Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Жаростойкие ячеистые бетоны 10
1.1. Производство и применение жаростойких теплоизоляционных материалов в промышленности . 10
1.2. Основные сырьевые компоненты для производ ства жаростойких ячеистых материалов- 16
1.3. Способы создания ячеистой структуры жаростой ких материалов - 25
Выводы по главе 1 29
ГЛАВА 2. Применяемые материалы и методы исследований 31
2.1. Применяемые материалы и их характеристики 31
2.2. Методы исследования и аппаратура 36
2.3. Методика получения образцов жаростойкого пенобетона 42
2.4. Статистическая оценка результатов измерений и методы математического планирования эксперимента 43
ГЛАВА 3. Разработка составов жаростойких пенобетонов 46
3.1. Исследование влияния вида и количествапенообразователя на гидратацию ВГЦ и прочность цементного камня 46
3.2. Исследование влияния добавок пенообразователей на процессы структурообразования ВГЦ - 59
3.3. Исследование термостойкости и фазового состава материала на основе ВГЦ и глины - 67
Выводы по главе 3 93
ГЛАВА 4. Исследование свойств разработанных жаростойких пенобетонов 95
4.1. Исследование свойств растворной части ПБЖ 95
4.2. Исследование теплофизических свойств ПБЖ 108
4.3. Моелирование процесса переноса тепла в ограждающих конструкциях печей, изготовленных с примене нием ПБЖ - 119
4.4. Исследование удельной теплоемкости ПБЖ 126
4.5. Составы разработанных жаростойких пенобетонов и их основные эксплуатационные свойства 131
Выводы по главе 4 134
ГЛАВА 5. Технология изготовления жаростойкого пенобетона 136
5.1. Технологическое оборудование для производства ПБЖ 136
5.2. Описание технологической схемы производства разработанных ПБЖ 140
5.3. Расчёт экономической эффективности производства и применения разработанных материалов - 145
Выводы по главе 5 151
Основные выводы 152
Библиографический список 154
Приложения 164
- Производство и применение жаростойких теплоизоляционных материалов в промышленности
- Применяемые материалы и их характеристики
- Исследование влияния вида и количествапенообразователя на гидратацию ВГЦ и прочность цементного камня
- Моелирование процесса переноса тепла в ограждающих конструкциях печей, изготовленных с примене нием ПБЖ
Введение к работе
Актуальность работы. Успешное развитие энергоемких отраслей, во многом определяющих рост темпов промышленного производства и экспортный потенциал страны, выдвигает ряд актуальных задач, связанных с экономией энергетических ресурсов, снижением тепловых потерь в технологических процессах или при генерировании и транспортировке тепловой энергии.
Создание, производство и рациональное применение эффективных жаростойких теплоизоляционных материалов позволяет снизить материалоемкость конструкций теплогенерирующих аппаратов и термических печей, а также непроизводительные теплопотери в окружающую среду.
Известно, что в качестве вяжущего для изготовления легких жаростойких бетонов на искусственных пористых заполнителях широко используют глинозёмистые цементы. Эти цементы отличает сочетание свойств, необходимых для изготовления жаростойких ячеистых материалов: высокая начальная скорость твердения, способствующая получению качественной пористой структуры, огнеупорность (t > 1500 С) и высокая прочность.
Однако, использование глиноземистых цементов в составах ячеистых бетонов, которые изготавливаются по пенной технологии, сопряжено с рядом проблем:
глинозёмистые цементы (ГЦ) значительно снижают устойчивость пены в процессе получения пенобетонной смеси;
бетоны на глинозёмистых цементах характеризуются значительным снижением прочности в диапазоне рабочих температур большинства промышленных печей.
Кроме того, большинство известных пенообразователей, применяемых для производства пенобетонных композиций, негативно влияют на прочность цементного камня.
Дополнительное ограничение, снижающее объем использования глиноземистых цементов в составах жаростойких бетонов, заключается в высокой стоимости вяжущего вещества.
