Polytechnisches Journal - ARNDT, Одредување на топлинската спроводливост на огноотпорни материјали
| Наслов: | ARNDT, Определување на топлинската спроводливост на огноотпорни материјали. |
| Автор: | Анонимен |
| Референца: | 1922 година, том 337 (стр. 185-187) |
| Урл: | http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj337/ar337043 |
Од проф.д-р. К.Арндт .
За да се користи гориво економично, важно е да се знае топлинската спроводливост на огноотпорните материјали што ја опкружуваат котларата. Од една страна, неопходни се слаби спроводници на топлина, ако целта е да се спречи топлината да истекува кон надвор што е можно повеќе; во други случаи, обратно, се посакуваат најдобрите можни топлински спроводници доколку супстанцијата затворена од нив треба брзо да се загрее на висока температура однадвор. За жал, сегашните мерења главно се проширија на температури до 900 ° или најмногу 1000 °, и покрај фактот дека температурниот опсег над ова, до околу 1600 °, стана многу важен за денешната технологија. Во продолжение сакам да дадам краток преглед на постојната работа, обрнувајќи особено внимание на резултатите достапни за високо огноотпорни материјали.
Во нивните детални „Истражувања за топлинската спроводливост на огноотпорни градежни материјали“ (Комуникации на канцеларијата за испитување на кралскиот материјал, том 32, стр. 95, 1914) Хејн и Бауер прво даваат дефиниција за надворешната и внатрешната топлинска спроводливост.
Надворешната топлинска спроводливост во споредба со околниот медиум е количина на топлина што тече во 1 секунда низ крајната површина од 1 квадратен метар со постојана температурна разлика од 1 ° С. Нивната вредност се одредува не само од посебниот вид на цврста материја за која станува збор, туку и од природата на нејзината површина и видот и состојбата на движење на околниот медиум.
Се мери внатрешната топлинска спроводливост:
1. Користење на калориметриски метод според Фурие и Пеклет (Ann. De chimie et de physique 1841, стр. 107).
2. Процес на ладење и греење: мерење на решетки во стабилна состојба. Ако некој ја набудува температурата од најмалку 2 пресеци на многу долга и многу тенка прачка, која се загрева на пресек 0, откако ќе се појави стабилна состојба, од ова може да се пресмета односот на надворешната кон внатрешната топлинска спроводливост. Со цел да се направи вредноста на надворешната спроводливост иста за прачки изработени од различни материјали, Видеман и Франц (Poggend. Ann. Vol. 89, p. 497, 1853) им дадоа на прачките облоги од ист вид, изработени од лак, јаглерод црн, никел или сребро.
3. Методи на ладење и греење: мерења на решетки надвор од стабилна состојба.
а) Според методот на Ангстром (Ен. Вол. 24, стр. 512, 1861) прачката се менува наизменично и се лади со период од 24 минути; температурата се мери во почетниот пресек и во пресек оддалечен околу 10 см од него.
б) Според методот на Ф. Нојман (Ann. de chimie et de physique. Vol. 66, 1862), тенка прачка се загрева на едниот крај и, откако температурата ќе стане еднаква, се остава да се излади. Температурата на краевите се мери во исто време. Пресметката е поедноставена ако во исто време се мери температурата на центарот на прачката.
в) Според методот на Л. Лоренц (Ann. Vol. 13, стр. 422, 1881) многу тенка прачка се загрева на едниот крај и потоа се остава да се излади, а воздухот се одржува на постојана температура. За време на греењето и ладењето, температурата се мери на 8 точки на прачката.
4. Методи на ладење и греење: мерења на прстени, топчиња, коцки и сл. Коцки се користеа на пр. Од Кирхоф и Хансеман (Ен. Том. 9, стр. 1, 1880 г. Том. 12, стр. 401, 1881).
