2.4.2. Расчет эффективной теплоемкости керамических материалов
Эффективная теплоемкость керамических материалов и изделий (С) может быть рассчитана по следующей формуле, кДж/(кг·К):
С = (С1·к1+С2·к2+С3·к3+…..Сi·кi)/100, (2.50)
где С1, С2, С3, Сi – теплоемкости оксидов, содержащихся в керамическом материале (изделий); кДж/(кг·К);
к1, к2, к3, кi – содержание оксидов в керамическом материале (изделии), мас., %.
Теплоемкость основных оксидов, определяющих химический состав керамических материалов и изделий, приведена в табл. 2.6.
Таблица 2.6
Теплоемкость некоторых оксидов
|
Оксид |
Сi, кДж/(кг·К) |
Применяется при температуре, оС |
|
SiO2 (кварц. стекло) |
0,934+0,000258·(t+273) |
25 … 980 |
|
SiO2 (α-кварц) |
1,006+0,000135·(t+273) |
573 … 1060 |
|
SiO2 (β-кварц) |
0,783+0,000572·(t+273) |
25 … 573 |
|
SiO2 (α-кристобалит) |
1,005+0,000142·(t+273) |
250 … 1728 |
|
SiO2 (β-кристобалит) |
0,299+0,001470·(t+273) |
25 … 268 |
|
SiO2 (α-тридимит) |
0,952+0,000184·(t+273) |
380 … 1470 |
|
SiO2 (γ-тридимит) |
0,228+0,001731·(t+273) |
25 … 110 |
|
Al2O3 (корунд) |
1,126+0,000126·(t+273) |
25 … 2050 |
|
TiO2(рутил) |
0,942+0,000015·(t+273) |
25 … 1800 |
|
Fe2O3(гематит) |
0,616+0,000488·(t+273) |
25 … 677 |
|
СаО |
0,872+0,000081·(t+273) |
25 … 2500 |
|
MgO |
1,016+0,000182·(t+273) |
25 … 2825 |
|
Cr2O3 |
0,786+0,000061·(t+273) |
25 … 2330 |
|
K2O |
0,766+0,000444·(t+273) |
25 … 1154 |
|
Na2O |
1,040+0,000365·(t+273) |
25 … 1100 |
Расчет теплоемкости необожженных изделий (Сн, кДж/(кг·К)), поступающих в печь при температуре(tн, оС) с учетом остаточной влажности сырца после сушки, производят по формуле (2.2):
, (2.51)
где Сс – теплоемкость изделий после сушки (кДж/(кг·К)), которую принимают равной теплоемкости обоженных изделий при комнатной температуре (tн, оС) и рассчитывают по формуле (2.51); W0 – влажность сырца, мас.%.
Пример расчета. Керамический кирпич после сушки поступает в печь из цеха с температурой tH, равной 20оС, характеризуется относительной влажностью W0, равной 8 мас. % и имеет после обжига следующий химический состав мас. %: SiO2 – 70,72; Al2O3 – 9,23; TiO2 – 0,84; Fe2O3 – 4,15; CaO – 8,54; MgO – 1,22; K2O – 3,54; Na2O – 1,76. Рассчитать теплоемкости полуфабриката после сушки (Сн) и обоженного материала при максимальной температуре обжига (Ск).
Ход расчета. В начале на основании данных табл. 2.6 рассчитывают при tн = 20оС теплоемкость оксидов (Сi, кДж/(кг·К)), содержащихся в обоженном кирпиче:
|
для SiO2 (β–кварц) |
Сβ-SiO2 = 0,783+0,000572·(20+273)=0,951; |
|
для Al2O3 |
СAl2O3 = 1,126+0,000126·(20+273)=1,130; |
|
для TiO2 |
СTiO2= 0,942+0,000015·(20+273)=0,946; |
|
для Fe2O3 |
СFe2O3= 0,616+0,000488·(20+273)=0,759; |
|
для СаО |
ССаО = 0,872+0,000081·(20+273)=0,896; |
|
для MgO |
СMgO = 1,016+0,000182·(20+273)=1,119; |
|
для K2O |
СK2O = 0,766+0,000444·(20+273)=0,896; |
|
для Na2O |
СNa2O = 1,040+0,000365·(20+273)=1,147. |
Затем по формуле (2.52) рассчитываем теплоемкость изделий после сушки (Сс, кДж/(кг·К)):
(2.52)
Подставляем рассчитанное значение Сс =0,986 кДж/(кг·К) и величину остаточной влажности кирпича – сырца W0 = 8 мас. % в формулу (2.53) и получаем искомое значение теплоемкости необожженных изделий Сн, кДж/(кг·К):
(2.53)
Расчет теплоемкости Ск, кДж/(кг·К) обжигаемого керамического кирпича при конечной температуре обжига tк, равной 1000оС производят по формуле (2.54) после предварительного определения при этой же температуре теплоемкости оксидов Сi, кДж/(кг·К), содержащихся в обоженном кирпиче:
|
для SiO2 (α – кварц) |
Сα-SiO2 = 1,006+0,000135·(1000+273)=1,178; |
|
для Al2O3 |
СAl2O3 = 1,126+0,000126·(1000+273)=1,286; |
|
для TiO2 |
СTiO2= 0,942+0,000015·(1000+273)=0,961; |
|
для Fe2O3 |
СFe2O3= 0,616+0,000488·(1000+273)=1,237; |
|
для СаО |
ССаО = 0,872+0,000081·(1000+273)=0,975; |
|
для MgO |
СMgO = 1,016+0,000182·(1000+273)=1,298; |
|
для K2O |
СK2O = 0,766+0,000444·(1000+273)=1,331; |
|
для Na2O |
СNa2O = 1,040+0,000365·(1000+273)=1,505. |
|
|
|
(2.54)