Содержание к диссертации
Введение
Глава I Состояние вопроса по обжигу известняков смешанного состава 12
1.1 Условия реакции декарбонизации известняков, влияние режимов обжига и составов 12
1.2 Методы исследования обменных процессов при нагреве материалов 17
1.3 Физико-химические и материаловедческие аспекты исследования свойств материалов сложного состава 42
1.4 Обоснование рабочей гипотезы 50
Глава II Определение исходных характеристик материалов исследования 51
2.1 Свойства пород известняка по месторождениям 51
2.2 Определение параметров варьирования обжига известняка разного состава 53
2.3 Выбор зернистых материалов для исследования 54
Глава III Разработка метода сканирования внутренней температуры для исследования зернистых смесей 58
3.1 Устройство для изотермического дискретного сканирования внутренней температуры 58
3.2. Способ построения кинетических кривых, оценка точности 63
3.3 Особенности экспериментальных кривых для фракций волжского песка 65
3.4 Зависимости температурных распределений Si02 фракций 1,25+5, 0+0,14 мм, а-А1203, MgO, CaO, Fe203, цемента в
диапазоне температур 65+930С 71
Глава IV Анализ кинетических кривых по правилам температурного анализа ТмА 77
4.1 Определение основных характеристик и параметров кинетических кривых 77
4.2 Разработка правил определения характеристических точек 83
4.3 Оценка точности значений экстремумов 87
4.4 Этапы преобразования интервалов по ТмА для определения характера распределения температуры в материале 89
4.5 Свойства кинетических кривых в связи со стационарностью значений внутренней температуры 93
Глава V Определение параметров обжига известняков смешанного состава по методу СВТ 96
5.1 Экспериментальные кривые обжига известняка 96
5.2 Расчет времени обжига по экспериментальным кривым 103
5.3 Особенности кривых обжига в зависимости от состава месторождений и температурного режима 108
5.4 Общие свойства кинетических кривых обжига известняка 111
5.5 Другие вопросы применения метода СВТ 114
Основные выводы 115
Библиографический список 117
Приложения 130
- Условия реакции декарбонизации известняков, влияние режимов обжига и составов
- Свойства пород известняка по месторождениям
- Устройство для изотермического дискретного сканирования внутренней температуры
- Определение основных характеристик и параметров кинетических кривых
Введение к работе
Производство строительной извести имеет сложности связанные с нестабильностью состава сырья. При обжиге известняка каждому из типов сырья соответствует свой оптимальный режим, для получения качественной продукции. Чтобы это учесть, необходимо знать, какие процессы происходят внутри обжигового пространства, с учетом состава, размеров слоя, и своевременно корректировать режим. Известный подход к учету изменчивости предполагает осуществление контроля состава, режима обжига, что требует выполнения химического и других видов анализа, их проводят до и после обжига. Такой эксперимент длителен по времени, его невозможно выполнить в процессе обжига, не дает информации о характере распределения и изменения свойств в объеме печного пространства. Универсальным параметром для контроля может выступать характер распределения внутренней температуры в слое сырья по стадиям и скоростям физико-химических процессов, структуре, пористости, влажности сырья. Его преимущество - в возможности контроля внутренней температуры во время обжига, но для этого нужно обеспечить ее привязку к размеру слоя сырья, его химическому и гранулометрическому составу, времени и температуре обжига. Предварительные лабораторные исследования характера температурных распределений в образцах разных составов и размеров дают возможность судить о том, что должно происходить с материалом внутри обжиговой печи, и какой необходим режим. Эффективное регулирование позволит экономить энергоресурсы и выпускать продукцию более высокого качества при использовании недостаточно стабильного сырья, рассчитав параметры обжига известняка для каждого из составов.
По способу получения данных о внутренних распределениях для тепловых режимов, в том числе и температуры, сложилось три направления исследования. Первое связано с работами А.В. Лыкова в области теплофизики, Г.М. Кондратьева в теории регулярного режима, В.А. Осиповой в измерении тепловых коэффициентов: теплоемкости, теплового расширения,
теплопроводности [1-3]. Для оценки внутренних распределений исследования тепловых коэффициентов, а не температуры часто ведут к тому, что градиент в эксперименте задается количеством термопар, тем самым пропускаются характерно важные участки отклика процесса. Параметры лабораторного эксперимента часто отличаются от условий эксплуатации наличием предварительного подогрева для выхода на температуру.
