CC BY
108
18. Gupta, K. P. The Fe-Ni-Ti System Update (Iron-Nickel-Titanium) [Text] / K. P. Gupta // Journal of Phase Equilibria. - 2001. -Vol. 22, Issue 2. - P. 171-175. doi: 10.1361/105497101770339148
19. Raghavan, V. Fe-Ni-Ti (Iron-Nickel-Titanium) [Text] / Raghavan V. // Journal of Phase Equilibria and Diffusion. - 2012. -Vol. 33, Issue 3. - P. 238-239. doi: 10.1007/s11669-012-0071-7
-□ □-
Розроблена установка для вимiрювання питомого електрычно-го контактного опору контактных пар рiзных матерiалiв у залежностi вид тыску стыснення i температуры. Отрымаш експерыментальш дат з пытомого електрычного контактного опору мидь-графт та графт-терморозшыреный графт-графт у залежностi вид тыску i температуры, выконано порiвняння результатiв з видомымы лтератур-нымы данымы
Ключовi слова: пытомый елек-трычный контактный отр, мiдь, графт, терморозшыреный графт,
тыск, температура
□-□
Разработана установка для ызмереныя удельного электрыче-ского контактного сопротывле-ныя контактных пар разлычных матерыалов в завысымосты от дав-леныя сжатыя ы температуры. Получены эксперыментальные данные по удельному электрыческо-му контактному сопротывленыю медь-графыт ы графыт-терморас-шыренный графыт-графыт в завысы-мосты от давленыя ы температуры, выполнено сопоставленые результатов с ызвестнымы лытератур-нымы даннымы
Ключевые слова: удельное элек-трыческое контактное сопро-тывленые, медь, графыт, термо-расшыренный графыт, давленые,
температура -□ □-
УДК 537.311.4
|DOI: 10.15587/1729-4061.2014.27989|
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО КОНТАКТНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ГРАФИТА С МЕДЬЮ И ТЕРМОРАСШИРЕННЫМ
ГРАФИТОМ
А. Я. Карвацкий
Доктор технических наук, профессор* Е-mail: admin@rst.kiev.ua С. В. Лелека Кандидат технических наук, научный сотрудник**
И. В. Пулинец Кандидат технических наук, научный сотрудник** Е-mail: i_pulinets@rst.kiev.ua Т. В. Лазарев Аспирант* А. Ю. Педчен ко Аспирант* E-mail: admin@rst.kiev.ua *Кафедра химического, полимерного и силикатного машиностроения*** **Научно-исследовательский центр «Ресурсосберегающие технологии»*** ***Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт» пр. Победы, 37, г. Киев, Украина, 03056
1. Введение ментов проводить исследования и совершенствовать
технологии методом вычислительного эксперимента.
Применение математического моделирования Качество моделирования в основном определя-
дает возможность получать достаточно полную ин- ется информативностью, точностью и полнотой вос-
формацию о технологических процессах и аппаратах произведения математической моделью исследуемого
различных отраслей промышленности. Разработка объекта. При этом разработанные численные модели
математических моделей промышленных агрегатов верифицируются на данных натурных экспериментов,
и протекающих в них процессов является эффектив- результаты которых также используются для задания
ным способом поиска оптимальных технологических граничных условий и физических свойств материалов
режимов и обеспечения стабильной работы обору- при проведении численных экспериментов. дования, позволяющих без проведения сложных и При разработке численных моделей важную роль
дорогостоящих лабораторно-промышленных экспери- играют электрические свойства контактного взаимо-
©
действия. Например, в печах прямого графитирования существуют следующие контактные пары: медь-графит и графит-графит. С целью снижения контактного сопротивления последнего на производстве зачастую его заменяют соединением графит-прокладка-графит, используя прокладку на основе терморасширенного графита [1]. При численном моделировании массовыми свойствами прокладки можно пренебрегать, при этом контактное сопротивление оказывает существенное влияние на теплоэлектрическое состояние печи гра-фитирования. Отсутствие в литературных источниках данных о контактном сопротивлении перечисленных пар и определяет актуальность данного исследования.
2. Литературный обзор
Участки сочленения разнородных проводников называют контактными соединениями. Сопротивление этих участков всегда выше, чем контактирующих элементов, следовательно, на этих участках возникают дополнительные потери энергии.