Все это обуславливает актуальность исследований, направленных на создание новых жаростойких теплоизоляционных материалов, в том числе ячеистых бетонов низкой плотности, изготавливаемых с использованием местных минеральных ресурсов.
Цель и задачи исследования. Цель диссертационной работы заключалась в разработке составов, исследовании структуры и свойств жаростойких ячеистых бетонов на высокоглинозёмистом цементе (ВГЦ), а также в обосновании возможности использования для их изготовления местных алюмосили-катных горных пород (глин) и промышленных отходов.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
изучить влияние вида и количества пенообразователя на кинетику гидратации ВГЦ и прочность цементного камня;
разработать составы растворной части жаростойкого пенобетона и исследовать свойства двухкомпонентного вяжущего на основе ВГЦ и глины;
изучить физико-химические процессы структурообразования, происходящие при твердении двухкомпонентного вяжущего;
обосновать выбор вида и количества добавок, улучшающих термостойкость материала;
определить основные технологические параметры процесса вспенивания, позволяющие получать жаростойкий пенобетон (ПБЖ) с заданной плотностью;
исследовать основные эксплуатационные свойства и определить технико-экономическую эффективность производства и применения разработанных ПБЖ.
Научная новизна работы. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность получения эффективных жаростойких пе-нобетонов на основе двухкомпонентного вяжущего, состоящего из ВГЦ и глины.
Установлены закономерности гидратационного твердения высокоглиноземистого цемента в присутствии пенообразователей, а также формирования фазового состава ПБЖ в процессе высокотемпературного нагрева.
Получены математические зависимости прочности и плотности растворной части ПБЖ от его состава, а также времени твердения.
На основе теории формальной аналогии между процессами переноса тепла и электричества разработана расчетная схема для вычисления теплопроводности жаростойких ячеистых бетонов.
Достоверность результатов работы. Достоверность результатов работы основана на использовании современных методов исследований. Определение основных теплофизических и механических свойств разработанных ПБЖ производилось в строительной лаборатории Пензенского государственного университета архитектуры и строительства, аккредитованной при Пензенском ФГУ «Пензенский центр стандартизации, метрологии и сертификации» (свидетельство № 77-03 от 22 декабря 2003 г.).
Результаты исследований обработаны с использованием методов математической статистики. В работе использованы общепризнанные методики исследований свойств, изложенные в научной литературе, а также методики, предусмотренные в ГОСТ на конкретный вид материала. Отчеты в виде НИОКР по представленной диссертационной работе обсуждались и были одобрены в известных научных и производственных организациях - НИИ строительной физики РААСН, г. Москва (2005 г.), Волжское отделение РААСН, г. Н. Новгород (2003 г.), а также в рамках отчета по Межотраслевой программе сотрудничества Министерства образования РФ и Федеральной службы специального строительства РФ «Наука, инновации и подготовка кадров в строительстве» за 2003/04.
Практическая значимость работы. Разработаны составы и технология изготовления жаростойких ячеистых бетонов с плотностью 400...500 кг/м . Применение местных легкоплавких глин и отработанных огнеупорных изделий позволило расширить потенциальную сырьевую базу и улучшить технико-экономические показатели жаростойких ячеистых материалов.
На основании результатов проведенных экспериментальных исследований получены зависимости «состав - свойство», а также «состав-воздействие-свойство», которые позволяют оптимизировать процесс проектирования состава пенобетонной смеси.
Определены рациональные области применения и технико-экономическая эффективность производства разработанных жаростойких пе-нобетонов. Показано, что стоимость разработанных легковесов значительно ниже стоимости существующих аналогичных материалов.
