химический каталог




Технология огнеупоров

Автор К.К.Стрелов, П.С.Мамыкин

язкостью. При охлаждении кислые шлаки, не кристаллизуясь, застывают в виде стекла. Изменение вязкости с понижением температуры у кислых шлаков более плавное, поэтому их называют Длинными. Основные шлаки подвижные, менее вязкие, их вязкость при температуре выше температуры ликвидуса равна десятым долям ^а-с. Кристаллизуются они хорошо н при температуре кристаллизации резко повышают вязкость, поэтому их называют короткими (Рис. 11.14).

Поверхностное натяжение шлаков составляет 400—600 мДж/м2 И меняется с температурой сравнительно мало:

(11.68)

Рнс. II.14. Изменение характера кривых ?—< для длинных (/) и коротких (2) шлаков

(??/??) я—0,25 мДж/(м2-К)-.

47

2. КАПИЛЛЯРНЫЕ ЯВЛЕНИЯ НА ГРАНИЦЕ ОГНЕУПОР - РАСПЛАВ

Огнеупорные материалы являются в большинстве случаев капиллярно-пористыми телами: они впитывают расплавы. Очень грубо считают, что, чем больше открытая пористость, тем больше впитается расплава. Однако количество впитываемого расплава зависит не только от объема открытых пор, но и от их размера и текстуры.

Известно, что высота столба жидкости, поднимаемого капиллярными силами в цилиндрическом вертикальном капилляре, выражается уравнением

ft = 2ocos9/(pgr), (II. ??)

где ? — поверхностное натяжение расплава, мДж/м2; ? — угол смачивания; ? — плотность расплава, г/см3; g— ускорение силы тяжести, 981 см/с3; г — радиус капилляра, см.

Для мартеновского шлака, имеющего ?=450 мДж/м2, р — = 3,2 г/см3, и для капилляра с г= 10~3 см н ? = 0° Л = 285 см.

Из формулы (11.69) следует, что чем тоньше поры, тем больше в них проникнет шлака. Однако это совсем не так, формула не отвечает на вопрос, сколько потребуется времени для подъема расплава на максимальную высоту.

При условиях, когда температура расплава и стенок пор огнеупора одинакова и постоянна во времени и по длине каналов, поры не меняют первоначальных размеров и формы, расплавы не взаимодействуют с огнеупором, и их свойства также постоянны и не зависят от размеров пор, движение расплава ламинарное, пропитка огнеупоров описывается параболическим уравнением

1г=Кх, (11.70) где / — глубина пропитки; К — константа пропитки; ? — время.

Уравнение (11.70) справедливо для пор определенного размера: в крупных порах, кроме капиллярных сил, действуют гравитационные, а в тонких вероятно изменение свойств расплавов. Кроме того, в начальный и конечный периоды пропитка подчиняется другим закономерностям, в начальном периоде она значительно выше. Для капиллярно-пористых тел при четочной модели пор константа пропитки рассчитывается по формуле

/C = o2/-cosO/2,8i2Ti, (11.71)

где 02 — поверхностное натяжение расплава; Ь — коэффициент извилистости (для крупнозернистых набивных магнезитовых масс, обожженных при 1450° С с пористостью 34—38% 6 = 1,6, в других случаях 6=я/2); г — радиус проницаемых пор, см.

Скорость движения расплава описывается дифференциальной формулой параболического уравнения (11.70):

? = dl/dx = ?2 г cos ?/{5,6Ьг ?) 1//. (11.72)

Из формулы видно, что скорость пропитки тем больше, чем больше размер пор. По формуле (11.72) для мартенов( лого шлака при 1500° С ?2=450 мДж/м2, 6 = 0°, г=10-3 см, ? = 0,03 Па-с, 1=\ см, и «0,10 см/с.

На уровне критической высоты подъема шлака 285 см скорость составила бы 0,35-Ю-9 см/с, а время подъема шлака на эту высот!/ было бы равно т=/2//С=2852/2-10-1«4-Ю5 с«ПЗ ч.

Так как огнеупоры обычно работают при градиенте температур, то на расстояниях максимально возможных подъемов, равных 200— 350 см, шлаки затвердеют. Поэтому количество шлака, которое может впитаться огнеупором, увеличивается с ростом пор. Практически скорость пропитки значительно меньше теоретической, что объясняется увеличением вязкости вследствие взаимодействия шлака со стенками пор. На скорости движения расплава в пористом теле очень сильно сказывается перепад температур. С понижением температуры, особенно вблизи линии ликвидуса, вязкость расплавов интенсивно возрастает, а скорость их движения существенно понижается.

С учетом силы тяжести расплава уравнение скорости пропитки имеет вид (всасывание вертикально вверх):

dl ^ ?2 г cos ? 1 _ г- gp

?? 5,662? I 8?=? '

Сила тяжести расплава уменьшает скорость пропитки. Действием этой силы можно пренебречь, если второй член уравнения (11.73) будет меньше первого, например, меньше 10%, при этом радиус пор называют критическим:

OJrKPgpl/(o2CosQ) < 0,1, откуда

гкр = 0,143?2 cos Q/(gpl) (II .74)

прн /=1 см для оксидносиликатных расплавов, у которых ?=300-*-н-600 мДж/м2, p=2,2-f-4,9 г/см3, ?=0°, лкр«0,1 мм.

Общий объем расплава, впитывающегося в огнеупор, приближенно определяется по формуле

Q = AK~/ П'2эф гэф VoTr\ Vms~Q Ух , (II. 75)

где Q — объем впитанного расплава, см3; А — площадь сечения образца в направлении, перпендикулярном фронту пропитки, см2; К — коэффициент, характеризующий текстуру пор; /7Эф — эффективная пористость, доли единицы; гэ$>—эффективный радиус пор, см.

