Низкоплавкая теплоаккумулирующая солевая смесь
Владельцы патента RU 2524959:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Дагестанский государственный педагогический университет" (RU)
Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к теплоаккумулирующей солевой смеси. Теплоаккумулирующая смесь содержит 72,5-73,1 мол.% хлорида лития и 26,9-27,5 мол.% карбоната стронция. Смесь обладает малой коррозионной активностью, работоспособностью в интервале 410-412°С и высокой плотностью, что обеспечивает повышение удельной теплоемкости и количества аккумулируемого тепла в объеме материала. 10 ил., 7 табл., 2 пр.
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ. Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к разработке теплоаккумулирующих составов и смесей, включающих галогенид щелочного и карбонат щелочноземельного металлов, которые применяются в тепловых аккумуляторах.
При проектировании теплового аккумулятора фазового перехода первоочередной задачей является поиск теплоаккумулирующих материалов, к свойствам которых предъявляют определенные требования. Выбор таких материалов диктуется, прежде всего, уровнем рабочей температуры теплового аккумулирования и количеством тепловой энергии, которую необходимо аккумулировать. Поэтому особое значение имеют свойства теплоаккумулирующих материалов, как температура плавления и значение удельной энтальпии фазового перехода. Температура плавления материала должна соответствовать температуре аккумулятора, при которой идет накопление и высвобождение тепловой энергии. С величиной удельной энтальпии фазового перехода связан объем используемого материала а, следовательно, компактность и стоимость теплового аккумулятора. Помимо заданной температуры плавления и высокой удельной энтальпии фазового перехода, основными критериями выбора теплоаккумулирующих материалов являются: высокая удельная теплоемкость, высокая теплопроводность, высокая плотность, низкая вязкость в жидкой фазе, биохимическая стабильность в рабочем диапазоне температур, низкий коэффициент теплового расширения, малая упругость паров, распространенность в природе, минимальная стоимость, безопасность использования, легкость поглощения и выделения тепла, стабильность теплофизических свойств при многократном повторении рабочих циклов, не токсичность и не агрессивность по отношению к конструкционным материалам.
Известна теплоаккумулирующая смесь из фторидов лития и калия, хлорида и карбоната калия [1]
Однако, известная смесь, применяемая в тепловых аккумуляторах, работает при высоких температурах, агрессивна к конструкционным материалам, обладает относительно низкой плотностью и создает ряд неудобства при конструировании тепловых аккумуляторов.
Прототип. Наиболее близкой к предлагаемой, по технической сущности и достигаемому результату является теплоаккумулирующая солевая смесь, включающая фториды лития и калия, хлорид и карбонат калия масс%:
| Фторид лития | 17,6-17,7 |
| Фторид калия | 33,2-33,8 |
| Хлорид калия | 8,6-8,7 |
| Карбонат калия | 40,0-40,4 |
Температура плавления смеси -426°C, удельная теплота плавления 412 Дж/г. Данная теплоаккумулирующая смесь тугоплавка, агрессивна к конструкционным материалам тепловых аккумуляторов и обладает низкой плотностью.
Цель изобретения - уменьшение коррозионной активности и обеспечение работоспособности теплоаккумулирующей смеси в интервале 410-412°C.
Поставленная цель достигается тем, что взамен фторидов теплоаккумулирующая смесь, включает хлорид лития и карбонат стронция при следующем соотношении компонентов, мол.%:
Хлорид лития - -72,5-73,1
Карбонат стронция - 26,9-27,5
Предлагаемая солевая смесь исследована визуально-политермическим (ВПА) и дифференциальным термическим (ДТА) методами анализа и подтверждена на ДСК. Визуально-политермический анализ разработан А.Г. Бергманом и широко освещен в литературе [2].
Сущность этого метода заключается в визуальном наблюдении за появлением первых кристаллов, которые выделяются при охлаждении расплава и за исчезновением последних кристаллов при нагревании. Одновременно регистрируется температура. По полученному ряду значений при различных соотношениях между веществами, строят диаграмму плавкости, откладывая на оси абсцисс состав, на оси ординат температуру.
Визуально-политермические исследования проводились в шахтных печах с использованием платиновых тиглей. Датчиком температуры образца служила платина-платинородиевая (10% родия) термопара ее термо-ЭДС измерялась милливольтметром с зеркальным отсчетом М 1109. Холодные спаи термопар термостатировались при 0°C в сосуде Дьюара с тающим льдом. Для визуальной регистрации тигель с расплавом освещался ярким внешним источником.
