Методы решения нагрева термически массивных тел

Решение диф. уравнения теплопроводности с соответствующими граничными и начальными условиями позволяет найти температурное поле для тел простейшей формы как функцию следующих переменных

(1)

t – текущая температура

x – расстояние от середины тела до рассматриваемой точки

 – коэф. температуропроводности

 – коэф. внешнего теплообмена

 – безразмерные координаты

 – критерий Фурье, безразмерное время

 – критерий массивности тела

С использованием выражения (1) построены диаграммы Будрина, с помощью которых можно определить температуру в любой точке сечения тела при заданной t-ре печи и заданном времени нагрева. Или при заданной t-ре тела возможно определить необходимое время нагрева. Т.о. решение уравнения теплопроводности представляется в графическом виде.

Диаграммы составлены для пластины и цилиндра отдельно для центра () и отдельно для поверхности ()  

по оси Х отложено безразмерное время, т.е. критерий Фурье.

 По У – безразмерная температура

Классификация, физические и рабочие свойства огнеупорных материалов.

К огнеупорам предъявляют требования:

1) высокая температура

2) способность противостоять резким перепадам температуры

3) сопротивляться воздействию шлака и газовой атмосферы печи

4) сопротивляемость механической нагрузки

5) постоянство объёма в процессе эксплуатации

6) точный размер

7) низкая стоимость

Огнеупорные материалы классифицируются:

ü по огнеупорности:

1) огнеупорные (выдерживают температуру 1580-1770 )

2) высокоогнеупорные (температура 1770 - 2000 )

3) высшей огнеупорности (температура выше 2000 )

ü по химико-минералогическому составу:

1) алюминосиликатные (Al₂O₃и SiO₂)

2) магнезиальные (MnO)

3) хромистые (Cr₂O₃и MnO)

4) углеродистые

5) цирконистые (ZrO₂)

6) карбидные (МеС)

7) оксидные (чистые оксиды)

ü тип оксида:

1) кислые (оксиды Si)

2) нейтральные (оксиды Al)

3) основные (оксиды Mg и Ca)

ü по способу изготовления:

v естественные

v искусственные

§ сухоформованные (из сухих или полусухих порошков)

§ пластичноформованные (из масс в пластичном состоянии)

§ изготовленные литьём

§ горячепрессованные

§ изготовлены механической обработкой

ü в зависимости от термообработки:

· безобжиговые (подвергнуты сушке, иногда нагреву до 200-400 )

· подвергнутые обжигу

ü по сложности формы:

Ø простые

Ø фасонные, специального назначения

Просты по форме прямоугольник имеют 3 размера:

1) нормальный 230*113*65

2) большеразмерные 250*123*65

3) малоразмерные 170*113*65

 

 

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОГНЕУПОРОВ.

Пористость и объемная масса

Чем выше пористость, меньше масса и наоборот.

От пористости зависит стойкость огнеупоров. Пористость в % (от 1% до 8%)

Поры могут быть: 

· Открытыми (сообщаются с окр. Средой)

· Сквозные

· Закрытые.

В соответствии с этим пористость бывает 3-х видов:

1) открытую или кажущуюся пористость                   

2) закрытая

3) общая

В зависимости от пористости огнеупоры классифицируются:

по открытой пористости на: а) особо плотные (< 3% пористость); б) высокоплотные (3-10%); в) плотные (10-16%); г) уплотнённые (16-20%); д) обычные (1-ая подгруппа 20-24%, 2-ая 24-30%)

по общей пористости: А) легковесные (45-85%)    Б) ультралегковесные (>85%)

2) газопроницаемость. Связана с открытыми порами с повышением t-ры газопроницаемость понижается, т.к. вязкость газов с повышением t-ры увеличивается.                   3) Теплопроводность. Должна быть низкой за искл. Случаев когда предусмотрена передача теплоты через огнеупоры (рек-ры, муфели).

Зависимость теплопроводности от температуры линейная

λ ₀ при комнатной температуре           b-коэф. для определенного вида огнеупора

для магнезита – эта зависимость не выдерживается.

4. Электропроводность. Большинство огнеупоров при низкой t-ре явл-ся диэлектриками. С повыш. T-ры и с появлением жидкой фазы внутри огнеупора электропроводность возрастает. Н-р: шамот (алюмосиликатный огнеупор) и динас при t-ре выше 1200ºС становится температуропроводным. Зависит от хим. состава.

Н-р: ув. сод-ия оксидов Fe и Tiповыш. электропроводность

5. Удельная теплоёмкость. С повыш. t-ры теплоёмкость всех огнеупоров увеличивается. Теплоёмкость огнеупоров от 0,4 до 1,7 кДж/кг*ºС

6. Магнитная проницаемость. Отношение абсолютной магнитной прон-сти материала к прон-сти вакуума. Для всех огнеупоров <1

7. Термическое расширение. Хар-сякоэф. линейного расширения, который зависит от природыматериала и t-ры. Для компенсации терм.расш. в кладке футеровки предусматривают так наз-ые температурные швы, которые заполняют по мере разогрева футеровки