химический каталог




Технология огнеупоров

Автор К.К.Стрелов, П.С.Мамыкин

лопроводности от пористости при температурах до 500° С выражается уравнением

Ял = А„ (1 - а/7), „ (11.40)

Теплофизические свойства огнеупоров

Огнеупорные изделия Теплопроводность, Вт/(м. К) при температуре, °С Теплоемкость, Дж/(кг.К), при температуре, °С

20 500 1000 20 500 1000

Шамотные..... Динасовые..... Магнезитовые .... Корундовые ..... 1,16 1,16 5,82 29,1 1,34 1,40 4,66 10,04 1,51 1,63 3,5 5,82 0,83 0,79 0,92 0,83 1,0 0,96 1,08 1 ,0 1,08 1,0 1,08 1,08

34

е яп_теплопроводность пористого материала, Вт/(м-К); ?0 — теплопроводность материала с нулевой пористостью; Я — общая пористость в долях единицы; а — коэффициент, значение которого зависит от пористости:

а . . <0,1 0,1—0,15 0,15-0,20 0,20—0,25

а . 1,5 2,0 2,4 2,6

При более высокой температуре на общую теплопроводность существенно влияет передача тепла излучением. Излучающая способность пор пропорциональна размеру их и температуре в третьей степени — (dnT3). Конвективная составляющая газа, пор, проявляется при размере их лишь более 1 мм и поэтому ие учитывается.

Зависимость теплопроводности от пористости при температурах выше 500° С описывается формулой Лобба:

Г _{h__"

, (И.41)

где Лц — пористость в направлении, параллельном тепловому потоку, в долях единицы; П±— то же, в перпендикулярном направлении; ? — коэффициент лучеиспускания; ? — степень черноты пор, в долях единицы; Г — геометрический фактор пор; d — размер пор, см; ? — температура, К.

Зависимость теплопроводности ??/(?·?) огнеупоров от температуры без учета анизотропии пор и их размера дается эмпирическими формулами для огнеупоров (соответственно шамотных, дииа-совых, магнезитовых):

??= (0,6+ 0,00055*) 1,163; \t = (0,7 + 0,00065?) 1,163; ??= (5,3 — 0,00230 1,163;

(11.42) (И. 43) (11.44)

Ниже приведены некоторые характерные значения теплопроводности. Самую низкую теплопроводность имеет вакуум и близкую к ней воздух: теплопроводность воздуха при 100°С 0,0306 Вт/(м-К) и при 1000° 0,0788 Вт/(м-К), теплопроводность воды при 100° С 0,656 Вт/(м-К). Наименьшая теплопроводность кристаллов составляет 1,455 Вт/(м-К).

5. ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТЬ

Таблица ??.2

" о-?

2,0

1,9 2,6 3,8

Температуропроводность, м:/с, при температуре. "С

20 ' 500 1000

0,7 0,67 0,7

0,77 0,77 0,86

2,42 1,66 1,25

9,2 2,74 1,42

Температуропроводность а (м2/с) характеризует скорость распространения температуры и определяется по формуле

? = ?/??6. (11.45) где ? — теплопроводность, Вт (м-К); Роб — объемная плотность, кг/м3; с — теплоемкость Дж/(К-кг).

Характеристика теплофизических евойств распространенных видов огнеупоров приведена в табл, II.2,

3*

35

I

¦?

6. ИСПАРЕНИЕ !?

При температурах выше 1600—1800° С огнеупоры начинают и& паряться. ] \

Ниже дана характеристика испаряемости промышленных огам упоров при 1600°С в вакууме (0,01 Па): 1|

Открытая Скорость; пористость, испарения;

Шамотные............. 16 1,4

Каолиновые............ J3 1,0 i

Муллитовые............ 16 0,25

Магнезитовые........... 22 0,8

12 0,3

Хромомагнезитовые......... 22 . 3,5

В воздухе огнеупоры испаряются примерно в 10 раз медленнее: скорость испарения находится в пределах (1—5)-Ю-7 г/(см-с). Огнеупоры испаряются главным образом с поверхности и близлежащих* слоев.

§ 5. ТЕРМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

1. ПОСТОЯНСТВО ОБЪЕМА ПРИ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ

При длительной службе огнеупоров в условиях высоких температур вследствие продолжающегося спекания и других физико-химических процессов (ползучести, рекристаллизации, химических реакций и т. п.) происходит изменение объема. Наблюдающееся изменение объема, кроме изменения, связанного с термическим расширением, называют дополнительным. Оно может быть положительным— дополнительный рост (+), или отрицательным — дополнительная усадка (—).

Незначительная дополнительная усадка не вызывает особых осложнений, а небольшой дополнительный рост даже полезен: уплотняются швы, а в криволинейной кладке и при градиенте температур создается предварительное напряженное состояние кладки, являющееся обычно благоприятным. Заметное же изменение объема недопустимо, поэтому значения дополнительного роста или усадки нормируются в зависимости от вида изделий и назначения. Технология располагает многими средствами обеспечения постоянства объема огнеупоров в службе: температура обжига; введение в состав масс материалов, которые при нагревании растут, например кварц; введение компонентов, которые в реакции с основным компонентом образуют новое соединение, большее по объему суммы объемов реагирующих веществ, например добзвка к магнезиту MgO технического глинозема А1203 и т. п. - :·:

2. ТЕРМОСТОЙКОСТЬ

Способность огнеупоров противостоять, не разрушаясь, колебаниям температуры при нагревании или охлаждении называют термостойкостью. По ориентировочной оценке 7з огнеупоров разрушается

вследствие недостаточной их термостойкости при температурах, значительно более низких, чем огнеупорность (плавление). В основе явлений, вызывающих термическое разрушение, лежат процессы, связанные с возникновением в материале напряжений. Термические напряжения бывают двух видов: напряжения I рода, вызываемые градиентом температур, и напряжения II, вызываемые анизотропией термического коэффициента линейного расширения, химическими реакциями, расширением при полиморфизме. Эти напряжения возникают при постоянной температуре, их называют также химическими. В обоих случаях напряжения возникают тогда, когда материал не имеет возможности свободно изменять свой объем по тем или иным причинам. Наиболее подробно изучена термостойкость при напряжениях I рода.

