CC BY
174
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН
2006, том 49, №3
ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
УДК 536.21
Х.Маджидов, Х.К.Мухаббатов, С.М.Сияхаков УДЕЛЬНАЯ ТЕПЛОЕМКОСТЬ ЖАРОПРОЧНЫХ МИНЕРАЛОВ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ
(Представлено членом-корреспондентом АН Республики Таджикистан Ф.Х.Хакимовым 18.05.2005 г.)
Жаропрочные минералы широко используются для изготовления сувениров, посуды, тепло- и электроизоляционных материалов и в других целях. Исследование зависимости теплофизических характеристик исследуемых объектов, в том числе их удельной теплоемкости от условий изготовления и эксплуатации, представляет определенный интерес как в научном, так и в практическом плане.
Для исследования теплоемкости жаропрочных минералов использована экспериментальная установка типа ИТ-С-400, основанная на методе монотонного разогрева [1]. Общая относительная погрешность экспериментальных данных при доверительной вероятности а=0,95 равна 4-5%.
Исследуемые жаропрочные минералы в основном состоят из глинозема (каолин) -Л120з, кремнезема 8Ю2, Бе0, Бе203 и других веществ (СаО, Н20, К20, ТЮ2, №20, процента прокаливающих продуктов - п.п.п.).
В исследуемых объектах количество глинозема изменялось от 29 до 5,8%, кремнезема от 39 до 84,6% и БеО, Бе20 3 от 14,5 до 1,45%.
Исследование удельной теплоемкости исследуемых объектов проводилось при различных температурах отжига Тотж.
В табл. 1 приводится химический состав исследуемых жаропрочных минералов.
Таблица 1
Химических состав жаропрочных минералов
№ образцов Концентрация, % - вес
О с/5 т О < О <и Рч т О О Рн СаО О :8і Ъ Н2О О 2 О р т О о а о Ы ы ы
1 39,0 29,0 0,5 14,0 1,5 2,0 1,0 0,5 0,5 - 12,0
2 44,7 26,1 0,45 12,6 1,35 1,8 0,9 0,45 0,45 0,35 10,58
3 50,4 23,2 0,40 11,2 1,2 1,6 0,8 0,40 0,40 0,7 9,7
4 56,1 20,3 035 9,8 1,05 1,4 0,7 0,35 0,35 1,05 8,55
5 61,8 17,4 0,30 8,4 0,9 1,2 0,6 0,30 0,30 1,4 7,4
6 67,5 14,5 0,25 7,0 0,75 1,0 0,5 0,25 0,25 1,75 6,25
7 73,2 11,6 0,20 5,6 0,6 0,8 0,4 0,20 0,20 2,1 5,1
8 78,9 8,7 0,15 4,20 0,45 0,6 0,3 0,15 0,15 2,45 3,95
9 84,6 5,8 0,10 2,8 0,3 0,4 0,2 0,10 0,10 2,8 2,8
10 90,3 2,9 0,05 1,40 0,15 0,2 0,1 0,05 0,05 3,15 1,65
11 96,0 - - - - - - - - 3,5 0,5
Исследование показало, что удельная теплоемкость жаропрочных минералов зависит от температуры, температуры отжига и концентрации основных компонентов.
Таблица 2
Удельная теплоемкость (С, Дж/(кг.-К)) жаропрочных минералов, прошедших отжиг при 973К, в зависимости от температуры и концентрации (п) основных компонентов: глинозема (Л1203)
и кремнезема (БЮ2)
\ п,% 8Ю2 39 44,7 50,4 56,1 61,8 67,5 73,2 78,9 84,6
Т,К N. Л1203 29 26,1 23,2 20,3 17,4 14,5 11,6 8,7 5,8
323 К 900 920 960 980 1000 1040 1115 1240 1300
348 К 1000 1090 1300 1120 1220 1240 1310 1350 1500
373 К 1250 1265 1350 1370 1400 1450 1495 1560 1610
398 К 1300 1295 1420 1460 1500 1520 1610 1685 1850
423 К 1310 1325 1435 1475 1550 1625 1745 1860 1950
448 К 1300 1360 1450 1485 1590 1550 1710 1790 1890
473 К 1295 1350 1400 1420 1450 1480 1535 1620 1700
498 К 1200 1260 1250 1350 1300 1360 1390 1520 1530
523 К 1145 1200 1220 1250 1270 1280 1320 1385 1395
548 К 1095 1170 1210 1200 1180 1240 1230 1340 1320
573 К 1060 1105 1120 1130 1150 1200 1210 1270 1280
598 К 1040 1105 1110 1165 1140 1265 1170 1250 1235
623 К 1060 1100 1105 1105 1135 1180 1185 1225 1230
648 К 1085 1110 1080 1060 1140 1185 1180 1240 1200
673 К 1100 1120 1115 1135 1150 1180 1170 1210 1200
В табл. 2 приводятся экспериментальные значения удельной теплоемкости исследуемых жаропрочных минералов, прошедших отжиг при температуре 973 К, в зависимости от температуры и концентрации основных компонентов.
