химический каталог




Технология огнеупоров

Автор К.К.Стрелов, П.С.Мамыкин

мало зависят от природы оксида (огнеупора). Например, Fe при 1550° С имеет ? «140° на MgO, Zr02, А1203. Когда сродство жидкого металла к кислороду приближается к сродству металла оксида к кислороду, тогда 0<90°. Например, Ni при i^tun имеет 0 = 58° на СаО.

Переход от отрицательного смачнвання cos ??<0 к положительному cos0o>0 обусловлен тем, что при значительном сродстве металла к кислороду жидкий металл, с одной стороны, растворяет кислород и металл Me' оксида, с другой, сам замещает ионы Me' в поверхностном слое оксида, а повышение концентрации одинаковых частиц в контактном слое, как известно, снижает ?12 н по формуле Юнга, когда сг12 меньше, чем ?(, то cos ? меняет отрицательный знак на положительный. Следовательно, если в жндкнн металл вводить компоненты, обладающие большим сродством к кислороду, например в сталь вводить Si, Сг, Мп, V, Ti, то смачивание нмн огнеупорных оксидов улучшается н тем сильнее, чем больше сродство добавки к кислороду и меньше к металлу оксида. Поэтому шлаки хорошо смачивают оксидные огнеупоры (00«0).

Хорошую смачиваемость шлаками огнеупоров обусловливает Растворимость огнеупоров в шлаках, так как в шлаках и в оксидах преобладает ионная связь.

Поскольку равновесие расплав — окснд иногда не достигается, то для оценки смачиваемости имеет значение кинетика процесса — скорости растекания и смачнвання.

Скорость смачнвання ??/?? определяется изменением краевого Угла в зависимости от времени. Скорость растекания ??/??—опре-

4*

51

делением изменения радиуса основания капли в зависимости От времени. Эти две характеристики не всегда симбатны. Сила растекания, или тянущее усилие, равио:

?? = ?? — ?12 — ?2 cos ?, . (11.80)

тянущее усилие, приложенное к периметру раздела трех фаз, оценивается на единицу длины периметра. При равновесии ? = ?0, где в0 — равновесный угол смачивания, нет растекания, поэтому ??=0. Следовательно, при равновесии:

°~? — — о- cos ?0 = 0 (И.81) Вычитая из формулы (11.81) выражение (11.80), получим: ?? = ?2 (cos ?„ — cos ?). (II. 82)

Из уравнения (11.80) следует, что Aomai=2o2; ????? = 0. Сила ?? вызывает перемещение периметра. Движение остальной массы жидкости к периметру определяется объемными силами, обусловленными несколькими причинами: снижением центра тяжести растекающейся жидкости, инерцией и т. п. Когда доставка жидкости не успевает за перемещением периметра, то впереди растекающейся капли появляется тонкая пленка (ореол), по которой движутся более массивные слои, образующие определенный угол контакта. Если же подвод жидкости к периметру смачивания успевает за его перемещением, то капля растекается по поверхности с постоянным углом. Кроме указанных сил, иа растекание влияет химическое взаимодействие между расплавом и оксидом. В простейшем случае при отсутствии взаимного растворения фаз растекание описывается уравнением

г" = ???. (11.83)

Коэффициент ? принимает значения: п=1 в начале смачивания; л=2 в инерционном режиме, т. е. когда основное сопротивление движению оказывает инерция прилегающих слоев жидкости; н = 4 в режиме вязкого течения; п — 8 при растекании капли под действием своего веса по поверхности, смоченной этим же расплавом.

Значения коэффициента а: для инерционного режима

?2 = 3,25|????/?; (11.84) для вязкого режима

?4 = 4??/? /???; (II. 85) для свободного растекания

а8 = 4/?3?7/?3?2?, (11.86)

где m — масса капли, г; ? — радиус кривизны капли до соприкосновения с подкладкой, см.

Количественные расчеты по этим формулам обычно слабо согласуются с опытом. Поэтому формулы представляют интерес для качественного анализа процесса. Изучение смачивания и растекания производят с помощью киносъемки. С повышением температуры скорость смачивания заметно возрастает, а значения контактных углов убывают. В начальный момент времени скорости растекания велики, я через 0,5—1 с они уменьшаются до нуля. Это позволило выделить

52

два периода растекания. В первый период растекание тормозится вязким течением. Во второй период при взаимодействии контактирующих фаз одновременно происходят два процесса: 1) образуется переходный слой, способствующий уменьшению межфазиого натяжения и росту тянущего усилия, и 2) изменяется вязкость расплава, она может и повышаться, и понижаться.

4. ХИМИЧЕСКОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ

В большинстве случаев химическое разрушение — коррозию — можно рассматривать как растворение твердого тела в жидкости. Скорость стационарного процесса растворения ? определяется разностью концентрации твердого тела в жидкости в состоянии насыщения Св а в объеме расплава Cv, толщиной слоя х, через который происходит молекулярная диффузия:

V= (D/X) (CH — CV), (11.87)

где D — коэффициент диффузии, см2/с

Величины D и X зависят от вязкости. С понижением вязкости D увеличивается, а X уменьшается. Следовательно, вязкость оказы-. вает наибольшее влияние на растворение. Важно отметить, что, по опытным данным, шлак взаимодействует с огнеупором, когда вязкость расплава ниже 3,5 Па-с (по этой величине может быть сугубо ориентировочно определена предельная минимальная температура взаимодействия шлака с огнеупором).

