Способ определения влаготермических характеристик твердых пористых материалов в процессе сушки

) Ш 56 а 4 со веет ЕТЕЛ ОМ л. Ф 22нологический имышленностиП.Дроменко) еория сушк с. 471. Верезомтики сжат я А,Л,оллопри пористых тел 1, т. 4. В 10 ЕРМИ- . ОРИСв и раб Цел ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(21) 3928974/31-2 (22) 10.07.85 (46) 15,06.88. Бю (71) Киевский тех ститут легкой про (72) П.П.Луцик и (53) 533. 275 (088, (56) Льпсов А.В, Т М,: Энергия, 1968Казанский М,Ф. Исследование кине идных капиллярносушке, - ИФЖ, 96 с. 104-107.(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛАГОТ ЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТВЕРДЫХ П ТЫХ МАТЕРИАЛОВ В ПРОЦЕССЕ СУШКИ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения коэффициентов теплового расширения и усадки твердых пористьи материалов, напри" мер футеровки сталеразливочных ковшей, дерева, строительньи материаловроцессе сушки с нагревом при разотке оптимальных режимов сушки.ь изобретения состоит в обеспечении возможности точного определениякак значений коэффициента теплового,расширения, так и значений коэффициента усадки материалов во всем диапазоне температуры и влагосодержанияпри сушке. Способ включает нагревполного цилиндрического образца изисследуемого материала, измерениезначений его температуры Т;, влажности И; и деформации ; последовательными интервалами, величину каждого иэ которых выбирают из условияприблизительного постоянства в немкоэффициентов теплового расширенияЫ, и усадки а;, которые затем рассчитывают для каждого интервала издвух уравнений для деформации, изме"1 ренной в двух точках каждого интервала: Е; = ЫьТ + /3 аш,1 Е;+, =д(д Т;, +Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способамопределения характеристик нлаготермического деформирования: коэффициентатеплового расширения и коэффициентаусадки твердых капиллярно-пористыхматериалов, например огнеупорных,керамических, строительных материа"лов, кожи, древесины, картона, и может быть использовано при разработке оптимальных режимов сушки твердых деформируемых материалов в ме; таллургии, строительстве, промышлен ности строительных материалов, деревообрабатывающей, целлюлозно"бумажной и легкой промышленностиЦель изобретения - расширениефункциональных возможностей путемобеспечения возможности определениятакже и коэффициента теплового расширения.Для определения как коэффициентов теплового расширения образца,так и коэФФициентов его усадки про" 25водят измерения деформации, влагосо-.держания и температуры образца,Последовательными интервалами, вкоторых можно принять постояннымизначения обоих коэффициентов, чтосоздает предпосылки для расчета зна"чений этих коэффициентов в каждом ин"тервале из системы двух уравнений,составленных для деформаций в двухкрайних точках интервала: 30 Е; = с(6 Т, + /Ьй Ю; ЕО( Й Т 1+ Д 1 Лад 1 = с(;1 В Т 11 + 1,+ 1 д 4;1, = фТ 1+1 +141;,т,е, из системы двух уравнений,составленных для двух измеренных значений другого параметра, зависящегоот обоих определяемых параметров.Нагрев образца в процессе сушки 45 и определение значений его температуры, влагосодержания и деформации последовательными интервалами позволяет составить для каждого интервала два уравнения в крайних его точ ках, описывающих деформацию образца в каждой точке в зависимости от изменения температуры, влагосодержания образца и коэффициентов его усадки н теплового расширения:55 в которых8;, АТ; и йТ 1, во и йо;, являются известными (измеренными) параметрами, а Ы и переменными определяемыми параметрами.Выбор каждого интервала измерения из условия постоянства в нем сГ и ц, тлес(; = с;1, /31 = д , позволяет свести эту систему уравнений к системе двух уравнений с двумя неизвестными; о и р . Это дает возможность рассчитать, исходя из указанных уравнений, значения коэффициентов теплового расширения Ы и усадкир образца для каждого интервала, т,е. определить параметры влаготермического деформирования материала в процессе сушки с нагревом, определяющие деформацию образца, вызванные как его тепловым расширением в результате нагрева, так и его усадкой в результате уменьшения влагосодержания, что расширяет функциональные возможности способа.На фиг. 1 представлены кривые изменения в процессе сушки температуры Т, влагосодержания о(7) и относительной деформации 6(ь); на фиг. 2 - кривая зависимости коэффициента теплового расширения с( от температуры Т; на фиг, 3 - кривая зависимости коэффициента усадки д от влагосодержания Ы для образца из кварцитоглинистой массы МКГ, применяемой для изготовления монолитных футеровок сталераэливочных ковшей и других тепловых агрегатов (ТУ 14"8- 252"77); на фиг 4 - функциональйая схема устройства, реализующего способ; на фиг. 5 " схема измерительного узлаВ процессе сушки образец из кварцитоглинистой массы МКГдлиной 75 мм, внутренним диаметром 18 .