Свойства электрического контакта определяются следующими факторами: величиной площади контакта, качеством контактной поверхности и контактным давлением. Из литературных источников известно [2, 3], что фактическая площадь контакта составляет незначительную долю видимой площади соприкосновения, определяемой геометрическими размерами соприкасающихся поверхностей. Отсутствие сплошности контакта при соприкосновении поверхностей существенно меняет картину течения электрического тока от одного тела к другому. Контактные пятна, общая площадь которых мала по сравнению с видимой поверхностью соприкосновения, равномерно распределены по поверхности контакта, а расстояние между ними значительно превышает высоту микрошероховатостей [4]. Таким образом, дискретный характер соприкосновения твердых тел является основной причиной повышенного электрического сопротивления между контактирующими плоскостями. При таком подходе электрическое сопротивление контакта в целом можно рассматривать как своего рода поверхностный эффект, связанный с электрическими и механическими свойствами соприкасающихся тел и свойствами окружающей среды. Установлено, что по мере приближения к поверхности соприкосновения линии тока стягиваются к точкам фактического контакта (рис. 1) [5].
ление фактической площади контакта. Поверхности контакта могут быть гладкими, шероховатыми, неправильной формы (рис. 2), в соответствии с этим возможны разные фактические площади соприкосновения, величина которых обусловлена характером деформации микровыступов [6].
Рис. 1. Сужение линий тока на границе контактов шероховатых поверхностей
Наиболее сложной задачей исследования переходного контактного сопротивления является опреде-
Рис. 2. Схема типичных механических контактов
Теоретическое решение задачи о фактической площади касания реальных поверхностей весьма затруднительно, поэтому широкое распространение при исследовании сопротивления электрических контактов твердых тел получили экспериментальные методы.
Авторами [2, 3] исследовалось сопротивление контакта различных пар с графитированными электродами в зависимости от давления сжатия. Результаты этих исследований для контактного взаимодействия медь-графит приведены на рис. 3.
10
о 6
Н 4
0 1 2 3 4 5 6 7 Давление, МПа
Рис. 3. Зависимость удельного электрического контактного сопротивления медь-графит от давления: 1, 2 — литературные данные [2] и [3], соответственно
Анализ результатов этих исследований показывает схожий экспоненциальный характер кривых, но их численные значения отличаются на порядок, что может быть связанно с разной шероховатостью контактных поверхностей исследованных материалов. Использовать литературные данные для численного анализа, не имея данных о шероховатости поверхностей, является некорректным.
Исследования [7] посвящены контактным соединений стали и графита в электролизерах алюминиевого производства. Авторами разработана экспери-
8
2
0
ментальная установка исследования удельного электрического контактного сопротивления (УЭКС) сталь-графит(температура20-1000 0 С, давление сжатия 0,1-10 МПа) и выполнены численные расчеты контактного сопротивления стиль-графит с использованием коммерческого программного кода ANSYS, результаты этих исследований приведены на рис. 4.
0,30
с 0,25
ж
? 0,20
Ж
° 0,15
О
О 0,10
0,05
0,00
о
4 6
Давление, МПа
10
Рис. 4. Результаты экспериментальных исследований и численного моделирования УЭКС сталь-гафит при температуре 747 ОС [7]
Анализ результатов этих исследований показывает согласование экспериментальных данных с результатами численного моделирования. Характер изменения УЭКС пары сталь-графит аналогичный паре медь-графит, но имеет на порядок ниже диапазон значений.
Исследования электрического контакта графит-прокладка-графит в литературных источниках отсутствуют. Поэтому разработка методики и экспериментальной установки для исследования УЭКС контактных пар указанных материалов является актуальной задачей.
3. Цель и задачи исследования
Целью настоящего исследования является получение температурной зависимости УЭКС контактных пар медь-графит и графит-прокладка-графит.
Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие задачи:
• разработка экспериментальной установки по определению УЭКС контактных пар твердых материалов;
• оценка погрешности экспериментального определения УЭКС;
• экспериментальные исследования УЭКС медь-графит и графит-прокладка-графит, сопоставление с данными других авторов.
4. Экспериментальные исследования УЭКС контактных пар медь-графит и графит-прокладка-графит и обсуждение результатов
Для экспериментального исследования переходного электрического сопротивления контактных пар разработана специальная экспериментальная установка (рис. 5, а, б), в основу которой положены разработки авторов [8, 9] для исследования УЭКС металлических и графитовых контактов между собой.
б
Рис. 5. Схема установки по определению УЭКС: а — медь-графит; б — графит-прокладка-графит;
1 — графитовые образцы 0 30x40 мм; 2, 3 — нижний и верхний медные токоподводы; 4 — гидравлический пресс;
5— прокладка (вспученный графит); 6 — электрический нагреватель
Методика измерения УЭКС медь-графит заключается в следующем: образец материала 1 (рис. 6, а) с контактными парами помещается в гидравлический пресс 4, который обеспечивает заданное усилие сжатия; образец подключается к электропитанию через медные контакты 2, 3 (рис. 6, б), размещенные на двух его торцах с силой постоянного тока - 5 А; с помощью измерительного комплекса [10] осуществляются измерения напряжения на токоподводах, графитовом образце и в зоне их контакта. Используя полученные значения, величина УЭКС определяется по формуле:
Рс =
где рс - удельное электрическое контактное сопротивление, Ом ■ м2; 1с - сила тока, А; ис - падение напряжения в зоне контактной пары, В; Sc - площадь сечения контакта, м2.
