Polytechnisches Journal - ARNDT, Определянето на топлопроводимостта на огнеупорни материали
| Заглавие: | ARNDT, Определянето на топлопроводимостта на огнеупорни материали. |
| Автор: | Анонимен |
| Справка: | 1922, том 337 (стр. 185-187) |
| URL адрес: | http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj337/ar337043 |
От проф. Д-р К. Арндт .
За да се използва икономично гориво, е важно да се знае топлопроводимостта на огнеупорните материали, които обграждат котелното помещение. От една страна, са необходими лоши топлопроводници, ако целта е да се предотврати изтичането на топлина навън, доколкото е възможно; в други случаи, напротив, желани са най-добрите възможни топлопроводници, ако затвореното от тях вещество трябва бързо да се нагрее до висока температура отвън. За съжаление, настоящите измервания в повечето случаи са разширени до температури до 900 ° или най-много 1000 °, въпреки факта, че температурният диапазон над около 1600 ° е станал много важен за днешната технология. По-нататък искам да дам кратък преглед на съществуващата работа, като обърна специално внимание на наличните резултати за силно огнеупорни материали.
В своите подробни „Изследвания на топлопроводимостта на огнеупорните строителни материали“ (Съобщения на Кралската служба за изследване на материали, том 32, стр. 95, 1914) Хейн и Бауер първо дават дефиниция на външната и вътрешната топлопроводимост.
Външната топлопроводимост в сравнение със заобикалящата среда е количеството топлина, изтичащо за 1 секунда през крайната повърхност от 1 квадратни метра с постоянна температурна разлика от 1 ° C. Тяхната стойност се определя не само от специалния вид на въпросното твърдо вещество, но и от естеството на неговата повърхност и вида и състоянието на движение на околната среда.
Вътрешната топлопроводимост се измерва:
1. Използване на калориметричен метод по Фурие и Пекле (Ann. De chimie et de physique 1841, p. 107).
2. Процес на охлаждане и нагряване: измерване на барове в стабилно състояние. Ако се наблюдава температурата на най-малко 2 напречни сечения на много дълъг и много тънък прът, който се нагрява при напречно сечение 0, след настъпване на стационарно състояние, от това може да се изчисли съотношението на външната към вътрешната топлопроводимост. За да се постигне еднаква стойност на външната проводимост за пръчки, изработени от различни материали, Wiedemann и Franz (Poggend. Ann. Vol. 89, p. 497, 1853) дават на пръчките покрития от същия вид, изработени от лак, сажди, никел или сребро.
3. Методи за охлаждане и нагряване: измервания върху барове извън стабилното състояние.
а) Съгласно метода на Ангстрем (Ann. Vol. 24, p. 512, 1861) пръчката се нагрява последователно и се охлажда за период от 24 минути; температурата се измерва в началното напречно сечение и в напречно сечение на около 10 см от него.
б) Според метода на F. Neumann (Ann. de chimie et de physique. Vol. 66, 1862), тънък прът се нагрява в единия край и след като температурата е станала равна, се оставя да се охлади. Температурата на краищата се измерва едновременно. Изчислението се опростява, ако температурата на центъра на пръта се измерва едновременно.
в) Според метод на Л. Лоренц (Ann. том 13, стр. 422, 1881) много тънък прът се нагрява в единия край и след това се оставя да се охлади, като въздушното пространство се поддържа при постоянна температура. По време на нагряване и охлаждане температурата се измерва в 8 точки на пръта.
4. Методи за охлаждане и нагряване: измервания върху пръстени, топки, кубчета и др. използвано от Kirchhoff и Hansemann (Ann. Т. 9, стр. 1, 1880. Т. 12, стр. 401, 1881).
