Разработка научных и технологических основ плазмохимической технологии производства борида хрома

Целью работы является разработка научных и технологических основ плазмохимического производства диборида хрома, для достижения которой ставились и решались следующие задачи:
1) проведение анализа современного состояния производства и применения диборида хрома CrB2;
2) определение характеристик трехструйного плазменного реактора (определение промышленного уровня мощности, среднемассовой температуры плазменного потока, удельной электрической мощности, ресурсов работы катода и анода плазматронов, загрязненности диборида хрома продуктами эрозии катодов и анодов);

Введение……………………………………………………………………………….…..9
1 Анализ современного состояния производства и применения диборида хрома
CrB2……………………………………………………………………………………..11
1.1 Кристаллическая структура боридов хрома………………………………………11
1.2 Физико-химические свойства боридов хрома……………………………………15
1.2.1 Термодинамические и теплофизические свойства……………………………15
1.2.2 Химические свойства…………………………………………………………...16
1.2.2.1 Стойкость CrB2 против окисления в кислороде и на воздухе…………….16
1.2.2.2 Стойкость боридов хрома в жидких средах………………………………..19
1.2.3 Механические свойства………………………………………………………...22
1.3 Способы получения борида хром CrB2 …………………………………………..24
1.3.1 Борирование хрома или продуктов карбидотермического (карботермичес-
кого) восстановления оксида хрома (смеси оксидов хрома и бора) в неокис-
лительной атмосфере (вакуум, инертная среда)………………………………24
1.3.2 Борирование продуктов магниетермического восстановления соединений
хрома……………………………………………………………………………..27
1.3.3 Борирование хрома или его соединений в газофазных хром-бор-водородсо-
держащих смесях………………………………………………………………..29
1.4 Применение диборида хрома в современной технике…………………………...29
1.5 Обоснование выбора аппаратурно-технологической схемы и оборудования для
плазмохимического производства CrB2…………………………………………..32
Выводы и постановка задач исследования…………………………………………….37
2 Исследование характеристик реактора для плазмохимического производства
диборида хрома…………………………………………………………….…………..40
2.1 Постановка вопросов……………………………………………………………... 40
2.2 Определение промышленного уровня мощности трехструйного реактора….. 41
2.3 Определение среднемассовой температуры плазменного потока…………….. 44
2.4 Определение удельной электрической мощности в камере смешения………. .46
2.5 Определение ресурса работы катодов и анодов плазмотронов……………………..47
2.6 Оценка загрязнения диборида хрома продуктами эрозии электродов плазмотронов…52
Выводы ……………………………………………………………………………………….53
3 Термодинамический анализ процессов синтеза диборида хрома…………………55
3.1 Цели, задачи и методика анализа………………………………………………….55
3.2 Термодинамика «газификации» бора……………………………………………..61
3.3 Термодинамика высокотемпературных взаимодействий в боридообразующих
системах……………………………………………………………………………..63
Выводы…………………………………………………………………………………...66
4 Кинетический анализ процессов плазменного испарения дисперсного
хромосодержащего сырья……………………………………………………………..68
4.1 Цели, задачи и особенности анализа……………………………………………...68
4.2 Математическая модель для расчета процессов испарения дисперсного сырья в
трехструйном плазменном реакторе………………………………………………71
4.3 Результаты численного расчета параметров эффективной переработки
хромосодержащего сырья в плазменном потоке азота…………………………..79
Выводы…………………………………………………………………………………...84
5 Экспериментальное исследование процессов синтеза диборида хрома и выбор
оптимального варианта………………………………………………………………..85
5.1 Описание промышленного плазмохимического комплекса для получения
диборида хрома……………………………………………………………………..85
5.2 Методика исследования……………………………………………………………88
5.3 Характеристика сырьевых материалов……………………………………………94
5.4 Исследование процессов синтеза диборида хрома методом планируемого
эксперимента………………………………………………………………………..96
5.5 Анализ полученных результатов…………………………………………………102
5.5.1 Синтез диборида хрома из хрома и бора……………………………………..102
5.5.2 Синтез диборида хрома из трихлорида хрома и бора……………………………103
5.5.3 Синтез диборида хрома из оксида хрома и бора…………………………………104
5.6 Выбор и реализация оптимального технологического варианта плазмохимического
синтеза диборида хрома………………………………………………………………106
5.6.1 Выбор оптимального технологического варианта плазмохимического синтеза
диборида хрома…………………………………………………………………….106
5.6.2 Получение диборида хрома синтезом из хрома и бора и его идентификация…..107
Выводы……………………………………………………………………………………..111
6 Экономическая часть…………………………………………………………………….112
6.1 Расчёт инвестиций в основные фонды………………………………………………112
6.2 Расчёт инвестиций в оборотные средства…………………………………………....114
6.3 Расчёт общей величины инвестиций………………………………………………...116
6.4 Финансирование инвестиций………………………………………………………...116
6.5 Расчёт показателей эффективности использования основных средств…………….118
6.6 Расчёт производственной программы……………………………………………….118
6.7 Расчёт показателей по труду и заработной плате……………………………………119
6.7.1 Расчёт основной и дополнительной заработной платы основных производствен-
ных рабочих………………………………………………………………………..119
6.7.2 Расчёт страховых взносов………