Отзыв оппонента (Совершенствование процесса производства карбида кремния путем изменения организации подвода теплоты)

отзыв официального оппонента Горбунова Владимира Александровича на диссертацию Закожурникова Сергея Сергеевича «Совершенствование процесса производства карбида кремния путем изменения организации подвода теплоты», представленную на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.14.04 — Промышленная теплоэнергетика Актуальность работы заключается в значительном энергопотреблении и низкой энергетической эффективности процесса производства карбида кремния.

Целью диссертационной работы является разработка и обоснование мер по сокращению энергетических затрат на производство карбида кремния путем изменения организации подвода теплоты и подготовки сырья в электрической печи сопротивления. Ва введение обвалована вктуввьноать аовершенатвоввннк нроцеаае производства карбида кремния. Сформулирована цель работы, показаны научная новизна и практическая ценность. Приведены основные положения, которые выносятся на защиту. В пе вой главе приведен обзор современного состояния исследований по совершенствованию температурных режимов печей при производстве карбида кремния. Приведены основные результаты численных и экспериментальных исследований в области получения карбида кремния. Рассмотрены различные виды печей, существующие математические модели технологических процессов, способы совершенствования и их результаты.

По результатам обзора литературных источников сделаны выводы и сформулированы задачи, которые необходимо решить в диссертационной работе. Во вто ой главе представлена математическая модель процессов тепломассообмена при производстве карбида кремния. Помимо процессов сушки, фильтрации и химических превращений, представленных в уравнении теплопроводности, модель позволяет учесть процессы осадки шихты и конденсации влаги при прохождении водяных паров через шихту. Модель позволяет производить расчет температурных полей при различном количестве кернов, а также различной геометрической конфигурации кернов.

Разработанная модель осадки шихты позволяет учитывать изменение пористости засыпки по вертикали реакционной зоны, тепломассоперенос, перемещение керна. При осадке шихты происходит приток пористой среды известного состава в реакционную ~расчетную) зону печи. Фильтрационные потоки газовой составляющей не прерываются. Усовершенствована модель расчета изменения пористости шихты в ходе процесса карбидообразования.

Представлена модель конденсации, позволяющая учесть перераспределение теплоты в ходе данного процесса в шихте. Разработана модель массового выхода продукта, которая позволяет определить массовый выход карбида кремния при различных режимах работы печи, а именно: при различных режимах подвода электроэнергии, составах шихты, количестве кернов, геометрических параметрах кернов. Основные допущения, сделанные при выводе модели выхода конечного продукта, состоят в том, что влияние температуры на производство ЯС описывается экспоненциаль ной зависимостью по форме, аналогичной соотношению Аррениуса с постоянными коэффициентами; реакционная зона может быть представлена эквивалентным цилиндром радиусом г„„а процесс образования карбида кремния осесимметричен относительно центра керна; изменение температуры в процессе карбидообразования известно не менее чем в трех точках вне керна для конкретного типа печи из эксперимента или расчета по верифицированной программе.

В т етьей главе проведен анализ баланса теплоты печи по производству карбида кремния, Предложены несколько направлений совершенствования производства карбида кремния, а именно: изменение конфигурации керна, изменение количества кернов при постоянном энергоподводе, изменение начального влагосодержания и изменение пористости шихты. Проведены численные исследования процесса карбидообразования в различных точках печи в течении всего времени технологического процесса.

Рассмотрены варианты с двумя, тремя и четырьмя кернами (при одинаковой суммарной массе), а также с их различным расположением в печи. По распределению температур в поперечном сечении печи установлено, что предложенные способы подвода теплоты при производстве карбида кремния эффективнее существующего аналога, Наиболее эффективным признан способ, при котором керны располагаются в углах равнобедренного треугольника с верхним основанием. Проведено исследование таких свойств материалов как начальная пористость и влажность. Получен график изменения влажности от времени для различных точек печи.