Реперная кривая строилась по температурам плавления солей и эвтектических смесей, рекомендованных в работе [3].
Расчет составов проводился по методике [4, 5] Использованы тигли, платиновая мешалка, шахтная электрическая печь с максимальной температурой нагрева 1100-1150°C. Скорость нагрева регулировалась с помощью ЛАТРа.
Схема установки приведена на фиг.1. Составные части установки обозначены следующим образом:
1. Нагревательная печь.
2. Сосуд Дюара.
3. Тигел.
4. Измерительные термопары.
5. Милливольтметр
6. Осветитель.
7. Холодильник.
Ошибки эксперимента по методам ДТА и ВПА, определялись путем статистической обработки экспериментальных данных и составляют 1% по температуре и 0,1-0,25% по составу.
Для записи кривых охлаждения (нагревания) применялась установка ДТА на базе электронного автоматического потенциометра ЭПР-09 МЗ.
Схема установки приведена на фиг.2. Составные части установки обозначены следующим образом:
8. Печь шахтного типа.
9. Холодные спаи термопар.
10. Фотоусилитель Ф-116/1.
11. Силовой блок.
12. Электронный автоматический потенциометр ЭПР-09 МВ
13. Магазин сопротивлений.
14. Источник регулируемого напряжения.
Кроме ЭПР-09 М3 в установке использовали узлы и блоки:
Блок усиления, блок управления, силовая часть.
Блок усиления: В качестве усилителя использовали серийный микровольтамперметр Ф116/1. Сигнал с дифференциальной термопары поступает на вход прибора, который в режиме усиления напряжения.
Блок управления: Блок управления состоит из источника, регулирующего напряжение ИРН-64 и магазина сопротивления. ИРН включен последовательно в цепь дифференциальной термопары. Магазин сопротивления, необходим для измерения чувствительности установки. Скорость диаграммной ленты 600 мм/ч.
Силовая часть: Силовая часть установки состоит из печи шахтного типа, регулятора нагрева, реверсивного двигателя и приставного щитка. Основные требования, предъявляемые к печам для термического анализа, заключаются в возможности плавного изменения температуры и регулировки скорости нагрева в широких пределах, в равномерности распределения тепла внутри печи и в возможности того или иного температурного режима. Для регулировки скорости нагрева сопротивления (рабочий интервал от 25 до 1100°C) использовался автотрансформатор ЛАТР-2М. Скорость нагревания (охлаждения) образцов 10-20 град./мин.
Холодные спаи термопар термостатированы при 0°C в сосуде Дьюара, заполненном смесью воды и льда. Нулевые линии записываются при закороченном входе усилителя потенциометра. Это достигается введением переключателей в цепь термопар.
Градуировка установки ДТА проводилась по температурам фазовых переходов индивидуальных солей и смесей, рекомендованных в монографии Л.Г. Берга [6].
Для построения фазовой диаграммы системы образцы предварительно прокаливали при температуре ниже температуры плавления эвтектики с целью достижения равновесных фазовых отношений, а затем записывали кривую нагревания или охлаждения.
Исследования проводили в платиновых тиглях с использованием платина - платинородиевых термопар. Температуру измеряли с помощью калиброванных платано-платинородиевых термопар. В качестве эталонного вещества применялся свежепрокаленный оксид алюминия квалификации "ч.д.а". Исследуемые образцы и эталонное вещество, навески которых составляли 0,2-0,5 г. помешали в платиновые тигли.
Двухкомпонентная система LiCl-SrCO3 является стабильной диагональю тройной взаимной системы Li, Sr//Cl, CO3:
Li2CO3+SrCl2=LiCl+SrCO3+3,53 кДж/моль
В ходе экспериментального изучения в системе выявлена одна эвтектическая точка, содержащая 27% карбоната стронция и плавящаяся при температуре 412°C (фиг.3.).
Предлагаемая нами солевая композиция отличается тем, что, данная теплоаккумулирующая смесь по сравнению с прототипом обладает меньшей коррозионной активностью, высокой плотностью и имеет сниженную рабочую температуру на 10-15°C, по сравнению с аналогом, что приводит к снижению энергетических затрат.