Реализация работы в промышленности. Результаты исследований, проведенных в рамках данной диссертационной работы, являлись частью проекта: «Новые композиционные ячеистые материалы с улучшенными технико-экономическими показателями для объектов жилищного и теплоэнергетического строительства. Технология их изготовления с использованием местных минеральных ресурсов и техногенных отходов», который стал победителем конкурса «Старт 05», проводимого в рамках федеральной целевой программы поддержки инновационных разработок в научно-технической сфере. Финансирование работ по промышленной апробации и доведению разработанных составов ПБЖ до промышленного освоения осуществлялось ООО «ПБКомпозит» на производственной базе 000 «Новые технологии», г. Пенза.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на:
научно-практической конференции-выставке по результатам реализации Межотраслевой программы сотрудничества Министерства образования РФ и Спецстроя РФ "Наука, инновации, подготовка кадров в строительстве" на 2001-2005, Москва, МГСУ, 2003;
VIII Академических чтениях РААСН «Современное состояние и перспективы развития строительного материаловедения», Самара, СГАСУ, 2004;
международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы современного строительства. Строительные материалы и конструкции», Пенза, ПТУ АС, 2005;
X Академических чтениях РААСН «Достижения, проблемы и перспективные направления развития теории и практики строительного материаловедения», КГАСУ, Казань, 2006.
Публикации, По теме диссертации опубликовано 7 научно-технических статей (из них 1 работа в изданиях по перечню ВАК).
Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, основных выводов, библиографического списка и приложений. Диссертация содержит 163 страницы текста, 36 табл., 41 рис, и библиографический список, включающий 118 наименований.
Работа выполнена на кафедре «Строительные материалы» государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства» под руководством доктора технических наук, профессора Прошина А.П. и кандидата технических наук, доцента Берегового В.А.
Автор выражает глубокую благодарность кандидату технических наук, доценту И.Н. Максимовой за помощь при подготовке и выполнении работы, а также Фонду содействия малым предприятиям в научно-технической сфере (генеральный директор И. М, Бортник) за финансовую поддержку научных исследований и работ по внедрению разрабатываемых материалов.
Производство и применение жаростойких теплоизоляционных материалов в промышленности
В современных условиях эффективная эксплуатация промышленных тепловых агрегатов, в частности промышленных печей, невозможна без использования легких конструкций из жаростойких бетонов с повышенной теплоизолирующей способностью.
Применением таких бетонов обеспечивается значительная экономия материалов и топлива, возможность уменьшения габаритов элементов для сборки конструкций футеровок, снижение их массы, изготовление монолитных конструкций с повышенной теплоизолирующей способностью, интенсификация технологических процессов, эффективная защита строительных конструкций и технологического оборудования от вредного воздействия высоких температур, создание нормальных условий труда обслуживающего персонала в горячих цехах [1, 2, 3].
В настоящее время в связи с большим износом или техническим несовершенством значительной части теплоэнергетического оборудования и печей, эксплуатируемых в теплоэнергетике, металлургии, химической, нефтеперерабатывающей промышленности, а также в стройиндустрии необходима серьезная модернизация путем замены используемых в настоящее время мертелей, огнеупоров, тепло- и огнезащитных материалов на аналогичные изделия с улучшенными показателями эксплуатационных свойств [3, 4].
Ярким примером сложившейся ситуации служит крайне тяжелое положение в тех отраслях промышленности, где жаростойкие материалы имеют недопустимо малый ресурс работы. На большинстве теплостанций России футеровка котлов едва выдерживает один отопительный сезон, после чего требуется либо полная замена футеровки, либо ее капитальный ремонт. Схожее положение наблюдается при эксплуатации нагревательных печей термообработки металлов и металлических изделий, печей металлургической промышленности и обжига строительных материалов. Во многих случаях замена или капитальный ремонт футеровки из жаростойкого материала требует длительной остановки производства, что влечет за собой огромные материальные потери [4]. Снижение затрат на эксплуатацию и обслуживание промышленных печей напрямую связано с использованием эффективных материалов в конструкциях ограждений, сочетающих теплоизоляционные и жаростойкие свойства. Традиционные штучные легковесы (пенодиатомитовый кирпич, пеношамот-ный блок и др.) не выдерживают конкуренции со стороны более технологичных в производстве и применении легких жаростойких бетонов [2, 3, 4]. Конструкция ограждения, получаемая при применении «мелкоштучных» изделий, имеет огромное количество швов, а различие в термическом расширении кирпича и растворных швов приводит к быстрому разрушению последних, ослаблению конструкции ограждения и необходимости ее частого ремонта.
