Файл: Чернявский И.Я. Износоустойчивые металлошлаковые трубы.pdf

табл. 1, определенная по формулам (1.2) и (1.3). Зави­ симость вязкости от температуры изображена графиче­ ски на рис. 2.

Для удобства запишем указанные экспоненциальные

Рис. 2. Зависимость вязкости шлака от температуры

/ - шлак ММК; 2 - шлак БГМК

поненциальная зависимость т) (Т) сохраняется при тем­ пературах выше линии ликвидуса; при температурах ни­ же линии ликвидуса вязкость характеризуется более сложной зависимостью, что объясняется начинающимся

процессом кристаллизации шлаков. Изменение же вяз­ кости в зависимости от температуры даже в области пе­ регрева над линией ликвидуса объясняется постепенной ассоциацией жидких шлаков за счет укрупнения час­ тиц. Речь идет, в частности, о крупных кремнекислород­ ных анионах, отличающихся малой подвижностью как вследствие своих геометрических размеров, так и благо­ даря наличию направленных гомеополярных связей. Все это увеличивает энергию активации вязкого течения. По

Рис. 3. Температурная зависимость lgr| шлаков по формулам (1.2) (а) и (1.3) (б) (обозначения те же, что и на рис. 2)

данным Н. Л. Жило и др. [32], изменение вязкости си­ ликатов различного состава предопределяется наличием анионов различного строения. Здесь показано, что с уменьшением количества структурных единиц цепочеч­ ного и ленточного строения и соответствующим увеличе­ нием количества изолированных сдвоенных тетраэдров вязкость шлакового расплава при температурах 1300— 1500° С падает.

Согласно О. А. Есину [18], влияние химического сос­ тава, в частности, сказывается на величине и количестве вакансий в жидком шлаке. Этот факт наряду с измене­ нием прочности связи единицы вязкого течения с окру­ жающими частицами объясняет причину изменения энер­ гии активации вязкого течения.

кающей из его диффузионной теории. Уравнение (1.6) является своего рода критериальным: жидкости, вязко­ сти которых не описываются этим уравнением, являются ассоциированными и ведут себя аномально.

Для удобства исследований по формуле А. И. Бачин­ ского, проводимых для шлаков впервые, запишем урав­ нение (1.6) в виде

I — шр V С С

где V — кинематическая вязкость; р— плотность жидкости.

По построенным графикам в координатах---- р

V

(рис. 5) можно проследить за соответствием опытных

результате гетерофазных флюктуаций, т. е. флюктуаций, связанных с изменением агрегатного состояния, начина­ ется структурирование изучаемых шлаков. Следователь­ но, постепенное укрупнение комплексов, т. е. увеличение единиц течения и усиления прочности связи их с окру­ жающими частицами, приводит при определенных усло­ виях и скачкообразному эффекту изменения вязкости шлаков за счет образования твердой фазы.

Структурная вязкость

Наличие твердой фазы в жидком шлаке резко меня­ ет структуру расплава и его вязкость. Шлаки в этом интервале температур представляют собой дисперсную систему, имеющую характер «шлаковой суспензии». Вяз­ кость такой системы называют структурной в отличие от вязкости однофазной жидкости.

A. Эйнштейн [37] нашел между структурной вязко­ стью и содержанием твердой фазы следующую зависи­

Э. Гатчек [38] вывел формулу для структурной вяз­ кости, подобную по конструкции формуле (1.5):

объеме системы 5Ѵ.

B. И. Покровский [39] показывает, что коэффициент 2,5 в формуле (1.7) завышен; по его расчетам этот ко­ эффициент равен 1,5.

Следовательно, чем больше объем твердой фазы, тем больше величина вязкости. Большинство шлаков в ин­ тервале затвердевания хорошо кристаллизуется, за ис­ ключением условий, которые создаются при резком охлаждении расплава. Как правило, шлаки, более склон­ ные к кристаллизации, имеют и более крутую ветвь кри­ вой вязкости после температуры ликвидуса на диаграм­ ме т] — Т°. Этим, собственно, и объясняется аномальное поведение некоторых шлаков, о котором упоминалось выше.

Надо заметить, что уравнения (1.7) и (1.8) просты по своей конструкции и доступны для пользования при оп­ ределении эффективной вязкости шлаковых расплавов. Кроме того, они интересны еще и потому, что, имея экс­ периментальные данные по относительной вязкости

можно расчетным путем найти объемную концентрацию твердой фазы в жидком шлаке.

Поэтому нами была проверена возможность исполь­ зования указанных уравнений для определения г]0тн. «шлаковой суспензии». Исследования проводили на медных шлаках Балхашского ГМК. Рассчитанные по имеющимся (см. рис. 4) значениям т|0ти. объемные кон­ центрации твердой фазы сравнивали с фактическими зна­ чениями, определяемыми рентгеноструктурнымн и петро­ графическими исследованиями. Результаты исследова­ ний сведены в табл. 2.

Из полученных данных можно сделать вывод, что значения ср по уравнениям (1.7) и (1.8) удовлетворитель­ но согласуются с опытными лишь при высоких темпера­ турах и вблизи температуры ликвидуса; при низких тем­ пературах заметно отклонение от опытных данных — значение ср даже становится меньше 1. Последнее, во­ обще говоря, лишено физического смысла, так как объ­ ем твердой фазы не может быть больше общего объема системы. Это, очевидно, объясняется тем, что основные предположения, на которых основывался Эйнштейн при выводе своей формулы, не справедливы при затвердева­ нии шлаковой суспензии. Так, например, предполага­ лось, что суспендированные частицы являются жесткими сферами постоянных размеров, инерционным эффектом можно пренебречь (очень медленное течение), раствори­ тель обладает идеальной смачиваемостью твердых сфе­ рических частиц, концентрация частиц настолько мала, что они не взаимодействуют друг с другом. Совершенно понятно, что несоблюдение хотя бы одного из этих усло­ вий приводит к иным значениям параметров в уравне­ ниях (1.7) и (1.8).

Для того чтобы оценить влияние твердой фазы (сте­ пени кристаллизации) на вязкость, мы определяли из­ менение вязкости в изотермических условиях в зависи­ мости от времени выдержки при данной температуре. Исследования проводили на силикате мелилитового сос­ тава, соответствующего точке а на диаграмме геленнт — окерманит (рис. 6). При этом полагали, что в изотер­ мических условиях необходимо какое-то время, чтобы начавшийся при данном переохлаждении процесс крис­ таллизации мог закончиться. Как это видно из графиков 11 — т (рис. 7), вязкость резко возрастает с увеличением времени выдержки, а затем, достигнув своего максиму­ ма, практически не меняется. Постоянное значение вяз­ кости достигается примерно через 15—20 мин выдерж-