1. Плотность и пористость

Как обычно, для пористых твердых тел с повышением плот­ности и уменьшением пористости теплопроводность каменно­угольных коксов возрастает (см. рис. 84). Теплопроводность кокса с пористостью, равной 35%, почти в 1,5 раза выше тепло­проводности кокса с пористостью, равной 50%.

Полная теплопроводность пористого кокса складывается из теплопроводности самого вещества Хо, теплопроводности газа в порах Хт и радиационной (эквивалентной) . составляющей А, Р. Удельный вклад каждой из этих составляющих зависит от свойств и состояния исследуемого вещества — общей пори­стости, распределения пор по размерам, теплопроводности га­за в порах и температуры.

С ростом температуры Я0, Аг и ХР возрастают с различной скоростью. Поэтому для выделения зависимости Х0 (Т) необхо­димо учитывать вклад Хт и ЯР в эффективную теплопроводность.

Радиационной составляющей для неизмельченного кокса можно пренебречь вплоть до весьма высоких температур. Рас-

223

Чет по формуле, предложенной А. Ф. Чудновским для локаль­ной радиационной теплопроводности в порах

Яр=2у2фЯЭф(Г+273)3, (XIX. 1)

Где V — степень черноты; г|з — постоянная Стефана — Больцма - ' на, равная 5,7-10~8 Вт/м2-К-4; йэф — средний эффективный ^ диаметр пор (для кокса сгЭф~15-10-7 м), показывает, что при Г=1500 К величина ЯР не превышает 3-10-4 Вт (м-К), тогда как теплопроводность кокса имеет порядок единиц; Т-—сред­няя температура на поверхности поры, °С.

Теплопроводность газа в порах также значительно ниже полной теплопроводности. Например, теплопроводность окиси < углерода при 200° С составляет 0,033 ккал/(м-ч-°С), тогда как при той же температуре теплопроводность кускового кокса ’ равна (0,63—0,42) ккал/(м-ч-°С), т. е. ЯГ составляет около 5% от величины %.

Пористость, уменьшая теплопроводность по абсолютной ве­личине, практически не изменяет характера ее температурной зависимости.

Для расчета теплопроводности кускового кокса можно при - менять уравнения, приведенные в разделе II. Фигурирующий во ^ всех этих уравнениях коэффициент теплопроводности Ко твердо - 1 го каркаса, который по понятным причинам не может быть оп - ’ ределен экспериментально, находят, как правило, путем экстра - '■ поляции экспериментальных зависимостей по одному из урав - ^ нений, приведенных в первой части. ;

В табл. XIX. 1•приведены результаты такой экстраполяции, « выполненной по формулам Рассела (11.13), Лоуба (11.15), Мак - 4 свелла (11.11) и Эйкена (11.14). В качестве исходных данных ^ при этом были приняты найденные М. Вике и В. Петерсом~|

Таблица Х1Х.1 1 Результаты экстраполяции теплопроводности твердого каркаса | Каменноугольных коксов 2 Формула Пористость Русселя Лоуба Максвелла Эйкена Х0 при 50°С Р=0,35 1,44 1,37 1,58 1,58 1,28 1,18 1,36 1,36 /»=0,50 1,45 1,25 1,28 1,10 1,53 1,32 1,53 1,32 Примечание. Числитель — Вт/(м-К), знаменатель — ккал/(м 224 Ч • "С).

[29] коэффициенты теплопроводности коксов с пористостью, равной 50 и 35%, составляющие при 50° С соответственно 0,55 и 0,77 ккал/(м-ч-°С).

Таким образом, расчет теплопроводности по различным уравнениям дает довольно близкие значения Я0, что позволяет принять для этого коэффициента при 50° С среднее значение ].27 ккал/(м-ч-°С) или 1,47 Вт/(м-К)-

Так как пористость практически не изменяет характера тем­пературной зависимости теплопроводности кокса, можно счи­тать, что ко изменяется с повышением температуры линейно. Угловой коэффициент зависимости кс (Т)

Бг = 1,4• 10~3 ккал/(м• ч-° С2) = 1,62-10~3 Вт/(м-К2)-

Как и в случае углей, влияние плотности на коэффициент температуропроводности коксов значительно слабее, чем на ко­эффициент теплопроводности.

