Файл: Новое в изготовлении и службе подин..pdf

t] — ньютоновская вязкость;

AL— величина сжатия образца. Учитывая, что

V — SL,

где S — площадь поперечного сечения образца, t 1

где v — скорость деформации образца, получим

6jt/-2v

Поскольку уравнение справедливо только для вяз­ кого течения материала, т. е. для случая, когда скорость деформации под действием постоянной нагрузки явля­ ется постоянной, для расчета вязкости использовали ве­ личины, соответствующие периоду постоянной (или близ­ кой к этому) скорости изменения размеров образца.

Величину деформации определяли по формуле

зернового состава порошка, количества и состава обра­ зующих расплав добавок, температуры эксперимента и наличия небольшого количества окислов, которые мо­ гут оказать влияние на вязкость жидкой фазы в образ­ цах (рис. 34—36).

В качестве расплавообразующих добавок использо­ вали синтетические монтичеллит и ферромонтичеллит, мартеновский шлак и окислы железа.

Во всех случаях введение 10% силикатов при темпе­ ратурах, несколько превышающих температуру их плав­ ления, сопровождалось снижением вязкости магнези­ альной суспензии в 5—10 раз (рис. 34—36).

Дальнейшее повышение температуры и увеличение количества силикатов до 30% оказывало меньшее влия­ ние на изменение вязкости.

Введение в образцы окислов железа без силикатов несущественно меняло вязкость при температуре

75

f ег03 Мартеновский ш лак монтичеллит Ферромонтичеллит

Рис. 34. Характер изменения вязкости магнезитовых образцов в зависимости от количества добавок и температуры

150

100

I%50

Оч

«а

Содержание добавок, °/о

Рис. 35. Зависимость вязкости магнезитовых образцов от добав­

76

:— 5 У 0 ,9 * + 11 + 18,5

Полученные данные о вязкости магнезиальных мате­ риалов с расплавообразующими добавками и без них позволяют более точно описать процесс формирования и разрушения футеровок из порошкообразных мате­ риалов.

Некоторое снижение вязкости магнезиальных мате­ риалов с увеличением содержания в них жидкой фазы

77

способствует уплотнению черепка под действием не­ больших давлений. При дальнейшем снижении вязкости сопротивляемость их размывающему действию металла и шлака уменьшается. Поэтому, выбирая составы мате­ риалов для футеровок, формирующихся в процессе экс­ плуатации (подины, набивные футеровки электропечей и т. д.), следует находить оптимальные соотношения ос­ новного материала и добавок, обеспечивающих получе­ ние износоустойчивого рабочего слоя. Так, например, добавка 2—5% СггОз увеличивает вязкость магнезиаль­ но-силикатной смеси и, образуя на поверхности зерен периклаза шпинель, препятствует взаимодействию его с силикатами [95]. Введение окислов железа повышает вязкость смесей, но способствует увеличению скорости его растворения в силикатах; наиболее сильному раст­ ворению подвергаются участки зерен периклаза, насы­ щенные окислами железа [13].

Кроме вязкости смесей, тем же методом была опре­ делена вязкость проб магнезиально-железистой подины до службы и подины, проработавшей три плавки после восстановления рабочего слоя мелкозернистым магне­ зитовым порошком без обработки окалиной.

При температуре 1600°С вязкость образцов состав­ ляла соответственно 8,0-109 и 8,8-108 г-с/м2; вязкость подин оказалась близкой к вязкости образцов из маг­ незитового порошка с добавкой окислов железа и сили­ катов.

Полученные величины вязкости магнезиально-сили­ катных смесей и магнезитового порошка позволяют осу­ ществить приближенный расчет степени уплотнения ра­ бочего слоя подины в зависимости от степени насыще­ ния ее силикатами, времени действия ферростатического давления ванны на слой и от температуры.

Для расчета использовали уравнение Френкеля [91]. Подставив значения вязкости, удельного давления и скорости деформации в уравнение, получим:

Считая Куд и L величинами постоянными, а т) — по­ стоянной при данной температуре, уравнение можно за­ писать:

AL — Сх,

78

где

С = ^уд^-0

6г|

Задавшись определенными значениями ДУд и L0 (толщина уплотняемого слоя), и используя соответст­ вующие экспериментальные значения тр можно рассчи­ тать значение коэффициента С при заданной темпера­ туре; задавшись любым значением времени, можно оп­ ределить величину AL, т. е. величину, на которую уплот­

ния на границах раздела фаз в слое не учитывали);

L0 = 5 0 мм, или Н-102 м, — толщина уплотнен­ ной части подины за одну плавку;

Лшо = 1200 • 106 П и rileoo = 70 • 106 П;

т|Ш() и Theoo— значения вязкости образцов из магнезито­ вого порошка без добавок при температу­ рах 1500 и 1600° С.

Определим значения коэффициента С:

с т0 = ^ = 6,8-10 -8 М/с;

бТЦвоо

^ « 0 0 = ^ = 1 ,2 -1 0"6 м/с. 0^1600

Приняв время пребывания слоя порошка отремонти­ рованной подины под действием расплавленного метал­ ла равным 3 ч, рассчитаем уплотнение слоя за это вре­ мя при температурах 1500 и 1600° С:

ALuoo = С1500 т = 6,8-10-8 -3-3600 = 735-10~6 м = 0,735 мм

ALleoo = CleooT= 1,2-10~6-3-3600 = 12610_4м = 12,6 мм.

Зная величину уплотнения ALi50o=0,735 мм и ALi6oo=12,6 мм, можно рассчитать изменение объемно­ го веса слоя порошка в зависимости от величины уплот­ нения, а следовательно, и пористость слоя.

79

Объемный вес свободно насыпанного порошка МПГ1 составляет около 2,0 г/см3, пористость свободного насы­ панного слоя

50 мм (под действием ферростатического давления) при

=100 = зс% •

Считая, что из 30% пористости 5—6% приходится на закрытые поры, кажущаяся пористость слоя при темпе­ ратуре 1600° С составит 24—25%.

Из расчета видно, что плотность слоя из чистого маг­ незитового порошка, достигнутая в результате уплотне­ ния только под действием ферростатического давления, не может обеспечить высокую металло- и шлаконепроницаемость подин во время эксплуатации. В ‘го же вре­ мя кажущаяся пористость проб неошлакованных подин, отобранных через одну плавку после ремонта, состав­ ляла 5—6%. Такое несоответствие расчетных и практи­ ческих данных объясняется различием химического со­ става и свидетельствует о том, что в условиях формиро­ вания подины под слоем расплавленного металла поро­ шок приобретает новые свойства, например, понижен­ ную вязкость, при которой возможно уплотнение слоя до состояния проб, отобранных после первой плавки. Изменение вязкости порошка происходит в результате насыщения его продуктами плавления неметаллической составляющей шихты.

Влияние расплава на дополнительное уплотнение по­ рошка в подинах под действием ферростатического дав­ ления может быть при некоторых допущениях рассчи­ тано.

80