Для сопоставления с литературными данными, экспериментальные измерения УЭКС контактной пары медь-графит получены для аналогичных давлений [2, 4]. Диапазон полученных экспериментальных данных (рис. 7) согласуется с литературными данными.
Также
проведена оценка УЭКС медь-графит по теоретическим зависимостям [11]. Сопоставление данных результатов эксперимента и расчета, полученных при температуре 16 ос и давлении сжатия 1,7 МПа на 1 см2, показывает согласование в пределах погрешности 4-5 %.
При исследовании УЭКС графит-прокладка-графит в гидравлический пресс устанавливается два графитовых образца, между которыми помещается прокладка из терморасширенного графита (рис. 6, в).
Поскольку контакт графит-прокладка-графит в реальных условиях работы находится в рабочем объеме печи (при температуре до 3000 0 С), следовательно, для получения температурной зависимости УЭКС в установке предусмотрен нагрев с использованием электрического нагревателя 6. Температура в зоне контактной пары контролируется с помощью ХА термопары. Исследования проводились до температуры 250 ос (рис. 8) при постоянном давлении с последующей экстраполяцией до 3000 о С (рис. 9).
а
0
2
8
б
в
Рис. 6. Исследуемые материалы: а — графитовый образец; б — медный токоподвод; В — прокладка из терморасширенный графит
10 8
<§ 6
8 4 ^ 2
0
0 1 2 3 4 5 6 7 Давление, МПа
Рис. 7. Зависимость УЭКС медь-графит от давления: 1, 2 — литературные данные [2] и [3], соответственно; 3 — экспериментальные данные
2,00
"я 1,75
я
о 1,50
С )
m
£ 1,25
1,00
y = 1,8746e
0 50 100 150 200 250 300 Температура, °С
Рис. 8. Температурная зависимость УЭКС графит-прокладка-графит
y = 1,8746e
2,0
"s 1,6 s:
5 1,2 £ 0,8
^ 0,4 0,0
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 Температура, °С
Рис. 9. Экстраполяция температурной зависимости УЭКС графит-прокладка-графит до 3000 °С
Анализ полученных данных показывает, что температурная зависимость УЭКС графит-прокладка-графит носит экспоненциальный характер и при уровне температур более 2500 °С практически не изменяется и составляет 1,610-8 Ом-м2.
6. Выводы
В результате проведенной работы разработана установка для определения температурной зависимости электрического сопротивления контакта различных материалов в зависимости от давления сжатия и температуры.
Проведена оценка достоверности полученных экспериментальной данных УЭКС медь-графит, которая показала согласование с литературными данными, а также с аналитическими расчетными данными в пределах погрешности 4-5 %.
Получены экспериментальные данные УЭКС контактных пар: медь-графит при постоянной температуре в зоне контакта 16 °С и давлении сжатия 1-7 МПа на 1 см2; графит-прокладка-графит при постоянном давлении сжатия 1,7 МПа на 1 см2 и температуре в зоне контакта 16-250 °С, которые необходимы для выполнения численного анализа теплоэлектрического состояния печей графитирования углеграфитовых заготовок при разработке и модернизации промышленного оборудования.
а
Литература
1. Пат. 2343112 Российская Федерация, МПК7 C 01 B 31/04, C 04 B 35/536. Способ получения электроконтактной прокладки [Текст] / Ионов С. Г., Павлов А. А., Савченко Д. В., Селезнев А. Н., Авдеев А. Н., Фокин В. П., ОбыденнаяН. П. - заявитель и патентообладатель ЗАО «УНИХИМТЕК». - № 2007118260/15 ; заявл. 17.05.07 ; опубл. 10.01.09, Бюл. № 1. - 11 с.
2. Чалых, Е. Ф. Оборудование электродных заводов : учеб. пособие для вузов [Текст] / Е. Ф. Чалых. - М. : Металлургия, 1990. - 238 с.
3. Лутков, А. И. Тепловые и электрические свойства углеродных материалов [Текст] / А. И. Лутков. - М. : Металлургия, 1990. -175 с.
4. Шлыков, Ю. П. Контактное термическое сопротивление [Текст] / Ю. П. Шлыков, Е. А. Ганин, С. Н. Царевский. - М. : Энергия, 1977. - 328 с.
