими добавками.

Рис. 20. Зависимость удельной скорости уноса С от частоты вибрации (£/= 0,3 %,А- 2,7 мм); Я, м: О - 0,1; • - 0,14; Э-0,2; О-0,25; борная кислота

0.6

Исследованные режимы опробованы в опытно-промышленных виброаппаратах с паровым и электрическим обогревом. Предложены запатентованные процесс кондуктивной сушки и конструкция кондуктивного многофункционального сушильного виброаппарата.

Пятая глава посвящена интенсификации тепломассопереноса в процессах термической и химико-термической обработки порошков и погружаемых в них изделий виброожижением в резонансных режимах.

Выявленные закономерности теплообмена во взвешенном виброожиженном слое и его температурная однородность использованы в процессах термической обработки высокоуглеродистых легированных сталей, склонных к закалочным трещинам и короблению при непрерывной закалке. Изделия из таких сталей подлежат изотермической закалке на нижний бейнит, когда изделие охлаждается от температуры аустенизации до температуры бейнитного превращения и выдерживается в изотермических условиях. Для формирования требуемой структуры стали скорость

охлаждения в промежуточном интервале температур должна быть максимально высокой. Такую скорость охлаждения можно получить в неоднородном виброожиженном слое, конкурирующем с расплавами солей. В нем закалены высоколегированная инструментальная сталь ЮОСгб (Германия) и конструкционные рессорно-пружинные стали 65Г и 60С2А, изделия из которых испытывали минимальное коробление. Нужной структуры сталей не удалось получить при изотермической закалке в кипящем слое, что свидетельствует о его ограниченных возможностях как закалочной среды.

Температурная однородность виброожиженного слоя существенна при термообработке полидисперсных слабоспекающихся углей с целью получения коксовой продукции для недоменных производств. Равномерность выхода летучих по фракциям зависит от температуры прогрева частиц. При термообработке угля 2СС фракционного состава 0 ч- 40 мм с исходным содержанием летучих по семи фракциям 20,01 + 23,03 % остаточное содержание летучих при нагреве до температуры 700 °С составило 2,64 + 3,57 %. Другим свидетельством равномерного прогрева угля явилось отсутствие растрескивания частиц.

В процессах ХТО востребована не только температурная, но и концентрационная однородность резонансного виброожиженного слоя. Чем выше гидродинамически поддерживаемая концентрация насыщающего элемента вблизи обрабатываемой поверхности, тем слабее лимитирующее влияние внешнего диффузионного сопротивления. Виброслой быстро отводит от поверхности газообразные продукты реакций. Это ускоряет химические процессы, смещает равновесие реакций в сторону образования конечных продуктов, участвующих в диффузии, и поддерживает высокий градиент концентраций между поверхностью и диффузионной зоной. Изменение глубины диффузионной зоны на изделиях при разных видах ХТО качественно повторяет экспериментальные зависимости по теплообмену с поверхностью как в отношении влияния параметров резонанса (рис. 21, а),

так и в отношении интенсивности вибрационного воздействия (рис. 21, б). Корреляция подтверждает единую природу процессов тепло- и массоперепоса в вибрирующих порошках.

Являясь системой идеального перемешивания, виброслой обеспечивает равномерное распределение химически реагирующих компонентов в объеме реакционного пространства и позволяет использовать весьма бедные порошковые смеси (рис. 21, в).

Отмечено существенное сокращение времени технологического цикла ХТО в виброожиженном слое по сравнению с типовым оборудованием

(в 5 - 7 раз).

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

8/5р э \

о / э V

/ • \ Э

• \

f

0.0

%на= — "»" '«■ -......, - | ;

i // г Р л -

*--< Г /1 К i К/Кнас

в 1.0

0.0

на<и.,

1

. j 1 СЛег. %

0.5 1.0 1.5 О 20 40 60 ВО 100

Рис. 21. Зависимость относительной глубины диффузионной зоны от относительной частоты (а), относительного ускорения вибрации (б) и концентрации легирующего элемента (в) A,f, к = const:

а) — азотирование: • — сталь 4Х5МФС; О — армко-железо [Грачев], t = 560°С; борирование: t = 950°С; Ф - сталь 4Х5МФС; алитирование >» - ЖС6У, t = 950°С

б) — борирование: О — сталь 4Х5МФС; • — армко-железо [Грачев], t - 950°С; азотирование: > — сталь 4Х5МФС; ti — сталь 5Х2МНФ; армко-железо t = 560°С; в) борирование: С — сталь 4Х5МФС, Ф— армко-железо [Грачев], • — сталь 20X13,

t" 950°С

Интенсификация достигается быстрым нагревом порошков и изделий до температуры диффузионного насыщения и поддержанием высокого

градиента концентраций на границе диффузионной зоны гидродинамическими методами. Выявлена уникальная способность виброожиженного слоя к ХТО изделий со сложным рельефом и внутренними полостями.

Преимущества ХТО в виброожиженном слое реализованы при нанесении диффузионных покрытий в процессах алитирования жаростойких сплавов и сталей, борирования, бороникелирования, боромеднения, борохромирования, азотирования инструментальных и конструкционных сталей, цинкования конструкционных и нержавеющих сталей, силицирования конструкционных сталей, парооксидирования порошковых сталей, а также при получении порошковых материалов: магнитомягкого алитированного порошка для электромагнитных муфт, термореагирующего порошка системы №-А1 для газотермического напыления, химреактивов.

Приведено описание свойств полученных покрытий и разработанных технологий их нанесения в виброожиженном слое.

Результаты исследований химико-термической обработки и принятые на их основании технические решения защищены 12 опубликованными патентами.

Разработаны промышленные конструкции печей с виброожиженным слоем, показавшие надежность работы при длительной эксплуатации.

Шестая глава посвящена разработке, исследованию и реализации комплекса тепломассообменных процессов для получения в виброожиженном слое нового класса порошков с высоким содержанием азота с целью восстановления деталей энергетического оборудования газотермическим напылением.

Проведен анализ существующей номенклатуры порошков и обоснована необходимость исследования процессов получения азотосодержащих материалов диффузионными методами. Сформулированы подходы к решению поставленной задачи с помощью известных промышленных технологий. Осуществлена адаптация этих технологий к

возможностям техники виброожижения и масштабам малотоннажного производства. Результат достигнут многоступенчатой химико-термической обработкой мелкодисперсного порошка на основе железа в виброожиженном слое. ХТО включает: восстановительно-обезуглероживающий отжиг (BOO) исходного чугунного порошка, хромоалитирование полученного обезуглероженного продукта и его последующее азотирование. Все перечисленные процессы протекают при температурах выше температуры спекания порошков в плотном слое и требуют виброожижения в резонансных режимах. Расчеты режимов произведены в соответствии с разработанным резонансным методом. Выбор чугуна в качестве исходного сырья определен необходимостью регулирования остаточного содержания углерода в широких пределах для расширения диапазона служебных свойств порошков.

Приведен научно обоснованный выбор составов сред для ХТО порошков. Для BOO использована увлажненная азотоводородная среда, образующаяся в реакционном пространстве аппарата при диссоциации аммиака и впрыске воды. Разработанный процесс является развитием запатентованной технологии парооксидирования порошковых сталей в псевдоожиженных слоях. Процесс BOO в такой среде связан с совокупностью конкурирующих окислительно-восстановительных реакций на поверхности сплава железо-углерод, интенсивно протекающих при температурах выше 800 °С. BOO осуществлялся в нестационарных условиях и поддерживался отношением концентраций окислителя и восстановителя СН20 / СНг « 0,5 (при 800 °С). Импульсный впрыск воды способствовал

периодическому смещению равновесия реакций окисления и восстановления железа и повышению эффективности BOO. В экстремальном случае модельного порошка (чугун для стандартных образцов с содержанием углерода 3,69 %) обезуглероживание до состояния среднеуглеродистой стали достигнуто за 2 -г 2,5 часа без спекания материала. Эти результаты в качественном и количественном отношении намного превышают показатели конвейерных печей для BOO порошков.

На втором этапе ХТО в виброожиженный слой обезуглероженного порошка вводились алюминий и хром, поддерживающие процесс насыщения железа азотом и придающие порошковым материалам необходимую коррозионную устойчивость. Обработка велась в среде паров галоидных активаторов по двухступенчатой схеме: низкотемпературное (575 °С) алитирование и высокотемпературное (950 °С) хромоалитирование с общей продолжительностью 1 -ь 1,5 часа. Диффузионно-легированный порошок термообрабатывался и насыщался азотом из диссоциированного аммиака при 560 °С в течение 5 + 7 часов до массового содержания N2 ~ 8 % . Технология адаптирована к использованию отходов производства чугунной и стальной литой дроби. Разработаны безуглеродистый высокоазотистый материал с повышенной коррозионной стойкостью и технология его получения.

Приведены данные комплексных исследований свойств разработанных материалов и плазменных покрытий из них. Свойства характеризуются совокупностью показателей, позволяющих использовать порошки для плазменного напыления при восстановлении и упрочнений изношенных посадочных мест ответственных узлов энергетического оборудования: высоким сцеплением с основой без подслоя 40 -5-60 МПа, коррозионной устойчивостью, необходимой твердостью покрытия 40 50 HRC, высокой износостойкостью и хорошей шлифуемостью. Особенный интерес представляет восстановление азотированных поверхностей. Проведен анализ свойств покрытий и обоснованы преимущества высокоазотистых материалов при ремонтах энергетического оборудования по сравнению с типовыми материалами. Приведены примеры ремонтов, выполненных высокоазотистыми порошками.

Разработанные процессы и материалы прошли многолетнюю промышленную апробацию. Высокоазотистые порошки применяются в качестве штатных ремонтных материалов Кармановской ГРЭС и ЗАО «НПП «Технологии сварочного производства» при восстановлении деталей оборудования энергетического и общепромышленного назначения.

В заключении сформулированы основные результаты и выводы по работе:

1. С помощью тензометрического и емкостного методов экспериментально исследованы гидродинамические закономерности возникновения нелинейных резонансных колебаний виброожиженных мелкодисперсных порошков. Установлено, что в промышленном диапазоне частот вибрации параметры резонансов с инженерной точностью описываются известными соотношениями для акустических резонансов в гетерогенных средах. Для объяснения полученных результатов использованы представления о волновом механизме распространения колебаний в виброожиженном слое.

2. Анализ осциллографических записей пульсаций порозности, давления газа и частиц, полного давления слоя позволил установить, что резонансные колебания порошков способствуют расширению слоя и переходу от однородного подвижного режима к неоднородному взвешенному режиму виброожижения. Показано, что в этом состоянии слоя контакт частиц с несущей поверхностью утрачивает типичный для систем с механическим возбуждением колебаний ударный характер и осуществляется через гидродинамические связи. Для достижения взвешивания необходимо преодолеть порог мощности вибрации, величина которого практически одинакова для воздушно-сухих мелкодисперсных материалов с размером частиц менее 100 мкм. С помощью разгонных характеристик изучены закономерности переходного процесса к взвешенному режиму виброожижения. Показано, что при переходе, совпадающем с установлением резонанса, пульсации давления газа возрастают почти на порядок, а давление частиц на днище виброаппарата падает в 4-5 раз.

3. Получены данные о распределении давления газа по высоте слоя при резонансе, свидетельствующие об установлении в вибрирующей порошковой среде стоячих волн давления. На основании полей мгновенных давлений и фазовых диаграмм движения максимумов и минимумов давления газа по

высоте слоя произведена экспериментально-расчетная оценка скорости звука. Установлено совпадение полученных значений с теоретическими значениями равновесной скорости звука для мелкодисперсных порошков, что дает основание к использованию этой величины при инженерных расчетах резонансных режимов виброожижения.

4. Изучены структурно-гидродинамические особенности неоднородного виброожиженного слоя. Методами тензометрии и фотосъемки исследован процесс образования газовых пузырей, интенсифицирующих перемешивание порошков и процессы переноса в слое. Обнаружены струйные эффекты, вызывающие образование разреженной зоны над плотной границей слоя и влияющие на характер пульсаций в его ядре. Выявлены гравитационные колебания неоднородного слоя, нарушающие траекторию движения системы слой - виброаппарат, проведены расчеты их частотного спектра, подтвержденные экспериментом. Получены данные по влиянию грубодисперсных включений и влажности на резонансные колебания мелкодисперсных порошков. Показано, что крупные частицы в количестве, не превышающем 20 %, и влажность материала до 3 % не влияют на режимные параметры виброожижения.

5. Расчетным путем на основании разработанной модели виброслоя с присоединенными газовыми объемами получены частотные характеристики виброаппаратов типовых конструкций с подрешеточной камерой и замкнутым надслоевым пространством. Работоспособность модели проверена экспериментом. Показано, что присоединенные камеры демпфируют упругие колебания виброслоя и при определенных размерах способствуют их вырождению.

6. Выявлено совпадение резонансных усилений гидродинамических характеристик и коэффициентов теплоотдачи к поверхностям нагрева разных типов. Обнаружена резкая интенсификация теплоотдачи при переходе к неоднородному виброожижению. Установлено, что взвешивание частиц инициирует ситуацию идеального перемешивания, при которой дальнейшее

увеличение энергозатрат на виброожижения нецелесообразно ввиду отсутствия роста коэффициентов теплоотдачи. Выявлена взаимосвязь распределения коэффициентов теплоотдачи к греющей поверхности в ядре слоя с распределением порозности. Отмечены структурно-гидродинамические аномалии, ухудшающие теплообмен плоской горизонтальной поверхности с неоднородным виброслоем. У горизонтальных трубных поверхностей выявлено наличие собственных резонансных контуров, управляющих интенсивностью теплообмена. Обнаружено, что продувка слоя газом, в целом, способствует затуханию пульсаций и ухудшает внешний теплообмен виброслоя. Обоснованы преимущества кондуктивных виброаппаратов перед конвективными. Показано, что влажность материала в пределах области существования упругих колебаний заметно ухудшает теплообмен вследствие агломерации мелкодисперсных частиц.

7. На основе полученных данных по гидродинамике и теплообмену влажных мелкодисперсных материалов рассчитаны и осуществлены на практике режимы виброожижения в виброаппаратах для термического обезвоживания химических реактивов. При расчетах учтен унос материала. Показано, что интенсификация процесса в технологических установках связана, прежде всего, с сокращением периода падающей скорости сушки, когда в слое развиваются резонансные колебания большой амплитуды. Полученные данные использованы при разработке процессов и аппаратов на уровне патентных решений.

