CC BY
64
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН
2006, том 49, №2
ФИЗИКА
УДК 536.21
Х.Маджидов, Х.К.Мухаббатов ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ ЖАРОПРОЧНЫХ МИНЕРАЛОВ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ
(Представлено членом-корреспондентом АН Республики Таджикистан Ф.Х.Хакимовым 18.05.2005 г.)
Приводятся результаты экспериментального исследования теплопроводности жаропрочных минералов,состоящих из глинозема и кремнезема,в интервале температур 323-673 К при различных температурах отжига.
Исследуемые объекты широко используются для изготовления сувениров, посуды, печей, плит, тепло- и электроизоляционных материалов и в других целях. Исследование зависимости теплофизических жаропрочных материалов, в том числе их теплопроводности от условий изготовления и эксплуатации, представляет определенный интерес как в научном, так и в практическом плане.
Теплопроводность жаропрочных минералов исследовалась на экспериментальной установке типа ИТ-^-400, основанной на методе монотонного разогрева, разработанной В.С.Платуновым и его учениками, изготовленной Актюбинским заводом [1]. Общая относительная погрешность измерения составляет 4-5%.
В составе исследованных жаропрочных минералов масса глинозема (АЬОэ) изменялась от 29% до 5,8%, а масса кремнозема ^Ю2) изменялась от 39% до 84,6%.
Исследуемые объекты изготавливались при различных температурах отжига. Температуры отжига исследуемых объектов изменялись от 973 К до 1373 К.
Исследование показало, что теплопроводность объектов зависит от температуры, при которой проведен отжиг, и от концентрации веществ, входящих в его состав.
В табл.1 приводятся экспериментальные данные по теплопроводности исследуемых объектов при температуре отжига Тотж=973К в зависимости от температуры и концентрации АЬОэ и &О2.
Таблица 1
Теплопроводность (/Л О3. Вт/(м-К) жаропрочных минералов при ТОТж=973К
в зависимости от температуры при различных концентрациях АЬОз и SiO2
\п,% т,к\ AhOз SІO2 29 26,1 23,2 20,3 17,4 14,5 11,6 8,7 5,8
39 44,7 50,4 56,1 61,8 67,5 73,2 78,9 84,6
323 0,4180 0,3810 0,3640 0,3550 0,4050 0,4322 0,5343 0,5519 0,4581
348 0,2420 0,1920 0,1750 0,1704 0,1700 0,1845 0,2170 0,2321 0,2100
373 0,1820 0,1490 0,1510 0,1400 0,1450 0,1503 0,1635 0,1778 0,1679
398 0,1530 0,1270 0,1290 0,1240 0,1200 0,1290 0,1402 0,1450 0,1304
423 0,1370 0,1150 0,1190 0,1096 0,1152 0,1184 0,1227 0,1239 0,1193
448 0,1220 0,1050 0,1076 0,1023 0,1030 0,1050 0,1092 0,1109 0,1049
473 0,1100 0,0980 0,0985 0,0990 0,0995 0,0996 0,0999 0,0985 0,0966
498 0,0965 0,0915 0,0905 0,0910 0,0940 0,0955 0,0960 0,0945 0,0905
523 0,0954 0,0907 0,0900 0,0905 0,0930 0,0950 0,0945 0,0935 0,0886
548 0,0946 0,0904 0,0895 0,0902 0,0928 0,0940 0,0942 0,0930 0,0880
573 0,0918 0,0868 0,0867 0,0890 0,0920 0,0935 0,0930 0,0910 0,0872
598 0,0910 0,0868 0,0860 0,0885 0,0914 0,0920 0,0925 0,0905 0,0860
623 0,0900 0,0860 0,0855 0,0882 0,0900 0,0915 0,0920 0,0898 0,0856
648 0,0883 0,0853 0,0841 0,0870 0,0890 0,0895 0,0908 0,0899 0,0845
673 0,0866 0,0833 0,0843 0,0845 0,0855 0,0876 0,0902 0,0893 0,0833
На рис.1 приведены зависимости теплопроводности исследуемых объектов от температуры.