В общем случае толщина слоя X зависит от природы расплава и условий его перемешивания. Для случая вращающегося в расплаве диска (образца) создаются условия, при которых вся поверхность образца равнодоступна в диффузионном отношении. Для этого случая в курсе химической гидродинамики выводится следующее уравнение для X:

Х= 1,61 (D/vJ-'^Kv/uT, (11.88) где ? — кинематическая вязкость, м2/с; ? — угловая скорость вращения образца, с-1.

Из уравнений (11.87) и (11.88) получается уравнение Левина:

в = 0,62О2/\-1/6(Сн -Су) (11.89) или для диффузионного режима растворения:

?=????.5. (11.90)

При растворении цилиндрических образцов условия движения

расплава несколько отличаются от предыдущего случая, и кинетическое уравнение (по Кингери) принимает вид:

V = 0,79 (Did) Re^(v/D) ~0Mi (Сн - С„), (11.91)

где Re — критерий Рейнольдса по диаметру образца d.

Скорость растворения здесь зависит от ? в степени 0,7, т. е.

? = *? ?0·7 (11.92)

Определение растворения огнеупора в шлаке с использованием при обработке результатов уравнений (11.90) или (11.92) заключается в следующем. Образец в виде диска или цилиндра вращают

53

«расплавленном шлаке прн постоянной температуре с заданной скоростью в пределах 64-650 об/мин. По убыли массы обоазп-Г

рвения ГЖТТ* (1~10 МИН) ск°Р°"ь растворения ?, мг/(см2-с). Затем строят график в координатах в

случае образца в виде диска ? мг(см2-с) - V® (оал/с1<м> и в цилиндра ?—?0·7. 1Р"Д/с; -ив виде

—1

J 4

о)? рад/с

Igr 0,5

to

OS

to

/

T^4

W 6,0 6,2 6,4 KfftK1

Рис. 11.16. Влияние скорости вращения образца на скорость раство-1300И°ЯС- 0КСИД0В в Фаялите при 1 — Si02; 2 — А12Оз

Рис. 11.17. Влияние температуры на скорость растворения образцов из Si02 (/), MgO (2), А1203 (3) и хро-момагнезиальной шпинели (·?) в фаялите; частота вращения образцов 120 об/мин

Скорости растворения огнеупорных материалов в оксидных расплавах мг/(см2-с)*

Таблица ??.5

Расплав

Кварц

Корунд

Плавле-¦ ный оксид магния

Хромо-магиези-альиая шпинель

Оксид Fe (II)......

Фаялит.......

Тефроит .......

Желез о-марганцево-силикатиый:

(50% 2FeO.SiO2+50% 2???· • Si02).........

40,0 3,8 2,0

4,3

8,5

0,66

0,33

0,95

9,4 1,3 0,7

2,5

4,4

0,32

0,13

Образцы испытаны при 1400° С и 120 об/мин.

График может получиться двух типов: 1) линейный, что свидетельствует о диффузионном режиме растворения, и 2) нелинейный, что свидетельствует о том, что растворение лимитируется кинетикой собственно химического акта. Такой процесс называют кинетическим.

Таким образом устанавливаются величина скорости растворения и характер процесса при различных температурах в зависимости от гидродинамического режима. Данные, полученные описанным методом, приведены на рис. 11.16 и в табл. II.5.

54

В соответствии с диффузионным характером процесса скорость растворимости коррелируют с вязкостью расплава. Температурная зависимость скорости растворения показана на рис. 11.17.

Кажущаяся энергия активации для А120з, MgO и хромомагне-зиальной шпинели близка к 180,6 кДж/моль, а для Si02 к 64,3 кДж/моль. Коэффициенты диффузии D приближенно по уравнению (11.89) при 1400° С составляют 2,9· Ю-6—3,2· Ю-5 см2/с и возрастают при переходе от А120з (2,9· Ю-6 см2/с) к MgO (9,ЗХ ???-6 см2/с) и далее к Si02 (3,2· 10~5 см2/с).

Ниже приведены сравнительные данные растворимости чистых веществ (менее 0,5% примесей) в мартеновском шлаке состава, %: 50,7 СаО; 7,0 MgO; 6,0 А1203; 6,4 МпО; 17,9 Si02; 12,0 Fe203+Fe0. Содержание материала, растворившегося при насыщении в 1 г исходного шлака при температуре 1550°С (шлак расплавлялся в платиновом тигле, образец погружался в шлак и вращался до полного насыщения), следующее:

Материал...... MgO А1203 Mg0-Al203

Содержание, г .... 0,006 0,43 0,45

Материал...... ZrO^ 3Al203-2Si02 Y203

Содержание, г .... 0,27 2,2 1,08

Стабилизирована ?20,.

Растворение огнеупора в шлаке пропорционально его оплавлению. Если огнеупор условно представить однородным по составу материалом, то степень оплавления можно определить по диаграммам состояния. Для этого многокомпонентные составы огнеупора и шлака приводят по правилу Рихтера к трем компонентам; соединяют точки составов прямой и находят середину, т. е. точку, соответствующую составу 50%) шлака и 50% огнеупора. Найденную точку соединяют с точкой тройной эвтектики («трехлучевой звездой») данного элементарного треугольника. Линия, соединяющая тройную эвтектику с точкой 50% огнеупора, пересечет ряд изотерм. Для каждой температуры по правилу рычага находят количество жидкой фазы. По полученным результатам строят «кривую плавкости» (по Августинику), которая показывает нарастание жидкой фазы с повышением температуры.

Для определения степени оплавления огнеупора поступают следующим образом. Линия, соединяющая приведенные точки огнеупора и

страница 12
< 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
UE40J5200AUX
сертификат для подруги
дискотечный свет мелькает цена
складной сервировочный столик купить

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
(18.12.2017)