5. Нагряване с известни количества топлина:
а) Колрауш, Йегер и Диселхорст (Wissenschaftl. Abh. d. Phys. Techn. Reichsanst. 1900, стр. 273) загряват електрически прът и поддържат точките за подаване при постоянна температура от вани. В стационарно състояние те измерваха температурата в 3 еднакво отдалечени точки, както и градиента на напрежението. По този начин те определят връзката между проводимостта за топлина и електричество.
б) За изолационни материали Jaeger и Diesselhorst също определят топлопроводимостта в горното устройство, напр. | памучната вата, която е между металния прът и | 186 | двустенно медно яке, което се поддържаше при определена температура чрез течаща течност или пара.
в) Климент и Еги (Металургично и химическо инженерство, том 8, стр. 414, 1910), които определят топлопроводимостта на огнеупорните глини при високи температури, нагряват цилиндър, направен от въпросната огнеупорна глина отвътре през намотка от чиста никелова тел. Термодвойките бяха разположени в два надлъжни отвора, които бяха отстранени от оста чрез r 1 и r 2. Веднага след като температурите, посочени от тях, станаха постоянни (след 3-5 часа), бяха направени измервания.
В собствените си експерименти Хейн и Бауер са използвали метода на Клемент в следното подреждане: Една от повърхностите на главата на изпитвания камък е поставена срещу нагревателна плоча, изработена от силно огнеупорен материал, който се нагрява електрически от песъчинки от въглища като нагревателен резистор. Редица термодвойки са вградени в тестовия камък, който е заобиколен от камъни от подобен тип. След началото на нагряването се наблюдава повишаване на температурата на всички тези термодвойки. От тези наблюдения топлопроводимостта на изпитвания камък се изчислява по не много прост начин.
Калориметричният метод, споменат накратко под 1., всъщност е по-опростен. След него S. Wologdine (Revue de Metallurgie vol. 6, p. 767, 1909) изследва топлопроводимостта на някои огнеупорни материали в Le Chatelier. Той постави кръглата 5-сантиметрова дебела плоча като капак на газова фурна и воден калориметър върху чинията. В плочата бяха пробити три отвора, първият 50 мм, вторият 45 мм и третият 5 мм дълбок.
P. Goerens (доклад за 34-то общо събрание на Асоциацията на германските фабрики за огнеупорни изделия, 1914 г., стр. 92, Ferrum т. 12, стр. 1 и 17, 1914 г.) подобри значително този режим. Той замени газовото отопление с електрическо, тъй като не беше възможно да се поддържат високи температури постоянни за дълги периоди с газово отопление. Освен това огнеупорният материал се променя по особен начин с течение на времето от газа; След многократно нагряване камъните набъбват и в тях се отлага въглерод. Goerens използва шамотен панел, увит с хром-никелова тел като електрически нагревател. Второ, той обгради долната част на калориметъра с съд, през който водата тече по същия начин като калориметъра.
Това второ подобрение елиминира възраженията на Хейн към калориметричния метод. Това е така, защото частта от каменната повърхност, която е в контакт с дъното на калориметъра, е силно охладена. Ако останалата част от каменната повърхност остане в контакт с въздуха, топлината ще се отделя по-бавно и температурата ще бъде по-висока. След това топлината ще трябва да изтече от по-горещия ръб на камъните към центъра, където се намира охлаждащият калориметър и следователно топлината, погълната от калориметъра, би била твърде голяма. Тази грешка се елиминира чрез охлаждане на останалата част от каменната повърхност през охлаждащия съд, който точно заобикаля калориметъра.
Горенс затегна четири нормални камъка от материала, за да бъде изследван в рамка. За да се въведат термодвойките, в един от четирите камъка бяха изрязани редица канали. Медно-константановите елементи са използвани за измерване на по-ниските температури, а платинено-платинено-родиевите елементи за по-високите температури. Допълнителни подробности можете да намерите на посоченото място.