5. Греење со познати количини на топлина:
а) Колрауш, Јагер и Дизелхорст (Висеншафт. Абх. г. Физ. Техн. Рајханст. 1900, стр. 273) загревале прачка електрично и ги држеле местата за снабдување на постојана температура со бањи. Во стабилна состојба, тие ја измерија температурата на 3 поени еднакво оддалечена едни од други, како и градиентот на напонот. На овој начин тие ја утврдија врската помеѓу спроводливоста за топлина и електрична енергија.
б) За изолационите материјали, Јегер и Диселхорст исто така ја утврдија топлинската спроводливост во горниот аранжман, на пример, на памучната волна, која се наоѓа помеѓу металната прачка и | 186 | што ја опкружува бакарна јакна со два walида, која се чуваше на одредена температура со проток на течност или пареа.
в) Климент и Еги (Металуршко и хемиско инженерство, том 8, стр. 414, 1910), кои ја утврдија топлинската спроводливост на огноотпорните глини на високи температури, загреаа цилиндар направен од предмет на огноотпорна глина одвнатре преку калем направен од чиста жица од никел. Термопаровите се наоѓаа во две надолжни дупки, кои беа извадени од оската со r 1 и r 2. Штом температурите посочени од нив станаа постојани (по 3-5 часа), беа направени мерења.
Во своите експерименти, Хејн и Бауер го користеа методот на Климент во следниов аранжман: Една од површините на главата на пробниот камен е поставена наспроти плоча за греење изработена од високо огноотпорен материјал, што електрично се загрева со јаглен во прав како отпорник на загревање. Голем број термопарови се вградени во тест камен, кој е опкружен со камења од сличен тип. По почетокот на греењето, зголемувањето на температурата се забележува на сите овие термопарови. Од овие набудувања, топлинската спроводливост на испитниот камен се пресметува на не многу едноставен начин.
Калориметрискиот метод накратко споменат во 1. е всушност поедноставен. По него, С. Вологдин (Revue de Metallurgie vol. 6, p. 767, 1909) ја испита топлинската спроводливост на некои огноотпорни материјали во Ле Шателје. Тој ја стави округлата тест плоча со дебелина од 5 см како покривка на гасна печка и калориметар за вода на плочата. Во плочата беа дупчат три дупки, првата 50 мм, втората 45 мм и третата 5 мм длабочина.
П.Горенс (извештај за 34. генерален состанок на Здружението на германски фабрики за огноотпорни производи, 1914, стр. 92, Ферум том 12, стр. 1 и 17, 1914) значително го подобри овој аранжман. Тој го замени греењето на гас со електрично греење затоа што не беше можно да се одржат високи температури постојани подолго време со греење на гас. Покрај тоа, огноотпорниот материјал се менува на необичен начин со текот на времето со помош на гасот; По повеќекратно загревање, камењата отекуваат и јаглеродот се таложи во нив. Горенс користел огноотпорен панел завиткан со жица од хром-никел како електричен грејач. Второ, тој го опколи долниот дел од калориметарот со сад низ кој течеше вода на ист начин како калориметарот.
Ова второ подобрување ги отстранува приговорите од Хајн за калориметрискиот метод. Ова е затоа што делот од камената површина што е во контакт со дното на калориметарот е во голема мера ладен. Ако преостанатиот дел од површината на каменот остане во контакт со воздухот, топлината ќе се оддаде побавно и температурата ќе биде поголема. Тогаш топлината ќе треба да тече далеку од потоплиот раб на камењата кон центарот, каде што се наоѓа калориметарот за ладење, и затоа топлината што ја апсорбира калориметарот ќе биде преголема. Оваа грешка се отстранува со ладење на преостанатиот дел од површината на каменот преку садот за ладење кој точно го опкружува калориметарот.
Горенс стиснал четири нормални камења од материјалот што треба да се испита во рамка. За воведување на термопарови, серија жлебови беа исечени на еден од четирите камења. За мерење на пониските температури се користени елементи од бакар-константан, а за повисоките температури елементи од платина-платина-родиум. Понатамошни детали може да се најдат на именуваната локација.