Рис. 1. Теплопроводность жаропрочных минералов, содержащих 29% АЬОз и 39% 8Ю2 (1 ) и 26,1% АЬОз и 44,7% 8Ю2,(2) в зависимости от температуры
Согласно табл. 1 и рис. 1, теплопроводность жаропрочных минералов для всех концентраций глинозема с повышением температуры уменьшается по экспоненциальному закону. Согласно приведенным в [2] данным по теплопроводности корунда, содержащего 81,54% (АЬОз), и глиноземистых кирпичей, содержащих от 99% до 60% (АЬОз), с ростом температуры их теплопроводность уменьшается. Видимо, уменьшение теплопроводности с ростом температуры характерно для всех огнеупоров, содержащих различные концентрации (АЬОз).
На рис.2 показана зависимость теплопроводности исследуемых объектов от массовой концентрации глинозема (АЬОз) при различных температурах. Согласно рис.2, концентрационная зависимость теплопроводности жаропрочных минералов имеет сложный характер, т.е. с ростом концентрации глинозема теплопроводность сначала увеличивается до определенной концентрации глинозема, а затем наблюдается уменьшение теплопроводности и при высоких концентрациях глинозема также наблюдается заметное увеличение теплопроводности исследуемых объектов.
Анализ литературных данных показал, что теплопроводность огнеупоров, содержащих большие концентрации (АЬОз), больше, чем теплопроводность огнеупоров, содержащих большие концентрации БЮ2 [2], что подтверждается результатами нашего исследования, т.к. в основном, согласно рис. 2, с ростом концентрации АЬОз теплопроводность исследуемых объектов увеличивается.
Огнеупорные материалы в большинстве случаев имеют микро- и макротрещины, возникающие при изготовлении и отжиге изделий, что влияет на их теплофизические свойства, в том числе на их теплопроводность [3]. Видимо, заметное увеличение теплопроводности, а затем её уменьшение для исследуемых нами жаропрочных минералов при малой концентрации АЬОз связаны с влиянием микро- и макротрещин, содержащихся в исследуемых объектах.
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1 0,09 0,08
Х,Вт/(м.К)
323К
+
+
+
+
Ч---------------------1-
5,8 8,7 11, 14, 17, 20, 23, 26, 29,0 п,%
при температуре Т1=473К.
Рис. 2. Теплопроводность жаропрочных минералов в зависимости от массовой концентрации
Ас\0, и 570, и температуры отжига при Тотж = 973К.
При обобщении экспе-
348К
373К 398К 448К
73К риментальных данных нами ис-98К
573К пользован метод приведенных 673К координат в следующем виде [47]:
Л /
(1)
где Ті=473К, Х\ - теплопроводность исследуемых объектов
Рис. 3. Зависимость А= л—} Для жаропрочных минералов при различных концентрациях Ас\0, и 570, (1-11 соответствует порядковым номерам исследуемых объектов в табл. 1.) и различных температурах отжига:
973К (1- О, 2 -6, 3 -9, 4 -ПО, 5- ПХ, 6 -6, 7 - Ф, 8 - ©, 9 - Ф, 10 - Я, 11 - О- ); 1073К (1 - А, 2 - А,
3 - А, 4 - А, 5 -А, 6-А, 7-А, 8 -Ч, 9 -У, 10 -Ч, 11 Ж ); 1173 К ( 1 -□, 2 -В, 3 -Ш, 4 Щ 5 -Ш, 6 -ПЩ 7 - Ш, 8 -Щ, 9 -И, 10 -Щ 11 -Н); 1373К (1 -X, 2 -X, 3 -Х, 4 -*, 5 -^, 6 -Ъ, 7 -К, 8 -Я, 9 -Ж, 10 -П£, 11 -П)
Выполнимость зависимости (1) показана на рис.3. Как видно из рис.3, экспериментальные данные по теплопроводности исследуемых объектов при различных температурах отжига и различных концентрациях глинозема и кремнезема хорошо укладываются вдоль общей кривой, которая описывается уравнением:
^1[14,06959(Т/Т1)2-32,95249 Т/Т1+19, 77341], Вт/(мК) (2)
Уравнение (2) описывает температурную зависимость исследуемых объектов.
