Технические науки - энергетика

Іванов В. І., Нестеренко Т. М., Зінченко В. Ю.

Запорізька державна інженерна академія

ГРАФОАНАЛІТИКА ПЕРЕНЕСЕННЯ ТЕПЛОТИ ТА МАСИ ПІД ЧАС ВИПАЛЕННЯ ВОГНЕТРИВІВ

Створення досконалих технологій випалення вогнетривів потребує наявності надійних методів прогнозування їх кінцевих результатів, тобто взаємої залежності температурних і масоконцентраційних полів їх різних компонентів, які є непрямими показниками завершеності даних процесів.

На базі термодинаміки безповоротних процесів і теорії перенесення теплоти та маси розроблено фізико-аналітичні методи, що дозволяють описувати зазначені процеси [1-3]. Складність процесів, що відбуваються під час випалення вогнетривів, можна спостерігати за розгляданням завдання дифузії -го компонента у багатокомпонентній системі:

, (1)

де – дифузний потік; – коефіцієнт дифузії маси -го компонента, , , – градієнти безрозмірної концентрації, температури та тиску, відповідно; , – термодифузний і бародифузний коефіцієнти, ; ; , – постійні коефіцієнти.

При цьому процес перенесення теплоти описують рівнянням

, (2)

де – ізотермічна теплота перенесення; , – теплопровідність і питома ентальпія -го компонента, відповідно.

Рівняння (1) і (2) свідчать про наявність перехресних ефектів за внутрішнім перенесенням теплоти та маси у випалюваному вогнетриві.

У області теорії нагрівання для вирішення завдань виробничого характеру розроблено графо-аналітичну модель процесу нагрівання металу на базі побудови його температурних і теплових діаграм. Використовуючи зазначену методику та здійснюючи при цьому аналіз процесу перенесення маси , тобто процесу формування мінералогічного складу вогнетриву під час випалення, можна поширити її завдання.

Номограма для подання процесів перенесення теплоти та маси при випаленні вогнетривів

Авторами запропоновано номограмний метод подання процесів перенесення теплоти та маси вогнетривів, що відбуваються при випаленні, у вигляді комплексу температурних, масоконцентраційних і теплової діаграм. На рисунку подано таку номограму та методику її побудови. Як приклад розглянуто завдання перенесення теплоти та маси у процесі випалення «вогнетривкої» пластини за граничних умов третього роду - .

У секторі I зображено масоконцентраційну діаграму створення -го мінералу у вогнетриві залежно від температури випалення, яка є однією з цільових функцій процесу випалення (наприклад, концентрація муліту, корунду або шпінелі).

У секторі II подано температурну діаграму нагрівання масивної нескінченної пластини за симетричним перенесенням теплоти при у часі.

У секторі III наведено розподіл температури за перерізом пластини за заданим режимом нагрівання (випалення) : .

Діаграми цільових функцій сектора I, температурні діаграми у секторах II і III номограми є базовими для побудови масоконцентраційних діаграм для реальних вогнетривів.

Література:

1. Де Гроот С. Неравновесная термодинамика / С. Де Гроот, П. Мазур. – М. : Мир, 1964. – 234 с.

2. Хаазе, Р. Термодинамика необратимых процессов / Р. Хаазе.. – М. : Мир, 1967. – 234 с. – Библиогр. : с. 230-233.

3. Лыков, А. В. Тепломассообмен / А. В. Лыков. – М. : Энергия, 1971. – 560 с.