Polytechnisches Journal - ARNDT, A tűzálló anyagok hővezető képességének meghatározása
| Cím: | ARNDT, A tűzálló anyagok hővezető képességének meghatározása. |
| Szerző: | Névtelen |
| Referencia: | 1922, 337. kötet (185-187. O.) |
| URL: | http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj337/ar337043 |
Dr. Prof.-tól K. Arndt .
Az üzemanyag gazdaságos felhasználása érdekében fontos ismerni a kazánházat körülvevő tűzálló anyagok hővezető képességét. Egyrészt rossz hővezetőkre van szükség, ha a cél az, hogy a hő a lehető legnagyobb mértékben kifelé áramoljon; más esetekben fordítva a lehető legjobb hővezetőkre van szükség, ha az általuk elzárt anyagot kívülről gyorsan magas hőmérsékletre akarják melegíteni. Sajnos a jelen méréseket többnyire csak 900 ° -ig vagy legfeljebb 1000 ° -ig terjedő hőmérsékletekre terjesztették ki, annak ellenére, hogy az e fölötti, 1600 ° körüli hőmérséklet-tartomány nagyon fontos lett a mai technológia szempontjából. Az alábbiakban szeretnék rövid áttekintést adni a meglévő munkáról, különös figyelmet fordítva a rendkívül tűzálló anyagok elérhető eredményeire.
Heyn és Bauer a "Tűzálló építőanyagok hővezető képességének vizsgálata" című részletes tanulmányukban (Királyi Anyagvizsgálati Iroda közleményei, 32. évf., 1914. 95. oldal) először meghatározzák a külső és belső hővezető képességet.
A külső hővezető képesség a környező közeghez képest az a hőmennyiség, amely 1 másodperc alatt az 1 négyzetméteres végfelületen 1 ° C állandó hőmérséklet-különbséggel áramlik át. Értéküket nemcsak a szóban forgó szilárd anyag speciális típusa, hanem a felülete jellege, valamint a környező közeg típusa és mozgási állapota is meghatározza.
A belső hővezető képességet mérjük:
1. Fourier és Peclet (Ann. De chimie et de physique 1841, 107. o.) Szerinti kalorimetriai módszer alkalmazásával.
2. Hűtési és fűtési folyamat: mérés rudakon állandósult állapotban. Ha egy nagyon hosszú és nagyon vékony rúd legalább 2 keresztmetszetének hőmérsékletét figyeljük meg, amelyet 0 keresztmetszeten melegítünk, az egyensúlyi állapot bekövetkeztét követően ebből kiszámítható a külső és a belső hővezetőképesség aránya. Annak érdekében, hogy a külső vezetőképesség értéke azonos legyen a különböző anyagokból készült rudak esetében, Wiedemann és Franz (Poggend. Ann. 89. kötet, 493. o., 1853.) a rudakhoz hasonló típusú bevonatokat adtak, lakkból, koromból, nikkelből vagy ezüstből.
3. Hűtési és fűtési módszerek: mérések az állandósult állapoton kívüli rudakon.
a) Az Angstrom módszere szerint (Ann. 24. köt., 512, 1861. o.) a rudat felváltva hevítjük és hűtjük 24 percen keresztül; a hőmérsékletet a kezdeti keresztmetszetben és a tőle körülbelül 10 cm-re lévő keresztmetszetben mérjük.
b) F. Neumann (Ann. de chimie et de physique., 662. kötet, 1862) módszere szerint egy vékony rudat az egyik végén felmelegítenek, és miután a hőmérséklet megegyezik, hagyjuk lehűlni. A végek hőmérsékletét egyidejűleg mérjük. A számítás egyszerűsödik, ha a rúd közepének hőmérsékletét egyidejűleg mérjük.
c) L. Lorenz módszerével (Ann. 13. kötet, 1881. 422. o.) egy nagyon vékony rudat melegítenek az egyik végén, majd hagyják lehűlni, a légteret állandó hőmérsékleten tartva. Fűtés és hűtés közben a hőmérsékletet a rúd 8 pontján mérik.
4. Hűtési és melegítési módszerek: mérések gyűrűkön, golyókon, kockákon stb. A kockákat például Kirchhoff és Hansemann használták (Ann. 9. köt., 1880. 1. oldal., 12. köt., 401., 1881.).