Тъй като коефициентът на топлопроводимост, който показва количеството топлина в кал секунди, което преминава през плоча с дебелина 1 cm, чиито външни повърхности имат температурна разлика от 1 °, е много малък в случай на огнеупорен материал, това води до стойност K, подходяща за практика, ако се измерва количеството топлина W, отделено в kg-калории (WE) на час, повърхността F в квадратни метри и дебелината на стената D в m. Тогава K = 360 k.
Goerend измерва топлопроводимостта на следните камъни:
| материал | характер | SiO 2 | Al 2 O 3 | Fe 2 O 3 | CaO | MgO | алкални |
| Полушамот | В II | 73.1 | 22.9 | 1.9 | 0.2 | 0.2 | 1.7 |
| Шамотна глина | CX 63 | 67.7 | 28.2 | 1.9 | 0,3 | 0,1 | 1.9 |
| Шисти | NS | 53.9 | 40.2 | 1.9 | 0.2 | 0.2 | 1.3 |
| Лия | L I A | 53,0 | 45.3 | 1.2 | писта | писта | 0,5 |
| Силициев диоксид | Luetgen | 96,0 | 1.8 | 0.7 | 1.5 | - | - |
| Магнезит | Бендорф | 2.7 | 6.5 | 4.5 | - | 86.2 | - |
За тези материали той също така определи порьозността, която също дава видимата плътност. Следващата таблица дава цифрите за горните материали и за въглеродна тухла, която съдържа 89% С:
материал | Поро- сити | Външен вид- голи плътност | Топлопроводимост | |||
| 0-100 ° | 400-500 ° | 800-900 ° | 900-1000 ° | |||
| Полушамот | 30% | 1.83 | 0,79 | 0,88 | 1.05 | - |
| Шамотна глина | 29% | 1.80 | 0,75 | 0,89 | 1.10 | - |
| Шисти | 31% | 1.81 | 0,78 | 0,97 | 1.15 | 1.18 |
| Лия | 39% | 1,75 | 0,72 | 0,75 | 0,82 | 0,84 |
| Силициев диоксид | 23% | 1.87 | 1.01 | 1.13 | - | - |
| Магнезит | 34% | 2.34 | - | 3.71 | 3.10 | 2.93 |
| въглерод | 38% | 1.19 | - | 0,92 | 1.26 | 1.36 |
От резултатите от своите експерименти, Goerens заключава, че коефициентът на топлопроводимост намалява с увеличаване на порьозността и че огнеупорните материали с висока плътност са добри проводници на топлина. Коефициентът на топлопроводимост се увеличава с повишаване на температурата; той намалява само с магнезит.
Хейн и Бауер откриха следните стойности за топлопроводимост по пътя си:
| материал | 200 ° | 600 ° | 1000 ° | 1200 ° |
| Шамот пр.н.е. | 0,52 | 0,79 | 0.94 | - |
| „4 | 0,41 | 0,50 | 0,77 | - |
| "° С | 0,76 | 0,97 | 0,97 | 0,97 |
| Динас М 1 х | 0,49 | 0,61 | 0,65 | 0.86 |
| Магнезит | 0,40 | 0,43 | 0,50 | - |
| въглерод | 0,43 | - | - | - |
Самите Клемент и Еги изследвали глинени цилиндри, които са били изпечени за тях от Laclede-Christy Clay Products Company от Сейнт Луис. Смес А беше тъмно червено-кафява и не съдържаше пясък; тяхната структура наподобяваше пясъчник. B също имаше червено-кафяв цвят, но беше средно фин и съдържаше много малко бял пясък. 1 беше кафяв, приблизително по-груб от В и също съдържаше малко пясък. И накрая, клас 3 беше доста бял, много груб и съдържаше много пясък. Ако конвертирате резултатите си в мерните единици, избрани от Goerens, получавате следните стойности:
| материал | 350 ° | 400 ° | 500 ° | 600 ° | 700 ° | 800 ° |
| А. | - | - | 0,88 | - | - | 0.94 |
| Б. | 0,76 | - | - | 0,79 | - | - |
| 1 | - | 1.30 | - | - | 1.30 | - |
| 2 | - | 0.96 | - | - | 0.96 | - |