Экспериментальное изучение плотности расплавов в системах LiCl-SrCO3, LiF-KF-KCI-K2CO3 и их анализ
Для оценки общего количества аккумулируемого тепла нами изучена плотность прототипа и предлагаемой нами теплоаккумулирующей смеси, так как увеличение плотности материала влечет за собой повышение удельной теплоемкости и, следовательно, и количества аккумулируемого тепла в объеме материала. Плотность материала в жидкой фазе изменяется скачкообразно при плавлении и линейно уменьшается с повышением температуры расплава, что сопровождается увеличением объема расплава на 10-30%. Поэтому при проектировании теплового аккумулятора фазового перехода в нем обычно предусматривают некоторый свободный объем, исходя из экспериментальных значений плотности теплоаккумулирующего материала при максимальной рабочей температуре.
Зависимость плотности расплавленных смесей от температуры измеряли методом гидростатического взвешивания на весах ВЛР с точностью 0,01 г. Поплавком служил платиновый шарик массой 37,44, который подвешивают на тонкой платиновой нити к одному плечу коромысла аналитических весов и взвешивают сначала на воздухе (вес M1). Затем поплавок погружают в тигель с расплавленной солью и вторично взвешивают (вес M2). Объем шарика в зависимости от температуры находили взвешиванием его в расплаве эвтектической смеси (от 422 до 620°C) и чистого хлорида лития (от 620 до 800°C) в интервале 422-800°C. В расчетах использовали значение плотностей расплава этой соли из работы [7]. Зная при соответствующей температуре объем поплавка (Vt), легко определить плотность расплавленной смеси, а именно:
Dt=M1-M2/Vt г/см3
Температуру расплавленной смеси измеряли с помощью калиброванных платино-платинородиевых (10% родия) термопар и поддерживалась с точностью ±1 K. Холодные спаи термопар термостатированы при 0°C в сосуде Дьюара, заполненной смесью воды и льда. Милливольты переводились в градусы по шкале перевода взятой из работы [8]. Исследуемые образцы, навески которых составляли 20 г, помещали в корундовые тигли.
Чтобы исключить воздействие кислорода и влаги воздуха, на расплавы содержащие хлорид лития, измерения проводили в атмосфере аргона. Для исследований использовали соли марки «х.ч». Надежность методики была проверена непосредственными определениями плотностей исходных солей. Принципиальная схема установки для измерения плотности дана на фиг.4.
Составные части установки обозначены следующим образом:
15. Измерительная термопара
16. Платиновый шарик
17. Расплав
18. Нагревательная печь
19. Микровинты
20. Штатив
21. Балон с аргоном
22. Прибор комбинированный цифровой Щ-300
23. Сосуд Дьюара
24. Весы ВЛР
25. Автотрансформатор
Для экспериментального изучения политерм плотности мы взяли состав прототипа и предлагаемой нами теплоаккумулирующей смеси. Для составов измерения плотности начинали при Тпл+10K и завершали при температурах 1073 K.
Для подтверждения температуры и энтальпии плавления данной теплоаккумулирующей смеси применили установку синхронного термического анализатора, модификации STA 409PC (термоанализатор) (фиг.5), выпущенного германской фирмой «NETZSCH», и предназначенного для измерения термодинамических характеристик (температура и энтальпия фазовых переходов, теплоемкость) и регистрации изменения массы твердых и порошкообразных материалов в широком диапазоне температур от +25°C до +1500°C.
Исследования проводились со скоростью нагревания и охлаждения 5°C в минуту, в атмосфере гелия и в платиновых тиглях.