мм и наружным 24 мм с начальным влагосо- . держанием 8,97 нагревают от 22 до 120 С в течение одного часа, При этом кривые изменения его температуры Т(6), влагосодержания ыи относительной деформации в осевом направлении 1(Я ) имеют вид, представленный на фиг. 1.Дпя расчета коэффициентов с( и значения параметров образца Т, Ф и в процессе сушки выбирают через одинаковые интервалы времени, равные 30 с. Коэффициенты теплового расшире 1402899нияи усадки б образца определяютпо формулам:еЛТ; ВЫ;+,-ДТ; ЬсО;Е 1+1 Д Т ЕОТ 1+1дТ,.;-дТ;ж;Кривые изменения коэффициента теп лового расширения в зависимости от температуры и коэффициента усадки в зависимости от влагосодержания представлены на фиг2 и 3.Иэ анализа этих кривых видно, что 15 коэффициенты с икварцитоглинистой массы в процессе сушки претерпевают существенные изменения, Коэффициент теплового расширения Ы в начале суш.ки.значителен и резко убывает от зна" 20 чеиия 5,6 10 до 05 1 О К с повышением температуры Т от 22 до 40 С при небольшом уменьшении влагосодержания ы от 8,9 до 8,3%. При дальнейшей сушке с повышением температуры 26 Т от 40 до 80 С и уменьшением влагосодержания от 8,3 до 1,3% коэффициент сс изменяется незначительно. Вконце сушки при удалении влаги гигроскопического состояния в микропорах 30 и адсорбированной на поверхности частиц глинистого минерала коэффициент теплового расширения возрастает до значения 3,1. 1 0К . Коэффициент усадки д кварцитоглинистой массы В 35 начальной стадии сушки резко повышается от значения 0,5 до 0,79 и затем резко падает до значения О, при уменьшении влагосодержания И от 8,9 до 8,3% и повышении температуры Т от 40 22 до 40 С, В периоде постоянной скорости сушки в интервале влагосодержания д 8,3-1,3% и температуры Т 40- 80 С коэффициент усадки сохраняет среднее значение 0,06 и в периоде 4 падающей скорости сушки возрастает до значения 0,4, Столь резкое возрастание коэффициента усадки в конце сушки приводит к тому, что интенсивность усадки преобладает над интенсивностью теплового расширения. Это обуславливает изменение знака суммар- ной деформации кварцитоглинистой массы: при влагосодержании р = 1,3% и температуре Т = 80 фС положительнаябб деформация термического расширения переходит в отрицательную усадочную деформацию (см, кривую В на фиг. 1),Устройство для реализации способа (фиг. 4 и 5) содержит датчик деформации в виде цилиндрического конденсатора с центральным базовым стержнем 2 и неподвижными пластинами 3, зафиксированную на стержне 2 пла 1 форму 4, на которой через электроиэоляционную прокладку 5 установлен образец 6 из исследуемого материала, размещенные на верхнем торце образца 6 подвижные пластины 7 конденсатора, датчик 8 температуры образца 6 в виде проволочного термореэистора, намотанного на цилиндрическую втулку иэ фторопласта, закрепленную на стержне 2, нагреватель 9 с регулятором 1 О температуры и регистрирующий прибор 1, например пишущий потенциометр КСП, Измерительный узел с датчиками 1 деформации и температуры 8 размещен в термо" статируемой камере 12 и подвешен к плечу 13 коромысла аналитических весов, например АДВ, являющихся датчиком массы образца 6. Второе плечо 14 коромысла связано с электромагнитом 15. Весы содержат призму 16 для установки указанного коромысла, закрепленное на последнем зеркало 17, источник 18 света, фото" резистор 19 и пропорциональный регу лятор 20 положения коромыслаДатчик 1 деформации соединен с регистрирующим прибором 11 через преобразователь 21 емкости в напряжение.Датчик 8 температуры образца 6 связан с регистрирующим прибором 1 через неуравновешенный мост 22 постоянного тока.Электромагнит 15 связан через резистор 23 с масштабирующим преобразователем 24, который, в свою очередь, подсоединен к регистрирующему прибору 11. Стержень 2 и неподвижные пластины 3 конденсатора изготовлены как одно целое из инвара марки 36 НКД, обладающего очень низким ко- эффициентом теплового расширения (1 10К ). Подвижные пластины 7 и платформа 4 изготовлены из того же материала.Датчик 8 температуры выполнен.в виде проволочного термореэистора, например иэ меди или никеля, камо" танного на цилиндрическую втулку иэ фторопласта, закрепленную на стержне 2.5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 В камере 12 установлен также датчик 25 температуры в виде проволочного терморезистора, связанного срегулятором О температуры, напримертипа Ф-ЗОЗ.Устройство работает следующим образом,Образец 6, спрессованный из увлажненного материала, в виде полого цилиндра длиной 75-80 мм, внутреннимдиаметром 15-17 мм и наружным диаметром 21-23 мм устанавливают на платформу 4 через слюдяную прокладку 5.