ТЕХНОЛОГИЯ ОГНЕУПОРОВ

ГАЗОПРОНИЦАЕМОСТЬ

Определение газопроницаемости используют для оценки струк­туры (текстуры) изделий и для расчетов фильтрации газа через ог - неупор. Представление о структуре огнеупора по его газопроницае­мости основано на том, что газопроницаемость принято считать функцией среднего поперечника пор. Наибольшая газопроницаемость соответствует размеру пор 20—100 мкм. Область пор этого класса охватывает почти все проницаемые поры. Проникновение шлака в огнеупор зависит от размера пор, а поскольку определение разме­ра пор более сложно и трудоемко, чем определение газопроницаемо­сти, то при оценке шлакоустойчивости используют показатели газо­проницаемости.

Заметим, что зависимость между шлакоразъеданием и газопро­ницаемостью является далеко не линейной и недостаточно выяснен­ной. Снижение газопроницаемости ниже определенного ее значения не оказывает особенного влияния на срок службы огнеупоров.

Газопроницаемость очень чувствительна к структуре, поэтому ее используют также при оценке равномерности структуры. Что ка­сается фильтрации, то следует иметь в виду, что нельзя отождеств­лять газопроницаемость отдельного изделия с газопроницаемостью кладки стен, сводов и других элементов, проницаемость которых для газов и паров определяется преимущественно состоянием швов.

2—298

Поскольку при службе рабочая поверхность огнеупорной кладки во многих случаях глазуруется в результате воздействия шлаков, то первоначальный показатель проницаемости" уже не соответствует фактическому. Тем не менее газопроницаемость изделий до службы содержит ценную информацию о возможном насыщении огнеупо­ров парами металлов, углекислым и другими газами, и поэтому га­зопроницаемость нормируется для изделий ответственного назначе­ния, например для кладки доменных печей.

При выводе уравнения газопроницаемости пористость огнеупора представляют в виде модели цилиндрических каналов пор, течение газов в каналах— вязким (Ньютоновский режим) и применяют урав­нение Пуазейля (1840 г.):

Q = nr*NS (Р! — ъ) /(8т)0, (II. 13)

Где Q — количество газа, прошедшее через образец в единицу изме­рения, м3/с; г — радиус (пор), м; 5 — площадь сечения образца, м2; N — число каналов на 1 м2; р—давление газа на входе в канал; Рг — давление на выходе из канала {р—р%)=кр, Па; I — длина ка­нала, м; г) — динамическая вязкость газа, Па-с.

В формуле член n/"W/8 зависит от количества и размеров пор, его можно представить в виде К=г2в/8, так как itr2//=8, где є — открытая пористость в долях единицы.

Этот член и называют коэффициентом газопроницаемости. Опре­делить его непосредственно из выражения К=г2г/8 не представля­ется возможным, так как величина г непосредственным опытом не определяется. Поэтому коэффициент газопроницаемости выводят из уравнения Пуазейля, а размер проницаемых пор (эффективный) определяют по величине коэффициента проницаемости.

В окончательном виде расчетная формула имеет вид:

К= 18,4-102 (QJ/SAp) нПм, (11.14)

Где К—коэффициент газопроницаемости; Q — расход воздуха, см3/с; I — высота образца (глубина проницания), см; 5 — площадь сечения образца, см2; Др=рі—р2 — перепад давления, Па; 18,4-102 — коэффициент, учитывающий вязкость воздуха при температуре 20° С, П.

Единицей газопроницаемости служит перм, который обозначает­ся Пм от латинского слова permeabilitas —• проницаемость. В качест­ве практической единицы газопроницаемости принимается наноперм (нПм), равный Ю-9 перма.

Газопроницаемость определяют на целых изделиях в направле­нии, перпендикулярном направлению прессования.

Поскольку вязкость газов с температурой увеличивается, то ко­эффициент газопроницаемости будет уменьшаться:

Kt=Ku>rnlrt. (II.15)

Зависимость отношения г|2о/г|г (температурный фактор вязкости воздуха) от температуры показана на рис. II.1, из которого видно, что газопроницаемость огнеупора при 1000° С почти в два раза ни­же, чем при 20° С. Поскольку вязкость азота, кислорода, углекис­лого и доменного газов близка вязкости воздуха, то практически коэффициенты газопроницаемости всех этих газов и их смесей мож­но принять равными коэффициенту газопроницаемости воздуха. Средние значения коэффициента газопроницаемости промышленных
огнеупорных Изделий находятся в следующих пределах: шамотйЫх 2-Ю, дииасовых 1—12, магнезитовых 6—12, хромомагнезитовых S—25 нПм.

З. УДЕЛЬНАЯ ПОВЕРХНОСТЬ

Различают два вида удельной поверхности пористых и порош­ковых тел: внешнюю и полную. Под внешней удельной поверхностью подразумевают суммарную поверхность частиц, полная же поверх­ность состоит из внешней плюс поверхность открытых пор внутри частиц. Удельную по­верхность выражают в квадрат­ных сантиметрах (метрах) на 1 г вещества Sg (см2/г или м2/г) и на 1 см3 объема тела Sv (см2/см3). Обе величины связа­ны между собой следующим со­отношением: <Sy = <SspKa>K, где ркаш — кажущаяся (объемная) плотность.

Для монофракцнонных по­рошков практически с достаточ­ной точностью внешнюю удель­ную поверхность определяют по формуле

Sg = 6/p/, (11.16)

Где р —плотность, г/см3; 1~ длина ребра куба (размер частицы по­рошка), см.

Внешняя поверхность пор в изделии, если принять цилиндриче­скую модель пор, будет равна: Sy~2e! r, где е — пористость в до­лях единицы. Подставляя в последнее выражение значение размера пор, определенного по формуле (11.11), получим:

5(,= 22,5]//РЖ; (11.17

Sg^n&priVlpJk, (И.18)

Расчет основан на моделях цилиндрических пор1; П — откры­тая пористость, %; К—газопроницаемость, нПм; роб — объемная плотность, г/см3.

Полную удельную поверхность порошков и изделий определяют адсорбционными методами (БЭТ).

Полная удельная поверхность шамотных изделий, определенная методом БЭТ (открытая пористость 23%; рОб=2,0 г/см3), составля­ет ~0Д4 м2/г*, или 2800 см2/см3, дииасовых (открытая пористость 16,6%; роб=1,9 г/см3) 0,1 м2/г, или 1900 см2/см3, и магнезитовых (открытая пористость 22%; р0б = 2,8 г/см3) 0,18 м2/г, или 4240 см2/см3.