Для термоизоляции объектов сложной конфигурации (например, барабаны, коллекторы, трубы, паропроводы) применяются торкрет-массы, выпускаемые в виде готовых сухих смесей. При высоких теплоизолирующих характеристиках эти материалы обладают важным достоинством, которое заключается в относительной легкости технологии изготовления покрытия на поверхности любой формы: сухая смесь затворяется водой до требуемой консистенции и укладывается на подготовленную поверхность. При этом преимущество торкрет-масс по сравнению с волокнистыми теплоизоляторами (минераловат-ными и стекловолокнистыми материалами) состоит в том, что они со временем не сминаются и сохраняют свои теплоизоляционные свойства.
Максимальную эффективность от использования пенобетонных жаростойких составов можно достичь именно при использовании технологии торкретирования, которая позволяет изготавливать и укладывать материалы в изолируемые полости утепляемых конструкций непосредственно на месте сооружения или ремонта печи [5].
Преимущества монолитных футеровок хорошо известны: технологичность укладки и монтажа, низкие трудозатраты при укладке, ремонтнопригод-ность футеровки. Получаемые после твердения монолитные теплозащитные слои не имеют швов, поэтому отпадает необходимость в применении легких жаростойких растворов для скрепления отдельных теплоизоляционных изделий. Отсутствие стыков значительно повышает теплозащитные свойства вследствие отсутствия «мостиков холода» между легковесами и уменьшает инфильтрацию обжиговых газов из внутреннего пространства печи в окру 12 жающий воздух. Последнее обстоятельство улучшает условия работы обслуживающего персонала, снижает экологическую нагрузку вокруг промышленных печей.
Пластические свойства жаростойких пенобетонных смесей позволяют получить футеровку сложной геометрии, необходимую в амбразурах котлов и печей нефтепереработки, цилиндрических печах битумных установок, шахтных печах, предтопах котлов, в дымовых трубах теплоэлектростанций - в любых теплоограждающих конструкциях [5, 6].
Замена существующих кирпичных футеровок на монолитные, выполненные с применением легких жаростойких бетонов, позволит повысить продолжительность службы, увеличить срок межремонтного пробега, уменьшить затраты на содержание и ремонт [7, 8].
Современная мировая практика футеровки печных агрегатов свидетельствует о безусловных преимуществах монолитного варианта технологии, основанной на применении жаростойких бетонов. В течение последних десяти лет каждая из ведущих фирм-производителей цемента - Lochay (Финляндия), PLIB-R1K.0 (Австрия), ALKOA (США) и Lafarge refraktere (Франция) - производит за год около 200 тыс. т сухих смесей для изготовления жаростойких бетонов. В нашей стране объемы их выпуска и ассортимент отечественных жаростойких монолитов намного меньше [5].
В России разработкой составов огнеупорных и жаростойких бетонов для различных тепловых агрегатов много и успешно занимались НИИЖБ, ВНИПИТеплопроект, ВНИИНефтемаш, ВНИПИНефть и другие научно-исследовательские и проектные институты. Усилиями коллективов этих институтов были разработаны многочисленные нормативные документы и инструкции [9... 13].
