Изучение золокерамических материалов методом получения дифференциальных кривых (температурного поля) нагревания модельных образцов показывает, что при их обжиге происходят сложные термические эффекты, связанные с наложением физико-химических процессов, характерных для глин, и горением углерода, содержащегося в золе, а также взаимодействием их компонентов в смеси.
Эффективные термические характеристики, полученные путем обработки «искаженных» такими сложными эффектами дифференциальных кривых нагревания с помощью формул (4.30, 4.31), являются объективными характеристиками кинетики обжига, отражающими взаимосвязанные процессы переноса тепла и массы при фазовых и химических превращениях.
С другой стороны, согласно дифференциальному уравнению (4.26), эффективные термические характеристики золокерамического материала определяются следующими выражениями:
В этих выражениях знаки дифференциалов заменены на знаки конечных приращений массосодержаний Δu и температуры Δt.
Рассмотрим некоторые частные случаи выражения (4.55) и (4.56), вытекающие из особенности обжига золокерамических материалов (см. рис. 31).
1. До температуры воспламенения (tвоспл) углерода, содержащегося в материале, теплота горения ρг будет равна О, В этом случае «искажение» дифференциальных кривых нагрева модельного образца (малый эндоэффект) связано с удалением физически связанной воды из материала. Соответственно сказанному выражения (4.55) и (4.56) имеют вид
Из уравнений (4.57) и (4.58) видно, что с возрастанием интенсивности массообмена Δu/Δt в материале эффективная температуропроводность убывает, а эффективная теплоемкость возрастает, что подтверждается экспериментально (см. рис. 31).
2. Происходит воспламенение углерода, содержащегося в теле образца (в начале на поверхностном слое) ρг≠0, но дегидратация глинистой части материала не началась ρх=0, тогда имеем
В этом случае, как видно из уравнений (4.59) и (4.60), с возрастанием интенсивности горения углерода в материале эффективная температуропроводность возрастает, а эффективная теплоемкость убывает и при ρг Δu/Δt≥c имеет отрицательное значение.
3. Происходит процесс дегидратации глинистой части, горение углерода в теле образца продолжается, т. е. накладывается два процесса различной природы ρг≠0, ρx≠0. В этом случае уравнения (4.55) и (4.56) остаются без изменений. При этом, когда ρх=ρг, эффективные термические характеристики приравниваются к характеристикам обожженного (с полным выгоранием углерода) материала (а, с).
Если ρх≤ρг то имеем
Выше приведенные частные случаи имеют место в процессе обжига зол, глин и их смесей, что и подтверждается экспериментально. Это показывает правильность нашей методики постановки проведения экспериментальных работ и обработки их результатов.
Таким образом, на основании вышеприведенного анализа можно сделать вывод: получив дифференциальные кривые нагрева модельных образцов, определив путем их обработки эффективные термические характеристики материала по формулам (4.30), (4.31), а также используя данные кривых кинетики массопотери из уравнений (4.55) и (4.56), за определенный промежуток времени (Δτ) можно определить тепло химических превращений в процессе обжига зол, глин и их смесей:
Затем, умножив их на соответствующие потери массы и суммировав за промежуток времени (температурный интервал) прохождение термического эффекта, находим его тепло
Таким образом, вышеизложенное положение явилось теоретической основой постановки экспериментальных работ по-изучению процессов тепло- и массообмена золокерамических материалов при их обжиге.