Наред с други американски експерти, Карл Херинг е особено загрижен за топлопроводимостта при високи температури. От таблица, съставена от него (Металургично и химическо инженерство том 9, стр. 15, 1911), вземам следните цифри:
| Тухли навън | 400-800 ° |
| графит | 3.66 |
| Карборунд | 3.36 |
| магнезия | 1.03 |
| Хромит | 0,83 |
| боксит | 0,48 |
| Силициев диоксид | 0,29 |
| Kieselguhr | 0,26 |
Определената топлопроводимост отново се преобразува в единиците, избрани от Goerens, т.е.посочете количеството топлина (в WE), което преминава на час върху квадратния метър през плоча с дебелина 1 m, чиито външни повърхности имат температурна разлика от 1 °. Самият Херинг препоръчва други мерни единици въз основа на електрически измервания на топлината, преминала през плочата. Той, наречен термичен ом, е термичното съпротивление, което изисква температурен градиент от 1 ° C за 1 ват топлинен поток. Ако го обозначите с R, градиентът на температурата с T и топлинният поток във ватове с W, ще получите уравнение въз основа на закона на Ом
Следвайки американския обичай, който описва електрическата проводимост, реципрочната стойност на съпротивлението, измерено в ома, като "Mho", той нарича единицата на специфичната топлопроводимост Thermal Mho; Thermal Mho пропуска 1 ват топлинен поток, когато температурният градиент е 1 °. За силициеви тухли напр. термичното съпротивление става 119,5, а топлопроводимостта 0,0084.
Някои коефициенти на топлопроводимост за високи температури могат да бъдат намерени в компилация от F. T. Snyder (Met. Chem. Eng. Vol. 8, p. 629, 1910). За силициеви тухли, изпечени при 1050 °, извличаме коефициента на топлопроводимост 0,65 (в нашата мярка) при градиент 0–1000 °, от друга страна, за силициеви тухли, изпечени при 1310 °, стойността 1,03.
За електротехника цифрите за топлопроводимост са ценни, които Snyder (op. Cit.) Определя за въглеродни електроди и графитни електроди:
| материал | 100-400 ° | 100-800 ° | 100-1200 ° | 100-1600 ° |
| Въглеродни електроди | 30-ти | 41 | 43 | 48 |
| Графитни електроди | 166 | 103 | 94 | 86 |
Ван Ринзум (Zeitschr. D. V. German. Ing. 1918, стр. 601 и 639), който електрически отопляеми сферични тестови образци отвътре, също не удължава своите експерименти над 1000 °. Той дава следните стойности:
| материал | 200 ° | 600 ° | 1000 ° |
| Силициев диоксид | 0,56 | 0,88 | 1.19 |
| Динас | 0,74 | 0,93 | 1.13 |
| Шамотна глина | 0,51 | 0,60 | 0,82 |
| Магнезит | - | 1.29 | 1.43 |
Трябваше да изчака 14 дни, докато температурата се изравни. Хейн и Бауер, видът на измерването и резултатите от които обсъдихме по-горе, не чакаха до постоянното състояние, но трябваше да изчислят топлопроводимостта от дисбаланса, спецификацията. Тежести и спецификации. Знаете как да затоплите изследваните вещества.
Чако правилно се оплаква (Journ. Gaslight Vol. 62, p. 274, 1919), че броят на топлопроводимостта е непълен и отчасти си противоречи, особено за магнезита, един от най-важните силно огнеупорни материали. Надяваме се тези пропуски скоро да бъдат запълнени от германски изследователи. 1)
H. Krüger в Stahl und Eisen 1918, стр. 1201–1210, даде добър и в някои случаи обширен преглед на съответната американска литература.