8. Проведен анализ применимости техники виброожижения к задачам термической и химико-термической обработки порошков и изделий в виброожиженном слое. Показано, что этим процессам вследствие максимальной интенсивности кондуктивного и конвективного тепломассопереноса в наибольшей степени отвечает неоднородный режим виброожижения. С его помощью исследованы и реализованы процессы закалки инструментальных и пружинных сталей, термообработки углей и

40 ^^

химреактивов, химико-термической обработки стальных изделий и металлических порошков. Обнаружен насыщающийся характер зависимости глубины диффузионной зоны от интенсивности вибрации при ХТО, согласующийся с аналогичной зависимостью для коэффициентов теплоотдачи. Разработанные процессы и материалы защищены патентами.

9. На основании результатов исследований гидродинамики, теплообмена и массообменных процессов разработан комплекс диффузионных технологий, включающий обезуглероживание распыленных чугунных и стальных порошков, их хромоалитирование и азотирование в виброожиженном слое с целью получения не имеющих аналогов высокоазотистых порошковых материалов для ремонтов оборудования энергетического и общепромышленного назначения газотермическим напылением. Разработанные порошки находят многолетнее развернутое применение на объектах энергетики.

10. Результаты работы использованы при разработке новых технологических аппаратов, технологий, материалов и методик расчета оборудования научно-производственными и промышленными предприятиями. Приоритет в разработке новых технических решений подтверждается 16 опубликованными авторскими свидетельствами и патентами.

В итоге выполнения комплекса исследований получены новые результаты, которые можно квалифицировать как существенный вклад в теорию и практику виброожижения, в частности в одно из его перспективных направлений: интенсификацию тепломассопереноса в мелкодисперсных средах с помощью гидродинамически управляемых резонансных колебаний.

Основное содержание работы изложено в статьях и трудах конференций:

1. Рыжков А.Ф. Исследование расширения засыпки в реакторе с виброкипящим слоем / А.Ф. Рыжков, JI.H. Ракова, A.C. Колпаков //Депонированные рукописи. 1978. № 6. С. 3.

2. Рыжков А.Ф. Оптимизация процессов тепломассопереноса в монодисперсном и разнофракционном виброкипящих слоях / А.Ф. Рыжков, А.П.Баскаков, A.C. Колпаков, A.B. Павличенко //Тепломассообмен (тепломассообмен в дисперсных системах): материалы VI Всесоюз. конф. по тепломассообмену. Минск: ИТМО, 1980. Т. 6, ч. 1. С. 104-108.

3. Павличенко A.B. Исследование массообмена в аппарате азотирования с виброкипящим слоем / A.B. Павличенко, А.Ф. Рыжков, A.C. Колпаков, H.H. Давыдова //Депонированные рукописи. 1980. №3. С. 78.

4. Павличенко A.B. Исследование сушки борной кислоты в виброкипящем слое / A.B. Павличенко, А.Ф. Рыжков, A.C. Колпаков, Н.Г. Малых, Н.И. Шишко // Депонированные рукописи. 1980. № 8. С. 76.

5. Колпаков A.C. Исследование пылеуноса из виброкипящего слоя / A.C. Колпаков, А.Ф. Рыжков, A.B. Павличенко, В.П. Малышев, И.И. Шишко // Депонированные рукописи. 1980. № 9. С. 9.

6. Колпаков A.C. Исследование гидродинамики и теплообмена в полифракционном виброожиженном слое / A.C. Колпаков, А.Ф. Рыжков, A.B. Павличенко, Н.П.Ширяева //Депонированные рукописи. 1980. №9. С. 9.

7. Рыжков А.Ф. Исследование теплообмена в разнофракционном слое слабоспекающихся углей / А.Ф. Рыжков, A.C. Колпаков, Б.Г. Сапожников, Н.К. Чевлытко // Депонированные рукописи. 1982. № 3. С. 107.

8. Буевич Ю.А. Исследование вибробункеровки мелкодисперсных отходов АЭС и неустойчивости виброслоя / Ю.А. Буевич, А.Ф. Рыжков, A.C. Колпаков, A.B. Павличенко, Р.Ф. Фасхутдинов // Теплофизика ядерных энергетических установок: межвуз. сб. Свердловск: УПИ,1982. Вып. 1. С. 82-88.

9. Колпаков A.C. Использование резонансных явлений для виброразрыхления мелкодисперсных отходов АЭС / A.C. Колпаков, А.Ф. Рыжков, Б.А. Путрик // Теплофизика ядерных энергетических установок: межвуз. сб. Свердловск: УПИ, 1983. Вып. 2. С. 81-87.

10. Рыжков А.Ф. Влияние конструктивных параметров на интенсивность тепломассопереноса в псевдоожиженном слое тонкодисперсного материала / А.Ф. Рыжков, Е.Ф. Карпов, A.C. Колпаков, A.B. Муковозов, Б.А. Путрик, Г.М. Рыжов // Тепломассообмен (тепломассообмен в дисперсных системах): материалы VII Всесоюз. конф. по тепломассообмену. Минск: ИТМО, 1984. Т. 5, ч. 1. С. 98-102.

П.Рыжков А.Ф. Влияние продувки и влажности материала на теплообмен в виброожиженном слое / А.Ф. Рыжков, A.C. Колпаков,

A.K. Баракян, Б.А. Путрик, Е.Ф. Карпов // Тепломассоперенос в технологических процессах и аппаратах: сб. науч. тр. Минск: ИТМО, 1985. С. 119-126.

12. Карпов Е.Ф. Развитие вынужденных колебаний в концентрированных мелкодисперсных системах / Е.Ф. Карпов, A.C. Колпаков, Б.А. Путрик, А.Ф. Рыжков // Физико-химическая гидродинамика: сб. науч. тр. Свердловск: УрГУ, 1985. С. 97-106.

13. Путрик Б.А. Автоматизированный измерительный комплекс для изучения пульсаций давления в газодисперсных средах / Б.А. Путрик, A.C. Колпаков, А.Ф.Рыжков, A.B. Павличенко //Теплофизика ядерных энергетических установок: межвуз. сб. Свердловск: УПИ, 1985. Вып. 4. С. 76-81.

14. Баскаков А.П. О применении внешних периодических возмущений для интенсификации тепломассопереноса в псевдоожиженном слое / А.П. Баскаков, А.Ф. Рыжков, A.C. Колпаков, Е.Ф. Карпов, Б.А. Путрик,

A.К. Баракян // Termodynamika warstwy fluidalnej: III Ogolnopolsky sympozjon. Czestochowa, 1985. S. 17-22.

15. A.c. 1280288 СССР, МКИ4 F26 17/26. Установка для сушки мелкодисперсного материала в виброкипящем слое / Е.Г. Морозов,

B.И. Светлаков, А.Ф. Рыжков, A.C. Колпаков, А.К. Баракян, Ю.А. Абрамов, А.И. Баргон (СССР). -№ 3933811/24-06; заявл. 24.07.85; опубл. 30.12.86, Бюл. № 48. — 3 е.: ил.

16. A.c. 1280284 СССР, МКИ4 F26 ВЗ/22. Способ контактной сушки мелкодисперсного материала / А.К. Баракян, A.C. Колпаков, А.Ф. Рыжков, Б.А. Путрик, В.И. Светлаков (СССР). -№ 3933811/24-06; заявл.24.07.85; опубл. 30.12.86, Бюл. № 48. - 3 е.: ил.

17. Кипнис И.Э. Гидродинамика влажного виброслоя /И.Э. Кипнис, А.Ф. Рыжков, A.C. Колпаков, А.К. Баракян, В.Г. Сидельников //Теплофизика ядерных энергетических установок: межвуз. сб. Свердловск: УПИ, 1987. Вып. 5. С. 68-77.

18. Рыжков А.Ф. О возможностях интенсификации теплообмена в псевдоожиженном вибрацией слое / А.Ф. Рыжков, Б.А. Путрик, A.C. Колпаков, М.А. Афанасьев, М.А. Микула // Тепломассообмен - ММФ (тепломассообмен в дисперсных системах): материалы Минского междунар. форума. Минск: ИТМО, 1988. С. 73-76.

19. Кипнис И.Э. Проблемы сушки высоковлажных химреактивов в виброкипящем слое / И.Э. Кипнис, В.А. Микула, A.C. Колпаков, А.Ф. Рыжков // Разработка теории и конструктивного оформления тонкого измельчения, классификации, сушки и смешения материалов: межвуз. сб. науч. тр. Иваново: ИХТИ, 1988. С. 114-118.

20. A.c. 1497459 СССР, МКИ4 GOl Н13/00. Способ определения частоты собственных колебаний материала / А.Ф. Рыжков, М.Г. Зайцев, Г.С. Мулява, В.А. Микула, A.C. Колпаков, В.И. Светлаков, Б.А. Путрик (СССР). -№ 4351758/25-28; заявл. 29.12.87; опубл. 30.07.89, Бюл. № 28.

- 3 е.: ил.

21. A.c. 1587005 СССР, МКИ5 СЮ G3/02. Способ получения оксида меди / Ю.А. Абрамов, И.Э. Кипнис, А.Ф. Рыжков, В.И. Светлаков, A.C. Колпаков (СССР). -№ 4397261/31-26; заявл. 15.12.87; опубл. 24.04.89, Бюл. JV» 31. - 3 е.: ил.

22. Баландин Ю.А. Влияние .меди на процесс образования и свойства боромедненных покрытий на сталях / Ю.А. Баландин, C.B. Грачев, A.C. Колпаков //Депонированные рукописи. 1992. № 8. С. 69

23. Грачев C.B. Боромеднение штамповых сталей в виброкипящем слое / Грачев C.B., Колпаков A.C., Баландин Ю.А. Боромеднение штамповых сталей в виброкипящем слое //Урал, политех, ин-т. Екатеринбург, 1993. 8 с. Деп. в Черметинформации 10.03.1993.

24. Пат. 2012691 Россия, МКИ5 С23С 8/70. Состав для боромеднения стальных изделий в виброкипящем слое / C.B. Грачев, A.C. Колпаков, Ю.А. Баландин. // Бюл. № 9. 1994. С. 90.

25. Пат. 2012692 Россия, МКИ5 С23С 8/70. Состав для боромеднения стальных изделий в виброкипящем слое /С.В.Грачев, A.C. Колпаков, Ю.А. Баландин // Бюл. № 9. 1994. С. 90.

26. Пат. 2004619 Россия, МКИ5 С23С 8/70. Способ боромеднения стальных изделий в виброкипящем слое /С.В.Грачев, A.C. Колпаков, Ю.А. Баландин //Бюл. № 45-46.1993. С. 108.

27. Пат. 2005811 Россия, МКИ5 С23С 8/70. Состав для боромеднения стальных изделий в виброкипящем слое / C.B. Грачев, A.C. Заваров, A.C. Колпаков, Ю.А. Баландин // Бюл. № 9. 1994. С. 90.

28. Пат. 2005814 Россия, МКИ5 С23С 10/36. Способ диффузионного меднения стальных Изделий из сплавов на основе железа в виброкипящем слое / C.B. Грачев, A.C. Колпаков, Ю.А. Баландин // Бюл. № 1.1994. С. 96.

29. Пат. 2013465 Россия, МКИ5 С23С 8/70. Состав для боромеднения стальных изделий в виброкипящем слое /С.В.Грачев, A.C. Колпаков, Ю.А. Баландин // Бюл. № 10. 1994. С. 78.

30. Пат. 2015200 Россия, МКИ5 С23С 8/70. Состав для боромеднения стальных изделий в псевдоожиженном слое /С.В.Грачев, A.C.Заваров, A.C. Колпаков, Ю.А. Баландин // Бюл. № 12. 1994. С. 83.

31. Пат. 2015201 Россия, МКИ5 С23С 8/70. Состав для боромеднения стальных изделий в виброожиженном слое / C.B. Грачев, A.C. Колпаков, Ю.А. Баландин // Бюл. № 12.1994. С. 83.

32. Пат. 20405288 Россия, МКИ6 С23С 10/20, C21D 7/00. Способ поготовки нержавеющих сталей к холодной обработке давлением / A.M. Каузов, A.C. Колпаков // Бюл. № 21. 1995. С. 177-178.

33. Грачев C.B. Борирование и бороникелирование деталей машин в виброкипящем слое / С.В Грачев, A.C. Колпаков, П.В. Бушманов // Наука и транспорт сегодня: проблемы и решения: сб. науч. тр. Екатеринбург: УГАПС, 1997. С. 214-217.

34. Грачев C.B. Борирование и борохромирование в виброкипящем слое / C.B. Грачев, JI.A. Мальцева, Т.В. Мальцева, A.C. Колпаков, М.Ю. Дмитриев // МиТОМ. 1999. № 11. С. 3-6.

35. Пат. 2149917 Россия, МКИ7 С23С 12/00. Способ бороникелирования стальных изделий в псевдоожиженном слое / C.B. Грачев, A.C. Колпаков, П.В. Бушманов // Бюл. № 15.2000. С. 347.

36. Пат. 2157859 Россия, МПК С23С8/70, С23С10/42, С23С12/00 Способ и состав борохромирования стальных изделий в псевдоожиженном слое / C.B. Грачев, JI.A. Мальцева, Т.В. Мальцева, A.C. Колпаков, М.Ю. Дмитриев // Бюл. № 29. 2000. С. 390.

37. Кардонина Н.И. Композиционные материалы на основе железа для плазменного напыления. / Н.И Кардонина, А.С Колпаков, A.A. Попов // Изв. вузов. Черная металлургия. 2000. № 8. С. 49-52.

38. Кардонина Н.И. Исследование фазового и структурного состава высокопрочных порошков на основе железа. / Н.И. Кардонина, A.C. Колпаков // Изв. вузов. Черная металлургия. 2001. № 2. С. 15-18.

39. Колпаков A.C. Ремонт и восстановление деталей энергетического оборудования плазменным напылением композиционных высокоазотистых порошков на основе железа / A.C. Колпаков, Н.И. Кардонина //Материаловедение и современные технологии: межрегионал. сб. науч. тр. Магнитогорск: МАГУ, 2002. С. 63-67.

40. Кардонина Н.И. Химико-термическая обработка порошковой стали для плазменного напыления / Н.И Кардонина, A.C. Колпаков //Материаловедение и современные технологии: межрегионал. сб. науч. тр. Магнитогорск: МАГУ, 2002. С. 76-79.