5. Slade, P. G. Electrical Contacts: Principles and Applications [Text] / P. G. Slade; 2nd ed. - Florida : CRC Press, 2014. - 1268 p. doi: 0.1201/b15640
6. Yovanovich, M. M. Four Decades of Research on Thermal Contact, Gap, and Joint Resistance in Microelectronics [Text] / M. M. Yovanovich // Components and Packaging Technologies. - 2005. - Vol. 28, Issue 2. - P. 182-206. doi:10.1109/ tcapt.2005.848483
7. Richard, D. Carbon to cast iron electrical contact resistance constitutive model for finite element analysis [Text] / D. Richard, M. Fafard, R. Lacroix, P. Clery, Y. Maltais // Journal of Materials Processing Technology. - 2003. - Vol. 132, Issue 1. - P. 119-131. doi:10.1016/s0924-0136(02)00430-2
8. Pradille, C. An experimental study to determine electrical contact resistance [Text] / C. Pradille, F. Bay, K. Mocellin // In Electrical Contacts. Proceeding of the 56th IEEE Holm conference on Electrical Contacts. - Charleston, South Carolina, USA : 2010. -P. 1-5. doi:10.1109/holm.2010.5619522
9. Song, Q. An experimental study determines the electrical contact resistance in resistance welding [Text] / Q. Song, W. Zhang, B. Niels // Welding Journal. - 2005. - Vol. 92, Issue 2. - P. 73-76.
10. Панов, Е. Н. Комплекс сбора данных для высокотемпературных промышленных агрегатов [Текст] / Е. Н. Панов, С. В. Леле-ка, М. В. Коржик // ПиКАД. - 2005. - № 2. - С. 28-30.
11. Мышкин, Н. К. Электрические контакты [Текст] / Н. К. Мышкин, В. В. Кончиц, М. Браунович. - М.: Интеллект, 2008. - 560 с.
-□ □-
В якостi основног сировини, для синтезу керамiчних мас, для виробництва керамiчних клт-керних виробiв, вибрано полiмiнеральну глинисту сировину з видсуттм ттервалом сткання.
Дослиджено способи направленого регулю-вання структуроутворення керамiчних мас на основi полiмiнеральног глини з використанням каолтт-польовошпатовог сировини. На основi дослiдних мас отримано керамiчнi клткерш вироби з широким ттервалом сткаючого стану (100 оС)
Ключовi слова: структуроутворення, глина, каолт, пегматит, сткання, клткер, склад, вла-
стивостi,iнтервал, сировина
□-□
В качестве основного сырья для синтеза керамических масс, для производства керамических клинкерных изделий, выбрано полиминеральные глинистое сырье с отсутствующим интервалом спекания.
Исследованы способы направленного регулирования структурообразования керамических масс на основе полиминеральной глины с использованием каолинит-полевошпатового сырья. На основе исследовательских масс получено керамические клинкерные изделия с широким интервалом обжигая состояния (100 оС)
Ключевые слова: структурообразования, глина, каолин, пегматит, спекания, клинкер, состав,
свойства, интервал, сырье -□ □-
УДК 666.3/7
|DOI: 10.15587/1729-4061.2014.280111
РЕГУЛЮВАННЯ ПРОЦЕС1В СТРУКТУРОУТВОРЕННЯ КЕРАМ1ЧНИХ МАС СИСТЕМИ ГЛИНА ПОЛ1М1НЕРАЛЬНА-КАОЛ1Н1Т-ПОЛЬОВОШПАТОВА СИРОВИНА
Т. В. Оксам ит
Головний технолог ПАТ «Майдан-Вильський комбшат вогнетривiв» вул. Некрасова, с. Михайлючка, р-н Шепелвський, обл. Хмельницька, УкраТна, 30416 Е-mail: okcamut t@mail.ru
1. Вступ
В Укра1ш, у зв'язку 3Í зб^ьшенням вимог до якосп будiвництва, останш роки простежуеться динамiчне зростання попиту на високояюсш будiвельнi MaTepia-ли. На бвропейському ринку будiвeльних мaтepiaлiв ввдсутня така кaтeгоpiя кepaмiчних виpобiв, як лицьова цегла. Заметь цього на Захвдному ринку широко вико-ристовуються таю високояюсш кepaмiчнi вироби, як кepaмiчний клшкер piзного призначення. Починаючи з 2006-2007 рр. на Укра1ш було розпочато роботи по роз-робщ та впровадженню нових видiв кepaмiчних виpобiв.
2. Аналiз лггературних даних i постановка проблеми
В лггературних даних зазначено [1-3], що основною сировиною для отримання високояюсних керамiчних клшкерних виробiв являються тугоплавю глини з великим штервалом мiж температурою сткання i початком деформацп. Варткть тако! сировини, з точки зору ринково! економжи, е високою, крiм того родовища розташоваш в Схщнш частиш Укра!ни. Отже, викори-стання дано! сировини для виробництва керамiчних клiнкерних виробiв обумовить високу собiвартiсть готово! продукцii, що стримуватиме попит на не!.
ё