Второй подход включает в себя два аспекта получения данных о физико-химических преобразованиях в материалах при нагреве. Первый - это исследования тепловых эффектов при программном воздействии температуры Л.Г. Брега, В.П. Егунова и др. в термическом анализе (ТА) [4]. Метод позволяет судить о составе образцов материала и происходящих процессах по измерениям внутренней температуры при нагреве, но так как исследование проводят в основном на образцах малого размера, то по ним нельзя судить о распределениях в большом объеме. В связи с линейностью нагрева не учитывается влияние предыдущих значений на последующие. Материаловедческий аспект связан с исследованиями Г.П. Дорошко по методу изотермического дискретного сканирования (ИДС) времени вспучивания гранул керамзитового гравия разного состава и размера. Особенность подхода в том, что режим нагрева имеет столбчатый вид, который постоянен в одном опыте, но различен в серии, для каждого измерения брали новый образец, чтобы исключить тепловое влияние предыдущих нагревов. Это позволяет резко повысить точность измерения характеристических температур веществ материалов, использовать цифровые параметры эксперимента для материалов сложного строения и состава, сократить время проведения эксперимента. Распределение получают в виде развертки значений плотности по диапазону температур с параметрами состав-размер-время и обрабатывают как ансамбли значений. Установленные закономерности для плотности в диапазоне температур сформулированы в виде температурного анализа (ТмА), позволяющего совмещать данные о вспучивании гранул разного размера и состава, производить обжиг полифракционных смесей [5].
Третье направление определяется введением в зависимость изменения внутренних распределений параметра времени. Ф.М. Камья изучены временные зависимости температуры в виде хронологических термограмм [6], Е.Р. Голубовским, И.Л. Светловым - температурно-временные зависимости прочности кристаллов [7], С.Н. Журковым построены зависимости прочности от времени и сформулирован термофлуктуационный механизм разрыва под нагрузкой [8].
Разработка метода сканирования внутренней температуры (СВТ), получение данных о внутренних распределениях для разных по составу материалов их сопоставление со стандартными свойствами при обжиге известняков требуют экспериментального исследования. По результатам измерения температуры будет известно, как она изменяется в одной точке объема во времени. Использование пошагового сканирующего измерения позволит судить о ее изменении в объеме. Исследование свойств в соответствии со значениями внутренней температуры позволит прослеживать изменение качества по легко измеряемым параметрам времени и температуры в процессе обжига. Подходы ТжА упростят обработку экспериментальных данных и позволят совмещать данные по разным составам для совместного обжига. Использование ТмА и ИДС возможно в том случае, если для внутренней температуры и тепловых потоков будут найдены те же закономерности распределения, как и для плотности.
В качестве рабочей гипотезы исследования выдвинуто наличие периодического вида зависимостей изменения температуры материалов относительно подъема температуры среды, проявляющегося при передаче тепла в серии измерений, что позволит систематизировать и упростить обработку экспериментальных данных. Цель и задачи:
Целью работы является разработка метода исследования и определение характера температурных распределений в объеме зернистых материалов в связи с физико-химическими процессами обжига карбонатных пород при
производстве извести.
Поставленная цель достигается решением следующих задач:
разработать установку для получения распределения температуры в объеме материалов;
разработать метод экспериментального исследования распределения внутренней температуры в обжигаемом материале;
исследовать влияние фракционного и химического состава материала, режима нагрева на характер кривых распределения внутренней температуры;
разработать метод обработки экспериментальных данных для анализа и выявления закономерностей распределения внутренней температуры;
исследовать основные свойства извести, полученной из сырья конкретных месторождений, и сопоставить с кривыми температурных распределений;
определить порядок расчета параметров обжига известняка с целью получения извести заданного качества.
Научная новизна работы:
экспериментально исследованы распределения температуры в зернистых смесях методом кинетики изменения внутренних температур;
установлены экспериментальные зависимости кинетики изменения внутренней температуры в материале от внешней температуры, времени, размера слоя материала и получена возможность сканирования внутренней температуры по объему;
установлены закономерности для распределения внутренней температуры в виде периодических зависимостей с интервалом 343 С и их независимость от размера фракции, химического состава, времени;
получены закономерности изменения стандартных свойств извести от внутренних температурных распределений в слое сырья при обжиге;
доказана возможность контроля внутренних процессов и свойств материалов по измерениям внешних параметров и установленному соотношению Тв =f(TH,T,S), где Тв, Тн- внутренняя и наружная температуры, т- время, д-
размер слоя сырья.
