ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ
В твердых оксидах тепло передается упругими колебаниями решетки. Эти колебания апериодичиы, оии, как говорят, квантуются. По аналогии с фотонами в теории света кваиты передачи тепла называют фононами, а теплопроводность — фоиоииой. Теплопровод, ность зависит от атомиой массы катиона.
Точио так же кристаллы с более сложным строением решетки имеют более низкую теплопроводность. Например, теплопроводность муллита ниже, чем у диоксида кремния и оксида алюминия.
Теплопроводность оптически анизотропных монокристаллов, как и их тепловое расширение, анизотропна. Разница в теплопроводности параллельно длинной оси и перпендикулярно ей с повышением температуры снижается. Анизотропия теплопроводности кварца при комнатной температуре около 1,7, а при 1000° С теплопроводность у кварца во всех направлениях одинакова. Теплопроводность огнеупорных изделий также анизотропна и объясняется анизотропией текстуры, получающейся при прессовании.
Теплопроводность кристаллических тел с повышением температуры снижается, при высокой температуре (1500—1600° С) несколько повышается, что вызвано увеличением теплопередачи излучением. Теплопроводность стеклообразных аморфных материалов (жидкой фазы) с повышением температуры увеличивается, начиная с 1500" С более резко из-за излучения. Теплопроводность огнеупоров зависит от составляющих фаз и характера их текстуры (см. рис. II.3).
В двухфазных (многофазных) материалах общая величина теп - ; лопроводиости близка к теплопроводности той фазы, которая является сплошной средой, матрицей.
Зависимость теплопроводности от пористости при температурах до 500° С выражается уравнением
ЯЛ = Я0(1 - аП), _ (11.40)
|
Теплофизические свойства огнеупоров
|
Где — теплопроводность пористого материала, Вт/(м-К); К— теплопроводность материала с нулевой пористостью; Л — общая пористость в долях единицы; а — коэффициент, значение которого зависит от пористости;
/7............................ <0,1 0,1—0,15 0,15—0,20 0,20—0,25
А.............................. 1,5 2,0 2,4 2,6
При более высокой температуре на общую теплопроводность существенно влияет передача тепла излучением. Излучающая способность пор пропорциональна размеру их и температуре в третьей степени ~ (dnТъ). Конвективная составляющая газа, пор, проявляется при размере их лишь более 1 мм и поэтому ие учитывается.
Зависимость теплопроводности от пористости при температурах выше 500° С описывается формулой Лобба:
|
^П — h j* |
|
(П.41) |
Л,
(1 - П±) + Л х Я0 /<4аеГс1Т3)
Где Ли—пористость в направлении, параллельном тепловому потоку, в долях единицы; Лх— то же, в перпендикулярном направлении; о — коэффициент лучеиспускания; є — степень черноты пор, в долях единицы; Г — геометрический фактор пор; d — размер пор, см; Т — температура, К.
|
(11.42) (H.43) (11.44) |
Зависимость теплопроводности Вт/(м-К) огнеупоров от температуры без учета анизотропии пор и их размера дается эмпирическими формулами для огнеупоров (соответственно шамотных, дииасовых, магнезитовых) :
%t= (0,6 + 0,00055^ 1,163; %t= (0,7 + 0,000650 1,163; Х( = (5,3 — 0,0023/) 1,163j
Ниже приведены некоторые характерные значения теплопроводности. Самую низкую теплопроводность имеет вакуум и близкую к ней воздух: теплопроводность воздуха при 100°С 0,0306 Вт/(м-К) и при 1000° 0,0788 Вт/(м-К), теплопроводность воды при 100° С 0,656 Вт/(м-К). Наименьшая теплопроводность кристаллов составляет 1,455 Вт/(м-К).
Таблица 11.2 5. ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТЬ
|
К л я Ц * Ч s о |
Температуропроводность, м-/с, при температуре, "С |
||
|
И с * |
20 |
' 500 |
1000 |
|
2,0 1,9 2,6 3,8 |
0,7 0,77 2,42 9,2 |
0,67 0,77 1,66 2,74 |
0,7 0,86 1,25 1,42 |
|
3* |
Температуропроводность a (ms/c) характеризует скорость распространения температуры и определяется по формуле
A = Я/фоб, (11.45)
Где X — теплопроводность, Вт (м-К); Роб — объемная плотность, кг/м3; с — теплоемкость Дж/(К-кг).
Характеристика теплофизических евойств распространенных видов огнеупоров приведена в табл, II.2,
При температурах выше 1600—1800° С огнеупоры начинают и^ паряться. 1
Ниже дана характеристика испаряемости промышленных оги<£ упоров при 1600°С в вакууме (0,01 Па):
Открытая Скорость';
Пористость, испарения;
О/ г/(см'-с)Ж>.
/0 Х10» '
TOC o "1-3" h z Шамотные....................................................... . 16 1,4
Каолиновые........................................................................ 13 1,0
Муллитовые.......................................................... 16 0,25
Магнезитовые............................................. . 22 0,8
12 0,3
Хромомагнезитовые............................................. 22 3,5
В воздухе огнеупоры испаряются примерно в 10 раз медленнее: скорость испарения находится в пределах (1 —5) -10—7 г/(см-с). Огнеупоры испаряются главным образом с поверхности и близлежащих-.і слоев.
