Студент : Пандаков К.М. Научный руководитель : Погребисский М.Я.

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

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

3. 900 0С CaCO3 = CaO + CO2 CO2 УУКМ CO

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

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

6. Технологический режим Вакуумная печь сопротивления ВЭ-16-22-У Нагревательный блок

7. 2100±50 0C, Р = 1 Па, 1-4 ч.

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

9. Математическая модель печи сопротивления Рс Садка Нагреватель Футеровка T1 W1(p) W2(p) Р T P1-2 T2

11. Нагреватель и загрузка Футеровка Мощность при теплообмене

12. Система автоматического регулирования температуры

13. Расчет коэффициентов Нагреватель и загрузка 2λ(θ-θ0)/(qS) = kat/S2 KA = kAa/(λ A×2BL) KB = kBa/(λ B×2AL) 1/K = (B/KA + A/KB)/(A+B) W= K/p Футеровка W=K/(Tp+1) Коэффициенты теплообмена P= C(Θi - Θj)Fij Pij =gij[Ti4 - Tj4]

14. Определение постоянной времени футеровки

15. Р Θп- Θ

16. ΘБ. = PНОМ. ×(1/KН. П.)×R T* = Θ * + 273/ ΘБ. K* = KPБ. tБ. / ΘБ Kф* = KPб./ ΘБ. = KPНОМ./ ΘБ. = ΘБ. / ΘБ. =1 gij* = gijΘБ.4/PБ PНОМ = qххF3p = Pб tб=T

17. Временные зависимости температур

18. Регулирование температуры нагревателей из УУКМ пропитанных металлами

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

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