41. Пат. 2190687 Россия, МКИ7 С23С 8/16, 8/18. Способ парооксидирования изделий из сплавов на основе железа в псевдоожиженном слое / C.B. Грачев, A.C. Колпаков, JI.A. Мальцева, А.Н. Бобок, А.Д. Шавелкин, П.М. Кирюхин//Бюл. № 28. 2002. С. 83.

42. Колпаков A.C. Защита от коррозии труб тепловых сетей газотермическим напылением // Современные технологии и материаловедение: сб. науч. тр. Магнитогорск: МАГУ, 2003. С. 115-117.

43. Грачев C.B. Исследование борирования и бороникелирования инструментальных сталей в виброкипящем слое / C.B. Грачев, П.В. Бушманов, A.C. Колпаков // Изв. вузов. Нефть и газ. 2004. № 4. С. 82-84

44. Баландин Ю.А. Исследование процесса диффузионного никелирования сталей в псевдоожиженном слое / Ю.А. Баландин, A.C. Колпаков // Сталь. 2005. № 7. С. 114-115.

45. Баландин Ю.А. Исследование новых способов нанесения диффузионных покрытий на основе цинка и алюминия в псевдоожиженном слое /Ю.А.Баландин, A.C. Колпаков, Е.В.Жарков //Сталь. 2005. № 8. С. 88-90

46. Баландин Ю.А. Диффузионные антикоррозионные покрытия, наносимые в псевдоожиженном слое / Ю.А. Баландин, A.C. Колпаков, Е.В. Жарков // Автомобильная промышленность. 2005. № 9. С. 34-36.

47. Колпаков A.C. Экспериментальный анализ процесса взвешивания концентрированной мелкодисперсной среды при вибрационном воздействии.

/ A.C. Колпаков, Ю.В. Дружинина // Вестник УГТУ-УПИ. 2005. № 4 (56). С. 36-42.

48. Сапожников Б.Г. Исследование теплообмена в виброкипящем слое слабоспекающихся углей широкого гранулометрического состава / Б.Г. Сапожниников, Ю.О. Зеленкова, A.C. Колпаков, А.Ф. Рыжков, Г.Б. Сапожников, Н.П.Ширяева //Вестник УГТУ-УПИ. 2005. №4(56). С. 43-49

49. Баландин Ю.А. Коррозионно-стойкие диффузионные покрытия, получаемые цинкованием и цинкалюминированием в псевдоожиженном слое. / Ю.А. Баландин, A.C. Колпаков, Е.В. Жарков // Современные технологии в машиностроении: сб. статей IX Междунар. науч.-практ. конф. Пенза, 2005. С. 51-53.

50. Баландин Ю.А. Диффузионное силицирование в псевдоожиженном слое / Ю.А. Баландин, A.C. Колпаков //МиТОМ. 2006. № 3. С. 31-35.

51. Баландин Ю.А. Диффузионное цинкование в псевдоожиженном слое /Ю.А.Баландин, A.C.Колпаков, Е.В.Жарков //МиТОМ. 2006. №4. С. 37-39.

52. Баландин Ю.А. Защитные покрытия на основе цинка и алюминия, наносимые в псевдоожиженном слое / Ю.А. Баландин, A.C. Колпаков, Е.В. Жарков // Защита металлов. 2006. № 4. С. 379-382.

53. Баландин Ю.А. Исследование процесса диффузионного меднения сталей в псевдоожиженном слое / Ю.А. Баландин, A.C. Колпаков //Технология металлов. 2006. № 6. С. 34-36.

54. Баландин Ю.А. Диффузионное цинкование и цинкалюминирование в псевдоожиженном слое / Ю.А. Баландин, A.C. Колпаков, Е.В. Жарков // Коррозия: материалы, защита. 2006. № 7. С. 25-28.

55. Постникова О.В. Повышение энергоэффективности промышленных установок для химико-термической обработки в порошковых средах / О.В. Постникова, Ю.В. Дружинина, A.C. Колпаков, Ю.А. Баландин //Энергосбережение: состояние и перспективы: тр. VII Всерос. совещания-выставки по энергосбережению. Екатеринбург: РИА-«Энергопресс», 2006. С. 35-36.

56. Баландин Ю.А. Исследование коррозионной стойкости диффузионных цинковых и цинкалюминиевых покрытий, полученных в псевдоожиженном слое, в условиях ватерлинии / Ю.А. Баландин, A.C. Колпаков, Е.В. Жарков // Материалы и технологии XXI века: сб. статей IV Междунар. научн.-техн. конф. Пенза, 2006. С. 13-15.

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

А -амплитуда вибрации; а — скорость звука; С - концентрация; £> - диаметр аппарата; <1— диаметр частиц;/-—частота; С —скорость уноса; g —ускорение силы тяжести; //-высота слоя; Н = Н/Нр - безразмерная высота слоя; А - высота над днищем; И = Ъ/Н — безразмерная высота над днищем; к = А<а>2/2 -относительное ускорение вибрации; М— масса; Р,Р — амплитуда давления; среднее за период давление; Ра - давление в аппарате; ЪР - размах пульсаций давления; ЪР/ЪРтах - относительный размах пульсаций давления; Г—период вибрации; / —температура; К-объем; 5"-площадь сечения; £/ — влажность слоя; IV—число псевдоожижения; *-смещение днища; у -смещение слоя; а - коэффициент теплоотдачи; а/а,^—относительный коэффициент теплоотдачи; е,5е-средняя порозность слоя, размах пульсаций порозности; X — коэффициент теплопроводности; ц - коэффициент динамической вязкости газа; р - плотность; т — время; со - угловая частота.

ИНДЕКСЫ

в — относящийся к состоянию взвешивания; г — газ; к — камера; н - надслоевой; нас - относящийся к насыщению; р -резонансный; с — слой; св - относящийся к «свободному» слою; ч — частицы; 0 — относящийся к равновесному состоянию; относящийся к нулевому сечению; 1; 2-номера резонансов.

_ИД № 06263 от 12.11.2001 г._

Подписано в печать 26.07.2006 Формат 60x84 1/16

Бумага писчая Офсетная печать Усл. печ. л. 2,67

Уч.-изд. л. 2,20_ Тираж 100_Заказ 174 Бесплатно

Редакционно-издательский отдел ГОУ ВПО УГТУ - УПИ 620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19 Ризография НИЧ ГОУ ВПО УГТУ-УПИ 620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19

РЕФЕРАТ.

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. РЕЗОНАНСНЫЕ РЕЖИМЫ ВИБРООЖИЖЕНИЯ МЕЛКОДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ.

1.1. Общие положения о резонансных колебаниях и волновых процессах в мелкодисперсных средах.

1.2. Методические и метрологические аспекты изучения резонансных колебаний виброожиженного слоя.

1.2.1. Разработка методики исследования динамических свойств виброожиженного слоя резонансным методом.

1.2.2. Методики и метрологические средства экспериментального исследования пульсационных характеристик виброожиженного слоя.

1.3.Пульсации давления и порозности у нижней границы мелкодисперсного виброожиженного слоя.

1.4. Переходные процессы в мелкодисперсном виброожиженном слое.

1.5. Вторичные колебания в мелкодисперсном виброожиженном слое.

1.6. Особенности пульсаций давления и порозности в ядре мелкодисперсного виброожиженного слоя.

ГЛАВА 2. ВЛИЯНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ И КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ НА РЕЗОНАНСНЫЕ РЕЖИМЫ

ВИБРООЖИЖЕНИЯ.

2.1. Влияние фракционного состава материала слоя.

2.2. Влияние фракционного состава материала слоя.

2.3. Влияние подрешеточной камеры и надслоевого пространства.

ГЛАВА 3. ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ВНЕШНЕГО ТЕПЛООБМЕНА

В СЛОЕ МЕЛКОДИСПЕРСНЫХ ЧАСТИЦ

ВИБРООЖИЖЕНИЕМ В РЕЗОНАНСНЫХ РЕЖИМАХ.

3.1 Особенности внешнего теплообмена в мелкодисперсном виброожиженном слое.

3.2. Методики экспериментального изучения теплообмена между поверхностью и виброожиженным слоем.

3.2.1. Особенности конструкций датчиков для исследования внешнего теплообмена в виброожиженном слое.

3.2.2. Методики исследования теплообмена и оценки утечек тепла от плоских и цилиндрических датчиков с одной боковой теплоотдающей поверхностью.

3.3. Внешний теплообмен мелкодисперсного виброожиженного слоя в резонансных режимах.

ГЛАВА 4. ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ТЕРМИЧЕСКОГО ОБЕЗВОЖИВАНИЯ МЕЛКОДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ С ПОМОЩЬЮ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИ УПРАВЛЯЕМЫХ РЕЖИМОВ ВИБРООЖИЖЕНИЯ.

4.1 .Термическое обезвоживание умеренно влажных сыпучих материалов в безуносном режиме.

4.2. Термическое обезвоживание высоковлажных материалов.

ГЛАВА 5. ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ И ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ И ПОРОШКОВ В

ВИБРООЖИЖЕННОМ СЛОЕ.

5.1 Тепломассоперенос в процессах термической и химико-термической обработки в виброожиженном слое.

5.2. Реализация резонансных режимов в процессах термической и химико-термической обработки в виброожиженном слое.

5.2.1. Алитирование жаростойких сплавов и сталей, применяемых в газотурбинных установках.

5.2.2. Пластифицирование боридных покрытий на сталях диффузионным насыщением бором совместно с другими элементами.

5.2.3. Азотирование штамповых и конструкционных сталей.

5.2.4. Цинкование конструкционных и коррозионно-стойких сталей.

5.2.5. Парооксидирование порошковых сталей в вибоожиженном слое.

5.2.6. Получение диффузионным методом термореагирующего порошка системы Ni-Al для газотермического напыления.

5.2.7. Получение магнитомягкого композиционного порошка на основе железа для электромагнитных муфт и буровых тормозов.

5.2.8. Термообработка слабоспекающихся углей.

5.2.9 .Разработка печей с виброожиженным слоем.

ГЛАВА 6. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОМАССООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ ПОЛУЧЕНИЯ В

ВИБРООЖИЖЕННОМ СЛОЕ ДИФФУЗИОННО-ЛЕГИРОВАННЫХ ВЫСОКОАЗОТИСТЫХ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ

ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ГАЗОТЕРМИЧЕСКИМ НАПЫЛЕНИЕМ.

6.1 Постановка задачи и обсуждение технологических подходов.

6.2. Разработка технологий получения высокоазотистых порошков на основе железа и плазменных покрытий из них.

6.2.1. Восстановительный обезуглероживающий отжиг чугунных и стальных порошков.

6.2.2. Высокоазотистые порошки и плазменные покрытия с низким содержанием углерода.

6.2.3. Высокоазотистые порошки и плазменные покрытия системы.

Fe-C-Al-Cr-N.

6.3. Технологические аспекты плазменного напыления высокоазотистых порошков

Общеизвестно, что тепломассоперенос в дисперсных средах интенсифицируется при проведении технологических процессов в аппаратах с активными гидродинамическими режимами. Среди этой категории промышленного оборудования существенна доля аппаратов с псевдоожиженными слоями. В них проводится термическая и химико-термическая обработка, сушка, обжиг, газификация и сжигание топлив, химический синтез и пр.

Лабораторные исследования и опыт эксплуатации промышленных установок показывают, что в случае мелких частиц со средним размером не более 100 мкм технологические возможности слоя, продуваемого газом, весьма ограничены из-за неравномерности псевдоожижения, застойных зон, каналообразования, уноса и образования поршней в узких каналах. В этих условиях псевдоожижение целесообразно создавать вибрацией или вибрацией совместно с продувкой.

Вибрационное воздействие позволяет использовать закрытые объемы, что делает реальным изменение давления газа в диапазоне, ограниченном лишь механической прочностью оборудования. Указанное обстоятельство существенно при протекании в газовой фазе химических реакций.

Прикладные аспекты виброожижения особенно актуальны в случае малотоннажных наукоемких производств, в частности, при производстве порошков диффузионным или термохимическим методами или их комбинацией. Такие материалы невозможно или нерентабельно получать при другом способе активации сыпучей среды. Относящиеся к этой группе композиционные высокоазотистые порошки востребованы в энергетике при оперативном ремонте оборудования стареющих тепловых электростанций, равно как и в других отраслях промышленности на предприятиях с высокой степенью физического износа основных фондов.

Вибрации в технике с успехом используются для решения широкого круга технологических задач, связанных с высокими температурами зернистых сред, от вибротранспортирования горячих кусковых материалов до термохимической обработки высокодисперсных порошков. Обсуждению возможных механизмов вибрационного воздействия на зернистые слои посвящена обширная литература, анализ которой позволяет выделить из всего многообразия варианты, имеющие отношение к тепловым процессам.

Процессы этого рода предполагают протекание интенсивного тепломассопереноса в дисперсной среде. В наибольшей степени теплотехническим задачам отвечают мелкодисперсные порошки, обладающие вследствие небольшой аутогезии удовлетворительной сыпучестью и достаточно малыми размерами частиц, способствующими высоким значением коэффициентов переноса. Как следствие, при активном виброперемешивании такие дисперсные среды являются хорошими теплоносителями.

Немаловажна высокая степень температурной и концентрационной однородности виброожиженного слоя, что весьма существенно, например, для термической и химико-термической обработки.

Применительно к некоторым распространенным видам вибрационных технологий диапазон изменения размеров частиц порошковых материалов достаточно узок. Их средний диаметр может быть оценен величиной порядка 100 мкм. Порошки промышленного производства чаще всего относятся к категории полидисперных. Однако иногда, как, в случае порошков для газотермического напыления, порошковой металлургии, химического синтеза реактивов, термической и химико-термической обработки изделий в слое инертного теплоносителя и др., их фракционный состав жестко ограничен требованиями технологического регламента, и средний размер близок к указанной цифре.

Главные качественные закономерности виброожижения таких мелкодисперсных порошков группируются вокруг фундаментального явления резонанса, являющегося, при выполнении ряда необходимых условий, основным действующим фактором интенсификации процессов переноса в вибрирующей гетерогенной среде.