Применяемые материалы и их характеристики
Для изготовления жаростойких пенобетонов использовали следующие материалы: - высокоглиноземистый цемент марки ВГЦ -1; - глины Лягушевского, Иссинского и Махалинского месторождения
Пензенской области; - наполнители: бой и лом отработанных шамотных, динасовых и перик-лазохромитовых огнеупоров (отходы производства, получаемые в процессе обжига огнеупорных изделий и при ломке отслужившей футеровки промышленных печей); - пенообразователи:
«Пеностром» (ТУ 2481-001-22299560-99, ООО «СПО Щит»); «Морпен» (ТУ 0258-001-01013393-94, ООО «СПО Щит»); «ПО-6К» (ТУ 38-00-0580-7999-33-95, ОАО «Салаватнефтесинтез»); «СДО» (ТУ 13-05-02-83); «Неопор» (Германия). - стабилизаторы: смесь поливинилацетатной эмульсии и карбамидно-формальдегидной жидкости в соотношении 1:1 (по массе); натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы; модифицированный эфир крахмала; клееканифольный стабилизатор
Характеристики используемого цемента приведены в табл. 2.1 и табл. 2.2. В работе использовали современные математические, физико-механические и другие методы исследования свойств строительных материалов.
Удельную поверхность определяли на приборе «ПСХ -9». В приборе использован общепринятый в мировой практике метод газопроницаемости Козеии и Кармана.
Прибор стандартизирован в качестве средства контроля дисперсности строительных материалов (ГОСТ 3102-76, ГОСТ 23789-79). Результаты измерений соответствуют европейским (DIN, ISO) и американским (ASTM) стандартам. Технические характеристики прибора «ПСХ-9» приведены в табл. 2.8.
Свойства высокоглиноземистого цемента определяли в соответствии с ГОСТ 310.1-76...310.3-76 «Методы определения нормальной густоты, сроков схватывания и равномерности изменения объема» и ГОСТ 310.4-81.
Прочность при сжатии образцов определяли по ГОСТ 25485-89 «Бетоны ячеистые. Технические условия» и по ГОСТ 10180-90 «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам», В качестве испытательного оборудования для исследования прочностных и деформационных свойств разработанных пенобетонов использовали испытательную машину типа «ИР 5057-50». В зависимости от вида использованного силового датчика «ИР 5057-50» диапазон измерения усилий составляет от 50 до 50 000 Н с точностью до 1 Н (0,1 кгс). Встроенные регуляторы скорости перемещения траверсы позволяют задавать скорость приложения нагрузки от 1 до 100 мм/мин (по величине перемещения).
Среднюю плотность определяли по ГОСТ 12730.1-78 «Бетоны. Метод определения плотности».
Остаточную прочность образцов на сжатие (о; %) определяли согласно ГОСТ 20910-90 «Бетоны жаростойкие. Технические условия» по формуле ст=(Я,/ЛЫ00%, где Rt - прочность бетона на сжатие после нагрева до 900 С, R - прочность бетона на сжатие в проектном возрасте. Термостойкость ПБЖ оценивали числом теплосмен, вызвавших разрушение образцов или потерю бетоном 20 % первоначальной массы (ГОСТ 20910-90).
Для определения термостойкости растворной части ПБЖ образцы нагревали до температуры 800 С и охлаждали в воде в течение 5 мин., после чего вынимали из воды и выдерживали при температуре + 20С в течение 10 мин. Для образцов пенобетона критерием термостойкости являлось количество воздушных теплосмен, т.е. нагретые до температуры 800 С образцы охлаждали струей воздуха комнатной температуры из вентилятора в течение 20 мин.
В качестве оборудования для проведения высокотемпературной обработки (обжига) образцов из разработанного жаростойкого пенобетона, а также для определения термостойкости разработанных материалов была использована муфельная печь марки «ПМ-12», снабженная электронным регулятором температур «ТП 400-10-400.01.00.00 ТО», Основные технические данные печи приведены в табл. 2.9.
Исследование влияния вида и количествапенообразователя на гидратацию ВГЦ и прочность цементного камня
В качестве пенообразователей для изготовления жаростойких пенобето-нов на высокоглиноземистом цементе были использованы синтетические пенообразователи на основе анионактивных поверхностно-активных веществ, воздухововлекающие добавки в бетон и белковые пенообразователи: «Пеностром», «Морпен», «ПО-6К», «СДО» и «Неопор». Из перечисленных пенообразователей «Пеностром», «СДО» и «Неопор» являются целевыми продуктами химической промышленности и предназначены для производства ячеистого бетона или поризации строительных растворов. В отличие от них, пенообразователи «Морпен» и «ПО-6К» не предназначены для производства строительных материалов и используются при тушении пожаров. Однако, как показал анализ опубликованных работ [58, 61, 62], производство пенобе-тонов в большинстве своем ориентировано именно на пожарные пенообразователи - они доступны, дешевы, просты в изготовлении и применении.