Не все величины, входящие в формулу, могут быть вычислены, и поэтому формула носит качественный характер и показывает, от каких факторов зависит пропитка: К^п^ гэ$~ Фактор текстуры;

V^o/? — фактор расплава; Ух—фактор времени; V^cosO— фактор, характеризующий взаимодействие расплава со стенками огнеупора.

Как только краевой угол достигнет 90°, пропитки вообще быть не может. Чистые металлы, имеющие угол смачивания с огнеупорами больше 90°, в огнеупор не впитываются.

На капиллярную пропитку большое влияние оказывает состояние стенок пор. Стенки пор, покрытые расплавом собственной жидкой фазы, способствуют пропитке. Пропитка зависит также от количества расплава. При неограниченном количестве расплава объем впитанио-го расплава обусловливается крупными порами; при ограниченном — Мелкими (на заполнение крупных пор не хватает расплава).

В очень мелких порах расплав под влиянием кривизны поверхности испаряется, и дальнейшее заполнение пор идет не путем ка-

4—298 · 49

пиллярного движения расплава, а путем испарения н конденсации паров на стенках пор с последующим переходом пленок в столбики расплава. Размер таких мелких пор для металлургических шлаков при температуре 1500° С составляет Ю-5 см.

Металлургические шлаки в поры огнеупора менее 5 мкм практически не заходят благодаря растворению стенок пор и повышению вязкости. Механизм этого явления недостаточно изучен. Например, установлено, что пропитка обычного динаса с открытой пористостью 15—25% железистым расплавом (56,3% FeO н 37,2% Fe203) при 1600° С показала почти линейную зависимость объема пор, заполненных расплавом, от начальной пористости. При этом отношение объема расплава, зашедшего в поры, к объему пор остается практически постоянным и составляет около 30°/о. Объем пор размером менее 5 мкм в динасе не более 2—5%, следовательно, то обстоятельство, что расплав не зашел в 70% пор объясняется в значительной степени строением пор (запирание, тупиковые н т. п.).

Скорость пропитки высокотемпературного расплава va может быть моделирована по скорости пропитки низкотемпературной жидкости (например, воды) Vb по формуле

?? — % (?? cos ?? ?6) /(?& cos ??) ¦. (II. 76)

Формула получена делением скорости движения жидкости а на скорость движения жидкости Ь в одинаковых условиях. Формула удобна тем, что в ней исключаются факторы структуры.

Пропитка огнеупоров шлаками вызывает образование в огнеупорах зон, различных по составу и свойствам, что во многих случаях является причиной износа огнеупоров. Границы зон часто бывают четкими. Мощность зон определяется градиентом температур и вязкостью шлаков. Шлаки достигают такого горизонта, температура которого ниже температуры ликвидуса. Для мартеновских шлаков эта температура около 1450° С. Температурный интервал капиллярного всасывания в этом случае около 300° С, что прн градиенте температур 30—60° С/см дает глубину пропнткн 10—5 см.

3. СМАЧИВАНИЕ И РАСТЕКАНИЕ

Смачиваемость твердых огнеупоров расплавами характеризуется краевым углом, который определяется нз условия равновесия поверхностных сил на границе трех фаз (рнс. 11.15):

°? = °"i2 +ff2cos0, - (11.77)

откуда

cos ? = (o"i — ??2) /?2, (11.78)

где ?? — поверхностная энергия твердого тела; Ог — поверхностное натяжение расплава; ?? — межфазная (свободная) поверхностная энергия между твердым телом н расплавом; cos ? — мера смачивания.

Уравнение (11.78) известно как уравнение Юнга (1804 г.).

Прочность прилипания (сцепления) расплава к твердому телу оценивается работой адгезии WA-

№л= ?2(1 +cos6). (11.79)

Выражение (Ц.79) справедливо при \^^<2??.

§0

Смачивание твёрдого тела жидкостью и связь жидкости с твердым телом определяются силами двух типов, действующими между ними: 1) физическим взаимодействием; 2) химическими силами. Основное различие между этими тнпамн сил в их величине. Физические связи (ван-дер-ваальсовы) составляют доли единиц джоуля на моль, а химические — десятки и сотни джоулей на моль. Связь огнеупоров с оксидными расплавами обеспечивается химическими силами.

Характерной особенностью химического смачнвання является сравнительно сильная зависимость степени смачнвання от температуры. Часто такая зависимость характеризуется «порогом смачн- с>2 вання», т. е. наличием температу- д \

ры, после достижения которой

краевой угол начинает резко снн- .Гл_?f

жаться а работа адгезии возра- ¦ Vyfr///////}////;////\/////fcn стать. По ходу зависимости Wa = = /(0 относят характер смачн-

иаемостн К (Ьнзическому типу ИЛИ Рис- п-15- Равновесие поверх-BdeMuciH л фнличешиму inuy ностных сил на границе трех

к химическому. В случае смачнва- Е,фаз ння, определяемого химическим взаимодействием, необходимо учи- _..Г:-й тывать величины, характеризующие химическое сродство атомов из различных фаз, разницу химических потенциалов компонентов в фазах, константу равновесия реакций, свободную энергию образования соединении н т. д.

Расплавы металлов, имеющие меньшее сродство к кислороду, чем металлы оксидов (огнеупоров), обычно слабо смачивают оксиды (огнеупоры): ?>90°.

При большом различии в сродстве краевые углы

страница 11
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71

Скачать книгу "Технология огнеупоров" (3.17Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(22.02.2017)