Гетерогенная среда при воздействии на нее вибрации справедливо рассматривается исследователями как объект, относящийся одновременно к области механики и гидродинамики. Обычное для технологических установок возбуждение колебаний слоя механическим устройством, предполагающее подбрасывание и полет ансамбля частиц над несущей поверхностью при ускорении вибрации большем g, указывает на принадлежность объекта к механическим системам. При этом движение слоя в абсолютном большинстве технологических случаев происходит при ощутимом влиянии сил вязкости и упругости вследствие заполнения поровых каналов газовой или парогазовой средой. В силу последнего обстоятельства зернистый материал обычно проявляет при вибрации многие свойства сплошных сред и может рассматриваться как объект исследования гидродинамики.

Поведение таких концентрированных мелкодисперсных систем во многом обусловлено процессами взаимодействия фаз, их сжимаемостью и относительным скольжением. Все перечисленные факторы сказываются на резонансных свойствах виброслоя, его структуре, протекании процессов переноса и определяют в конечном итоге возможности технологии.

Ввиду крайней сложности системы вопросы о природе резонансных явлений в виброожиженных слоях мелкодисперсных порошков, равно как и вопросы прогнозирования технологических результатов, могут решаться только на основе достаточно полных феноменологических представлений, формируемых при экспериментальном анализе, дополняемом модельными построениями.

Резонансные колебания, возникающих в двухфазных средах, хорошо изучены только применительно к газовзвесям, где ввиду низкой концентрации твердой фазы с достаточным основанием можно пренебречь непосредственным взаимодействием частиц. Феноменология же резонансных явлений в концентрированных дисперсных системах и специфика поведения твердой фазы при резонансе, особенно с учетом проведения технологических процессов (например, ХТО) при высоких температурах (часто выше температуры плавления отдельных компонентов дисперсной смеси и при протекании в ней химических реакций, сопровождающихся заметными экзотермическими эффектами), требуют развернутого исследования.

Задачи такого исследования включают установление физических закономерностей, определяющих механизм резонансных колебаний слоя мелкодисперсного материала и формирующих его структуру, а также выявление взаимосвязи резонансных режимов виброожижения с тепломассопереносом с целью интенсификации процессов в технологических установках.

Очевидно, что решение такой задачи возможно только при сочетании комплексных лабораторных исследований с опытно-промышленными работами и продолжительными наблюдениями за технологическими результатами эксплуатации промышленного оборудования.

Ввиду сложности изучаемой системы в работе использован экспериментальный метод исследования, который в ряде случаев дополнен теоретическими разработками. При получении экспериментальных результатов применялись апробированные методы, детальное описание которых, включая оценку погрешности измерений исследуемых величин, содержится в цитируемой литературе.

Цель работы: экспериментальное и теоретическое обоснование резонансного метода интенсификации тепломассопереноса в мелкодисперсных порошках на основе собственных исследований и обобщения известных данных; разработка и реализация новых процессов и материалов, которые могут найти применение в промышленности и энергетике, а также совершенствование конструкций технологических аппаратов с виброожиженным слоем

Поставлены и решены следующие задачи:

1. Разработана и адаптирована к условиям виброожиженного слоя методика исследования резонансных колебаний;

2. Выполнены экспериментальные исследования частотных характеристик слоев мелкодисперсных порошков в промышленном диапазоне частот вибрации с учетом влажности и крупнодисперсных включений; и

3. Выявлены и систематизированы характерные формы пульсаций полного давления слоя, давления газа и частиц, а также порозности дисперсной среды и установлена взаимосвязь пульсаций с режимами движения мелкодисперсного виброслоя и характером взаимодействия частиц с несущей поверхностью;

5. Экспериментально исследованы возможности формирования взвешенного состояния порошков и проведена оценка энергозатрат на поддержание взвешивания;

6. Выполнены экспериментальные исследования переходного процесса от подвижного к взвешенному режиму движения, выявлена взаимосвязь взвешивания и неоднородного виброожижения и установлено их влияние на внешний теплообмен;

7. Проанализировано и экспериментально обосновано влияние резонирующих присоединенных объемов в технологических установках на частотные характеристики, амплитуду пульсаций и гидродинамику виброожиженного слоя; с помощью моделирования получены и проверены экспериментом расчетные соотношения для резонансных частот виброаппаратов с подрешеточными камерами и замкнутым надслоевым пространством;

8. В широком поле изменения параметров виброожижения показано совпадение максимумов коэффициентов теплоотдачи виброслоя к поверхности нагрева и гидродинамических характеристик, чем обоснован принцип интенсификации процессов переноса с помощью гидродинамически управляемых резонансных режимов виброожижения;

9. Проанализирована связь структурно-гидродинамических особенностей взвешенного виброслоя и интенсивности его теплообмена с поверхностями нагрева разных типов; проведена экспериментальная оценка максимальных значений коэффициентов теплоотдачи;

10. Косвенным методом по глубине диффузионной зоны на изделиях, подвергнутых химико-термической обработке, экспериментально оценено влияние резонансных колебаний слоя на интенсивность массопереноса;

11. На многочисленных примерах реализованных процессов термической и химико-термической обработки и термического обезвоживания порошков показаны возможности интенсификации тепломассопереноса в виброожиженном слое в режиме резонансных колебаний.

Работа выполнена на кафедре «Промышленная теплоэнергетика» и в проблемной лаборатории кафедры в Уральском государственном техническом университете в соответствии с Координационным планом АН СССР по проблеме 1.9.1 «Теплофизика и теплоэнергетика», раздел 1.9.1.2.5(5) «Исследование гидродинамики и теплообмена в псевдоожиженном слое», (секция физико-технических наук Президиума АН СССР; постановление № 11000-494-1216 от 05.12.85); комплексной научно-технической программой ГНТК и Минвуза РСФСР «Человек и окружающая среда»; раздел «Исследование способов управления процессами тепло- и массообмена в дисперсных системах путем изменения гидродинамических режимов»; (гос. per. 01840005222), грантом Министерства образования РФ по теме № 2047 «Разработка технологии создания высокоазотистых композитов на основе диффузионно-легированных железных порошков», руководителем которого был автор.

Работы по реализации результатов исследований с участием автора в качестве научного консультанта проводились Кармановской ГРЭС, Уральским заводом гражданской авиации, предприятием «Авиатехносервис», предприятием «Технологии сварочных производств», использующими технологии, оборудование и материалы, разработанные автором на основе представленной диссертации.

Автор выражает искреннюю благодарность всем соавторам научных публикаций и сотрудникам кафедр «Промышленная теплоэнергетика», «Физика и термическая обработка металлов», «Металловедение» УГТУ-УПИ, помогавшим в реализации результатов, за плодотворную совместную работу.

Достоверность и обоснованность результатов подтверждается применением современных физических представлений, соответствующей точностью и тарировкой измерительных систем, применением ЭВМ для численных расчетов, удовлетворительным согласованием расчетных и экспериментальных данных, сопоставлением полученных результатов с данными других исследователей.

Научная новизна. Работа развивает самостоятельное научное направление: интенсификация тепломассопереноса в мелкодисперсных порошковых средах возбуждением в них гидродинамически управляемых резонансных колебаний и создание на этой основе новых технологических процессов и материалов, применяемых в теплоиспользующих и энергетических установках.

С помощью комбинированного экспериментально-теоретического подхода выявлены упруго-акустические свойства порошков, определены гидродинамические механизмы возбуждения резонансных колебаний мелкодисперсного виброожиженного слоя в виброаппаратах наиболее часто встречающихся типов и установлены закономерные связи резонанса с механизмами кондуктивного и конвективного тепломассопереноса в дисперсной среде.

Комплексными экспериментальными исследованиями выявлены основные формы пульсаций давления газа, частиц, полного давления дисперсной среды и ее порозности, проведена их систематизация и установлена связь пульсационных характеристик с режимами движения и структурой слоя. Исследована динамика переходного процесса от подвижного к взвешенному режиму движения и сформулированы условия взвешивания. Установлена связь процесса взвешивания и неоднородного виброожижения. Детально изучена структура взвешенного виброслоя и ее влияние на внешний теплообмен.

Выполнен теоретический и экспериментальный анализ влияния величины присоединенных газовых объемов в надслоевом пространстве и подрешеточной камере виброаппарата на параметры резонансных режимов виброожижения. Проведена экспериментально-расчетная оценка влияния грубодисперсных добавок на резонансные колебания слоя мелкодисперсных частиц. Экспериментально определено влияние влажности мелкодисперсного материала на резонансные режимы виброожижения. Выявлено воздействие продувки на упругие колебания и перенос теплоты в слое.

Показано, что гидродинамические и тепломассообменные характеристики вибрирующих порошков качественно согласуются между собой, а параметры виброожижения, отвечающие максимумам этих характеристик, описываются едиными соотношениями для резонансных режимов в гетерогенных средах. Установлено, что с помощью резонансных колебаний возможно достижение условий предельной интенсивности тепломассообмена мелкодисперсных порошков с поверхностью. Определено влияние места размещения горизонтальной трубной поверхности нагрева в виброслое на максимальную интенсивность теплообмена.

С помощью развернутых исследований тепломассообменных процессов (химико-термической и термической обработки порошков и изделий, термического обезвоживания порошков) показана возможность интенсификации тепломассопереноса с помощью резонансных режимов неоднородного виброожижения. На основе исследований тепломассообменных процессов разработана комплексная технология получения диффузионным способом новых композиционных материалов - высокоазотистых порошков на основе железа, нашедших применение при ремонте энергетического оборудования.

Практическая значимость и реализация работы. Полученные результаты формируют физические представления о мелкодисперсном виброожиженном слое как объекте, подчиняющемся фундаментальным закономерностям колебательных процессов в гетерогенных средах, и тем самым открывают возможность интенсификации тепломассопереноса в порошковых материалах с помощью управляемых резонансных колебаний, параметры которых рассчитываются по известным из общей теории зависимостям.

В прикладном отношении полученный комплекс экспериментальных и теоретических результатов создает достаточно надежные основы для практических инженерных расчетов как режимов виброожижения в виброаппаратах различных типов, так и для выбора конструктивных характеристик оборудования.

Адаптация технологии виброожижения к решению задач энергетического производства сделала возможной разработку и развернутое применение порошковых материалов при ремонтах оборудования тепловых электрических станций, в том числе с использованием ремонтной базы самих предприятий.

Выявленные закономерности позволили создать и запатентовать новые технологические процессы, материалы и конструкции аппаратов, а также предложить методы управления тепломассопереносом в виброожиженном слое мелкодисперсного теплоносителя.

Результаты работы продолжительное время используются промышленными предприятиями при производстве порошковых материалов (ОАО «Уральский завод гражданской авиации», ООО «Авиатехносервис») и при ремонтах оборудования энергетического и общепромышленного назначения (Кармановская ГРЭС, ЗАО «НПП «Технологии сварочного производства»).

На защиту выносятся:

1. Обнаруженные закономерности гидродинамики и тепломассопереноса мелкодисперсного виброожиженного слоя в резонансных условиях.

2. Предложенный метод интенсификации тепломассопереноса с помощью резонансных режимов неоднородного виброожижения.

3. Результаты экспериментального исследования гидродинамических пульсационных характеристик и их влияния на режимы движения виброслоя.

4. Результаты экспериментального исследования переходных процессов при взвешивании мелкодисперсных порошков.

5. Результаты экспериментального исследования структуры неоднородного виброслоя при резонансе и ее взаимосвязи с внешним теплообменом.

6. Результаты экспериментального исследования теплообмена виброожиженного слоя с поверхностями нагрева разных типов в резонансных условиях.

7. Результаты экспериментального и теоретического анализа влияния присоединенных газовых объемов на резонансные условия виброожижения в промышленных виброаппаратах.

8. Результаты экспериментального исследования влияния фракционного состава слоя и его влажности на параметры резонанса и внешний теплообмен.

9. Результаты экспериментальных исследований тепломассообменных процессов, реализованных с помощью предлагаемого метода интенсификации тепломассопереноса.

Апробация. Содержание отдельных разделов диссертации и основные результаты были представлены и докладывались на 21 Международной, Всесоюзной и Всероссийской конференциях, список которых приведен в приложении к диссертации.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 92 работы, из них 46 работ в изданиях, рекомендованных ВАК для публикаций основных научных результатов докторских диссертаций. Среди опубликованных работ 16 авторских свидетельств и патентов на изобретения

Личный вклад автора. Приведенные в диссертации научные и прикладные результаты получены самим автором. В работе частично использованы опубликованные данные совместных исследований, выполнявшихся коллективом сотрудников кафедры и проблемной лаборатории промышленной теплоэнергетики в рамках научно-исследовательских работ, руководителем которых был автор.

Результаты исследований по тематике термической и химико-термической обработки, выполненные совместно с сотрудниками кафедр металловедения и термообработки и физики металлов УГТУ, приводятся с согласия соавторов по научным публикациям.

Приведенные данные металловедческих исследований по композиционным материалам получены при выполнении работ под руководством автора на кафедре термообработки и физики металлов УГТУ -УПИ по гранту Министерства образования РФ.

10. Результаты работы использованы при разработке новых технологических аппаратов, технологий, материалов и методик расчета оборудования научно-производственными и промышленными предприятиями. Приоритет в разработке новых технических решений подтверждается 16 опубликованными авторскими свидетельствами и патентами.

В итоге выполнения комплекса исследований получены новые результаты, которые можно квалифицировать как существенный вклад в теорию и практику виброожижения, в частности в одно из его перспективных направлений: интенсификацию тепломассопереноса в мелкодисперсных средах с помощью гидродинамически управляемых резонансных колебаний.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе получены следующие основные результаты:

1.С помощью тензометрического и емкостного методов экспериментально исследованы гидродинамические закономерности возникновения нелинейных резонансных колебаний виброожиженных мелкодисперсных порошков. Установлено, что в промышленном диапазоне частот вибрации параметры резонансов с инженерной точностью описываются известными соотношениями для акустических резонансов в гетерогенных средах. Для объяснения полученных результатов использованы представления о волновом механизме распространения колебаний в виброожиженном слое.