5. Fűtés ismert hőmennyiséggel:
a) Kohlrausch, Jaeger és Diesselhorst (Wissenschaftl. Abh. d. Phys. Techn. Reichsanst. 1900, 273. o.) elektromosan hevítettek egy rudat, és fürdés közben állandó hőmérsékleten tartották a betáplálási pontokat. Állandó állapotban három egymástól egyenlő távolságra lévő ponton mérték a hőmérsékletet, valamint a feszültséggradienst. Ily módon meghatározták a hő és az elektromos vezetőképesség közötti kapcsolatot.
b) Szigetelő anyagoknál Jaeger és Diesselhorst a fenti elrendezésben meghatározták a hővezetési tényezőt is, például a vattát, amely a fémrúd és az azt körülvevő | 186 | között helyezkedik el. kettős falú rézkabát, amelyet folyadék vagy gőz áramlásával bizonyos hőmérsékleten tartottak.
c) Kelemen és Egy (Kohászati és Vegyészmérnöki munka, 8. évf., 194. o. 414. o.), akik magas hőmérsékleten meghatározták a tűzálló agyagok hővezetési tényezőjét, tiszta nikkelhuzalból készült tekercsen keresztül belülről melegítették a kérdéses tűzálló agyagból készült hengert. A hőelemek két hosszanti furatban helyezkedtek el, amelyek r 1 és r 2 távolságban voltak a tengelytől. Amint az általuk jelzett hőmérsékletek állandóvá váltak (3-5 óra elteltével), méréseket végeztek.
Saját kísérleteikben Heyn és Bauer Clement módszerét a következő elrendezésben alkalmazták: A próbakő egyik fejfelülete erősen tűzálló anyagból készült fűtőlemezhez van helyezve, amelyet fűtőellenállásként szén-szemcsével elektromosan felmelegítenek. Számos hőelem van beépítve a tesztkőbe, amelyet hasonló típusú kövek vesznek körül. A melegítés megkezdése után ezeken a hőelemeken a hőmérséklet emelkedése figyelhető meg. Ezen megfigyelések alapján a tesztkő hővezető képességét nem nagyon egyszerű módon számítják ki.
Az 1. pontban röviden említett kalorimetriai módszer valójában egyszerűbb. Utána S. Wologdine (Revue de Metallurgie 6. évf., 1907. 767. o.) Néhány tűzálló anyag hővezető képességét vizsgálta a Le Chatelier-ben. A kerek 5 cm vastag tesztlemezt fedélként egy gázsütőre helyezte, a víz kalorimétert pedig a lemezre. Három lyukat fúrtak a lemezbe, az első 50 mm, a második 45 mm, a harmadik 5 mm mély.
P. Goerens (beszámoló a Németországi Tűzálló Gyárak Szövetségének 344. közgyűléséről, 1914, 92. oldal, Ferrum 12. évfolyam, 1914. 1. és 17. oldal) jelentősen javította ezt a megállapodást. A gázfűtést elektromos fűtésre cserélte, mert gázfűtéssel nem lehetett hosszú ideig állandóan tartani a magas hőmérsékletet. Ezenkívül a tűzálló anyagot a gáz idővel sajátos módon megváltoztatja; Ismételt melegítés után a kövek megduzzadnak, és szén rakódik le bennük. Goerens króm-nikkel huzallal tekert tűzrakó panelt használt elektromos fűtésként. Másodszor körülvette a kaloriméter alsó részét egy edénnyel, amelyen keresztül a víz ugyanúgy áramlott, mint a kaloriméter.
Ez a második fejlesztés eltávolítja Heyn kifogásait a kalorimetrikus módszerrel szemben. A kőfelületnek az a része, amely érintkezik a kaloriméter aljával, nagymértékben lehűlt. Ha a kőfelület fennmaradó részét érintkezésben hagynák a levegővel, a hőt lassabban adnák ki, és a hőmérséklet magasabb lenne. A hőnek akkor kellene a kövek forróbb szélétől a középpont felé áramolnia, ahol a hűtő kaloriméter található, és ezért a kaloriméter által elnyelt hő túl nagy lenne. Ez a hiba kiküszöbölhető a kőfelület fennmaradó részének hűtésével a hűtőedényen keresztül, amely pontosan körülveszi a kalorimétert.
Goerens négy normál követ követ rögzített a vizsgálandó anyagból. A hőelemek bemutatásához egy sor hornyot vágtak a négy kő egyikébe. Az alacsonyabb hőmérsékletek mérésére réz-konstantán elemeket, a magasabb hőmérsékletekhez platina-platina-ródium elemeket használtak. További részletek a megnevezett helyen találhatók.