Зависимость температуропроводности полукокса и кокса от их плотности приведена в табл. XIX.2.

Таблица Х1Х.2

Коэффициенты температуропроводности образцов полукокса и кокса различной плотности [113] Плотность, г/см3 Исходный уголь 0,8 0,9 1,0 Марки 10'8 м2/с 10"4 м2/ч 10"8 М"/с Ю"4 м2;ч Ю’8 м2(С 10"4 м=/ч Полукокс Г К Ос Шихта 20,6 14.6 32.6 22,9 7,41 5.24 11,71 8.25 19,6 14,5 46,4 22,2 Кокс 7,04 5,22 16,70 8,0 14.1 19,3 107,8 33.2 5,09 6,96 38,80 11,95 Г К ОС Шихта 47,33 36,95 138,8 86,87 17,02 13,29 49,93 31,25 1.09,7 73,81 159,4 80,62 39,45 26,55 57,33 29,0 55,15 74,50 104,2 53,12 19,84 26,80 37,48 19,11

Приведенные в табл. Х1Х.2 результаты получены для спе­циально подготовленных образцов полукокса (550° С) и кокса (900° С) методом регулярного теплового режима при темпера­туре 30—35° С.

Как видно из приведенных данных, определенного заключе­ния о влиянии плотности на температуропроводность кокса сделать нельзя. Поскольку теплопроводность кокса изменяется примерно пропорционально плотности, постольку коэффициент

І

Температуропроводности, как и для углей, не должен зависетк| от последней. Колебания температуропроводности объясняют^ ся, по-видимому, непостоянством теплоемкости и другими МЄТО-3 дическими погрешностями.

2. Трещиноватость

Основное сопротивление тепловому потоку в случае реально| го кускового кокса оказывают трещины. Трещиноватость, в от личие от пористости, не только уменьшает суммарную теплопро* водность кокса, но и деформирует ее температурную зави­симость. Вследствие влияния лучистого теплообмена ее росі при высоких температурах становится прогрессирующим.

Наибольшее влияние на теплопроводность оказывают тре­щины, ориентированные перпендикулярно к тепловому потоки (см. раздел II).

Рассмотрим в качестве примера кусок кокса с поперечной

Л я

Трещиной средней шириной 0,5 мм и отношением а—= 0,41

(см. рис. 3). Степень черноты ~. В качестве газа, заполняю | щего поры и трещину, приближаясь к реальным условиям^ можно принять окись углерода. *

Результаты расчета по формуле (11.22) при разных темпер ратурах приведены в табл. ХІХ. З.

Из табл. ХІХ. З видно, что при заданной геометрии трещины тепловой поток через нее становится ощутимым уже при 200° (

Достигая почти 20% при 1000° С. Возрастание лучистого тепло

Обмена приводит к постепенному увеличению отношения ЯэД". '

Температура, °С		Хэкв, Вт/(м. К)
100
200	0,06	0,465	0.635
300	0,07	0,559	0,645
400	0,09	0,624	0,658
500	0,10	0,804	0,662
600	0,11	0,930	0.675
700	0.125	1,07	0,685
800	0,14	1,22	0,702
900	0,16	1,37	0,716
1000	0,18	1,53	0,730

Таблица XIX З'

Результаты расчета эффективной теплопроводности кускового кокса с поперечной трещиной

-*Ч|

Примечание. С} — суммарный тепловой поток; О* — тепловой поток череї тре­щину; Хэкв—коэффициент теплопроводности кокса (с трещиной); ХГ “ коэффициент теплопроводности пористого тела кокса, лишенного трещин.