2. Анализ осциллографических записей пульсаций порозности, давления газа и частиц, полного давления слоя позволил установить, что резонансные колебания порошков способствуют расширению слоя и переходу от однородного подвижного режима к неоднородному взвешенному режиму виброожижения. Показано, что в этом состоянии слоя контакт частиц с несущей поверхностью утрачивает типичный для систем с механическим возбуждением колебаний ударный характер и осуществляется через гидродинамические связи. Для достижения взвешивания необходимо преодолеть порог мощности вибрации, величина которого практически одинакова для воздушно-сухих мелкодисперсных материалов с размером частиц менее 100 мкм. С помощью разгонных характеристик изучены закономерности переходного процесса к взвешенному режиму виброожижения. Показано, что при переходе, совпадающем с установлением резонанса, пульсации давления газа возрастают почти на порядок, а давление частиц на днище виброаппарата падает в 4-5 раз.

3. Получены данные о распределении давления газа по высоте слоя при резонансе, свидетельствующие об установлении в вибрирующей порошковой среде стоячих волн давления. На основании полей мгновенных давлений и фазовых диаграмм движения максимумов и минимумов давления газа по высоте слоя произведена экспериментально-расчетная оценка скорости звука. Установлено совпадение полученных значений с теоретическими значениями равновесной скорости звука для мелкодисперсных порошков, что дает основание к использованию этой величины при инженерных расчетах резонансных режимов виброожижения.

4. Изучены структурно-гидродинамические особенности неоднородного виброожиженного слоя. Методами тензометрии и фотосъемки исследован процесс образования газовых пузырей, интенсифицирующих перемешивание порошков и процессы переноса в слое. Обнаружены струйные эффекты, вызывающие образование разреженной зоны над плотной границей слоя и влияющие на характер пульсаций в его ядре. Выявлены гравитационные колебания неоднородного слоя, нарушающие траекторию движения системы слой -виброаппарат, проведены расчеты их частотного спектра, подтвержденные экспериментом. Получены данные по влиянию грубодисперсных включений и влажности на резонансные колебания мелкодисперсных порошков. Показано, что крупные частицы в количестве, не превышающем 20 %, и влажность материала до 3 % не влияют на режимные параметры виброожижения.

5. Расчетным путем на основании разработанной модели виброслоя с присоединенными газовыми объемами получены частотные характеристики виброаппаратов типовых конструкций с подрешеточной камерой и замкнутым надслоевым пространством. Работоспособность модели проверена экспериментом. Показано, что присоединенные камеры демпфируют упругие колебания виброслоя и при определенных размерах способствуют их вырождению.

6. Выявлено совпадение резонансных усилений гидродинамических характеристик и коэффициентов теплоотдачи к поверхностям нагрева разных типов. Обнаружена резкая интенсификация теплоотдачи при переходе к неоднородному виброожижению. Установлено, что взвешивание частиц инициирует ситуацию идеального перемешивания, при которой дальнейшее увеличение энергозатрат на виброожижения нецелесообразно ввиду отсутствия роста коэффициентов теплоотдачи. Выявлена взаимосвязь распределения коэффициентов теплоотдачи к греющей поверхности в ядре слоя с распределением порозности. Отмечены структурно-гидродинамические аномалии, ухудшающие теплообмен плоской горизонтальной поверхности с неоднородным виброслоем. У горизонтальных трубных поверхностей выявлено наличие собственных резонансных контуров, управляющих интенсивностью теплообмена. Обнаружено, что продувка слоя газом, в целом, способствует затуханию пульсаций и ухудшает внешний теплообмен виброслоя. Обоснованы преимущества кондуктивных виброаппаратов перед конвективными. Показано, что влажность материала в пределах области существования упругих колебаний заметно ухудшает теплообмен вследствие агломерации мелкодисперсных частиц.

7. На основе полученных данных по гидродинамике и теплообмену влажных мелкодисперсных материалов рассчитаны и осуществлены на практике режимы виброожижения в виброаппаратах для термического обезвоживания химических реактивов. При расчетах учтен унос материала. Показано, что интенсификация процесса в технологических установках связана, прежде всего, с сокращением периода падающей скорости сушки, когда в слое развиваются резонансные колебания большой амплитуды. Полученные данные использованы при разработке процессов и аппаратов на уровне патентных решений.

8. Проведен анализ применимости техники виброожижения к задачам термической и химико-термической обработки порошков и изделий в виброожиженном слое. Показано, что этим процессам вследствие максимальной интенсивности кондуктивного и конвективного тепломассопереноса в наибольшей степени отвечает неоднородный режим виброожижения. С его помощью исследованы и реализованы процессы закалки инструментальных и пружинных сталей, термообработки углей и химреактивов, химико-термической обработки стальных изделий и металлических порошков. Обнаружен насыщающийся характер зависимости глубины диффузионной зоны от интенсивности вибрации при ХТО, согласующийся с аналогичной зависимостью для коэффициентов теплоотдачи. Разработанные процессы и материалы защищены патентами.

9. На основании результатов исследований гидродинамики, теплообмена и массообменных процессов разработан комплекс диффузионных технологий, включающий обезуглероживание распыленных чугунных и стальных порошков, их хромоалитирование и азотирование в виброожиженном слое с целью получения не имеющих аналогов высокоазотистых порошковых материалов для ремонтов оборудования энергетического и общепромышленного назначения газотермическим напылением. Разработанные порошки находят многолетнее развернутое применение на объектах энергетики.

1.Вибрации в технике: Справочник. В 6-ти т. /Под общ. ред. В.Н. Челомея М.: Машиностроение, 1981. Т.2. Колебания нелинейных механических систем./Под ред. И.И.Блехмана. М.: Машиностроение, 1979. 351 с.

2. Членов В.А., Михайлов Н.В. Виброкипящий слой. М.: Наука, 1972. 344 с.

3. Вибрации в технике: Справочник. В 6-ти т. /Под общ. ред. В.Н. Челомея М.: Машиностроение, 1981. Т.4. Вибрационные процессы и машины. / Под ред. Э.Э. Лавендела. 1981. 509 с.

4. Вибро- и псевдоожиженные системы (вопросы гидродинамики и тепло-и массообмена) / Ю.М. Голдобин, А.П. Лумми, В.М. Пахалуев и др. -Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2003. 181 с.

5. Процессы тепло- и массопереноса в кипящем слое. / А.П. Баскаков, Б.В. Берг, А.Ф. Рыжков и др. М.: Металлургия, 1978. 248 с.

6. Рыжков А.Ф. Исследование механизма вибрационного воздействия на мелкодисперсные засыпки в аппаратах больших размеров. Дис. .канд. техн. наук. Свердловск. 1974. 155 с.

7. Замниус И.Л. Исследование теплообмена вибропсевдоожиженного слоя с поверхностью: Автореф. дис. .канд.техн.наук. Минск, 1970. 25 с.

8. Kroll W;. Uber das Verhalten von Schiittgut in lotrecht schwingenden Gefaflen. «Forschung auf dem Gebiete des Ingenieurwesens», 1954, Bd 20, № 1. S.2-15.

9. Шейман B.A., ЗелепугаА.С. Аэродинамика, массо- и теплоперенос при сушке кристаллических дисперсных материалов в виброкипящем слое. В кн.: Тепло- и массоперенос в процессах сушки и термообработки. Минск: Наука и техника, 1970. С.99 - 122.

10. Gutman R.G. Vibrated beds of powders. Part 1: A theoretical model for the vibrated bed. Trans. Instn. Chem. Engrs, 1976, v. 54, p. 174 183.

11. Толмачев Е.М. Исследование теплового и гидромеханического взаимодействия фаз в дисперсных и псездоожиженных системах: Автореф. дис. .канд. техн. наук. Свердловск, 1972. 21 с.

12. Толмачев Е.М., Сыромятников Н.И. Скорость звука в равновесной дисперсной среде. //Изв.-вузов. Энергетика. 1972. № 4. С. 132 + 134.

13. Зайцев А.Ф. Исследование гидродинамики, эффективной теплопроводности и теплообмена виброслоя с поверхностью: Автореф. дис. .канд. техн. наук. Томск, 1973. 18 с.

14. Миткевич З.М. Кальцинация технического бикарбоната натрия в вибрирующем слое. //Журн. прикл. химии. I960. № 6. С. 1263 1272.

15. Muchovsky Е. Heat transfer from the bottom of vibrated vessels to packing of spheres at atmosphric pressure and under vacuum. Int. Chem. Eng. 1980. V. 20. № 4. P. 564 -5- 576.

16. Исследование пористости виброкипящего слоя сыпучего дисперсного материала и распространение колебаний в нем. / В.З. Фещенко, Е.Д. Малимон, Я.А. Вакулюк. / Химическое машиностроение: респ. межвед. науч.-техн. сб. Киев: 1976. Вып.24. С. 71 74.

17. Замниус И.Л. Исследование теплообмена вибропсевдоожиженного слоя с поверхностью. Дис. .канд.техн.наук. Минск:1970. 136 с.

18. Рыжков А.Ф., Толмачев Е.М. О выборе оптимальной высоты виброожиженного слоя. //Теор. основы хим. технол. 1983 Т. 17. №2. С. 206-213.

19. Рыжков А.Ф., Толмачев Е.М. О распространении малых возмущений в концентрированных дисперсных системах. // Инж.-физ. ж. 1983. Т. 44. №5. С.748 755.

20. Рыжков А.Ф. Гидродинамика и массотеплоперенос в виброожиженных дисперсных средах. Дис. .докт. техн. наук. - Свердловск, 1990. 407 с.

21. Влияние продувки и влажности материала на теплообмен в виброожиженном слое / А.Ф. Рыжков, А.С. Колпаков, А.К. Баракян и др. // Тепломассоперенос в технологических процессах и аппаратах. Сб. науч. тр. Минск: ИТМО, 1985. С. 119 ч-126

22. Колпаков А.С. Интенсификация тепломассопереноса в слое мелкодисперсных частиц виброожижением в резонансных режимах.: Автореф. дис. .канд. техн. наук. Свердловск, 1983. 289 с.

23. Развитие вынужденных колебаний в концентрированных мелкодисперсных системах / Е.Ф. Карпов, А.С. Колпаков, Б.А. Путрик, А.Ф. Рыжков // Физико-химическая гидродинамика: сб. науч. тр. Свердловск: УрГУ, 1985. С. 97-106.

24. Рыжков А.Ф., Путрик Б.А. Динамические свойства рыхлого зернистого слоя. // Инж.-физ. ж. 1987. Т. 52. № 5. С. 795 ч- 802.

25. Влияние порозности на динамические свойства рыхлого зернистого слоя. А.Ф. Рыжков А.Ф., Б.А. Путрик Б.А., В.А. Микула В.А. //Инж.-физ. ж. 1987, Т. 52. №6. С. 965 ч-974.

26. Рыжков А.Ф., Микула В.А. Механизм грануляции частиц в виброожиженном слое. //Инж.-физ. ж. 1991. Т. 61. №1. С. 112 ч-116

27. Рыжков А.Ф., Микула В.А. Резонансные режимы в продуваемых, разнофракционных и влажных виброслоях. //Инж.-физ. ж. 1991. Т. 61. №5. С. 782 ч- 789.

28. Рыжков А.Ф., Путрик Б.А. Образование виброкипящего слоя мелкозернистого материала. // Инж.-физ. ж. 1994. Т. 65. №3. С. 270 * 283.

29. Рыжков А.Ф., Путрик Б.А. Распространение колебаний во взвешенном зернистом слое. // Инж.-физ. ж. 1988. Т. 54. № 2. С. 188 * 197.

30. Путрик Б.А. Оптимизация тепловых и гидродинамических режимов в кондуктивных аппаратах с виброкипящим слоем. Дис. .канд. техн. наук. Свердловск. 1986. 263 с.

31. А.с. 1497459 СССР, МКИ4 GOl HI3/00. Способ определения частоты собственных колебаний материала / А.Ф. Рыжков, М.Г. Зайцев, Г.С. Мулява, В.А. Микула, А.С. Колпаков и др. (СССР). -№ 4351758/25-28; заявл. 29.12.87; опубл. 30.07.89, Бюл. № 28. 3 е.: ил.

32. Микула В.А. Гидродинамика и массотеплоперенос при обезвоживании мелкозернистого материала в аппаратах с виброожиженным слоем. Дис. .канд. техн. наук. Свердловск, 1991. 193 с.

33. Толмачев Е.М. Исследование теплового и гидромеханического взаимодействия фаз в дисперсных и псевдоожиженных системах. Дис. .канд. техн. наук. Свердловск: 1972. 124 с.

34. Толмачев Е.М. Разработка теории и методов расчета взаимодействия фаз рабочих тел энергетических и технологических установок. Дис. . .докт. техн. наук. Екатеринбург. 2004. 257 с.

35. Толмачев Е.М., Сыромятников Н.И. Скорость звука в равновесной дисперсной среде. //Изв. ВУЗов. Энергетика. 1972. №4. С. 132 * 135.

36. Толмачев Е.М. Об учете внутренней релаксации в процессах межфазного взаимодействия в дисперсных системах. //Инж.-физ. ж. 1979. Т. 37, №4. С. 825 *829.

37. Экспериментальное исследование скорости звука во влажном водяном паре. / М.Е. Дейч, Г.А. Филиппов Г.А, Е.В. Стекольщиков, М.П. Анисимова // Теплоэнергетика. 1967. № 4, С. 45 * 48.

38. Дейч М.Е., Филиппов Г.А. Газодинамика двухфазных сред. М.: Энергия. 1968. 423 с.

39. Термоакустический эффект в резонансной полуоткрытой трубе. / Р.Г. Галиуллин, И.П. Ревва, Г.Г Халимов. // ИФЖ. 1982. Т.43. С. 615 + 623.

40. Нигматулин Р.И. Основы механики гетерогенных сред. М.: Наука. 1978. 336 с.

41. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. М.: Наука. 1977. 242 с.

42. Аппараты со стационарным зернистым слоем: гидравлические и тепловые основы работы. //М.Э. Аэров, О.М. Тодес, Д.А. Наринский. JL: Химия. 1979. 176 с.

43. Гольдштик М.А. Процессы переноса в зернистом слое. Новосибирск: ИТ СО АН СССР, 1984. 163 с.

44. Гапонцев B.Jl. Исследование механизма образования и теплообмена виброожиженного слоя с погруженной в него вертикальной поверхностью. -Дис. .канд.техн.наук. Свердловск. 1981. 224 с.

45. Сапожников Б.Г. Внешний теплообмен и эффективная теплопроводность в заторможенном виброкипящем слое. Дис. .докт. техн. наук. - Екатеринбург 1993. 384 с.

46. Баракян А.К. Интенсификация тепломассообмена и диссипация энергии в аппаратах с виброожиженным слоем. Дис. .канд. техн. наук. Свердловск. 1986. 252 с.