| Таблица 1 | ||||
| Политермы плотности для расплава системы LiCI-SrCO3 | ||||
| Температура в Кельвинах (T, K) | Милливольт (mv) | Масса платинового шарика в расплаве в граммах | Плотность(ρ), г/см3 | Объем (V) смеси, см3 |
| 693 | 3,26 | 35,78 | 3,183 | 6,2833 |
| 703 | 3,35 | 35,77 | 3,173 | 6,3031 |
| 713 | 3,45 | 35,75 | 3,167 | 6,3151 |
| 723 | 3,54 | 35,73 | 3,163 | 6,3231 |
| 733 | 3,64 | 35,72 | 3,153 | 6,3431 |
| 743 | 3,74 | 35,71 | 3,144 | 6,3613 |
| 753 | 3,84 | 35,70 | 3,133 | 6,3836 |
| 763 | 3,93 | 35,68 | 3,129 | 6,3918 |
| 773 | 4,03 | 35,66 | 3,124 | 6,4020 |
| 783 | 4,13 | 35,65 | 3,114 | 6,4226 |
| 793 | 4,23 | 35,64 | 3,105 | 6,4412 |
| 803 | 4,33 | 35,63 | 3,095 | 6,4620 |
| 813 | 4,43 | 35,62 | 3,086 | 6,4808 |
| 823 | 4,53 | 35,61 | 3,081 | 6,4913 |
| 833 | 4,63 | 35,60 | 3,074 | 6,5061 |
| 843 | 4,73 | 35,58 | 3,066 | 6,5231 |
| 853 | 4,83 | 35,57 | 3,063 | 6,5295 |
| 863 | 4,93 | 35,56 | 3,060 | 6,5359 |
| 873 | 5,03 | 35,54 | 3,055 | 6,5466 |
| 883 | 5,13 | 35,53 | 3,049 | 6,5595 |
| 893 | 5,23 | 35,52 | 3,043 | 6,5724 |
| 903 | 5,33 | 35,51 | 3,036 | 6,5876 |
| 913 | 5,44 | 35,49 | 3,027 | 6,6072 |
| 923 | 5,54 | 35,48 | 3,023 | 6,6159 |
| 933 | 5,64 | 35,47 | 3,019 | 6,6247 |
| 943 | 5,75 | 35,46 | 3,013 | 6,6379 |
| 953 | 5,85 | 35,45 | 3,008 | 6,6489 |
| 963 | 5,96 | 35,43 | 3,001 | 6,6644 |
| 973 | 6,06 | 35,41 | 2,996 | 6,6755 |
| 983 | 6,16 | 35,40 | 2,991 | 6,6867 |
| 993 | 6,27 | 35,38 | 2,982 | 6,7069 |
| 1003 | 6,38 | 35,37 | 2,976 | 6,7204 |
| 1013 | 6,48 | 35,36 | 2,968 | 6,7385 |
| 1023 | 6,59 | 35,35 | 2,964 | 6,7476 |
| 1033 | 6,69 | 35,34 | 2,958 | 6,7613 |
| 1043 | 6,80 | 35,33 | 2,952 | 6,7750 |
| 1053 | 6,91 | 35,32 | 2,947 | 6,7865 |
| 1063 | 7,02 | 35,31 | 2,941 | 6,8004 |
| 1073 | 7,12 | 35,30 | 2,937 | 6,8096 |
| Таблица 2 | ||||
| Политермы плотности для расплава системы LiF-KF-KCI-SrCO3 (прототип) | ||||
| Температура в Кельвинах (T, K) | Милливольт (mv) | Масса платинового шарика в расплаве в граммах | Плотность (ρ), г/см3 | Объем (V) смеси, см3 |
| 703 | 3,35 | 36,08 | 2,573 | 7,7730 |
| 713 | 3,45 | 36,07 | 2,567 | 7,7911 |
| 723 | 3,54 | 36,06 | 2,563 | 7,8033 |
| 733 | 3,64 | 36,05 | 2,553 | 7,8339 |
| 743 | 3,74 | 36,04 | 2,544 | 7,8616 |
| 753 | 3,84 | 36,03 | 2,539 | 7,8711 |
| 763 | 3,93 | 36,02 | 2,5248 | 7,9214 |
| 773 | 4,03 | 36,01 | 2,5100 | 7,9681 |
| 783 | 4,13 | 36,00 | 2,5052 | 7,9834 |
| 793 | 4,23 | 35,99 | 2,5012 | 7,9961 |
| 803 | 4,33 | 35,98 | 2,4965 | 8,0112 |
| 813 | 4,43 | 35,97 | 2,4927 | 8,0234 |
| 823 | 4,53 | 35,96 | 2,4920 | 8,0256 |
| 833 | 4,63 | 35,95 | 2,4895 | 8,0337 |
| 843 | 4,73 | 35,94 | 2,4827 | 8,0557 |
| 853 | 4,83 | 35,93 | 2,4773 | 8,0733 |
| 863 | 4,93 | 35,92 | 2,4743 | 8,0830 |
| 873 | 5,03 | 35,91 | 2,4602 | 8,1294 |
| 883 | 5,13 | 35,90 | 2,4584 | 8,1354 |
| 893 | 5,23 | 35,89 | 2,4568 | 8,1407 |
| 903 | 5,33 | 35,88 | 2,4539 | 8,1502 |
| 913 | 5,44 | 35,87 | 2,4371 | 8,2064 |
| 923 | 5,54 | 35,86 | 2,4356 | 8,2115 |