При достаточно высокой температуре оно может превысить еди­ницу, т. е. основной тепловой поток будет переноситься излу­чением.

Можно показать, что излучение начинает доминировать над теплопроводностью газа в трещине уже при сравнительно низ­ких температурах — около 300—400° С.

3. Стадия метаморфизма исходных углей

Повышение стадии метаморфизма исходных углей приводит к некоторому увеличению теплопроводности коксов вследствие возрастания проводимости углеродистого материала (табл. Х1Х.4).

Таблица Х1Х.4

Влияняе стадии метаморфизма исходных углей на коэффициент теплопроводности кокса Температура, СС Номер пробы (см. табл. XI. 2) 1 7 10 Исходные углн Марки Д (р = 0,87 г/см3) Марки К (р = 0,9 г/смп) Антрацит (р — 0,9 г/см3) 200 0,262 0,265 0,274 0,225 0,228 0,236 300 0,284 0,297 0.308 0,244 0,255 0,265 400 0,317 0,334 0,342 0,273 0,287 0,294 500 0,338 0,366 0,370 0,291 0,315 0,318 600 0,358 0,390 0,400 0,308 0,335 0,344 700 0,388 0,426 0,438 0,334 0.366 0,377 800 0,431 0,462 0,479 0.371 0,397 0,412

Примечание. Числитель — Вт/{м*К), знаменатель — ккал/(м • ч • *С). •

В табл. Х1Х.5 приведены результаты определения коэффи­циентов тепло - и температуропроводности измельченных (0— 0,25 мм) образцов каменноугольных коксов, полученных при 1000° С из углей разной стадии метаморфизма. Характеристику образцов см. в табл. Х1.2.

Влияние стадии метаморфизма исходных углей иа коэффициент температуропроводности кокса Номер пробы (см. табл. XI.5) 1 7 10 Температура, СС Исходные угли Марки Д (Р = 0,87 г, см3) Марки К (р = 0,90 г/см3) Антрацит (р = 0,90 г/см3) 150 24,00 25,61 27,20 8,64 9,22 9,79 200 24,31 26,00 27,39 8,75 9,36 9,86 300 24,50 26,50 27,31 8,82 9,54 9,83 400 24,50 26,31 27,31 8,82 9,47 9,83 500 24,61 26,31 27,39 8,86 9,47 9,86 600 25,20 26,89 28,00 9,07 9,68 10,08 700 26,31 28,00 29,00 9,47 10,08 10,44 800 27,70 29,39 30,50 9,97 10,58 10,98

Примечание. Числитель — 10-8 м2/с> знаменатель — 10—1 м2/ч.

Поскольку во всех опытах плотность загрузки поддержи­валась практически постоянной, постольку температуро - | проводность также увеличивалась с повышением стадии мета - ] морфизма, причем в большей степени, так как наряду с возра - ; стаиием теплопроводности наблюдалось снижение теплоемко - ; сти коксов (см. раздел VIII). .1

4. Минеральные примеси

Вследствие большей теплопроводности минеральных вклю - I чений с ростом их концентрации в коксах теплопроводность« последних несколько повышается. Как и в предыдущем случае, при поддержании постоянной плотности загрузки коэффициент температуропроводности повышается в большей степени, так как в том же направлении снижается теплоемкость коксов (табл. Х1Х.6 и XIX.7).

228

Зависимость коэффициента теплопроводности измельченных (0—0,25 мм) образцов каменноугольных коксов от их зольности Номер пробы (см. табл. XI.2) 11 12 13 Температура, °С Зольность Лс коксов, % 3,3 (р = 0,90 г/см3) 7,0 (р = 0,91 г/см3) 11,1 (р = 0,89 г/см3) 200 0,259 0,272 0,257 0,223 0,234 0,221 300 0,288 0,297 0,290 0,248 0,255 0,249 400 0,312 0,323 0,314 0,268 0,278 0,270 500 0,345 0,363 0,349 0,297 0,312 0,300 600 0,371 0,391 0,381 0,319 0,336 0,328 700 0,404 0,409 0,424 0,347 0,352 0,365 800 0,431 0,449 0,461 0,371 0,386 0,396

Примечание. Числитель — Вт/(м • К), знаменатель — ккал/(м-ч • °С); р — плот­ность засыпки.