47. Ergun S. Ind. Eng; Chem., 1949. V. 41. P. 1179-И 184.

48. Зарембо JI.K., Красильников В.А. Введение в нелинейную акустику. М.: Наука, 1966. 520 с.

49. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Гидродинамика. М.: Наука, 1986. 736 с.

50. Стрелков С.П. Введение в теорию колебаний. М.: Наука, 1964. 438 с.

51. Пановко Я.Г. Введение в теорию механических колебаний. М.: Наука, 1980. 272 с.

52. Иориш Ю.И. Измерение вибрации. М.: Машгиз, 1956. 404 с.

53. Kroll W. FlieJ3ersheinungen an Houfwerken in schwingenden GefaBen. -Chem. Ing. Tehnik, 1955. Bd 27. № 1. S. 33-38.

54. Разработка методики замера давления в виброкипящем слое / А.В. Павличенко, А.Ф. Рыжков, Е.Ф. Карпов и др. // Прогрессивные процессы в промышленной теплоэнергетике: тез. докл. обл. науч.-тех. конф. Свердловск. 1984. С. 15 + 16

55. Раушенбах Б.В. Вибрационное горение. М.: Гос. изд. физ.-мат. литературы, 1961. 500 с.

56. Дересевич Г. Механика зернистой среды. // Проблемы механики, вып.З /Под ред. X. Драйзена и Т. Кармана. М.: ИЛ, 1961. С. 91 152.

57. Экспериментальное исследование взаимодействия виброслоя с подвижной стенкой / Е.Д. Зайцев, В.В. Степанюк, П.П. Борисов // Специальные вопросы гидромеханики и газодинамики двухфазных сред: мат. конф. Томск: изд. ТГУ, 1971. С. 25 29.

58. Тензометрия в машиностроении. /Под ред. Р.А.Макарова. М.: Машиностроение, 1975. 287 с.

59. Шушкевич В.А. Основы электротензометрии. Минск: Вышэйш. школа, 1975.351 с.

60. Повх И.Л. Аэродинамический эксперимент в машиностроении. Л.: Машиностроение, 1974. 480 с.

61. Андреева Л.Е. Упругие элементы приборов. М.: Машиностроение, 1981.392 с.

62. Электрические измерения неэлектрических величин / Под ред. П.В. Новицкого. Л.: Энергия, 1975. 576 с.

63. Аппараты с кипящим слоем. Методика измерения пульсаций давления. РТМ 45-69. Тема 7183. Л.: изд. ЛенНИИХИММАШ, 1969. 21 с.

64. Филипповский Н.Ф. Гидродинамика и тепломассоперенос в аппаратах с псевдоожиженным слоем. Дис. .докт. техн. наук. Екатеринбург. 2002. 306 с.

65. Дойчев К.Г. Някои въпроси на аэродинамиката и структурата на хатерогенните флуидизарани системи: Автореф. дис. .докт. техн. наук. София, 1976.

66. Федяков Е.М., Колтаков В.К., Богдатьев Е.Е. Измерение переменных давлений. М.: Издательство стандартов, 1982. 216 с.

67. Павличенко А.В. Исследование закономерностей циркуляции газа и твердых частиц в виброкипящем слое с целью интенсификации процесса азотирования. Дис. .канд. техн. наук, Свердловск: 1982. 256 с.

68. Чарный И.А. Неустановившееся движение реальной жидкости в трубах. М.: Недра, 1975. 296 с.

69. Кармазин В.Д. Техника и применение вибрирующего слоя. Киев: Наукова думка, 1977. 239 с.

70. Исследование оптимальных режимов виброожижения в теплоиспользующих установках / А.С. Колпаков, А.Ф. Рыжков, Б.А. Путрик // Проблемы энергетики теплотехнологии. Т. 2: тез. докл. Всесоюз. науч.-техн. конф. М.: МЭИ. 1983. С. 37.

71. Рыжков А.Ф. Экспериментальное исследование движения засыпки в вибрирующем сосуде. // Тепло- и массоперенос и неравновесная термодинамика дисперсных систем: труды УПИ. Сб. № 227. Свердловск: УПИ, 1974. С. 180.

72. Теодорчик К.Ф. Автоколебательные системы. М.: Гостехиздат, 1944. 104 с.

73. Аэров М.Э., Тодес О.М. Гидравлические и тепловые основы работы аппаратов со стационарным и кипящим зернистым слоем. Л.: Химия, 1968. -512 с.

74. Рыжков А.Ф. Гидродинамика и массотеплоперенос в виброожиженных дисперсных средах. // Сиб. физ.-техн. журнал, 1991. Вып. 5. С. 75 ч- 78

75. Химико-термическая обработка в кипящем слое. / А.С Заваров, А.П. Баскаков, С.В. Грачев. М.: Машиностроение, 1985. 160 с.

76. СапожниковБ.Г., Сыромятников Н.И. Исследование эффективной теплопроводности вакуумированного вибрирующего слоя // Инж-физ. ж. 1969. Т. 16. №8. С. 1039 ч-1044.

77. Забродский С.С. Высокотемпературные установки с псевдоожиженным слоем (общие вопросы разработки и исходные закономерности), М.: Энергия, 1971. 328 с.

78. Рыжков А.Ф. Исследование равномерности распределения материала в аппаратах с виброкипящим слоем. //Промышленные печи с кипящим слоем: сб. № 242, Свердловск. 1976. С. 31 ч- 38

79. Исследование теплообмена и гидродинамики при сушке тонкодисперсных термолабильных материалов в вибрирующем слое. /Н.И. Сыромятников, Г.Д. Косенко, В.В. Оглоблин и др. //Тепло- и массоперенос: сб. науч. тр. Минск: ИТМО, 1972. Т.6. С. 502 ч- 506.

80. Wehmeier K.N. Untersushungen zum Fordervorgang auf Schwirgrinwen // Fordern und Hebcn. 1962. №5. S. 317 4-327.

81. Баскаков А.П. Скоростной безокислительный нагрев и термическая обработка в кипящем слое. М.: Металлургия. 1968. 223 с.

82. Псевдоожижение. /Под ред. И.Ф.Дэвидсона и Д. Харрисона. М.: Энергия, 1974. 725 с.

83. Шувалов В.Ю. Исследование механизма выбросов частиц в надслоевое пространство с целью уменьшения высоты сепарационной зоны печей и аппаратов с кипящим слоем. Дис. .канд. техн. наук. Свердловск. 1977. 173 с.

84. Колпаков А.С. Исследование пылеуноса из виброкипящего слоя / А.С. Колпаков, А.Ф. Рыжков, А.В. Павличенко, В.П. Малышев, И.И. Шишко // Депонированные рукописи. 1980. № 9. С. 9.

85. Моисеев Н.Н., Петров А.А. Численные методы расчета собственных частот колебаний ограниченного объема жидкости. М.: изд. ВЦ АН СССР, 1966. 270 с.

86. Шунхалс Р., Оверкэмп Т. Распределение давления и образование пузырьков при продольных колебаниях гибкого цилиндра, заполненного жидкостью. // Техническая механика: Труды Амер. общ. инж.-механ. Серия Д. Рус. пер., 1967. № 4, С. 50 61.

87. Бреховских JI.M., Гончаров В.В. Введение в механику сплошных сред. М.: Наука, 1982. 336 с.

88. Членов В.А., Михайлов Н.В. Сушка сыпучих материалов виброкипящем слое. М.: Стройиздат, 1967. 224 с.

89. Кипнис И.Э. Гидродинамика и массоперенос в аппаратах виброожижения высокодисперсных порошков. Дис. .канд. техн. наук. Свердловск. 1990. 197 с.

90. Блинов А.В., Сапожников Б.Г., Сыромятников Н.И. Теплообмен тел при свободной загрузке их в аппарат с виброкипящим слоем. //Тепло-массоперенос в технологических процессах и аппаратах: сб. науч. тр. Минск: ИТМО, 1985. С. 93 4- 98.

91. Блинов А.В., Сапожников Б.Г., Сыромятников Н.И. Исследование теплообмена тел, свободно перемещающихся в виброкипящем слое. // Журн. Всесоюз. хим. общ. им. Д.И. Менделеева. 1982. Т.27. №6. С. 111 -г 112.

92. Харисова Н.М. Некоторые вопросы гидродинамики вибрирующего слоя сферических частиц. // Тепло- и массоперенос и неравновесная термодинамика дисперсных систем: сб. №227. Свердловск: УПИ, 1974. С. 170 ч- 174.

93. Буевич Ю.А. Вынужденные колебания в однородном псевдоожиженном слое. // Инж.-физ. ж. 1981. Т. 41. № 1. С. 61 4- 69.

94. Филипповский Н.Ф. Гидродинамика и тепломассоперенос в аппаратах с псевдоожиженным слоем. Дис. .докт. техн. наук. Екатеринбург. 2002. 306 с.

95. Красильников В.А. Звуковые и ультразвуковые волны. М.: Физматгиз. 1960. 560 с.

96. Газотермические покрытия из порошковых материалов. Справочник / Ю.С. Борисов, Ю.А. Харламов, С.А. Сидоренко и др. Киев: Наукова думка,1987. 544 с.

97. Порошковая металлургия. Материалы, технологии, свойства, области применения: Справочник / И.М. Федорченко, И.Н. Францевич, И.Д. Радомысельский и др. Киев: Наукова думка, 1985. 624 с.

98. Баландин Ю.А., Колпаков А.С., Жарков Е.В. Диффузионные антикоррозионные покрытия, наносимые в псевдоожиженном слое. // Авт. промышленность. 2005. №9. С.34 + 37

99. Механизм массопереноса в химически взаимодействующих дисперсиях при их виброожижении // А.Ф. Рыжков, И.Э. Кипнис, А.П. Баскаков //Инж.-физ. ж. 1991. Т. 60. № 2. С. 209 + 217.

100. Путрик Б.А. Оптимизация тепловых и гидродинамических режимов в кондуктивных аппаратах с виброкипящим слоем. Дис. .канд. техн. наук. Свердловск. 1986. 263 с.

101. Рыжков А.Ф., Кипнис И.Э. Инженерные методы расчета аппаратов с виброожиженным слоем. // Инж.-физ. ж. 1991 Т. 60. № 6. С. 907 + 913.

102. Рыжков А.Ф. Проблемы и перспективы применения виброкипящего слоя в химической технологии // Техника псевдоожижения (кипящего слоя) и перспективы ее развития: тез. докл. Всесоюз. конф. Черкассы: НИИТЭХИМ,1988. С. 19 + 20.

103. Капустин Е.А., Просвирнин В.И., БуторинаИ.В. Динамические характеристики виброкипящего слоя. Теор. основы хим. технол., 1980. Т. 14. №5. С. 720*727.

104. Исследование теплообмена в разнофракционном слое слабоспекающихся углей / А.Ф. Рыжков, А.С. Колпаков, Б.Г. Сапожников, Н.К. Чевлытко //Библ. Указатель ВИНИТИ «Деп. рукописи». 1982. №3. С. 107

105. Борирование и борохромирование в виброкипящем слое. / С.В. Грачев, JI.A. Мальцева, Т.В. Мальцева, А.С. Колпаков и др. // МиТОМ. 1999. №11 С. 3*6.

106. С.В. Грачев, П.В. Бушманов, А.С. Колпаков Исследование борирования и бороникелирования инструментальных сталей в виброкипящем слое // Изв. вузов. Нефть и газ. 2004. №4. С. 82 * 84.

107. Пат. 2005811 Россия, МКИ5 С23С 8/70. Состав для боромеднения стальных изделий в виброкипящем слое / С.В. Грачев, А.С. Заваров, А.С. Колпаков, Ю.А. Баландин // Бюл. № 9. 1994. С. 90.

108. Александрова М.Н. Качественное исследование процесса виброуплотнения угля в вагонетках. //Применение вибротехники в горном деле. М.: Госгортехиздат, I960. С. 216 * 221.

109. Волик Р.Н. Некоторые теоретические вопросы воздействия вертикальных вибраций на слой зернового материала и экспериментальные исследования. // Проблемы сепарирования зерна и других сыпучих материалов. М.: изд. ВНИИЗ, 1963. С. 77 * 90.

110. Классен П.В., ГришаевИ.Г., ШоминИ.П. Гранулирование. М.: Химия. 1991.238 с.

111. Тодес О.М. Обезвоживание растворов в кипящем слое. (Физические основы метода и его применения) М.: Металлургия. 1973. 287 с.

112. Казанский М.Ф., Куландина А.Н. Влияние формы связи влаги на теплоперенос в типичных капиллярно пористых телах. //Инж.-физ. ж. 1959. №5. С. 88 -г- 93

113. Лыков А.В. Теория сушки. М.: Энергия. 1968. 472 с.

114. А.с. 1280284 СССР, МКИ4 F26 ВЗ/22. Способ контактной сушки мелкодисперсного материала / А.К. Баракян, А.С. Колпаков, А.Ф. Рыжков, Б.А. Путрик, В.И. Светлаков (СССР). -№ 3933811/24-06; заявл.24.07.85; опубл. 30.12.86, Бюл. № 48. 3 е.: ил.

115. Позин М.Е. Технология минеральных солей. Л.: Химия, 1974. 792 с.

116. А.с. 1280288 СССР, МКИ4 F26 17/26. Установка для сушки мелкодисперсного материала в виброкипящем слое / Е.Г. Морозов,

117. B.И. Светлаков, А.Ф. Рыжков, А.С. Колпаков, А.К. Баракян, Ю.А. Абрамов, А.И. Баргон (СССР). -№ 3933811/24-06; заявл. 24.07.85; опубл. 30.12.86, Бюл. № 48. 3 е.: ил.

118. Расчеты аппаратов кипящего слоя: Справочник /Под ред. И.П. Мухленова, Б.С. Сажина, В.Ф. Фролова. Л.: Химия, 1986. 352 с.

119. Davidson J.F. Tripartite Chem. Engng. Conf. First Session Introduction by Rapporteur. Montreal, 1968. I. Chem. E. Symposium Series (Instn. Chem. Engrs., London), 1968, № 30, p. 3 - 11.

120. Теория релаксационных автоколебаний зернистого слоя, ожижаемого газом /В.А. Бородуля, Ю.А. Буевич, В.В. Завьялов // Инж.- физ. ж. 1976. Т. 30. № 3. С. 424 433.

