|
Материалы

Теплотехнические факторы получения пеностекла


Существует тесная взаимосвязь между физико-химическими свойствами пеностекла и технологическими параметрами его получения. Поэтому, представляется целесообразным рассмотрение модели процесса пенообразования при вспучивании с целью оценки взаимосвязи "режим-свойства". Установление закономерностей, позволит в выбранной системе проектировать свойства пеностекла при производстве.

Широко внедренными в производство в настоящее время являются исследования Б.К.Демидовича, И.И.Китайгородского, Ф. Шила позволяющие получать качественные изделия из пеностекла по порошковому способу. Формирование пористой структуры при нагревании может быть условно разделено на следующие этапы – синтез (формирование спека при нагревании в температурном интервале спекания), вспучивание и стабилизация (процесс изменении объема и структуры материала при нагревании), отжиг (охлаждение по специальному режиму).

В интервале температур спекания в силу усадочных явлений наблюдается резкое уменьшение объема смеси, сопровождаемое появлением трещин различных размеров. При медленном повышении температуры происходит более равномерное спекание с образованием мелких, хорошо развитых по всему объему трещин.

Однако, медленное нагревание может способствовать удалению газообразователя до момента перехода материала в пиропластическое состояние, вследствие чего вспучивание может не произойти. При быстром подъеме температуры, наоборот, наблюдается образование крупных трещин, ширина которых может достигать в отдельных местах до 5…7 мм. Спек разделяется на несколько крупных не одинаковых по величине кусков, между которыми образуются большие раковины. Наличие в спёке больших трещин при бурном вспенивании будет способствовать образовыванию дефекта структуры в виде полости преимущественно в центре образца, который снижает качество пеностекла. Отсюда можно предположить, что более равномерное вспенивание достигается в том случае, когда градиент температур между слоями спека минимальный как в период спекания смеси, так и в период структурообразования пеностекла. Величина температурного градиента в слое пенообразующей смеси при стационарном тепловом потоке зависит от величины коэффициента теплопроводности и связана с ним обратно пропорциональной зависимостью. Наименьшее значение коэффициента теплопроводности достигается при уплотнении шихты способом прессования, поэтому в дальнейшем рассматривается вспучивание пеностекла на отпрессованных образцах.

Поскольку точное аналитическое решение задачи распределения температурных полей в сырце в области формирования структуры пеностекла практически невозможно из-за трудностей получения исходных данных для составления граничных условий задачи применялся шаговый способ определения теплотехнических показателей процесса вспенивания.

Распределение температуры в зависимости от времени оценивалось по дифференциальному уравнению теплопроводности - уравнению Фурье.

Уравнение Фурье имеет следующий вид:

dT/dt = ά∙(d2T/dx2 + d2T/dy2 + d2T/dz2) (1)

где: Т – температура, t – время, x, y , z – размеры, ά= λ/с∙ρ – коэффициент температуропроводности, λ – коэффициент теплопроводности материала, с – теплоемкость, ρ – средняя плотность

Для расчетов принимались следующие ограничения: температура поверхности постоянная, структура материала постоянная, фазовых превращений не происходит. Выявлено время необходимое для выравнивания температурных полей между поверхностью и серединой образца. В принятых граничных условиях прогрев середины лабораторного образца размером 5 · 5 · 3 см до температуры спекания шихты (580…620 0С) произойдет за 5 мин при температуре поверхности 8000С, немногим более 4 мин, при температуре поверхности 8500С, (рисунок 1), и за 4 мин при температуре поверхности 9000С.

1 2
Общее время работы: 8.6698532104492 мс
Использование памяти: 659 КБ