Практическое значение и реализация результатов работы:
изготовлена опытная установка для измерения распределения температур внутри объема материалов, позволяющая сократить время лабораторного исследования;
разработана методика определения внутренней температуры вещества для внешнего дискретного нагрева;
получены кинетические кривые зернистых веществ и проб известняков различных месторождений;
разработан экономичный, ускоренный метод анализа и компьютерной обработки экспериментальных данных для построения температурных распределений зернистых смесей смешанного состава;
установлены зависимости «свойство-температура», «свойство-время», «свойство-размер», «свойство-состав» с целью регулирования режима и контроля качества во время обжига извести;
проведен расчет параметров режима обжига известняков неоднородного состава и разработаны предложения по совершенствованию технологического контроля;
рассмотрен вариант приложения разработанного метода для уточнения распределений температуры в ограждающих конструкциях по экспериментальным кривым при изменяющихся внешних параметрах.
На защиту выносятся:
метод сканирования внутренних температур (СВТ) для получения внутренних температурных распределений в зернистых материалах;
результаты экспериментального исследования температурных распределений зернистых веществ и материалов различного химического состава: Si02, а-А1203, MgO, CaO, Fe203, ПЦ-500Д0 в диапазоне температур 20-1000 С;
метод математического и графического анализов и правила определения характеристических и технологических оптимумов на кинетических кривых;
метод преобразования интервалов с применением температурного анализа для определения зависимостей распределения внутренней температуры по диапазонам внешних температур и проверки достоверности;
результаты лабораторного исследования температурных кривых обжига образцов известняков;
результаты расчета времени обжига сырья в производственной печи с целью получения высококачественной продукции (извести).
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на четырех региональных и Всероссийских научно-технических конференциях в Самарском государственном архитектурно-строительном университете (Самара, 2003-2006 гг.), на восьмых академических чтениях отделения строительных наук РААСН (Самара, 2004 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 работ, в том числе две в журналах рекомендованных ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, включает в себя 155 страниц, 68 рисунков, 10 таблиц и приложение.
В первой главе проведен обзор и анализ литературных источников по областям применения извести, особенностям реакции декарбонизации в обжиговых печах и возможных путях решения вопросов повышения качества извести и сокращения затрат энергоресурсов. Рассмотрены работы по измерению внутренней температуры и идентификации процессов, возникающих в материалах при изменении температуры. Хронология используемых источников сформирована по методам исследования теплообменных процессов, которые разделены на три группы: материаловедение, теплотехника, термодинамика. За основу выбран материаловедческий метод ИДС, он же служит критерием отбора методических наработок, используемых для разрабатываемого метода. В группе теплотехники приведено определение температуры и коэффициентов, которыми задается ее
распределение в объеме тела, методы получения данных о внутренних распределениях и современные исследования свойств материалов в диапазоне температур.
Вторая глава содержит описание характеристик веществ и материалов для экспериментального исследования: характеристики известняков по месторождениям и химически чистых оксидов. Простые вещества выбраны так, что они образуют сложные, например, цемент. Исследование отдельных фракций песка позволит оценить влияние размера зерен гравия на характер распределения температуры в смеси.
В третьей главе приведена хронологическая последовательность этапов разработки метода получения данных о температурных распределениях в материалах. Описаны техника проведения эксперимента, порядок подготовки материалов, фиксирования показаний приборов, ведение лабораторного журнала. Представлены экспериментальные кинетические кривые веществ и материалов: Si02 в виде речного песка сокского карьера фракций (НО, 14, 0,14+0,315, 0,315+0,63, 0,63+1,25, 1,25+5 мм, смеси и Вольского песка в диапазоне температур 65-310 С; Si02 фракций 0+0,14 и 1,25+5 мм в диапазоне температур 65-980 С; а-А1203, MgO, CaO, Fe203, цемента марки ПЦ-500Д0 в диапазоне температур 65-930 С. Экспериментальные исследования проведены так, чтобы выявить наличие закономерностей в виде периодичности (через 343 С) изменения зависимостей внутренней температуры от температуры среды, определить влияние фракционного и химического составов. Обобщенный результат измерений составляет базовые кривые распределения температуры для большинства компонентов, из которых состоят строительные конструкции, с привязкой к температуре, времени и размеру слоя материала.