121. Об устойчивости работы аппаратов с зернистым слоем ожижаемым потоком газа / В.А. Бородуля, Ю.А. Буевич, В.В. Завьялов // Инж.-физ. ж. 1976. Т.31.№3. С. 410-417.

122. О релаксационных автоколебаниях зернистого слоя / Бородуля В.А., Буевич Ю.А., Завьялов В.В. // Инж.-физ. ж. 1977. Т. 32. № 1. С. 45 49.

123. Автоколебательные режимы псевдоожижения / В.А. Бородуля, Ю.А. Буевич, В.В. Завьялов. Препринт. Минск: ИТМО АН БССР, 1876. 28 с.

124. Завьялов В.В. Экспериментальное исследование релаксационных автоколебаний зернистого слоя, ожижаемого газом. // Тепло- и массообмен в двухфазных системах при фазовых и химических превращениях: Труды ИТМО. Минск: 1976. С. 3 -Ml.

125. Baird M.H.I., Klein A.J. Spontaneous oscillation of a gassolid bed. // Chem. Eng. Sci. 1973. V. 28, № 4. P. 1039-1048.

126. Магнус К. Колебания: Введение в исследование колебательных систем. М.: Мир, 1982. 304 с.

127. Вибрационные конвейеры для транспортирования горячих материалов. / А.Г. Тропман, Н.И.Бельков, Ю.Н. Макеева. М.: Машиностроение. 1972. 120 с.

128. Голдобин Ю.М. Внешний теплообмен в высокотемпературных дисперсных средах и кинетика горения полидисперсных топлив. Дис. докт. техн. наук. Екатеринбург. 2000. 235 с.

129. Leva М., Wientraub М., Grummer М. "Chem. Eng. Progress. Symposium Series". 1954. V. 50. № 9. P. 1 - 13

130. Новый метод исследования гидродинамической обстановки вблизи тел, погруженных в псевдоожиженный слой зернистых материалов /А.П. Баскаков, Г.Я. Захарченко, A.M. Дубинин //ДАН СССР, 1975. Т. 225. № 1. С. 78 80.

131. О максимальном мгновенном значении коэффициента теплоотдачи в кипящем слое. / В.А. Киракосян, А.П. Баскаков // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. 1972. №5. С. 172-176 с.

132. Schliinder E.U. // Chem. Ing. Techn. 1971. Bd. 43. № 11. S. 651 654.

133. Голубев И.Ф., Гнездилов Н.Е. Вязкость газовых смесей. М.: Изд. стандартов. 1971. 327 с.

134. Вопросы внешнего теплообмена в кипящем и виброкипящем слоях. / Н.И. Сыромятников, JT.K. Васанова, В.Н. Королев и др. // Гидродинамика, тепло- и массообмен в псевдоожиженном слое: изб. Доклады. Иваново, 1971. С. 184-5-196

135. Zabrodsky S.S., Antonishin N.W., Parnas A.L. "Canad. Journ. Chem. Eng." 1976. V. 54. Febr/Apr. P. 52 58.

136. Кальтман И.И., Тамарин А.И. Исследование теплопереноса между вибропсевдоожиженным слоем дисперсного материала и охлаждаемым в нем телом. // Инж.-физ. ж. 1969. Т. XVI. №4. С. 630 ч- 638.

137. Влияние пульсаций коэффициента теплообмена на температуры и термические напряжения в пластине, закаливаемой в виброкипящем слое дисперсного материала / Н.В. Антонишин, Н.В. Геллер, A.JI. Парнас // Инж.-физ. ж. 1984. Т. XLVI. №5. С. 825 ч- 829.

138. Бородуля В.А., Теплицкий Ю.С. О максимальных значениях кондуктивной составляющей внешнего теплообмена в перемешиваемых дисперсных средах. // Инж.-физ. ж. 1988. Т. 55. № 5. С. 478 + 487.

139. Сыромятников Н.И. К теории внешнего теплообмена кипящего слоя // Инж.-физ. ж. 1973. Т. XXV. № 4. С. 589 -4- 593.

140. B.Г. Айнштейн, А.В. Зайковский //Химическая промышленность. 1966. № 6.1. C. 418

141. Берг Б.В. Теория и практика использования кипящего слоя в промышленных агрегатах нагрева и термической обработки изделий из черных металлов. Дис. .докт. техн. наук. Свердловск. 1973. 388 с.

142. Сапожников Г.Б. Диффузионный перенос массы и теплоты в протяженном виброкипящем слое. Автореф. дис. .канд. техн. наук. -Екатеринбург. 2002.

143. Сергеев П.А. Исследование поведения насыпных материалов при вибрационной транспортировке. // Изв. АН СССР. ОТН. Механика и машиностроение. I960. № 5. С. 150 153.

144. Сапожников Б.Г. Исследование процессов переноса тепла в вакуумированном вибрирующем слое. Дис. .канд. техн. наук. Свердловск. 1970. 105 с.

145. Кондратьев Г.М. Тепловые измерения. Л.: Машгиз, 1957. 244 с.

146. Карслоу Г., Егер Д. Теплопроводность твердых тел. М.: Наука, 1964. -488 с.

147. Жарков А.А. Исследование пульсационного псевдоожижения с целью совершенствования технологии термообработки дисперсных материалов. Дис. .канд. техн. наук. Свердловск. 1980. 287 с.

148. Исследование теплообмена поверхностей нагревателей с виброкипящим слоем / М.Ф. Букарева, В.А. Членов, Н.В. Михайлов // Хим. пром. 1968. №6, С. 32-34.

149. Сушка тонкодисперсных порошков в виброкипящем слое / М.Ф. Букарева, В.А. Членов, Н.В. Михайлов // Хим. и нефт. машиностр. 1970. №2. С. 17-18.

150. Замниус И.Л. О критических условиях вибропсевдоожижения. // Тепло- и массоперенос в аппаратах с дисперсными системами. Минск: Наука и техника, 1970. С. 60 64.

151. Замниус И.Л. О переносе тепла слоем тонкодисперсного материала псевдоожиженного потоком газа или наложением вибрации. // Инж.-физ. ж. 1968. Т. 14. №3. с. 448-453.

152. Зайцев Е.Д., Матюхин А.Д. Изучение теплообмена между поверхностью и виброкипящим слоем капроновой крошки. //Хим. пром. 1974. №2. С. 140-142.

153. Маскаев В.К. Исследование гидродинамики и внешнего теплообмена в псевдоожиженном газовзвесью слое: Автореф. дис. .канд. техн. наук. Свердловск. 1973.

154. Сушка тонкодисперсных порошков в виброкипящем слое. / М.Ф. Букарева, В.А. Членов, Н.В. Михайлов. // Хим. и нефт. Машиностр. 1970. №2. С. 17 + 18.

155. Методика расчета сушилок с виброкипящим слоем / А.Ф.Рыжков, А.П. Баскаков, А.С. Колпаков, А.В. Павличенко // Дальнейшее совершенствование теории, техники и технологии сушки: Тез. докл. Всесоюз. науч.-техн. конф. Чернигов, 1981. М.: 1981. С. 96 * 97.

156. Михеев М.А., МихееваИ.М. Оновы теплопередачи. М.: Энергия. 1973.320 с.

157. Решетников Е.Г. Исследование обтекания и локального теплообмена горизонтальных труб в виброкипящем слое. Дис. .канд. техн. наук. Свердловск. 1979. 201 с.

158. Исследование теплообмена и гидродинамики при сушке тонкодисперсных термолабильных материалов в вибрирующем слое / Н.И. Сыромятников, Г.Д. Косенко, В.В. Оглоблин и др. // Тепло- и массоперенос. Минск: ИТМО, 1972. Т. 6. С. 502 * 506.

159. Термическая обработка в машиностроении: Справочник / Под. ред. Ю.М. Лахтина, А.Г. Рахштадта, М.: Машиностроение. 1980. 783 с.

160. Арзамасов Б.Н. Химико-термическая обработка металлов в активированных газовых средах. М.: Машиностроение, 1979. 224 с.

161. Химико-термическая обработка металлов и сплавов: Справочник. /Г.В. Борисенок, Л.А. Васильев, Л.Г. Волошин и др. М.: Металлургия, 1981. 424 с.

162. Прогрессивные методы химико-термической обработки. / Под ред. Г.Н. Дубинина и Я.Д. Когана, М.: Машиностроение, 1979. 184 с.

163. Цинкование: Справ, изд. / Е.В. Проскуркин, В.А. Попович, А.Т. Мороз М.: Металлургия, 1988. 528 с.

164. Сыркин В.Г. Химия и технология карбонильных металлов. М.: Химия, 1972. 240 с.

165. Особенности высокотемпературных процессов нанесения износостойких покрытий в виброкипящем слое. /С.В. Грачев, И.И. Ражев, О.В. Дворецкий // Совр. оборудование и технол. термич. и хим.-термич. обработки: мат. сем. Москва. 1989. С. 104 * 107.

166. Диффузионное цинкование и цинкалюминирование в псевдоожиженном слое / Ю.А. Баландин, А.С. Колпаков, Е.В. Жарков // Коррозия: материалы, защита. 2006. № 7. С. 25 * 28.

167. Эффективная температуропроводность виброкипящего слоя. /Н.П.Ширяева, Б.Г. Сапожников, B.C. Белоусов и др. //Инж.физ. ж. 1990. Т. 58.№ 4. С. 610*618.

168. Самсонов Г.В., Эпик А.П. Тугоплавкие покрытия. М.: Металлургия. 1973.400 с.

169. Коломыцев П.Т. Жаростойкие диффузионные покрытия. М.: Металлургия, 1979. 272 с.

170. Поверхностное легирование сплава ЖС6К алюминием и кремнием / Г.Р. Земсков, P.JI. Каган и др. // Защита металлов. 1968. Т. IV. С. 151 * 158.

171. Иванов Е.Г. Покрытие для стальных лопаток компрессора газотурбинных двигателей. // Антикоррозионные покрытия: сб. ст. Л.: Наука, 1983. С. 302.

172. Тамарин Ю.А. Жаростойкие диффузионные покрытия лопаток газотурбинных двигателей. М.: Машиностроение, 1978. 136 с.

173. Борирование легированных сталей в псевдоожиженном слое / А.С. Заваров, А.С. Колпаков, Н.В. Мысик // Структура и свойства легированных сталей: тез. докл. семинара. Киев. 1992. С. 29.

174. ГольдшмидтХ. Дж. Сплавы внедрения. М.: Изд. «Мир», 1971. 424 с.

175. Атлас структур порошковых материалов на основе железа. / Т.А., Пумпянская, В .Я. Буланов В.Я., В.Г. Зырянов. М.: Наука, 1986. 263 с.

176. Влияние меди на процесс образования и свойства боромедненных покрытий на сталях / Ю.А. Баландин, С.В Грачев, А.С. Колпаков // Библ. Указатель ВИНИТИ «Деп. рукописи». 1992. №8. С. 69

177. Баландин Ю.А. Разработка и исследование процессов борирования и боромеднения инструментальных сталей в виброкипящем слое. Автореф. дис. .канд. техн. наук. Екатеринбург. 1993. 22 с.

178. Баландин Ю.А., Колпаков А.С. Исследование процесса диффузионного меднения сталей в псевдоожиженном слое //Технология металлов. 2006. №6. С. 34 + 36.

179. Баландин Ю.А., Колпаков А.С. Исследование процесса диффузионного никелирования сталей в псевдоожиженном слое // Сталь. 2005. №7. С. 114 -г-115.

180. Грачев С.В., Колпаков А.С., Баландин Ю.А. Боромеднение штамповых сталей в виброкипящем слое // Урал, политех, ин. Екатеринбург, 1993. 8 с. Деп. в Черметинформации 10.03.1993

181. Пат. 2012691 Россия, МКИ5 С23С 8/70. Состав для боромеднения стальных изделий в виброкипящем слое / С.В. Грачев, А.С. Колпаков, Ю.А. Баландин. // Бюл. № 9. 1994. С. 90.

182. Пат. 2012692 Россия, МКИ5 С23С 8/70. Состав для боромеднения стальных изделий в виброкипящем слое / С.В. Грачев, А.С. Колпаков, Ю.А. Баландин // Бюл. № 9. 1994. С. 90.

183. Пат. 2004619 Россия, МКИ5 С23С 8/70. Способ боромеднения стальных изделий в виброкипящем слое / С.В. Грачев, А.С. Колпаков, Ю.А. Баландин // Бюл. № 45-46.1993. С. 108.

184. Пат. 2005814 Россия, МКИ5 С23С 10/36. Способ диффузионного меднения стальных изделий из сплавов на основе железа в виброкипящем слое / С.В. Грачев, А.С. Колпаков, Ю.А. Баландин // Бюл. № 1.1994. С. 96.

185. Пат. 2013465 Россия, МКИ5 С23С 8/70. Состав для боромеднения стальных изделий в виброкипящем слое / С.В. Грачев, А.С. Колпаков, Ю.А. Баландин // Бюл. № 10. 1994. С. 78.

186. Пат. 2015200 Россия, МКИ5 С23С 8/70. Состав для боромеднения стальных изделий в псевдоожиженном слое / С.В. Грачев, А.С. Заваров, А.С. Колпаков, Ю.А. Баландин // Бюл. № 12. 1994. С. 83.

187. Пат. 2015201 Россия, МКИ5 С23С 8/70. Состав для боромеднения стальных изделий в виброожиженном слое / С.В. Грачев, А.С. Колпаков, Ю.А. Баландин // Бюл. № 12.1994. С. 83.

188. Пат. 2149917 Россия, МКИ7 С23С 12/00. Способ бороникелирования стальных изделий в псевдоожиженном слое / С.В. Грачев, А.С. Колпаков, П.В. Бушманов // Бюл. № 15. 2000. С. 347.

189. Положительное решение ВНИИГПЭ на выдачу патента•у

190. МКИ С23С8/70. Состав для бороникелирования стальных изделий в псевдоожиженном слое / С.В. Грачев, А.С. Колпаков, П.В. Бушманов (Россия), Заявка №95116471 //Изобретения, заявки и патенты. №23. 1997. С. 95

191. Пат. 2157859 Россия, МПК С23С8/70, С23С10/42, С23С12/00 Способ и состав борохромирования стальных изделий в псевдоожиженном слое / С.В. Грачев, JI.A. Мальцева, Т.В. Мальцева, А.С. Колпаков, М.Ю. Дмитриев // Бюл. № 29. 2000. С. 390.