С помощью уравнения (2) при известном значении к\ можно вычислить теплопроводность исследуемых объектов в зависимости от температуры.
Анализ показал, что для исследуемых объектов л 1 зависит от массовой концентрации глинозема ^ЬОз) в составе исследуемых объектов (рис.4).
Прямая на рис.4 описывается уравнением:
А,1=(0,103п/п1+0,912) Я,1!, (3)
где П1=14,5% концентрации глинозема, к'\ - теплопроводность исследуемых образцов при П1.
Х1/Х1'
1,2 -1,1 _ X X л__
1,0 - 0,9 - ® 2Г в ® X В ® в ’***' "Т' ® в ® в А ® В в
0,8 - 1 1
0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 и/т
Рис. 4. Зависимость ^ = ./(/■? / /■?,) для жаропрочных минералов при различных концентра-
А
циях Л1203 и 8Ю2 и различных температурах отжига: ® - 973 К; - 1073 К; - 1173 К; В -1373 К
Значения Х'1 для исследуемых объектов в зависимости от их температуры отжига описываются следующим уравнением:
X1! =6,5-10'5Тотж+0,035, Вт/(м-К) (4)
Из уравнения (2) с учетом уравнений (3) и (4) для расчета теплопроводности исследуемых жаропрочных минералов, в зависимости от температуры, температуры от-
жига и массовой концентрации основных компонентов в их составе, получим уравнение:
^=(14,069(T/Ti)2-32,952T/Ti+19,773)(0,103n/ni+0,912)(6,5-10'5Tom+0,035),BT/(MK) (5)
Уравнение (5) с погрешностью 4-5% описывает теплопроводность жаропрочных минералов в зависимости от температуры при известном значении массовой концентрации основных компонентов, входящих в их состав (AI2O3, SiO2), и температуры отжига.
С помощью уравнения (5) можно вычислить теплопроводность неисследованных жаропрочных минералов для инженерных расчетов с погрешностью 4-5% в зависимости от температуры, массовой концентрации основных компонентов, входящих в их состав и температуры отжига.
Таджикский государственный Поступило 8.06.2005 г.
университет коммерции,
Таджикский государственный педагогический университет им. К. Джураева
ЛИТЕРАТУРА
1. Платунов Е.С. Теплофизические измерения в монотонном режиме. -М.: Энергия, 1973, 142 с.
2. Миснар А. Теплопроводность твердых тел, жидкостей, газов и их композиций - М.: Мир, 1968, 464 с.
3. Литовский И.Д. - Изв. АН СССР. Неорганические материалы, 1978, т.14, №10, с. 1890-1894.
4. Маджидов Х., Сафаров М.М., Гайдай Т.П. - Материалы VII Всесоюзной конференции по теплофизическим свойствам веществ. Ташкент: Фан, 1982, с.296.
5. Маджидов Х., Зубайдов С. - Доклады АН ТаджССР, 1984, т.27, №8, с.443-446.
6. Маджидов Х., Сафаров М.М. - Инженерно-физический журнал, 1986, т.50, №3, с.465-471.
7. Маджидов Х., Сафаров М.М. - Теплофизика высоких температур, 1986, т.24, №6, с.1037.
Х,.Мачидов, Х.К.Мухаббатов
ГАРМИГУЗАРОНИИ МАЪДАЩОИ БА ГАРМЙ ТОБОВАР ВОБАСТА БА ^АРОРАТ
Дар мак;ола натичахои тадк;ик;оти тачрибавии гармигузаронии маъданхои ба гармй тобовари дар таркибашон глинозем ва кремнозем дошта, дар худуди хароратхои (323-673) К ва дар хароратхои (973-1373)К обутоб додашуда, оварда шудааст.
H.Majidov, Kh.K.Muhabbatov TEMPERATURE CONDUCTIVITY OF FIREPROOF MINERALS IN VARIOUS TEMPERATURES
The article contains results of experimental research of temperature conductivity of fireproof minerals that contain alumina and silica tempered within temperatures (323-673) K and (973-1373) K.