В четвертой главе проведен анализ зависимостей прямых и относительных параметров эксперимента в соответствии с ТмА. По экстремумам проведен анализ кинетики изменения внутренней температуры по времени. Предложены варианты характеристических точек, которые были разделены на универсальные, присущие для всех материалов, и
технологические экстремумы, относящиеся к преобразованиям в веществе от температуры. Разработаны единые правила их определения. Проведена первоначальная аппроксимация зависимостей параметров характеристических точек. Показана стационарность и независимость от фракционного и химического составов значений внутренней температуры Тл. Предложены варианты построения и обработки диаграмм.
В пятой главе представлены кривые обжига известняков по трем месторождениям при разных внешних режимах. Проведен анализ кинетики кривых обжига зерен разных по размеру и составу. Определены характеристические и стационарные точки внутренней температуры и выявлены их зависимости от размера слоя материала. Проведен расчет времени обжига при оптимальной температуре обжига для производственной печи. Представлены зависимости стандартных свойств извести от состава, температуры и времени обжига. Определены свойства кривых обжига в связи со стационарностью значений внутренней температуры. Предложен вариант уточнения распределения температуры в многослойных ограждающих конструкциях для случая нестационарного режима с использованием экспериментальных кривых.
Условия реакции декарбонизации известняков, влияние режимов обжига и составов
В производстве извести применяют известковые горные породы, которые содержат различные примеси, главным образом доломит, глинистые минералы, окислы железа, кварц, гипс. [14, с. 80]. По составу их разделяют на классы (приложение 1). Из пород класса А получают практически кальциевую жирную известь. Из пород Б и В производят кальциевую известь, в первом случае более жирную, во втором - более тошую. Породы класса Г применяют для изготовления магнезиальной и доломитовой, а класса Д - гидравлической извести [14, с. 83]. Разброс составов горных пород достаточно широк по СаСОз и составляет 95-47%. Однако известь широко используется в строительной, пищевой, сельскохозяйственной и металлургической промышленностях. Это один из самых экологически чистых материалов. Комовая известь является полупродуктом для получения известковых вяжущих [9]. Гидратная известь в виде пушонки и ее водных суспензий может иметь следующие области применения:
Как воздушное вяжущее и пластифицирующий компонент при приготовлении строительных растворов и сухих строительных смесей, кладочных и штукатурных растворов, силикатных бетонов, при производстве силикатного кирпича и газосиликатных блоков, известковых красок. В качестве реагента в химической промышленности, в основном органическом и неорганическом синтезе. В горно-металлургической промышленности (в технологиях извлечения соединений цветных и редких металлов из горных пород). В системах водоподготовки энергетических агрегатов ТЭЦ и ТЭС. Как коагулянт в системах очистки бытовых и прочих типов сточных вод. В пищевой (в основном как омылитель жиров) и кожевенной промышленности. В сельском хозяйстве для приготовления бордосской жидкости, известкования кислотных почв, защиты плодовых деревьев от вредителей и насекомых и дезинфекции животноводческих ферм. В текстильной промышленности (обработка тканей в процессе отбеливания и крашения).
Гидратную известь в виде известкового сорбента широко применяют в современных системах газоочистки отходящих дымовых газов и промышленных выбросов от кислотных составляющих - окислов серы, фосфора, азота, органических кислот, галогенов и галогенпроизводных органических соединений (в том числе диоксидов). Перспективно применение гидратной извести и известковых сорбентов для получения химически осажденного высокодисперсного карбоната кальция, используемого при изготовлении высших сортов мелованной бумаги, и как наполнителя в электронной, электротехнической, кабельной, резинотехнической, лакокрасочной, парфюмерной и фармацевтической промышленностях [10-12]. С увеличением некоторых производств, например, конвертерной стали, возникла проблема дефицита кондиционной извести [13].