192. Лахтин Ю.М., Коган Я.Д. Азотирование стали. М.: Машиностроение 1976. 256 с.

193. Влияние условий азотирования в виброкипящем слое на структуру и свойства диффузионной зоны штамповых сталей. / Н.Н. Давыдов, А.С. Заваров, С.В. Грачев // Изв. АН СССР. Металлы. 1978. № 3. С. 177 4- 179.

194. Применение виброкипящего слоя для азотирования штамповых сталей. // Ю.М. Мокроусов, А.С. Заваров, Н.Н. Давыдов. // Кузнечно-штамповочное производство. 1981. № 2. С. 24 4- 22.

195. Штремт A.M. Скоростное низкотемпературное азотирование в виброкипящем слое и разработка технологии поверхностного упрочнения высокохромистых сталей. Автореф. дис. .канд. техн. наук. Свердловск. 1989. 21 с.

196. Исследование новых способов нанесения диффузионных покрытий на основе цинка и алюминия в псевдоожиженном слое / Ю.А. Баландин, А.С. Колпаков, Е.В. Жарков // Сталь. 2005. № 8. С. 88 90

197. Диффузионное цинкование в псевдоожиженном слое /Ю.А.Баландин, А.С. Колпаков, Е.В.Жарков //МиТОМ. 2006. №4. С. 37 4-39.

198. Защитные покрытия на основе цинка и алюминия, наносимые в псевдоожиженном слое / Ю.А. Баландин, А.С. Колпаков, Е.В. Жарков // Защита металлов. 2006. № 4. С. 379 4- 382.

199. Холодная объемная штамповка. Справочник. /Под ред. Г.А. Навроцкого. М.: Машиностроение. 1973. 495 с.

200. Мокринский В.И. Производство болтов холодной объемной штамповкой. / Под ред. A.M. Павлова. М.: Металлургия. 1978. 72 с.

201. Кроха В.А. Упрочнение металлов при холодной пластической деформации: Справочник. М.: Машиностроение. 1980. 157 с.

202. А.с. 406915 СССР, МКИ C21d 3/04. Способ обработки нержавеющих сталей перед нанесением химического покрытия / В.И. Соколовский, С.А-Ш. Шайкевич, И.Н. Озерянная и др. Б.И. 1973. № 46. С. 84.

203. Исаченков В.И. Контактное трение и смазки при обработке металлов давлением. М.: Машиностроение. 1978. 208 с.

204. Вредные химические вещества. Неорганические соединения элементов V-VIII групп. / Под ред. В.А. Филова. Л.: Химия. 1989. 592 с.

205. Пат. 20405288 Россия, МКИ6 С23С 10/20, C21D 7/00. Способ поготовки нержавеющих сталей к холодной обработке давлением / A.M. Каузов, А.С. Колпаков // Бюл. № 21. 1995. С. 177 ч- 178.

206. Окисление металлов. Т. 2 / Под ред. Ж.Бернара. М.: Металлургия, 1969.448 с.

207. Парооксидирование в кипящем слое деталей, изготовленных методом порошковой металлургии. / Е.М. Файншмидт, А.П. Баскаков, Ю.И. Алексеев // Изв. АН СССР. Металлы, 1982. №1. с. 102 ч-104.

208. Алексеев Ю.И. Исследование и разработка печей и ванн с кипящим слоем для термообработки малогабаритных изделий. Дис. .канд. техн. наук. Свердловск. 1980. 195 с.

209. Процессы порошковой металлургии. В 2-х т. Т. 1. Производство металлических порошков. /Г.А. Либенсон, В.Ю. Лопатин, Г.В. Комарницкий. М.: МИСИС, 2001.368 с.

210. Патент 2190687 Россия. МКИ7 С23С 8/16, 8/18. Способ парооксидирования изделий из сплавов на основе железа в псевдоожиженном слое / С.В. Грачев, А.С. Колпаков, JI.A. Мальцева, А.Н. Бобок,

211. A.Д. Шавелкин, П.М. Кирюхин // Изобретения. 2002, №28. С. 83.

212. Файншмидт Е.М., Заваров А.С. Электропечь с кипящим слоем для скоростного парового оксидирования порошковых изделий. //Порошковая металлургия. 1981. № 8. С. 100 + 103

213. Нанесение покрытий плазмой. / В.В. Кудинов, П.Ю. Пекшев,

214. B.Е. Белащенко и др. М.: Наука, 1990. 408 с.

215. Сергеев В.В., Ильинкова Т.А. Влияние газотермических покрытий на сопротивление усталости подложек. //Пленки и покрытия 98: труды V Международ, конф. Санкт-Петербург. 1998. С. 322 -т- 324.

216. Кекало И.Б., Самарин Б.А. Физическое металловедение прецизионных сплавов с особыми магнитными свойствами. М.: Металлургия, 1989. 496 с.

217. Грязнов Н.С. Основы теории коксования. М.: Металлургия, 1976. 312 с.

218. Макаров Г.Н., Филоненко Ю.Я., Специальные виды кокса. М.: Металлургия, 1977. 168 с.

219. Тепло- и массообмен в плотном слое. /Б.И. Китаев, В.Н. Тимофеев, Ф.Р. Шкляр и др. М.: Металлургия. 1972. 432 с.

220. Чевлытко Н.К. Исследование неспекающихся и слабоспекающихся углей Кузбасса с целью их технологического использования: Автореф. дис. .канд. техн. наук. Свердловск. 1980. 32 с.

221. Термическая обработка в машиностроении: Справочник. / Под ред. Ю.М. Лахтина, А.Г. Рахштадта, М.: Машиностроение. 1980. 783 с.

222. Марочник сталей и сплавов / Под ред В.Г Сорокина. М.: Машиностроение. 1989. 640 с.

223. Попова Л.Е., Попов А.А. Диаграммы превращения аустенита в сталях и бета-раствора в сплавах титана: Справочник. М.: Металлургия. 1991. 503 с.

224. Термическая обработка в кипящем слое / А.С. Заваров, А.П. Баскаков, С.В. Грачев. М.: Металлургия. 1981. 84 с.

225. Баландин Ю.А., Колпаков А.С. Диффузионное силицирование в псевдоожиженном слое // МиТОМ. 2006. №3. С. 31 ч- 35.

226. Гегузин Я.Е. Физика спекания. М.: Наука. 1984. 312 с.

227. Будников П.П., Гинстлинг A.M. Реакции в смесях твердых веществ. М.: Стройиздат. 1971. 488 с.

228. Механизм массопереноса в химически взаимодействующих дисперсиях при их виброожижении / А.Ф. Рыжков, И.Э. Кипнис, А.П. Баскаков //Инж.-физ. ж. 1991. Т. 60. № 2. С. 209 ч- 217.

229. Кипнис И.Э. Гидродинамика и массотеплоперенос в аппаратах виброожижения высокодисперсных порошков. Дис. .канд. техн. наук. Свердловск. 1990. 177 с.

230. А.с. 1587005 СССР, МКИ5 С10 G3/02. Способ получения оксида меди / Ю.А. Абрамов, И.Э. Кипнис, А.Ф. Рыжков, В.И. Светлаков,

231. A.С. Колпаков // Открытия, изобретения. 1990. №31. С. 105.

232. Живучесть стареющих тепловых электростанций. /В.Ю. Балдин, Ю.Н. Богачко, О.В. Бритвин О.В. М.: Торус-пресс., 2002. 616 с.

233. Герасин А.Б., Габур С.П. Предложения к национальному проекту «Энергетика». Энергетик. № 7. С. 2 ч- 4.

234. Методы решения проблем износа оборудования в энергетике. / А.С. Колпаков, Н.И. Кардонина, С.П. Кочугов // Эффективная энергетика 2000: сб. науч. трудов. Екатеринбург. 2000. С. 124 ч-125.

235. Новиков Ю.Н. Защита и упрочнение деталей при ремонте энергооборудования. М.: Энергоатомиздат, 1991. 112 с.

236. Ремонт паровых турбин / Под. ред. Ю.М. Бродова и В.Н. Родина. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2002. 296 с.

237. Применение газотермических покрытий в металлургии и при восстановлении деталей энергетического оборудования. / В.Ю. Суворов,

238. B.В.Тимошенко, А.Э. Круглый. //Пленки и покрытия 98: труды V Международ, конф. Санкт-Петербург. 1998. С. 293 ч- 296.

239. Воловик E.JT. Справочник по восстановлению деталей. М.: Колос. 1981.351 с.

240. Промышленное применение процессов плазменного напыления. /В.Д. Бурьяненко, А.В.Донской, B.C. Клубникин и др. Л.: Ленингр. Дом науч.-техн. пропаганды. 1982. 24 с.

241. Сонин В.И. Газотермическое напыление материалов в машиностроении. М.: Машиностроение. 1973. 152с.

242. Трение, изнашивание и смазка: Справочник. Кн. 1. /Под ред. И.В. Крагельского, В.В. Аличина. М.: Машиностроение. 1978. 400 с.

243. Прочность сцепления плазменных покрытий с основой. /Б.А. Ляшенко, В.В. Ришин, Зильберберг В.Г. и др. //Порошковая металлургия. 1969. № 4. С. 96 + 100.

244. Белова О.Ю., B.C. Клубникин. Некоторые преимущества сверхзвукового плазменного напыления. //Пленки и покрытия 98: труды V Международ, конф. Санкт-Петербург. 1998. С. 481 -ь 483.

245. Рашев Ц. Высокоазотистые стали. Металлургия под давлением. София: Изд. Болгарской АН, 1995. 270 с.

246. Gavriljuk V.G., Berns Н. High Nitrogen Steels. Berlin: Springer Verlag, 1999. 378 p.

247. Свяжин А.Г., Капуткина Л.М. Стали, легированные азотом. // Изв. вузов. Черная металлургия. 2005. № 10. С. 36 -г 46.

248. Муравьева Е.Л., Ревун С.А. Порошки на основе железа для газотермических покрытий. //Пленки и покрытия 98: труды VМеждународ, конф. Санкт-Петербург. 1998. С. 278 + 280.

249. Потери порошковых материалов при плазменном напылении /B.C. Блохин, Е.В.Мельников, Г.П.Телегин //Жаростойкие покрытия для защиты конструкционных материалов. Л.: Наука. 1974. С. 157 -г 160.

250. Композиционные материалы на основе железа для плазменного напыления. / Н.И. Кардонина, А.С. Колпаков, А.А. Попов // Изв. вузов. Черная металлургия. 2000 № 8. С. 49 4- 52.

251. Восстановительно-обезуглероживающий отжиг металлических порошков. / Б.И. Бондаренко, Н.П. Курганский, В.Ф. Пекач. Киев: Наукова думка, 1991.328 с.

252. Обезуглероживающий отжиг технического сплава Fe-3%Si /М.Л.Лобанов, А.И. Гомзиков, С.В.Акулов и др. //МиТОМ. 2005. № 10(604). С. 40 -г- 45.

253. Муравьева Е.Л., Ревун С.А. Порошки на основе железа для газотермических покрытий. // Пленки и покрытия 98: труды V Международ, конф. Санкт-Петербург. 1998. С. 278 + 280.

254. Окисление и обезуглероживание стали. / А.И. Ващенко, А.Г. Зеньковский, Е.Ф. Лифшиц и др. М.: Металлургия, 1972. 336 с.

255. Patent USA 5725681. Process for producing grain oriented silicon steel sheet and decarburized sheet. /1. Hirtake, T. Suzuki, M. Komatsubura, H. Yamaguchi. //Mar. 10, 1998.

256. Bungardt K. U.a. Ach. f. d. Eisenhuttenwesen, 1965. Bd 36. №11. S. 809 + 816

257. Коррозия: Справочник. / Под. ред. Л.Л. Шрайера. М.: Металлургия, 1981.731 с.

258. ГОСТ 28302-89 Покрытия газотермические защитные из цинка и алюминия металлических конструкций. Общие требования к типовому технологическому процессу.

259. Колпаков А.С. Защита от коррозии труб тепловых сетей алюминием // Вестник УГТУ-УПИ. 2003. №8 (28). С. 285 + 287.

260. Кардонина Н.И., Колпаков А.С. Свойства плазменных покрытий из порошков системы Fe-C-Al-Cr-N //Прогрессивные методы и технологии получения и обработки конструкционных материалов и покрытий: Междунар. традиционная научн.-техн. конф. Волгоград. 1999. С.

261. Кардонина Н.И. Колпаков А.С. Исследование фазового и структурного состава высокопрочных порошков на основе железа. //Изв. вузов. Черная металлургия. 2001. №2 С. 15 18

262. Кардонина Н.И., Колпаков А.С. Химико-термическая обработка порошковой стали для плазменного напыления // Материаловедение и современные технологии: межрег. сб. научн. тр. Магнитогорск: МГТУ. 2002. С. 76 79.

263. Колпаков А.С. Защита от коррозии труб тепловых сетей газотермическим напылением // Современные технологии и материаловедение: сб. научн. тр. Магнитогорск: МГТУ. 2003. С. 115-117

264. Борисов Ю.С., Кудинов В.В. Порошки для газотермического напыления из отходов металлообработки: основы производства и перспективы применения. // Порошковая металлургия. 1989. №. 10. С. 25 30.

265. Разработка процесса получения порошков для газотермического напыления из стружки серого чугуна. /Ю.С.Борисов, В.Н. Коржик, М.Т. Панько и др. // Автомат сварка. 1995. № 6. С. 7 12.

266. Структура и свойства плазменных покрытий на основе порошков из стружки серого чугуна. / М.Т. Панько, Ю.С. Борисов, В.Н. Коржик. // Пленки и покрытия 98: труды V Международ, конф. Санкт-Петербург. 1998. С/ 288 290.

267. К вопросу о выборе режимов плазменного напыления. / Ю.С. Борисов, В.И. Юшков, С.М. Гершензон. // Сварочное производство. 1976. №4. С. 21 -22.

268. Доржиев В.Б., Аганаев Ю.П. Опыт применения воздушно-плазменного напыления при восстановлении шеек коленчатых валов. // Пленки и покрытия 98: труды V Международ, конф. Санкт-Петербург. 1998. С. 476 477.

269. Харламов Ю.А. Экономика применения защитных и упрочняющих покрытий. // Вестн. машиностроения. 1982. № 7. С. 62 64.