На рис. 1 и 2 показан ход изменения удельной теплоемкости жаропрочных минералов, содержащих 84,6% 8Ю2(5,8% Л1203) и 44,7% БЮ2 (26,1% Л1203), в зависимости от температуры.
Согласно табл.2 и рис.1 и 2, удельная теплоемкость жаропрочных минералов с ростом концентрации кремнезема ( БЮ2) увеличивается, а с ростом концентрации глинозема (Л1203) уменьшается; с ростом температуры удельная теплоемкость сначала увеличивается и при определенной температуре достигает максимального значения, а затем наблюдается ее уменьшение по закону, близкому к экспоненциальному. Согласно данным, приведенным в [2], с ростом концентрации БЮ2 теплоемкость алюмосиликатных и глиноземистых огнеупоров увеличивается, а с ростом концентрации глинозема уменьшается. Видимо, увеличение теплоемкости с ростом концентрации БЮ2 и ее уменьшение с ростом концентрации Л1203 характерно для всех огнеупоров, содержащих различные концентрации БЮ2 и Л1203.
Рис 1. Удельная теплоемкость жаропрочного минерала, содержащего 84,6% 8Ю2 и 5,8% Л1203, в зависимости от температуры.
Рис 2. Удельная теплоемкость жаропрочного минерала, содержащего 44,7% 8Ю2 и 26,1% Л1203, в зависимости от температуры.
Согласно литературным данным, теплоемкость огнеупоров является аддитивной функцией их фазового состава и при высоких температурах не зависит от макроструктуры. Анализ литературных данных показал, что теплоемкость алюминатов кальция и магния измерена до высоких температур 1700 К [2]. Для 12 Са 0,7 А1203 обнаружена аномалия е=/(Т): теплоемкость возрастает от 259,3 кал/(К-моль) при 295,16 К до 391 кал/(К-моль) при 1310 К и резко падает до 357,5 кал/(К-моль), что и наблюдается для исследованных нами огнеупорных минералов.
Надо отметить, что с ростом концентрации глинозема (Л1203) максимальное значение удельной теплоемкости исследуемых жаропрочных минералов уменьшается и одновременно смещается в сторону более высоких температур.
Для объектов с высокими температурами отжига, температуры, при которых наблюдаются максимумы удельной теплоемкости, для всех концентраций глинозема (Л1203) имеют одинаковые значения.
Максимальное значение удельной теплоемкости с увеличением температуры отжига исследуемых объектов уменьшается.
На рис.3 показан характер изменения удельной теплоемкости исследуемых жаропрочных минералов с различной температурой отжига в зависимости от концентрации глинозема (Л1203) при температуре 323 К.
Как видно из рис.3, с ростом концентрации глинозема и температуры отжига удельная теплоемкость исследуемых жаропрочных минералов нелинейно уменьшается. При высоких температурах зависимость удельной теплоемкости от концентрации глинозема становится линейной.
Для обобщения экспериментальных данных по удельной теплоемкости исследуемых жаропрочных минералов использовали метод приведенных координат в виде следующей функциональной зависимости [3-6]:
/
С,
(1)
Т
где Т1=473 К, С1 - значения удельной теплоемкости при Т1.
Выполняемость зависимости (1) для исследуемых жаропрочных минералов показана на рис.4, из которого видно, что экспериментальные данные по удельной теплоемкости хорошо укладываются вдоль общей кривой.