Бидејќи коефициентот на топлинска спроводливост, што означува количина на топлина во кал секунди што поминува низ плоча со дебелина од 1 см, чии надворешни површини имаат температурна разлика од 1 °, е многу мал во случај на огноотпорен материјал, ова резултира со вредност К што е погодна за вежбање, ако се измери количината на топлина W дадена во kg-калории (НЕ) на час, површината F во квадратни метри и дебелината на wallидот D во m. Тогаш K = 360 k.
Горенд ја измери топлинската спроводливост на следниве камења:
| материјал | карактер | SiO 2 | Ал 2 О 3 | Fe 2 O 3 | CaO | MgO | алкали |
| Полу-шамот | В II | 73.1 | 22,9 | 1.9 | 0,2 | 0,2 | 1.7 |
| Шамот | CX 63 | 67,7 | 28.2 | 1.9 | 0,3 | 0,1 | 1.9 |
| Чеша | НС | 53,9 | 40.2 | 1.9 | 0,2 | 0,2 | 1.3 |
| Лиа | L I A | 53.0 | 45.3 | 1.2 | патека | патека | 0,5 |
| Силика | Лутген | 96.0 | 1.8 | 0,7 | 1.5 | - | - |
| Магнезит | Бендорф | 2.7 | 6.5 | 4,5 | - | 86.2 | - |
За овие материјали тој исто така ја утврдил порозноста, што исто така ја дава очигледна густина. Следната табела ги дава броевите за горенаведените материјали и за јаглеродна тула која содржела 89% C:
материјал | Поро- градски | Изглед- голи густина | Топлинска спроводливост | |||
| 0-100 ° | 400-500 ° | 800-900 ° | 900-1000 ° | |||
| Полу-шамот | 30% | 1,83 | 0,79 | 0,88 | 1,05 | - |
| Шамот | 29% | 1,80 | 0,75 | 0,89 | 1.10 | - |
| Чеша | 31% | 1,81 | 0,78 | 0,97 | 1.15 | 1.18 |
| Лиа | 39% | 1,75 | 0,72 | 0,75 | 0,82 | 0,84 |
| Силика | 23% | 1,87 | 1.01 | 1.13 | - | - |
| Магнезит | 34% | 2.34 | - | 3,71 | 3.10 | 2,93 |
| јаглерод | 38% | 1.19 | - | 0,92 | 1,26 | 1,36 |
Од резултатите од неговите експерименти, Горенс заклучува дека коефициентот на топлинска спроводливост се намалува со зголемување на порозноста и дека огноотпорните материјали со висока густина се добри спроводници на топлина. Коефициентот на топлинска спроводливост се зголемува со зголемување на температурата; тој се намалува само со магнезит.