| 933 | 5,64 | 35,85 | 2,4287 | 8,2348 |
| 943 | 5,75 | 35,84 | 2,4249 | 8,2477 |
| 953 | 5,85 | 35,83 | 2,4180 | 8,2713 |
| 963 | 5,96 | 35,82 | 2,4143 | 8,2840 |
| 973 | 6,06 | 35,81 | 2,4059 | 8,3113 |
| 983 | 6,16 | 35,80 | 2,4046 | 8,3174 |
| 993 | 6,27 | 35,79 | 2,4003 | 8,3323 |
| 1003 | 6,38 | 35,78 | 2,3981 | 8,3399 |
| 1013 | 6,48 | 35,77 | 2,3946 | 8,3521 |
| 1023 | 6,59 | 35,76 | 2,3941 | 8,3586 |
| 1033 | 6,69 | 35,75 | 2,3920 | 8,3612 |
| 1043 | 6,80 | 35,74 | 2,3899 | 8,3686 |
| 1053 | 6,91 | 35,73 | 2,3886 | 8,3731 |
| 1063 | 7,02 | 35,72 | 2,3862 | 8,3815 |
| 1073 | 7,12 | 35,71 | 2,3855 | 8,3840 |
При повышении температуры от 693 до 1073 К плотность расплавленной смеси LiCI-SrCO3 уменьшается на 7,73% (фиг.6). Объем данной смеси при этом возрастает на 0,5263 см3. При перерасчете на 1 тонну теплоаккумулирующей смеси занимает объем равный 314165 см3 или 3,14165 м3. При возрастании рабочей температуры до 1073 К (800°C), расплав займет объем 340480 см3 или 3,405 м3 (фиг.6).
При повышении температуры от 703 до 1073 К плотность расплавленной смеси LiF-KF-KCI-SrCO3 (прототипа) уменьшается на 7,19%. Объем данной смеси возрастает на 0,611 см3. При перерасчете на 1 тонну теплоаккумулирующей смеси занимает объем равный 388650 см3 или 3,8865 м3. При возрастании рабочей температуры до 1073 K (800°C), расплав займет объем 419200 см3 или 4,192 м3.
Анализ экспериментальных данных (таб.1, 2, фиг.4 и фиг.5) показывают, что композиция обладает большей плотностью и незначительным объемным расширением по сравнению с прототипом.
Экспериментальное изучение коррозии сталей в системах LiCl-SrCO3 (образец), LiF-KF-KCI-K2CO3 (прототип) и их анализ.
Помимо этого, для определения коррозионной активности теплоаккумулирующей смеси на конструкционные материалы тепловых аккумуляторов, нами были определены скорости коррозии в аналоге и предлагаемой нами теплоаккумулирующей смеси.
Скорость коррозии изучена гравиметрическим методом, сущность которого заключается во взвешивании изучаемого образца до и после опыта. Исследуемый образец при соответствующей температуре выдерживали длительное время от 50 до 200 часов в эвтектической расплавленной смеси. Для создания температурного режима использовали миниэлектропечь лабораторную МПЛ-6 с терморегулятором ТП-400, который предназначен для автоматического регулирования температуры по пропорционально-интегрально-дифференциальному (ПИД) закону или для двухпозиционного регулирования. Шаг задания температуры 1°C, зона нечувствительности 0,5°C. По истечении установленного времени сплав закаливали, быстро охлаждали. Закаленные образцы с разными количественными отношениями исходных компонентов подвергали травлению. Травление проводили кислотой, для очищения образцов от продуктов коррозии. Солевой плав анализировали химически на содержание основных легирующих компонентов стали.
Скорость коррозии определили по формуле: ,
где: m - разность массы образцов до и после опыта, г; S - площадь поверхности образцов, см2; t - время.