Mivel a hővezetési együttható, amely az 1 cm vastag lemezen áthaladó hőmennyiséget másodpercenként jelzi, amelynek külső felületei 1 ° hőmérséklet-különbséggel rendelkeznek, tűzálló anyag esetén nagyon kicsi, ez a gyakorlatban megfelelő K értéket eredményezi., ha valaki a leadott hőmennyiséget kg-kalóriában (WE)/óra méri, az F felület négyzetméterben, a D falvastagság pedig m-ben értendő. Ekkor K = 360 k.
A Goerend megmérte a következő kövek hővezető képességét:
| anyag | karakter | SiO 2 | Al 2 O 3 | Fe 2 O 3 | CaO | MgO | alkáli |
| Félig samott | C II | 73.1 | 22.9 | 1.9 | 0.2 | 0.2 | 1.7 |
| Fireclay | CX 63 | 67.7 | 28.2 | 1.9 | 0,3 | 0.1 | 1.9 |
| Pala | NS | 53.9 | 40.2 | 1.9 | 0.2 | 0.2 | 1.3 |
| Lia | L I A | 53.0 | 45.3 | 1.2 | vágány | vágány | 0.5 |
| Szilícium-dioxid | Luetgen | 96,0 | 1.8 | 0.7 | 1.5 | - | - |
| Magnezit | Bendorf | 2.7 | 6.5 | 4.5 | - | 86.2 | - |
Ezeknek az anyagoknak a porozitását is meghatározta, amely a látszólagos sűrűséget is megadja. Az alábbi táblázat megadja a fenti anyagok és a 89% C-ot tartalmazó széntégla számát:
anyag | Poro- sity | Megjelenés- csupasz sűrűség | Hővezető | |||
| 0-100 ° | 400-500 ° | 800-900 ° | 900-1000 ° | |||
| Félig samott | 30% | 1.83 | 0,79 | 0,88 | 1.05 | - |
| Fireclay | 29% | 1.80 | 0,75 | 0,89 | 1.10 | - |
| Pala | 31% | 1.81 | 0,78 | 0,97 | 1.15 | 1.18 |
| Lia | 39% | 1.75 | 0,72 | 0,75 | 0,82 | 0,84 |
| Szilícium-dioxid | 23% | 1.87 | 1.01 | 1.13 | - | - |
| Magnezit | 34% | 2.34 | - | 3.71 | 3.10 | 2.93 |
| szén | 38% | 1.19 | - | 0,92 | 1.26 | 1.36 |
Kísérleteinek eredményeiből Goerens arra a következtetésre jut, hogy a hővezető képesség együtthatója csökken a porozitás növekedésével, és hogy a nagy sűrűségű tűzálló anyagok jó hővezetők. A hővezetési együttható a hőmérséklet növekedésével nő, a magnezit mellett csak csökken.
Heyn és Bauer a következő hővezető értékeket találták útjukon:
| anyag | 200 ° | 600 ° | 1000 ° | 1200 ° |
| Fireclay Kr. E | 0,52 | 0,79 | 0,94 | - |
| "4 | 0,41 | 0,50 | 0,77 | - |
| "C | 0,76 | 0,97 | 0,97 | 0,97 |
| Dinas M 1 x | 0,49 | 0,61 | 0,65 | 0,86 |
| Magnezit | 0,40 | 0,43 | 0,50 | - |
| szén | 0,43 | - | - | - |
Kelemen és Egy maguk agyagpalackokat vizsgáltak, amelyeket a St. Louis-i Laclede-Christy Clay Products Company sütött nekik. Az A keverék sötétvörös-barna volt és nem tartalmazott homokot; szerkezetük homokkőhöz hasonlított. B szintén vörösbarna színű volt, de közepesen finom és nagyon kevés fehér homokot tartalmazott. Az 1 barna volt, durván durvább, mint a B, és kevés homokot is tartalmazott. Végül a 3. osztály elég fehér volt, nagyon durva és sok homokot tartalmazott. Ha az eredményeket a Goerens által kiválasztott egységekre konvertálja, a következő értékeket kapja:
| anyag | 350 ° | 400 ° | 500 ° | 600 ° | 700 ° | 800 ° |
| A. | - | - | 0,88 | - | - | 0,94 |
| B. | 0,76 | - | - | 0,79 | - | - |
| 1 | - | 1.30 | - | - | 1.30 | - |
| 2 | - | 0,96 | - | - | 0,96 | - |