Таблица Х1Х.7

Зависимость коэффициента температуропроводности измельченных образцов каменноугольных коксов от их зольности Номер пробы (см. табл. XI.2) 11 12 13 Температура, СС Зольность.4 е коксов, % 3,30 (с = 0,9 г/см3) 7,01 (о = 0,91 г/см3) И,06 (р ^ 0,89 г/см3) 150 24.81 26,20 27,31 8,93 9,43 9,83 200 25,11 26,39 27,20 9,04 9,50 9,79

Продолжение табл, ХІХ.7.

Номер пробы (см. табл. XI.2)

Температура, °С

Зольность А коксов, %

11,

7,01 (р =* 0,91 г/см3)

3,3 (р = 0,9 г/см3)

06 (р = 0,89 г/см3)

300 400 500 600 700 800	25.50 9,18 25.11 9.04 25.11 9.04 25,28 9,10 26,39 9.50 27.89 10.04	26.31 9.47 26.31 9.47 26.31 9.47 26,39 9,50 27,11 9,76 28,81 10,37	27.11 9.76 27.11 9.76 27.11 9.76 ' 27,39 9,86 28,70 10.33 30.11 10,84

Примечание. Числитель — 10—* м^/с, знаменатель — 10—< м2/ч; р — плотность засыпки.

5. Специальные виды кокса

Специальные виды кокса применяются как восстановитель в процессе производства ферросплавов. Для увеличения реак­ционной способности кокса в шихту добавляют углекислые со-' ли натрия и калия.

Ниже приведены эмпирические зависимости [117], выражаю-, щие коэффициент теплопроводности (в интервале 0—400° С) че­тырех видов электрометаллургического кокса класса 1—2 мм от температуры (табл. Х1Х.8) и пористости засыпки. Все об­разцы, характеристика которых приведена в табл. Х1Х.9, полу-"

Таблица Х1Х.8- Зависимость коэффициента теплопроводности электрометаллургических коксов от температуры [117] № образца (см. табл. Х1Х.9) Пористость Засыпки * = /(7-), Вт/(м-К) 1 0,752 X = 0,161 +0.024-10-= 2 0,776 X = 0,105 + 0,04-10-2 3 0,717 X = 0,346 + 0,028-10-2 4 0,693 X = 0,350 + 0,96-10-=

Характеристика образцов электрометаллургического кокса № Образ­ Ца Материал Влаж­ность, % Золь­ность, % Содержа­ние серы, % Летучие Вещества, % І Формованный газовый кокс без добавки — 12,86 1,98 10,35 Газовый кокс без добавки 1,24 9,80 1,25 0,78 3 То же, с добавкой 2% 1Ча2С03 — 11,50 1,57 0,77 4 То же, с добавкой 2% К3С03 — 10,92 1,32 0,82

Чены из газового угля. Пористость засыпки определялась по формуле

Где йн — насыпная плотность засыпки; с?0 — действительная плотность кокса.

Зависимость коэффициента теплопроводности электрометал­лургических коксов от пористости засыпки приведена ниже (рис. 85) [117]:

Темпера - ^ = Вт/(м-К)

Тура, °С

О X = 30,71—77,62 р + 49,20 р*

200 X = 53,00—134,85 р + 85,86 о2

0,20

\ \ 1

2,ккал/(м-ч-°С) 0,80

Я, Вт/(мЮ

0,60

0,40

6,70 0,74 0,76 Пористость засыпка

Рис. 85. Зависимость ко­эффициента теплопро­водности электрометал­лургического кокса от пористости засыпки: 1—3 — при температуре со­ответственно 400, 200 и 0° С

400 X = 71,83—185,54 р +120,05 р*