Нержавеющие стали в условиях повышенной коррозионной активности в контакте с окислительными средами отличаются высокой склонностью к пассивации, этим они привлекают внимание для использования в качестве конструкционных материалов и в хлорид-карбонатных расплавах. Стали, содержащие в своем составе такие легирующие элементы, как хром, никель, титан широко применяются в качестве конструкционных материалов контейнеров для расплавленных солей. Поэтому, нами для коррозионных исследований выбраны следующие марки стали: 14Х17Н2Т и 12Х18Н10Т, химический состав которых представлен в таблице 3.
В качестве образцов использованы пластинки из листовой стали разных марок, которые перед опытом взвешивали на аналитических весах. Для приготовления солевых смесей использовались реактивы квалификации "хч" и "чда".
Целью данного исследования является выявление коррозионного поведения сталей марок 14Х14Н2Т, 12Х18Н10Т в расплаве хлорид карбонатной системы из щелочных и щелочноземельных металлов в зависимости от времени в атмосфере воздуха. Кинетические испытания нами проведены в расплаве двухкомпонентной эвтектики состава (табл.4) в тиглях из платины. Время выдержки составляла 50-100-150-200 часов, при температуре 450°C, т.е. на 37-38°C выше температуры плавления смеси, что необходимо для достижения равновесного гомогенного состояния.
По экспериментальным данным рассчитана зависимость коррозионных потерь от времени выдержки образцов в расплаве нашего образца (табл.5), что хорошо отражает их поведение, в зависимости от времени. Анализ результатов позволяет предположить, что для стали 14Х17Н2Т характерно повышение скорости коррозии при 50 ч выдержке - наблюдается один максимум. Далее скорость коррозии уменьшается (фиг.7). Для скорости коррозии стали 12Х18Н10Т отмечены максимум при 100 ч и минимум при 150 ч выдержке (фиг.8).
Отрицательные значения скорости коррозии означают, что на образцах после выдержки образуется защитный налет, что приводит к увеличению массы стальных пластинок после эксперимента.
Анализ физико-химических свойств металлов семейства железа, позволил предположить, что увеличение коррозионной стойкости в ряду Fe-Cr-Ni в расплаве (табл.6) очевидно, обусловлено падением коэффициента диффузии (D) катионов этих металлов, их атомного объема (V) и растворимости оксидов этих металлов - продуктов процесса коррозии, а также повышением значения ионизационного потенциала 2-го порядка (I2) их атомов.
| Таблица 3 | ||||||||
| Химический состав сталей (в %) | ||||||||
| Марки Стали | C | Si | Mn | Cr | Ni | Ti | S см2 | Вид образцов |
| 14Х17Н2Т | <0,12 | <0,8 | 1,0-1,2 | 17,0-19 | 8,0-9,5 | (%C-0,02)×5, но <0,70 | 2,7 |
|
| 12Х18Н10Т | <0,12 | <0,8 | 1,0-2,0 | 17,0-19 | 9,0-11 | (%C-0,02)×5, но<0,70 | 4,5 |
|
| Таблица 4 | ||||||||
| № | Системы | Состав, мол. % (образец) Состав, масс% (прототип) | Температура солевых ванн в °C | |||||
| 1 | LiCI-SrCO3 (мол. %) (образец) | 73 | 27 | - | - | 450 | ||
| 2 | LiF-KF-KCI-K2CO3 масс% (прототип) | 17,7 | 33,3 | 8,6 | 40,4 | |||
| Таблица 5 | ||||||||
| В столбце «состав» компонентов соответствует порядку их записи в системе | ||||||||
| Зависимость средней скорости коррозии Kср от времени выдержки образцов стали в расплаве системы LiCI-SrCO3 (образец) | ||||||||
| Марки сталей | Время выдержки t, ч. | |||||||
| 50 | 100 | 150 | 200 | |||||
| 14Х17Н2Т | 0,0385·10-3 | 0,0359·10-3 | 0,0076·10-3 | -0,0253·10-3 | ||||
| 12Х18Н10Т | 0,0013·10-3 | 0,018·10-3 | 0,0054·10-3 | 0,122·10-3 | ||||
| Таблица 6 | ||||||||
| Физико-химические характеристики железа, хрома и никеля | ||||||||
| Металл | Радиус, A0 | V*1024, см3 | I2, эВ | D*107 см2/с | -EПК, В | E, кДж/моль | ||
| Fe | 0,80 | 7,10 | 16,18 | 3,10 | 0,940 | 26 | ||
| Cr | 0,72 | 6,82 | 17,05 | 1,94 | 0,880 | 40 | ||
| Ni | 0,69 | 6,59 | 18,15 | 0,40 | 0,770 | 94 | ||
| Таблица 7 | ||||||||
| Зависимость средней скорости коррозии Kср от времени выдержки образцов в расплаве системы LiF-KF-KCI-K2CO3 (прототип) | ||||||||
| Марки сталей | Время выдержки t, ч. | |||||||
| 50 | 100 | 150 | 200 | |||||
| 14Х17Н2Т | 2,5·10-3 | 0,2955·10-3 | 0,50·10-3 | 1,5388-10-3 | ||||
| 12Х18Н10Т | 0,926·10-3 | 0,2293·10-3 | 0,0185·10-3 | 0,1864-10-3 |
Анализ результатов для прототипа позволяет предположить, что для стали 14Х17Н2Т характерно повышение скорости коррозии при 50 ч выдержке - наблюдается один максимум (таб.7). Далее скорость коррозии уменьшается (фиг.9).