Получены графики изменения температуры для различных точек печи от времени при различной начальной пористости. Сделан вывод, что увеличение пористости ведет к резкому росту температур, а уменьшение — к снижению температур в соответствующих точках. Однако, общий эффект от изменения пористости является нелинейным, так как необходимо учесть, что диапазон температур карбидообразования изменяется от 1600 до 2500'С, следовательно, перегрев материалов шихты так же плох, как и недогрев. В четве той главе на основании температурных полей, определенных в главе 3, проведен расчет и количественный анализ влияния различных факторов на массовый выход карбида кремния и энергоемкость процесса, а именно: пористости шихты, начального влаго содержания, количества источников теплоты и их формы.

График изменения массового выхода от начальной влажности показал уменьшение массового выхода карбида кремния с увеличением начальной влажности шихты. Сделан вывод о том, что выгоднее уменьшать влажность шихты, но полностью исключить влагу из процесса нельзя, так как это снизит электропроводность материала в худшую сторону. Расчеты показали, что можно уменьшить значение влажности с используемого сейчас на практике 0,1 до 0,05.

Посчитан массовый выход ЯС для разного количества источников теплоты в шихте и проведено сравнение с экспериментом Закожурниковой Г. С. для одного керна прямоугольного сечения. Установлено, что увеличение числа кернов в рабочем пространстве печи ведет к увеличению массы полученного карборунда.

Но при наличии более трех кернов массовый выход начинает снижаться из-за худшей газо проводимости. Наиболее эффективным оказался вариант с использованием трех кернов, расположенных в углах равнобедренного треугольника с верхним основанием. Изменение формы поперечного сечения источника теплоты с прямоугольной на круглую приводит к увеличению массового выхода карборунда. В заключении перечислены основные результаты, полученные в работе и выносимые на защиту. Математические модели, созданные автором, реализованы в программе Майсай и протестированы. Проведено сравнение полученных результатов с экспериментальными данными и данными из литературных источников.

Это позволяет говорить о достоверности результатов диссертации. Результаты диссертации многократно докладывались на научных конференциях международного и всероссийского уровня. Работы опубликованы в журналах, рекомендованных ВАК, а также в других изданиях. Автореферат достаточно полно отражает содержание диссертации. В процессе изучения работы возникли следующие вопросы и замечания: 1. Можно было дополнить материал диссертации исследованиями влияния электрического сопротивления шихтового материала на поле объемных тепловыделений в шихте, на которые влияет влажность твердого материала, что уточнило бы выводы по массовому выходу продукта и энергетическую эффективность производства.

2. В диссертации требуются дополнительные пояснения в модели теплопроводности о передаче тепловой энергии механизмом излучения формулы ~2.31-232) индексы у температуры «1» и «2» означают ячейки, а на странице 52 «1» твердая среда и «2» газообразная среда. 3. При оценке замены в печи с одного нагревателя на несколько не учтены затраты на реализацию этого предложения. Несмотря на указанные замечания, диссертационная работа отвечает требованиям, предъявляемым к кандидатским диссертациям. Диссертация «Совершенствование процесса производства карбида кремния путем изменения организации подвода теплоты» Закожурникова Сергея Сергеевича представляет собой оконченный научный труд, обладающий внутренним единством, для которого характерны новизна, актуальность и практическая значимость. Считаю, что данная диссертационная работа удовлетворяет всем требованиям положения ВАК о порядке присуждения ученых степеней, предъявляемым к кандидатским диссертациям.

Ее автор Закожурников Сергей Сергеевич заслуживает присуждения ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.14.04 — Промышленная теплоэнергетика. Официальный оппонент: заведующий кафедрой «Атомные электростанции» ФГБОУ ВО с<Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина» доктор технических наук, доцент Горбунов Владимир Александрович Дата: ' се гФ ~3~ "бЮ~ РФ, 153003, г, Иваново, ул. Рабфаковская, 34, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И.

Ленин໠Š— та11: плр~~фаев4вриха Тел. (4932) 3 Адрес официальн Подпись Горбунова Ученый секретар р;Дряу,щ/ О.А.Ширяева 4. В диссертации отсутствует оценка погрешности измерений в ходе эксперимента, Как пояснить различия в показаниях термопар №1 и №4 (рис 2.10), которые установлены на одинаковом расстоянии к керну. 5.

По тексту диссертации имеются незначительные опечатки и орфографические замечания. .