Полный химический состав используемых пенообразователей в нормативной документации, как правило, не приводится, а указывается только ПАВ, составляющее основу данной пенообразующей добавки.
Используемые пенообразователи не являются однокомпонентными химическими веществами, в зависимости от назначения в них вводят корректирующие добавки. Так, например, пенообразователи на основе поверхностно-активных веществ, получаемых из нефтяных сульфокислот («ПО-6К», «Морпен», «Пеностром»), содержат в своем составе небольшое количество свободных серной и сернистых кислот, а также до 10% стабилизатора пены - обычно это желатина или полиакриламид. Для обеспечения возможности работы на морозе (до - 8СС) в их состав вводят также до 20% различных антифризов -обычно это технический этиловый спирт. Для выбора количества пенообразователя были проведены эксперименты по определению кратности и устойчивости пены. На основании результатов этих экспериментов в дальнейших исследованиях пенообразователи использовались в количестве 0,07...0,25 % от массы вяжущего (в пересчете на сухое вещество).
Как показали исследования, пенобетонная смесь, получаемая путём смешивания ВГЦ и пены на указанных пенообразователях, оказалась недостаточно устойчивой и быстро разрушалась. С целью получения устойчивой пе-номассы было опробовано несколько стабилизаторов: натриевая соль карбок-симетилцеллюлозы, модифицированный эфир крахмала, клееканифольный пенообразователь и смесь поливинилацетатной эмульсии с карбамидно-формальдегидной жидкостью в соотношении 1:1 по массе. Наиболее эффективным оказался стабилизатор на основе ПВА и карбамидно-формальдегидной жидкости в количестве 1,2... 1,7 % от массы вяжущего.
Для минеральных вяжущих характерна тесная взаимосвязь между процессами гидратации и показателями важнейших эксплуатационных свойств. Применительно к пенобетонам особое значение для качества материала имеет характер и степень воздействия пенообразующих добавок на физико-химические процессы, определяющие кинетические параметры набора прочности на этапе его гидратационного твердения. Такие исследования особенно важны для рассматриваемой системы, содержащей в качестве одного из компонентов высокоглинозёмистый цемент, для которого характерна высокая эк-зотермия и значительное влияние температуры на фазовый состав образующихся гидратов [63, 73]. Кроме того, известно, что большинство поверхностно-активных веществ негативно влияют на прочностные показатели затвердевшего цементного камня [58].
Предполагалось, что введение оптимального количества пенообразователя будет способствовать некоторому замедлению скорости гидратации цемента и снизит температуру саморазогрева твердеющей смеси. Это поможет частично нивелировать отрицательное воздействие поверхностно-активных веществ на прочность цементного камня. Известно [73] отрицательное влияние температур свыше 25...30 С на прочность глиноземистого цементного камня в начальный период твердения, что связано с процессом перекристаллизации гидратных новообразований ВГЦ из гексагонального 2СаО-АІ20з-8Н20 (С2АНн) в кубический ЗСаО-А]2Оз 6Н20 (С3АН6). В основе деструктивных процессов, связанных с изменением химического состава продуктов гидратации ВГЦ при повышенных температурах твердения, лежит существенная разница величин плотностей восьмиводного гидроалюмината кальция (р=1,95 г/см ) и шестиводного гидроалюмината кальция (р=2,52 г/см ), которая приводит к возникновению значительных внутренних напряжений в уже затвердевшем камне.
Влияние пенообразователей на процесс гидратации исследовали калориметрическим методом, а также путём определения химического состава жидкой фазы гидратирующегося цемента.