Напряжения I рода

При нагревании тела с поверхности внешние (поверхностные) слои его нагреваются и расширяются быстрее, чем внутренние. Напряжения, возникающие из-за препятствия изменению размеров, являются сжимающими, поскольку тело стремится расшириться. При охлаждении возникают растягивающие напряжения. Величина напряжений прямо пропорциональна термическому коэффициенту линейного расширения, модулю упругости, перепаду температур (Гер—Г) и обратно пропорциональна (1—?) по формуле (??.39). Значения напряжений, как было показано, могут превосходить прочность материала.

Эпюры напряжений в пластинке при нагревании и охлаждении изображены на рис. 11.12. При изменении температуры с постоянной скоростью распределение ее внутри тела будет параболическим. Для огнеупоров предел прочности при сжатии больше, чем при растяжении, поэтому при нагревании огнеупорных изделий деформация в виде трещин возможна в центре, а при охлаждении — на поверхности.

В формуле (11.39) для напряжений на поверхности и в центре перепад температур будет соответственно равен (Гср—Г„ов) и ('с?—Гц). Определить температуру непосредственно на поверхности ч в центре сложно.

Значения температур в центре и на поверхности зависят от теплопередачи от поверхности к окружающей среде К, теплопроводности материала ? и расстояния между поверхностью и центром rjn, т. е. от половины толщины тела. Эта зависимость выражается безразмерным критерием Био:

$ = гтК~/Ь. (И.46)

Таким образом, напряжения I рода зависят от свойств материала (?, ?, ?, ?, ?), формы изделий, размеров (гт), условий теплопередачи (?), скорости изменения температур и др.

37

i ? I

Растяжение

Рис. 11.12. Распределение температуры и напряжений в пластинке: а — охлаждаемой с поверхности; б — нагреваемой с поверхности

Теория термостойкости хрупких тел при развитии в них максимальных напряжений

По теории максимальных напряжений тело разрушается, когда его прочность меньше образующихся в нем максимальных термине-^ ских напряжений. По первому способу термостойкость выражается в критериальной форме отношением.прочности к напряжению: !

R = a?ч(l-?)|(Ea), (11.47)

где R — критерии термостойкости; чем больше его значение, тем выше термостойкость; оПч — прочность материала, кПа (это может быть предел прочности при изгибе, растяжении или при сжатии); ? — модуль упругости, кПа; ? — термический коэффициент линейного расширения, К-1; ?— коэффициент Пуассона; значение ? берется с целью исключения поперечных напряжений.

Поскольку абсолютное значение R зависит от выбора величины Оцч, сравнение термостойкости различных материалов правомерно при одинаковом характере прочности. Все величины в формуле (11.47) берутся при комнатной температуре; при этом изменение значений ? и ? от температуры ввиду незначительности изменений не учитывается, а изменение значений ая/Его^о^зоо/^зоо-

Распространение температуры в теле зависит от теплопроводности и температуропроводности, критерии термостойкости с учетом ? и а имеют вид:

Я1 = R?·,

(11.48)

Ru = Rat (11.49)

R, R* и R11 принято называть соответственно критерием термостойкости, I критерием термостойкости и II критерием термостойкости.

Применение того или иного критерия определяется значением критерия Био: R применяют при критерии Био>20, т. е. при высоких скоростях теплопередачи от поверхности в окружающую среду; R1 — при критерии Био<2, т. е. при низких скоростях теплоотдачи; R11 — при постоянной скорости изменения температуры. Применением трех критериев термостойкости в некоторой степени учитываются условия теплопередачи, но, как будет показано ниже, не полностью.

Второй способ выражения критерия термостойкости заключается в следующем. Для пластины термическое напряжение, как было показано в формуле (11.39), выражается уравнением

?? = ??=[??/{1 — ?)](?^—?), (II. 49а)

где ??=?? — прочность материала по-оси у или ?, откуда

(Тср-Т) = АТр = ? (И.50)

т. е. критерий термостойкости R равен перепаду температур, при котором разрушается тело, R = ATV. Для другого тела, по форме отличающегося от пластины:

АГР = [??4 (1 —?)/(?·?)] S' = RS', (11,51) где У — фактор, зависящий от формы. 38

Термостойкость с учетом критерия Био ?, по Киигери, выражается формулами:

??,?=[??4(1-?)/(??)]5?/0,31? (IL52)

или ¦

ATp=Rl S[l/(0,31rmK)b (IL53)

Из последних формул следует, что нельзя составить т

страница 8
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71

Скачать книгу "Технология огнеупоров" (3.17Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
купить клей для блоков
клапаны дымоудаления кдм-2
распух локоть что делать
вентилятор ск 100 ремонт №7000304 арктика

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(27.07.2017)