Для скорости коррозии стали 12Х18Н10Т отмечены максимум при 100 ч. выдержке и минимум при 150 ч. выдержке (фиг.10).
Анализ экспериментальных данных показывает, что скорость коррозии (коррозионная активность) в прототипе для марки стали 14Х17Н2Т в 65 раз выше, а для марки 12Х18Н10Т в 712 раз, чем в предлагаемой нами теплоаккумулирующей смеси.
Для определения стоимости 1 г теплоаккумулирующей смеси прототипа и предлагаемой нами теплоаккумулирующей смеси мы провели расчет с учетом цен на реактивы ООО «Трикон» (г.Москва). Один грамм предлагаемой нами теплоаккумулирующей смеси стоит 0,335 рублей, в то время, когда грамм прототипа стоит 0,367 рублей. Таким образом, по сравнению с прототипом, предлагаемая нами теплоаккумулирующая смесь, имеет сниженную стоимость в 1,1 раза.
Пример 1. Для получения 1 г теплоаккумулирующей смеси в электропечи шахтного типа плавят безводные соли квалификации «х.ч.» в количестве, г: хлорид лития - 0,4371, карбонат стронция - 0,5629. Температура плавления смеси - 411°C, а удельная теплота плавления - 326,45 Дж/г.
Пример. 2. В электропечи плавят безводные соли квалификации «х.ч.» в количестве г: хлорид лития - 0,4345; карбонат стронция - 0,5654, Температура плавления смеси - 412°C, удельная теплота плавления - 325,12 Дж/г. Увеличение или уменьшение концентраций компонентов не позволяет получить заданную температуру плавления.
Полученные результаты и расчет экономической эффективности показывают, что предложенная теплоаккумулирующая смесь имеет сниженную рабочую температуру на 15°; стоимость ·в 1,1 раза; себестоимость вырабатываемой энергии в 1,2 раза.
Литература
1. Авторское свидетельство SU №1028706 A, 1983.
2. Трунин А.С., Петрова Д.Г. Визуально-политермический анализ // Деп.в ВИНИТИ 20.02.78. №584 - 78. 98 с.
3. Б.Г. Лившиц. Металлография. Издание 2. М.: 1971, С.244, 308.
4. Коробка Е.И. Упрощенный расчет навески компонентов при исследовании соляных систем методом плавкости или растворимости// Изв. Сектора физ. хим. анализа, 1955. Т.26. С.91-98.
5. Трунин А.С., Проскуряков В.Д., Штер Г.Е. Расчет многокомпонентных составов. Куйбышев: КБГУ, 1975. С.31.
6. Берг Л.Г. Введение в термографию. М.: Наука, 1969. 396 с.
7. Справочник по расплавленным солям // Под ред. Морачевского А.Г.. - Л.: Химия, 1971. T.I. 357 с.
8. Бунин П.П., Джаннет Х.А. Практикум по физике твердого тела. Махачкала: ДНЦ РАН, 1969. 260 с.
Теплоаккумулирующая солевая смесь, включающая хлорид лития и карбонат стронция, обладает малой коррозионной активностью, большей плотностью и обеспечивает работоспособность смеси в интервале температур 411-412°C при следующем соотношении компонентов в мол.%:
| хлорид лития | 72,5-73,1 |
| карбонат стронция | 26,9-27,5 |