Исходя из множества областей применения и классов карбонатных пород, можно отметить, что использовать для обжига можно практически любое известь содержащее сырье, главное - обеспечить оптимальный режим обжига для получения качественного продукта. Так недожог уменьшает выход теста, но вредного влияния на качество твердеющей извести не оказывает. Пережог ухудшает качество извести, подвергающейся гашению, так как вызывает медленное гашение частиц пережженной извести, которые могут полностью погаситься уже в сооружении и вызвать не только образование в нем трещин, но и разрушение. Даже весьма тонкий помол не может полностью устранить те отрицательные явления, которые влечет за собой «жесткий» и неравномерный обжиг [14, с. 116]. По данным [15] пережженная известь образуется в результате перекристаллизации СаО. Технологические и эксплуатационные свойства извести зависят от качественных характеристик, которые заданы ГОСТ 9179, основные из них следующие: суммарное содержание активных окисей кальция и магния в кальциевой извести, количество не погасившихся зерен, температура и время гашения. По этим параметрам воздушную негашеную известь разделяют на три сорта, негашеную порошкообразную с добавками - на два сорта, гидратную (гашеную) без добавок и с добавками - на два сорта (приложение 2).
На качество извести оказывают влияние множество факторов. Это химический и гранулометрический составы сырья, температура и время обжига, размеры печи, равномерность распределения ее по сечению печи. В течение обжига СаО может реагировать с примесями, содержащимися в сырье, например с Si02, А120з, Fe203 и др. При этом особо велика роль тех примесей, которые в четырехкомпонентной системе СаО-БЮг-А Оз-РегОз образуют соединения, имеющие температуру плавления, близкую к температуре обжига. Расплавленные соединения спекаются в большие агломераты, так называемые "козлы". Это вызывает серьезные нарушения в работе печи. При охлаждении расплавы образуют стекловидное покрытие поверхности кусков обожженной извести, что значительно затрудняет их реагирование с водой во время гашения. Это вторичное явление, происходящее при "пережоге" извести [20].
Свойства пород известняка по месторождениям
Завод занимается производством извести, щебня, изделий из цельного камня. Материалы для проведения экспериментальной части были отобраны в связи с темой исследования и заказом на оптимизацию режимов обжига сырья переменного состава Жигулевского известкового завода "Богатырь". Известняк для обжига на заводе разделяют на пять видов, порядок поставки сырья по составу имеет периодический характер и имеет в основном смешанный тип. Для эксперимента отбор проб производился с загрузочного ленточного конвейера. Все отобранное сырье разделено визуально на три характерных типа: меловато-белые, темно-серые, темно-серые с большим количеством мелких (1-5 мм) пор. Встречались куски сырья, состоящие из частей перечисленных типов. Общий химический состав известняка по месторождению Богатырь приведено в приложении 15. Плотность зерен: меловато-белых - 1,48 г/см3, темно-серых - 1,76 г/см3, темно-серых пористых -1,45 г/см3, однако ее значения могут варьироваться, поэтому вывод после обжига по каждому зерну делался по потере массы в процентах.
Дополнительно проведены испытания по месторождениям Башкортостана Белебей и Бижбурляк, чтобы сравнить с полученными данными по Богатырю и для дальнейшего решения вопроса об открытии завода на этих месторождениях. Камни месторождения Белебей - светло-серые с у вкраплениями зерен, плотность 2,01 г/см, при скалывании - жесткие, скалывается с образованием трещин по всему камню. Камни п. Бижбурляк -желтовато-темно-серые однородные, без вкраплений, плотность 1,93 г/см , при скалывании - мягкие.
Химический состав в отдельных зернах поступающего на обжиг сырья различен, лабораторно проверить его и учесть при обжиге сложно, да и нет необходимости. На производстве температура по длине печи не контролируется из-за заложенных в ходе реконструкции смотровых окон. Фиксируется только температура дымовых газов и визуальный накал газовых горелок. Анализ химсостава и активности продукции производится на выходе, и на основе его делается указания по регулированию режимом обжига. Поэтому регулировка оптимального температурного режима обжига достигается в течение длительного срока, во время ввода печи после ремонта оно достигает недели. В это время получают низкосортную продукцию, неся материальные потери (таблица 2.2, печь № 4). Контроль над изменением состава поступающего на обжиг сырья осуществляется по качеству продукции, регулировка производится по ходу производства работ и анализу лабораторного контроля продукции. Визуально сырье разделяется на пять категорий.