Результаты экспериментов представлены нарис. 3.1... 3.4 ив табл. 3.1. Рис. 3.1 и 3.2 характеризуют влияние пенообразователей на температуру цементного теста.
Моелирование процесса переноса тепла в ограждающих конструкциях печей, изготовленных с примене нием ПБЖ
Выбор оптимального типа конструкции футеровки нагревательных печей является сложной многокритериальной задачей. В качестве основных факторов, определяющих эффективность использования конкретного типа конструкций печи и расположения отдельных слоев, по нашему мнению, можно выделить: 1. Назначение теплоэнергетического оборудования; 2. Термосиловые воздействия на элементы конструкции; 3. Температурно-газовый режим эксплуатации сооружения; 4. Теплофизические и механические свойства использованных материалов.
Величина нагрева внутренней поверхности ограждающей конструкции печи будет зависеть от наличия и количества газообразных продуктов горения, прежде всего, СО и СС"2 и от рабочей температуры внутри сооружения. Применительно к технологии изготовления керамических строительных материалов температура внутреннего пространства печи складывается из тепла, выделяемого при окислении углеводородного топлива и теплоты, образующейся при сгорании органических добавок в сырце. Количество и вид выгорающих добавок существенно влияют на состав газовой среды (окислительный или восстановительный) и на величину дополнительного саморазогрева обжигаемого материала. Разогретый до температур свыше 900 С обжигаемый материал выделяет тепловую энергию в форме волновых колебаний с частотой v и длиной X: С=Ы (4.41) где с - скорость распространения световой волны.
Представим обжиговую печь в виде системы, состоящей из внутреннего рабочего пространства, в котором происходит генерация тепловой энергии, конструкции ограждения и внешнего пространства. На каждом этапе распространения тепловой энергии в рассматриваемой системе будет изменяться основной механизм ее передачи и факторы, влияющие на этот процесс. Схема физического процесса теплообмена через конструкцию футеровки печи, а также упрощенная цепь, построенная на принципе аналогии процессов тепло- и электропроводности, представлена на рис. 4.17 (а, б).
Схема теплообмена через конструкцию футеровки печи (а) и модель, построенная на принципе аналогии процессов тепло- и электропроводности (б) Г/, Т}.2, Т2-з, Тз - соответственно, температура рабочего пространства печи, внутренней и наружной поверхностей контура ограждения печи, а также окружающего печь воздуха; Я/, R2, Яз- соответственно термосопротивление воздуха, конструкции ограждения печи и дополнительное сопротивление на границе «наружная поверхность печи - окружающий воздух»
В соответствии с физической схемой переноса тепла общее термическое сопротивление (Ro6ui) тепловому потоку составит где ав, ан - коэффициенты теплообмена на внутренней и наружной поверхностях контура печи; А,- , S t - коэффициент теплопроводности и толщина гш слоя конструкции ограждения; RK0HB и Кизл - соответственно, термосопротивление конвективной составляющей и излучения.
Дополнительное термосопротивление на пути теплового потока в зонах контакта поверхности ограждающей конструкции печи и воздуха зависит от значения коэффициентов теплообмена.
Величина коэффициента теплообмена зависит от [94, 87]: температуры воздуха; скорости воздушных потоков, соприкасающихся с поверхностью конструкций; состояния поверхности (гладкая, шероховатая); положения ограждающей конструкции (горизонтальное - вертикальное).
Для основных типов строительных конструкций, используемых в жилищном и гражданском строительстве, установлены следующие нормативные значения для этих коэффициентов: ав = 8,7 Вт/(м2-С); а„ = 23 Вт/(м2-С). R-конв и І1изл находим по формулам: =-rV и ,=-4-, (4.43) где hc, hUM - коэффициент конвективной теплоотдачи для плоской пластины и удельная тепловая проводимость для излучения, S - площадь поверхности теплообмена. Величину hU3!l находим для случая, когда относительно небольшой объект, излучающий тепловой поток, находится внутри помещения с абсолютно черными стенками [87]: