Файл: Чернявский И.Я. Износоустойчивые металлошлаковые трубы.pdf

вания с применением керамического блока реагирует с последним, меняя свой химический состав. Во-вторых,

ля шлака удерживается силами поверхностного натяже­ ния. Эти же силы придают капле сферическую форму. Опыт показал, что устойчивую сферическую форму со­ храняют капли диаметром до 5 мм.

Один спай дифференциальной термопары располага­ ли в центре капли (что достигали предварительной центровкой его по оси петли еще при изготовлении термопары), второй спай — на поверхности капли шла­ ка. Такое расположение дифференциальной термопары позволяло регистрировать температурный перепад меж­ ду поверхностью и центром образца при его нагреве или охлаждении.

Для определения температуропроводности, а также регистрации тепловых эффектов, вызванных фазовыми

переходами или другими подобными эффектами, необ­ ходимо, чтобы нагрев (охлаждение) проводили в квазистационарном режиме, т. е. скорость нагрева (охлажде­ ния) должна быть постоянной или по крайней мере близка к таковой.

Измерительная ячейка является частью установки, куда входит устройство для линейного нагрева и для записи показаний дифференциальной термопары (в на­ ших исследованиях применяли шеститочечный потен­

пературный перепад между его поверхностью и центром, вызванный переходом тепла от поверхности к центру (при нагревании) и в обратном направлении (при охла­ ждении), а также при прохождении процессов, сопро­ вождающихся термическими эффектами.

Типичная термограмма представлена на рис. 29. Ли­ ния 3 градуировочная для данной дифференциальной термопары, снимается отдельно и представляет собой геометрическое место точек, характеризующее достиже­ ние равенства температуры в центре и на поверхности образца.

Исходя из возможности определения температурного перепада между центром и поверхностью образца мож­

но рассчитать коэффициент температуропроводности по известной формуле:

ратура поверхности, а /и — температура центра образца).

В формулу (1.24) входит величина объемной тепло­ емкости, для которой вследствие сложного химического состава изучаемых шлаков отсутствуют справочные дан­ ные. Величину Су мы находили по аддитивности из теп­ лоемкостей окислов, входящих в состав шлака [104]. Для этого исходя из химического состава шлака рас­ считывали мольную долю каждого окисла и определяли удельную теплоемкость:

кость t-го окисла; УѴ,- — мольная доля этого окисла в шлаке.

Тогда объемная теплоемкость будет найдена из вы­ ражения

ный вес шлака, найденный как сумма произведений молекулярного веса каждого отдельного окисла на его условную мольную долю в шлаке.

Таким образом, зная температурную зависимость ср и р, рассчитывали сѵ в интересующем нас интервале температур.

Чтобы избежать построения градуировочной кривой дифференциальной термопары для измерения kt, рас­ чет коэффициента температуропроводности можно вести так, чтобы использовать по крайней мере две различные скорости охлаждения (нагрева) образца при снятии тер­ мограмм. В этом случае формулу (1.25) можно перепи­ сать:

где Ди — разность скоростей квазистацнонарного режима нагрева (охлаждения) образца; б (At) — разность температурных перепадов по радиусу сферы.

Полученные по описанной методике и подсчитанные по формуле (1.24) величины коэффициента теплопровод­ ности шлаков ММК и Б ГМК изображены на рис. 30. Изменение теплопроводности полпкристаллического об­ разца кварца с температурой показано на рис. 31, что довольно хорошо соответствует литературным данным [105, 106]. Опыты с кварцем мы проводили для оценки методики.

Рис. 30. Зависимость коэффициента теплопроводности шлака БГМК

(а)и шлака ММК и мелилита (б) от температуры:

О— шлак; х — мелнлнт

Надо подчеркнуть, что область измерения коэффи­ циента теплопроводности изложенным методом ограни­ чена температурой плавления исследуемых шлаков, так как при высоких температурах жидкие шлаки приобре­ тают достаточно большую электропроводность для того,

Рис. 31. Температурная зависи­ мость теплопроводности кварца

чтобы зашунтировать дифференциальную термопару. Тем не менее описанный метод дает возможность изме­ рять коэффициент теплопроводности в широком интер­ вале температур, достаточном для изучения любых тех­ нологических этапов при шлаковом литье.

Теплота фазовых переходов

Возможность определения теплоты фазовых перехо­ дов в различных материалах (количественный ДТА) доказана многими исследователями [100, 101, 107]. Ме­ тод определения термохимического эффекта с помощью

ДТА заключается в том, что площадь эффекта на тер­ мограмме исследуемого вещества сравнивается с пло­ щадью эффекта эталонного вещества, т. е. вещества, для которого известна зависимость площади от величи­ ны эффекта. Поэтому отношение площадей на термо­ грамме исследуемого и эталонного вещества будет про­ порционально величинам их термоэффектов. Такой метод достаточно точен и надежен, но осложнен тем, что тре­ буется хорошо изученное эталонное вещество, подобрать которое не всегда удается.

Нами предложен способ нахождения величины тер­ моэффекта без эталонного вещества. С этой целью по способу, описанному выше, снимали термограмму иссле­ дуемого вещества в квазпстацнонарных условиях и строили градуировочную кривую дифференциальной тер­ мопары. Затем сравнивали площадь термоэффекта ис­ следуемого вещества с площадью, определяемой темпе­

термохимического эффекта О эф = —ДЯэф); ДЯ0 — температурное из­ менение энтальпии, соответствующее «эталонной» площади S0 на тер­ мограмме вещества; S3<j>— площадь термоэффекта на термограмме вещества.

Возможность такого подхода при количественном ДТА шлаков видна из следующих рассуждений. Как из­ вестно, изменение энтальпии вещества в интервале тем­ ператур является функцией изменения сѵ в этом темпе­ ратурном интервале:

В узком температурном интервале это выражение может быть с достаточной степенью точности записано

где At=t2—Д; Ср — средняя мольная теплоемкость в интервале At.

Теплоемкость рассчитывали так же, как и при опре­ делении коэффициента температуропроводности, т. е. по аддитивности из термохимических данных составляющих шлак окислов на условный моль вещества.

Из уравнения, определяющего коэффициент тепло­

Уравнение (1.33) показывает, что изменение энталь­ пии пропорционально (при постоянных геометрических размерах образца и постоянном коэффициенте тепло­ проводности) площади, ограниченной координатами вре­ мени и температурного перепада по радиусу сферы. Сле­ довательно, можно записать

АН0 = ДЯЭф = Ло5Эф. (1-34)

В связи с тем, ч т о ----- величина постоянная в обоих

/

случаях, а К\ æ К2, так как эталонную площадь выбрали вблизи термического эффекта ', можно считать с боль­

Использование указанного расчета теплоты термического эффекта показано на рис. 32. Как видно, эталонная пло­ щадь So ограничена по ординате At дифференциальной записью и градуировочной кривой дифференциальной термопары, а по абсписсе — точками ті и т2, соответст­ вующими температурам t\ и U. В данном случае теплота

1 Это необходимо не только для соблюдения условий равенства коэффициентов теплопроводности, но и для снижения ошибки, которая может возникать за счет нелинейности температурной зависимости ТЭДС дифференциальной термопары.