Возможные варианты по регулированию процесса обжига - это изменение конструкции печи и регулирование температурно-временными параметрами. Температурное поле задано конструкцией производственной печи, которая запроектирована на стационарный режим, гарантирующий ее длительную эксплуатацию. Диапазон варьирования регулирования обжигового режима по конструкции печи небольшой и может использоваться при проведении текущих и капитальных ремонтов. Наиболее очевидным является разработка параметров регулирования температурного режима в виде эталонных кривых со связкой температура-время. В этом случае такие зависимости дадут диапазон варьирования и порядок распределения зон обжига. Здесь целями регулирования выступают экономия топлива, сокращение времени обжига, получение качественной продукции. Это достигается обеспечением оптимального теплового режима в печи и его корректированием при смене состава сырья. Тепловой режим обжига будет оптимальным, если обеспечена равномерность нагрева по длине. Поэтому введены температурный контроль по длине печи и лабораторный анализ для корректировки температур при смене состава и гранулометрии сырья.
На обжиг поступает сырье переменного состава, в основном магнезиальной извести (таблица 2.2), которое при обжиговых температурах 1100-1300 С становится намертво обожженным и в результате теряет свою активность.
Устройство для изотермического дискретного сканирования внутренней температуры
В качестве инструментальной и расчетной основы на начальном этапе принят нестационарный режим первого рода [3, 59], из которого заимствовано стандартное оборудование: муфель, цилиндрический калориметр, термоизмерители (термометры, термопары), порядок снятия показаний,
Методы теплотехнического исследования сыпучих смесей используют калориметры, которые разделяют на группы: по типу заполнения - сплошные, засыпные, полые (бикалориметры), по форме - цилиндрические, плоские, шаровые и др., по свойствам испытуемых веществ - сыпучих смесей, газов, жидкостей, в виде сплошных образцов, металлов, электропроводников, по измеряемым коэффициентам - для исследования температуропроводности, теплопроводности, специальные - бикалориметры с альфа-блоками [3, 59, 78]. 18мм —"f Разборные калориметры просты в использовании и универсальны, поэтому для эксперимента они были изготовлены на Винтайском машиностроительном заводе ОАО "Моторостроитель" из 6 мм 34 мм
Калориметр из корундового легковеса коррозионностойкой (нержавеющей) стали марки 14Х17Н2. Изготовлены два типа калориметров размером: 0 70 мм, h=70 мм для мелкозернистых и 0 100 мм, h=100 мм для крупнозернистых материалов (например, щебня) в виде разборных банок с размещенной на крышке трубкой для введения термопары (рисунок 3.1). Так как калориметр вводился в печь снизу, то был необходим уплотнитель для термопары. Первоначально использован асбестовый шнур, но при высоких температурах он рассыпался, фторопластовый сальник при 500 С начинал плавиться и терять форму. Как окончательный вариант после модернизации столика, в качестве уплотнителя была применена каолиновая вата.
Позже были использованы калориметры из корундового легковеса, ГОСТ 5040-96 в форме "стаканчика" (рисунок 3.2). Материал засыпали сверху после установки калориметра на рабочий столик станины. Новый калориметр стал меньше по размерам, поэтому температурный режим в печи стал стабильнее. Станина с передвижным столиком необходима для быстрой загрузки и выгрузки образцов материала, чтобы соблюдать режим ИДС. Утеплитель между станиной и печью - шамотный кирпич, ГОСТ 390-96 и каолиновая вата. Для нагрева использовали стандартную муфельную печь ПМ-8 (производитель: завод «Электродело», г. Ленинград, пр. Майорова, 39) по ТУ 79 РСФСР 337-72 для температур в диапазоне 20-Н100 С, сушильный шкаф СНОЛ-3,5.3,5.3,5/3-ИЗ в диапазоне температур 20 -250 С. По характеру температурный режим в сушильном шкафу был стабильнее из-за большего рабочего объема. Применены измерители: На измеритель - термометр цифровой малогабаритный ТЦМ 9210 с термопарами ТТЦ 07П-600, ТТЦ 06-1300 в соответствии с требованиями ГОСТ 6616-94, ГОСТ Р 50431-92 и ТУ 4211-013-13282997-99, с ценой деления шкалы 1 С, диапазон температур соответственно 0-КЮ0, 0-Н300 С. Класс допуска 2. Основные ТТХ цифрового термоизмерителя приведены в приложении 16; - термометр химический ртутный стеклянный, диапазон измеряемых температур 600 С с ценой деления шкалы 1 С по ГОСТ 400-80; - термопары ХА в комплекте с милливольтметром типа MP 1-02 ГОСТ 6616-94.