На верхнем торце образца 6 размещают подвижные пластины 7 конденсатора,Платформу 4 с образцом 6 и пластина"ми 3 надевают на стержень 2 такимсбраэом, чтобы подвижные пластины 7были размещены между неподвижнымипластинами 3 конденсатора, а междувнутренней поверхностью образца 6и датчиком 8 температуры был зазорпорядка 1-1,5 мм, и закрепляют платформу 4 на стержне 2.Измерительный узел с образцом 6и датчиками 1 и 8 подвешивают к плечу 13 коромысла весов. Датчики 1 и 8соединены с измерительной аппаратурой малоинерционными подвесами (медными отожженными проволоками диаметрФм 0,05 мм).Включают нагреватель 9, Темпера"тура в камере 12 повышается, благодаря чему происходит нагрев образца6, в процессе которого из него испаряется влага и происходит влаготермичское деформирование образца 6. Регистрирующий прибор 11 записываетна диаграммной ленте кривые кинети"кй сушки образца; текущие значениятемпературы образца 6, его влагосодержания и линейной деформации в осевом направлении.В процессе сушки угол поворотакоромысла весов, вызванный убыльювпаги, преобразуется в фотоэлектри- .ческий сигнал фоторезистором 19.Равновесное положение коромысла весов поддерживается автоматически регулятором 20, входных звеном которого является фоторезистор 19. Приэтом уменьшение массы образца 6 ли"нейно связано с уменьшением токаэлектромагнита 15 и, следовательно,с уменьшением напряжения на резисторе 23. Это напряжение через масштабирующий преобразователь 24 подается .на один из входов регистрирующего прибора 1, Масштабирующим преобра-зователем 24 задают чувствительность измерения массы и периодически переводят печатающую каретку регистрирующего прибора 11 в начало шкалы,Определение коэффициентов теплового расширения 1 и усадки р образца 6 на основании полученных кривых осуществляют как описано выше.Таким образом, осуществление сушки образца с нагревом, регистрация в процессе сушки текущих значений деформации, влагосодержания и температуры образца, последовательное фиксирование при двух близких значениях температуры образца, его влажности и деформации и определение иэ уравнений, описывающих зависимость деформации образца от его влагосодержания и температуры, коэффициентов теплового .расширения и. усадки при различных температурах расширяет функциональные возможности способа вследствие обеспечения возможности определения значений обоих указанных коэффициентов,Это позволяет построить зависимо" сти коэффициентов от температуры и влагосодержания материала и на основании их разработать оптимальные режимы сушки различных материалов с различной исходной влажностью. Выбор оптимальных режимов сушки позволяет исключить образование и распространение трещин в материале в процессе сушки, т.е. разрушение материала.Например, при сушке кварцитоглинистой массы наибольшая опасность образования трещин возникает в начальной стадии прогрева и в конце сушки, когда коэффициенты теплового расширения и усадки достигают больших значений. Поскольку тепловое расширение и усадка действуют в противоположных направлениях, то в материале возникают внутренние напряжения, составляющие величину, равную 0,475 ИПа при влагосодержании,8,5% и 0,707 ИПа при влагосодержании 1,5%, что превьппает предел прочности кварцитоглинистбй массы, равньпЪ при указанных значениях влагосодержания соответственно 0,312 и 0,564 МПа, в результате чего материал растрескивается. Прецлагаемыи способ позволяет1определить зависимости коэффициентовполагая этими данными, можно выбратьтакой режим сушки, при котором внутренние напряжения будут ограниченывеличиной, не превышающей пределапрочности материала, т.е. можно осуществить оптимизацию процесса сушкипо параметрам прочности материала. Формула изобретенияСпособ определения влаготермических характеристик твердых пористых материалов в процессе сушки, заключающийся в измерении текущих значений деформации и влагосодержания образца исследуемого материала и определении по ним текущих значений коэффициента усадки, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью расши" рения функциональных возможностей путем обеспечения возможности определения также и.коэффициента теплового расширения, образец в процессе сушки нагревают, одновременно с деформацией и влагосодержанием образ- .25 ца измеряют текущие значения его температуры, рассчитывают текуише значения коэффициента теплового расширения по двум уравнениям деформации для смежных временных моментов изме- рения; Т 1 +Р фб 1 Ф 0(. Т1 + (41 1где ; и Е; - текущие значения деформации;Т; иьТ и 1 - изменения температуры 1ЛСо,.и д о;+- изменения влагосодержания образца;и о;., - значение коэффициен"та линейного расширения;и ь; - значение усадки образца в моменты изме рения. 1 и +1 причем интервал между моментами измерения 1 и 1+ .выбирают иэ условия приближенного равенства е, = ;+, иД +1402899 Плато ставительхред А Кра едактор М. Бандура Корректор В. Бутяг Тираж 847 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета ССС по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д.