Курсовая работа: Проектирование промышленных печей
- плотность;
- пористость;
- газопроницаемость;
- теплопроводность;
- теплоемкость;
- электропроводность.
Плотность материала оказывает влияние, как на его механические свойства, так и на теплофизические характеристики. Чем выше плотность, тем лучше огнеупорный материал сопротивляется разъедающему действию жидкого металла и шлака, тем ниже его газопроницаемость и тем больше (при прочих равных условиях) механическая прочность. В то же время более плотные материалы обладают повышенной теплопроводностью, т.е. теплоизолирующие свойства их хуже. Для огнеупорных материалов определяют обычно кажущуюся плотность (кг/м3 ), т.е. отношение массы сухого изделия к его общему объему, включая объем всех пор.
Пористость материала, тесно связанную с кажущейся плотностью, выражают в процентах, как отношение объема пор ко всему объему огнеупорного изделия. Она колеблется от нескольких процентов в литых огнеупорах до 75% и более в теплоизоляционных материалах.
Различают открытую пористость, при которой поры сообщаются с атмосферой, и общую пористость. Первую определяют как отношение объема открытых пор к общему объему изделия, вторую – как отношение объема всех пор (открытых и закрытых) к общему объему изделия.
Газопроницаемость характеризуют коэффициентом газопроницаемости, который выражает объем газа, проходящего через огнеупорное изделие с площадью 1 м2 и толщиной 1 м в единицу времени при разности давлений 9,81 Па.
С повышением температуры газопроницаемость огнеупоров понижается, т.к. вязкость газов с ростом температуры увеличивается.
Теплопроводность огнеупорных материалов оказывает большое влияние на тепловую работу футеровки. Чем она ниже, тем лучше теплоизолирующие свойства кладки.
В большинстве случаев огнеупорная кладка служит изолятором тепла и должна обладать минимальной теплопроводностью (доменная печь, методическая печь, нагревательные колодцы и т.д.). В случаях, когда нагрев происходит через огнеупорную стенку (муфельные печи, тигли), огнеупорный материал служит проводником тепла и, следовательно, должен обладать по возможности большей теплопроводностью.
При повышении температуры теплопроводность большинства огнеупорных материалов возрастает. Увеличение пористости приводит к снижению теплопроводности.
Теплоемкость огнеупорного материала оказывает влияние на тепловую работу футеровки, особенно печей периодического действия. Чем выше удельная теплоемкость огнеупорного материала, тем при прочих равных условиях больше расход тепла на аккумуляцию кладкой печей, изготовленной из этого материала. С ростом температуры теплоемкость всех огнеупорных изделий повышается.
Электропроводность огнеупорных материалов играет важную роль в службе футеровки электрических печей, где огнеупорные изделия часто служат изоляторами. При невысоких температурах большая часть огнеупоров (исключение представляют углеродистые, графитовые и карборундовые изделия) являются электроизоляторами. Однако при увеличении температуры свыше 1000°С изоляционные свойства огнеупоров падают, т.е. их удельное электрическое сопротивление уменьшается. Это явление объясняется образованием жидких фаз, представляющих собой электролит, и возбуждением молекул и атомов.
К рабочим свойствам относят:
- огнеупорность;
- сопротивление деформации под нагрузкой при высоких температурах;
- шлакоустойчивость;
- термостойкость;
- постоянство объема.
Огнеупорность – это свойство материала противостоять длительному воздействию высоких температур, не деформируясь и не расплавляясь.
Огнеупорность, хотя она и является очень важной характеристикой огнеупорного материала, не может быть принята в качестве показателя температурных условий его службы, поскольку в реальных условиях на материал действует не только высокая температура, но и механические нагрузки, что зачастую вызывает его разрушение при температурах более низких, чем температура огнеупорности.
Предельная температура – эта та максимальная температура, при, которой огнеупорный материал может работать в футеровке печи без разрушения. При этом подразумевается воздействие на материал только высокой температуры при нагреве и силы давления вышележащих слоев кладки, без учета других факторов, таких как разъедающее действие расплавов, окалины и т.д.
Сопротивление огнеупоров деформации под нагрузкой при высоких температурах зависит от:
- природы материала (образуется или не образуется связанная кристаллическая решетка);
- плотности огнеупора (чем он плотнее, тем выше сопротивление);
- количества примесей (чем больше плавящихся составляющих, тем ниже сопротивление деформации);