Определение основных характеристик и параметров кинетических кривых
Оценка отклика материала на изменение температуры как внутреннего распределения и установление закономерностей - задача анализа кинетических кривых. Он включает в себя анализ кинетических кривых и ТмА, которые проводились постоянно, последовательно, неразрывно друг от друга с целью совершенствования метода и получения яркой картины изменений в материале при изменении внешней температуры для дальнейшего использования в расчетах. ТмА кинетических кривых в сочетании с методом СВТ представляет собой способ получения внутренних температурных распределений.
Анализ - метод исследования путём рассмотрения отдельных сторон, свойств, составных частей чего-нибудь.
Анализ математический — часть математики, занимающаяся исследованием функций методами дифференциального и интегрального исчислений (аналитический). Математический анализ — совокупность разделов математики, занимающихся исчислением бесконечно малых величин, теорией рядов и т. п.
Зависимости параметров эксперимента для Si02 фракции 1,25+5 мм Наиболее вероятный вариант обработки - по максимальным значениям внутренней температуры и времени ее наступления. По этим значениям построены зависимости, которые сходятся в одну линию (рисунок 4.3 а), это говорит о том, что исследуемый фракционный состав не влияет на распределения температуры. Для увеличения масштаба взяты разности внешней и внутренней температур, построены как зависимости от внешней (рисунок 4.3 б). Кривые показали характерный излом в области 171,5 С, это подтверждает зависимость времени наступления температуры (рисунок 4.3 в). На следующем этапе анализа построены зависимости по значениям внешних и внутренних температур, а также их разностей и времени инерции. Полученные зависимости показали анормальность поведения материала в области стационарных температур, что говорит о чувствительности метода.
На графике зависимости разности температур заметны возрастающие и убывающие участки. Это не значит, что с увеличением внешней температуры образец становится холоднее в районе убывающих участков. Распределение температуры с увеличением значений внешней температуры ускоряется либо замедляется в связи с происходящими в материале процессами для соответствующих температур. В районе Тп на графиках заметна тенденция к выравниванию - материал готовится к последующему перестроению. Согласно ТмА правильным было бы показывать ортогональный переход через стационарную температуру. В случае аппроксимации графиков зависимостей на участках, ограниченных Тл, с помощью простейших кривых (линия или гипербола) полученная зависимость будет соответствовать функции распределения температур. Была проведена попытка построения зависимостей от значений внутренней температуры, но от данного представления пришлось отказаться. Внешняя температура является вынуждающим фактором воздействия, внутренняя температура - отклик. Нельзя рассматривать зависимости откликов без привязки их к величине воздействия.
В соответствии с методом температурного анализа аппроксимация зависимостей производится по интервалам стационарных температур, поэтому зависимости изображены разрывными. В качестве примера приведена аппроксимация по интервалам и по всему диапазону измерения (рисунок 4.4). Для аппроксимации по интервалам достигнута большая точность R =0,9 при степени аппроксимации 2-3. Когда достоверность по диапазону измерения R2=0,7-0,8, степень аппроксимации - 3-4. Можно говорить о том, что точность и снижение степени аппроксимации достигнуты увеличением количества участков. Но мы производим разбивку по стационарным температурам, когда наиболее вероятные границы для математической аппроксимации -экстремумы. В нашем случае экстремумы расположены в интервале аппроксимации, и, как показали дальнейшие исследования других материалов, наиболее вероятны, и универсальный подход к аппроксимации функциональных зависимостей свойств материалов - по интервалам стационарных температур.
Значения максимальных внутренних температур на кинетических кривых являются основной характеристикой перехода от режима нагрева к охлаждению. На участках нагрева или охлаждения кинетическая кривая не линейна, поэтому дальнейшая работа продолжена по нахождению дополнительных характеристик. Для этого по табличным значениям эксперимента были взяты первые и вторые производные по времени, которые показали наличие дополнительных экстремумов - характеристических точек, взятых как экстремумы первой производной. Детальный анализ показал, что количество экстремумов различно. На их появление, кроме основных режимов нагрева-охлаждения, могут влиять влажность, физико-химические процессы в материале или неточность определения экспериментальных данных. Эти причины легко определить и отследить. У влажных образцов экстремум возникает в области 100 С, физико-химические процессы характеризуют состав образцов, эти экстремумы выглядят как множество следующих друг за другом точек по определенной зависимости.