Кривая на рис.4 описывается уравнением:
С=(-1,493(Т/Т1)2+3,153 Т/Тг 0,673>Сь (2)
Анализ значения С1 для исследуемых объектов показал, что с ростом концентрации кремнезема (БЮг) С1 увеличивается по линейному закону.
Рис.3. Удельная теплоемкость жаропрочных минералов в зависимости от концентрации глинозема при температуре 323 К и различных значениях температуры отжига.
С
Рис. 4. Зависимость — = /
С Сі
Ґ гр\
Т
V і У
, для жаропрочных минералов при различных концентрациях глинозема
(Л1203) и кремнезема (8Ю2). (1-11 соотвествует порядковым номерам исследуемых объектов в табл.1.) и
различных температурах отжига: 973К (1- О, 2 -6, 3 -9, 4 -X), 5- СХ, 6 -С5, 7 - Ф, 8 - 0, 9 - Ф, 10 - Я, 11 - О- );
1073К (1 - А, 2 - А, 3 - А, 4 - А, 5 -А, 6 -А, 7 -А, 8 -V, 9 -V, 10 -V, 11 -2 ); 1173 К ( 1 -□, 2 -В, 3 -Ш, 4 -Ш, 5 - Ш, 6 -Ш, 7 -Ш, 8 -И, 9 -И, 10 -Н, 11 -Н); 1373К ( 1 -X, 2 М, 3 -X, 4 -*, 5 -■*, 6 -С*, 7 -К, 8 -С1, 9 -Ж,
10 -Ж, 11 -V).
Зависимость Ci от концентрации кремнезема описывается уравнением:
Q =
с \
п
0,46 —+ 0,54
V п1
С\ , (3)
где n1=67,5% концентрации кремнезема, Q1 - удельная теплоемкость исследуемых образцов при n1=67,5% .
Зависимость Q1 от температуры отжига исследуемых объектов описывается уравнением:
C =-1,35 Тотж+2803, Дж/(кгК) (4)
Из уравнений (1)-(4) для расчета удельной теплоемкости жаропрочных минералов в зависимости от температуры, концентрации кремнезема и температуры отжига получим следующее выражение:
С=(-1,493 (Т/Тi)2+3,153T/Ti-0,673)(0,46 п/п1+0,54)(-1,35Тапк+2803), Дж/(кгК) (5)
Выражение (5) с погрешностью 4-5% описывает удельную теплоемкость жаропрочных минералов в зависимости от температуры, концентрации кремнезема и температуры отжига исследуемых объектов.
Таджикский государственный Поступило 18.05.2005 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. Carte A. - Amer.J. Sc., 1995, №8, p.253.
3. Маджидов Х., Сафаров М.М., Гайдей Г.П. - Материалы VII Всесоюзной конференции по теплофизическим свойствам веществ. Ташкент: Фан, 1982, 246 с.
4. Маджидов Х., Зубайдов С. - ДАН ТаджССР, 1984, т.27, №8, с.443-446.
5. Маджидов Х., Сафаров М.М. - Инженерно-физический журнал, 1986, т.50, №3, с.465-471.
6. Маджидов Х., Сафаров М.М. - Теплофизика высоких температур, 1986, т.24, №6, с.1037.
Х,.Мачидов, Х.К.Мухаббатов, С.М.Сияхаков ГАРМОТУН^ОИШИ ХОСИ МАЪДАЩОИ БА ГАРМИ ТОБОВАР ВОБАСТА БА ^АРОРАТ
Дар мак;ола натичахои тадк;ик;оти тачрибавии гармигунчоиши хоси маъданхои ба гарми тобовари дар таркибашон глинозем ва кремнозем дошта дар худуди хароратхои (323 - 673) К ва дар хароратхои (973 - 1373) К обутоб додашуда оварда шудааст.
259
H.Majidov, Kh.K.Muhabbatov, S.M.Siauhakov HEAT CONDUCTIVITY OF FIREPROOF MINERALS IN VARIOUS TEMPERATURES
The article contains results of experimental research of heat conductivity of fireproof minerals that contain alumina and silica tempered within temperatures (323-673) K and (973-1373) K.
