Heating rate of granular inorganic materials by microwave radiation

Abstract

Purpose. Determining heating rate of granular materials of inorganic origin used for manufacturing foundry molds and rods in the field of ultra-high frequency radiation, dependence of the heating rate of materials on the magnitude of their relative dielectric permeability, as well as establishing the influence of the chemical composition and structure of inorganic materials on their relative dielectric permeability. Methodology. Investigation was carried out on test material samples weighing 200 grams which were heated by microwave radiation with frequency of 2.45 GHz at nominal magnetron power of 700 W. Among the tested materials are: silicate block (soda), rutile, normal electro-corundum, zircon concentrate, distene-sillimanite concentrate, chamotte, quartz sand, sodium chloride, β-gypsum (G4, closed), a-gypsum (G22, closed). Findings. According to the results of changing the initial temperature of samples, the heating rate of granular materials of inorganic origin and values of their relative dielectric permeability (e) were calculated. It has been found that investigated the heating rate of industrial-grade materials is in the range from 12 (for closed gypsum grade G22) to 122 °C/min (for silicate block). Originality. Values of dielectric permeability indicators of solid granular materials-insulators of industrial purity with a value of e ≤ 17 have been established for the first time. It has been determined that their heating rate is directly proportional to e value. Moreover, these materials’ dielectric permeability depends solely on their chemical composition and can be calculated according to the additivity rule of elementary chemical components included in their composition Practical value. Based on the obtained data, materials appropriated for manufacturing casting model-core equipment, as well as casting molding and core mixtures working, dried and structured in the field of microwave radiation have been recommended. Using such materials will reduce energy consumption of casting parts production and increase its environmental safety.

Цель. Определение скорости нагрева зернистых материалов неорганического происхождения, используемых для изготовления литейных форм и стержней, в поле сверхвысокочастотного излучения, зависимости скорости нагрева материалов от величины их относительной диэлектрической проницаемости, установление влияния химического состава и структуры нерганических материалов на величину их относительной диэлектрической проницаемости. Методика. Исследования проводили на навесках испытуемых материалов массой 200 г, которые нагревали сверхвысокочастотным излучением с частотой 2,45 ГГц при номинальной мощности магнетрона 700 Вт. В числе испытуемых материалов: силикат-глыба (содовая), рутил, электрокорунд нормальный, концентрат цирконовый, концентрат дистен-силлиманитовый, шамот, песок кварцевый, натрий хлористый, b-гипс (Г4, затворённый), a-гипс (Г22, затворённый). Результаты. По результатам изменения начальной температуры навесок рассчитали скорость нагрева зернистых материалов неорганического происхождения, величины их относительной диэлектрической проницаемости (e). Установлено, что скорость нагрева исследованных материалов промышленной чистоты находится в пределах от 12 (для затворённого гипса марки Г22) до 122 °C/мин (для силикат-глыбы). Научная новизна. Впервые определены величины диэлектрической проницаемости твёрдых зернистых материалов-диэлектриков промышленной чистоты с величиной e ≤ 17. Установлено, что скорость их нагрева прямо пропорциональна величине e. При этом, величина диэлектрической проницаемости этих материалов зависит исключительно от их химического состава и может быть рассчитана по правилу аддитивности входящих в их состав элементарных химических компонентов. Практическая значимость. На основе полученных данных рекомендованы материалы, пригодные для изготовления литейной модельно-стержневой оснастки, а также литейных формовочных и стержневых смесей, работающих, высушиваемых и структурируемых в поле сверхвысокочастотного излучения. Использование таких материалов позволит снизить энергоёмкость производства литых деталей и повысить его экологическую безопасность

Мета. Визначення швидкості нагріву зернистих матеріалів неорганічного походження, що використовуються для виготовлення ливарних форм і стрижнів, у полі надвисокочастотного випромінювання, залежності швидкості нагріву матеріалів від величини їх відносної діелектричної проникності, встановлення впливу хімічного складу та структури неорганічних матеріалів на величину їх відносної діелектричної проникності. Методика. Дослідження проводили на наважках випробовуваних матеріалів масою 200 г, що нагрівали надвисокочастотним випромінюванням із частотою 2,45 ГГц за номінальної потужності магнетрона 700 Вт. У числі випробовуваних матеріалів: силікат-брила (содова), рутил, електрокорунд нормальний, концентрат цирконовий, концентрат дистен-силіманітовий, шамот, пісок кварцовий, натрій хлористий, b-гіпс (Г4, затворений), a-гіпс (Г22, затворений). Результати. За результатами зміни початкової температури наважок розрахували швидкість нагріву зернистих матеріалів неорганічного походження, величини їх відносної діелектричної проникності (e). Встановлено, що швидкість нагріву досліджених матеріалів промислової чистоти знаходиться в межах від 12 (для затвореного гіпсу марки Г22) до 122 °C/хв (для силікатбрили). Наукова новизна. Уперше визначені величини діелектричної проникності твердих зернистих матеріалів-діелектриків промислової чистоти з величиною e ≤ 17. Встановлено, що швидкість їх нагріву прямо пропорційна величині e. При цьому, величина діелектричної проникності цих матеріалів залежить виключно від їх хімічного складу й може бути розрахована за правилом адитивності елементарних хімічних компонентів, що входять до їх складу. Практична значимість. На основі отриманих даних рекомендовані матеріали, що придатні для виготовлення ливарного модельно-стрижневого оснащення, а також ливарних формувальних і стрижневих сумішей, які працюють, що сушать або структурують під дією надвисокочастотного випромінювання. Використання таких матеріалів дозволить знизити енергоємність виробництва литих деталей і підвищити його екологічну безпеку.