Más amerikai szakértők közül Carl Hering különösen foglalkozik a magas hőmérsékleten történő hővezető képességgel. Az általa összeállított táblázatból (Metallurgical and Chemical Engineering 9. köt., 1911. 15. oldal) a következő ábrákat veszem:
| Tégla | 400-800 ° |
| grafit | 3.66 |
| Karborundum | 3.36 |
| magnézia | 1.03 |
| Chromite | 0,83 |
| bauxit | 0,48 |
| Szilícium-dioxid | 0,29 |
| Kieselguhr | 0,26 |
A megadott hővezetőképességeket ismét a Goerens által választott egységekké alakítják át, vagyis jelzik azt a hőmennyiséget (WE-ben), amely óránként átmegy a négyzetméteren egy 1 m vastag lemezen, amelynek külső felületei hőmérséklet-különbséggel rendelkeznek 1 ° -kal. Maga Hering más mértékegységeket javasol a lemezen áthaladó hő elektromos mérései alapján. Ez az úgynevezett termikus ohm a hőellenállás, amelyhez 1 wattos hőáramhoz 1 ° C hőmérsékleti gradiens szükséges. Ha R-vel jelöljük, a hőmérséklet-gradienst T-vel és a hőáramot wattban W-vel, akkor az Ohm-törvény alapján megkapjuk az egyenletet
Az amerikai szokást követve, amely leírja az elektromos vezetőképességet, az ohmban mért ellenállás kölcsönös értékét "Mho" néven, a fajlagos hővezető egység egységét Thermal Mho-nak nevezi; a Thermal Mho 1 watt hőáramot enged, ha a hőmérséklet gradiens 1 °. Például a szilícium-dioxid-tégláknál a hőellenállás 119,5, a hővezetőképesség pedig 0,0084.
Néhány magas hőmérsékletű hővezetési együttható megtalálható F. T. Snyder összeállításában (Met. Chem. Eng. Vol. 8, 629, 1910). Az 1050 ° -on égetett szilícium-dioxid-téglák esetében 0–1000 ° -os gradiensen származtatjuk a hővezetési együtthatót (mérésünk szerint), míg az 1310 ° -on égetett szilícium-dioxid-téglák esetében 1,03.
A villamosmérnök számára a hővezető értékek értékesek, amelyeket Snyder (op. Cit.) A szénelektródákhoz és a grafitelektródákhoz megad
| anyag | 100-400 ° | 100-800 ° | 100-1200 ° | 100-1600 ° |
| Szénelektródák | 30-án | 41 | 43 | 48 |
| Grafit elektródák | 166 | 103. | 94. o | 86 |
Van Rinsum (Zeitschr. D. V. German. Ing. 1918, 601. és 639. oldal), aki belülről elektromosan melegítette a gömb alakú próbatesteket, szintén nem hosszabbította meg kísérleteit 1000 ° -on túl. A következő értékeket adja meg:
| anyag | 200 ° | 600 ° | 1000 ° |
| Szilícium-dioxid | 0,56 | 0,88 | 1.19 |
| Dinas | 0,74 | 0,93 | 1.13 |
| Fireclay | 0.51 | 0,60 | 0,82 |
| Magnezit | - | 1.29 | 1.43 |
14 napot kellett várnia, amíg a hőmérséklet kiegyenlítődött. Heyn és Bauer, amelynek mérési típusa és eredményei a fentiekben tárgyaltak, nem vártak az állandó állapotig, hanem az egyensúlyhiányból kellett kiszámítaniuk a hővezetőképességet, a spec. Súlyok és specifikációk Tudja, hogyan kell melegíteni a vizsgált anyagokat.
Czako helyesen panaszolja (Journ. Gaslight 62. kötet, 1919. 274. o.), Hogy a hővezető képességek száma hiányos, és részben ellentmond egymásnak, különösen a magnezit, az egyik legfontosabb rendkívül tűzálló anyag esetében. Remélhetőleg ezeket a hiányosságokat hamarosan német kutatók pótolják. 1)
H. Krüger a Stahl und Eisen 1918-ban, 1201–1210., Jó és egyes esetekben átfogó áttekintést adott a vonatkozó amerikai irodalomról.