Описание установки и методики измерений
В электрическую нагревательную печь помещается тигель с исследуемым шлаком. Печь разогревается до максимальной температуры 940-950°С. После расплавления шлака в тигель на определенную глубину опускается цилиндр - головка шпинделя вискозиметра. См. рис.2.
Устанавливается нейтральное положение шпинделя, для этого стрелка вискозиметра устанавливается на нуле. Затем включается мотор, вращающий верхнюю часть вискозиметра. Вращение шпинделя начинается лишь тогда, когда крутящий момент струны станет равным моменту сил вязкого течения шлака. Фиксируется угол отставания стрелки, прикрепленной к шпинделю, от нулевого деления шкалы, которая сочленена жестко с верхней вращающейся частью вискозиметра. Произведя несколько замеров при данной температуре, определяют среднее. Затем выключают печь и производят определение при постепенном охлаждении печи через каждые 20°С.
Наиболее целесообразно при каждой температуре производить 3-5 замеров угла отставания и фиксировать среднее значение. После охлаждения до температур 650-680°С следует проводить обратные замеры, то есть фиксировать значение температуры в шлаке через каждые 5 единиц увеличения угла закручивания круговой шкалы вискозиметра.
Заканчивают опыт, когда стрелка вискозиметра отклонится от нулевого нейтрального положения на 2 полных оборота.
mV
|
|
Рис. 2. Схема установки для измерения вязкости
Величина вязкости определяется из соотношения:
= К ,
где К - постоянная вискозиметра, которую определяют на аналогичной установке, поместив в тигель жидкость с известной вязкостью 0. Поскольку на значение угла отставания стрелки вискозиметра влияют объем и форма тигля, в котором находится жидкость, то эталонный эксперимент следует производить в таком же тигле, в котором производится опыт. Глубина погружения цилиндра должна быть также одинакова. При выборе эталонной жидкости следует учитывать, что результаты измерения вязкости исследуемого расплава зависят от плотности эталонной жидкости, поэтому плотность эталонной жидкости должна быть близкой к плотности исследуемого расплава. По углу отставания стрелки вискозиметра (0) в эталонной жидкости рассчитывают К = 0 / 0.
Опытные и расчетные данные заносят в табл.1, и по ним строят график «вязкость шлака – температура».
Таблица 1. Экспериментальные данные.
N |
0C |
T, K |
1 |
2 |
|
, Па∙с |
ln |
1/T |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
При выполнении опытов запрещается вводить в жидкий расплав влажные и холодные добавки, так как это может привести к вскипанию расплава и его выбросу из тигля. Наблюдение за всеми операциями в печи следует вести через защитные очки.
По результатам эксперимента рассчитывают энергию активации вязкого течения. Для этого целесообразно построить график ln - 1/Т. (См. рис.3.) По этому графику определяется тангенс угла наклона прямой ln - 1/Т к оси абсцисс, который (из уравнения прямой ln = const + E/RT) равен Е/R. Отсюда Е = R tg . Следует указать, что величину tg следует находить, как отношение отрезков на осях координат в соответствующих масштабах.
l
n
C
A α B
1/T
Рис. 2. К расчету энергии активации.
ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ
На основе полученных измерений угла отставания стрелки вискозиметра при различных температурах рассчитать значение вязкости шлака .
По полученным результатам построить кривую зависимости вязкости шлака от температуры. График оформить на миллиметровой бумаге.
Определить энергию активации вязкого течения Е. Для этого провести расчеты ln и 1/T, занести эти данные в таблицу, затем построить график зависимости ln от 1/T, и по наклону отрезка прямой определить Е. Построения для расчета провести на миллиметровой бумаге.
По излому прямой на графике зависимости ln от 1/T определить температуру начала кристаллизации расплава.
Оценить структурные превращения в расплаве по изменению вязкостных свойств.