На пат, Хејн и Бауер ги пронајдоа следниве вредности на топлинска спроводливост:
| материјал | 200 ° | 600 ° | 1000 ° | 1200 ° |
| Огноотпорна п.н.е. | 0,52 | 0,79 | 0,94 | - |
| „4 | 0,41 | 0,50 | 0,77 | - |
| „Ц. | 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 | - |
| јаглерод | 0,43 | - | - | - |
Самите Климент и Еги испитувале цилиндри од глина што им биле испечени од компанијата „Лаклед-Кристи Клеј Производи“ од Сент Луис. Мешавината А беше темно-црвено-кафеава и не содржи песок; нивната структура личеше на песочник. Бојата беше исто така црвеникаво-кафеава, но беше средно фина и содржеше многу малку бел песок. 1 беше кафеав, приближно груб од Б, а исто така имаше и малку песок. Конечно, одделение 3 беше прилично бело, многу грубо и содржено многу песок. Ако ги претворите резултатите во единиците избрани од Горенс, ги добивате следниве вредности:
| материјал | 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 | - |
Меѓу другите американски експерти, Карл Херинг особено се занимавал со топлинска спроводливост при високи температури. Од табелата составена од него (Металуршко и хемиско инженерство, том 9, стр. 15, 1911) ги земам следниве бројки:
| Тули надвор | 400-800 ° |
| графит | 3,66 |
| Карборунд | 3.36 |
| магнезија | 1.03 |
| Хромит | 0,83 |
| боксит | 0,48 |
| Силика | 0,29 |
| Кизелгур | 0,26 |
Наведената топлинска спроводливост повторно се претвора во единиците избрани од Горенс, т.е. укажува на количината на топлина (во НЕ) што поминува на час по квадратен метар низ плоча со дебелина од 1 м, чии надворешни површини имаат температурна разлика од 1 °. Самиот Херинг препорачува други мерни единици засновани на електрични мерења на топлината што поминала низ плочата. Тој, наречен термички ом, е термички отпор, за кој е потребен температурен градиент од 1 ° C за 1 вати проток на топлина. Ако го означите со R, температурниот градиент со Т и протокот на топлина во вати со W, ќе добиете равенка заснована на законот на Ом
Следејќи го американскиот обичај, кој ја опишува електричната спроводливост, реципрочната вредност на отпорот измерен во оми, како „Mho“, тој единицата за специфичната топлинска спроводливост ја нарекува термички Mho; Thermal Mho дозволува 1 вати проток на топлина кога градиентот на температурата е 1 °. На пример, за силикатни тули, топлинскиот отпор станува 119,5, а топлинската спроводливост 0,0084.
Некои вредности на топлинска спроводливост за високи температури може да се најдат во компилација на Ф. Т. Снајдер (Met. Chem. Eng. Vol. 8, p. 629, 1910). За силикатни цигли што се печат на 1050 °, земаме коефициент на топлинска спроводливост 0,65 (до наша мера) во градиент од 0–1000 °, додека за силикатни цигли што се печат на 1310 °, вредноста е 1,03.
За електроинженерот, вредностите на топлинската спроводливост се вредни, што Снајдер (оп. Cit.) Ги одредува за јаглеродните електроди и графитните електроди:
| материјал | 100-400 ° | 100-800 ° | 100-1200 ° | 100-1600 ° |
| Јаглеродни електроди | 30-ти | 41 | 43 | 48 |
| Графитни електроди | 166 | 103 | 94 | 86 |
Ван Ринсум (Zeitschr. D. V. German. Ing. 1918, стр. 601 и 639), кој електрично ги загреваше сферичните тест примероци одвнатре, исто така не ги прошири своите експерименти над 1000 °. Ги дава следниве вредности:
| материјал | 200 ° | 600 ° | 1000 ° |
| Силика | 0,56 | 0,88 | 1.19 |
| Динаси | 0,74 | 0,93 | 1.13 |
| Шамот | 0,51 | 0,60 | 0,82 |
| Магнезит | - | 1,29 | 1,43 |
Тој мораше да почека 14 дена за да се изедначи температурата. Хејн и Бауер, видот на мерењето и резултатите за кои разговаравме погоре, не чекаа до трајната состојба, но мораа да ја пресметаат топлинската спроводливост од нерамнотежата, спецификацијата. Тежини и спецификации. Знајте како да ги загреете испитуваните супстанции.
Чако со право се жали (Journ. Gaslight Vol. 62, стр. 274, 1919) дека бројот на топлинска спроводливост е некомплетен и делумно се контрадикторни едни на други, особено за магнезитот, еден од најважните високо огноотпорни материјали. Се надеваме дека овие празнини наскоро ќе бидат пополнети од германски истражувачи. 1)
H. Krüger во Stahl und Eisen 1918, стр. 1201-1210, даде добар и во некои случаи обемен преглед на релевантната американска литература.