Расчет состава шихты при плавлении ее в вагранке
Состав шихты предварительно подбирается в следующем порядке:
1. определяют химический состав сырьевых компонентов;
2. рассчитывают необходимое содержание в шихте каждого из сырьевых компонентов по формулам;
3. расчетный модуль кислотности расплава определяют по формуле, и если он меньше 1,8, то в шихте увеличивают объем сырьевого компонента - базальта, содержащего больше двуокиси кремния и окиси алюминия;
- рассчитывают рабочие коксовые и сырьевые колоши в кг, осуществляют опытную плавку в вагранке, корректируют состав шихты, уточняют производительность вагранки, удельный расход топлива и технологические режимы плавки. Размер кусков кокса принимают для нашей вагранки 80-120 мм, базальта - 70-120 мм, тугоплавкого компонента/раскислителя — 40-70 мм, легкоплавкого/шлака 70-120 мм.
Таким образом, размеры компонентов шихты и кокса максимально сближены с целью равномерной продувки столба шихты.
Зола кокса может увеличивать содержание двуокиси кремния за счет уменьшения закиси железа, окисей кальция и магния. При сжигании каждых 100 кг кокса вносится в раствор примерно (кг):
SiO2 - 5,1;
Al2O3 - 3,32;
FeO - 1,06;
CaO - 0,7;
MgO - 0,1.
Сырьевые материалы
Составляющие шихты для минеральной ваты.
Горные породы являются хорошими сырьевыми материалами, их используют в производстве минваты.
К таким породам относятся изверженные, имеющие среднее содержание двуокиси кремния SiO2 и двуокись алюминия Al2O3 (% соответственно):
габбро (48,24 и 17,88);
базальт (49,06 и 15,7);
диабаз (50,48 и 15,34);
диорит (58,9 и 16,47);
андезит (52,59 и 17,31).
В ряде случаев, при высоком Мк горных пород, применяют в качестве раскислителя осадочные породы - доломит (CaCO3*MgCO3), известняк.
2-я ЧАСТЬ ЛЕКЦИИ
Поверхностное натяжение минерального раствора
Одним из показателей способности вытягивания минерального раствора в волокна является поверхностное натяжение (Н/м или дин/см). Оно определяется, как отношение вязкости (Па•с) к силам свободной энергии поверхности раствора.
Поверхностное натяжение - работа, которую необходимо затратить на образование единицы новой поверхности в плоскости раздела жидкой и твердой фаз при постоянной температуре.
Силы поверхностного натяжения существенно влияют на процесс получения волокон из минерального раствора. С их действием связано явление образования «корольков». При некоторых значениях вязкости и поверхностного натяжения наступает равновесие, а затем состояние, при котором силы внутреннего трения превышают силы свободной энергии поверхности. В результате силы свободной энергии не способны разорвать струйки расплава, деформировать частички расплава - образуется «королек».
Взаимосвязь между вязкостью расплава и силами свободной энергии доказывается опытом. Если подвесить волокно, закрепив его верхний конец, и нагревать до температуры, выше которой вещество волокна находится в вязком состоянии, а ниже — в пластичном, то, прилагая к волокну в течение 1—2 ч растягивающее усилие, можно наблюдать в зависимости от его значения то удлинение волокна, то отсутствие заметной деформации, то укорочение волокна.
На границе с воздухом раствор образует свободную поверхность, наличие которой приводит к возникновению поверхностных явлений. Они возникают в особых физических условиях, в которых находятся молекулы вблизи свободной поверхности.
На каждую молекулу раствора действуют силы притяжения со стороны окружающих ее молекул, расположенных на расстоянии радиуса молекулярного действия. На молекулу М1 (рис. 9), расположенную внутри раствора, действуют силы со стороны таких же молекул, и равнодействующая сил близка к нулю.
рис.
9. Поверхностные явления
Для молекул M2 равнодействующие сил отличны от нуля и направлены внутрь раствора, перпендикулярно к поверхности. Все молекулы поверхностного слоя втягиваются внутрь. Но пространство внутри раствора занято другими молекулами, поэтому поверхностный слой создает давление на раствор (молекулярное давление), чтобы их протолкнуть.
Чтобы переместить молекулу M3, расположенную под поверхностным слоем, на поверхность, необходимо совершить работу против сил молекулярного давления. Т.е., молекулы поверхностного слоя раствора обладают дополнительной потенциальной энергией по сравнению с молекулами внутри расплава. Эту энергию называют поверхностной энергией.
Единицей коэффициента поверхностного натяжения в СИ является джоуль на квадратный метр (Дж/м2).
Коэффициент поверхностного натяжения — величина, численно равная работе, совершенной молекулярными силами при изменении площади свободной поверхности раствора на 1 м2 при постоянной температуре.
Любая система, предоставленная сама себе, стремится занять положение, в котором ее потенциальная энергия наименьшая, т.е., раствор стремится к сокращению свободной поверхности. Поверхностный слой раствора ведет себя подобно растянутой резиновой пленке, всегда стремясь сократить площадь своей поверхности до минимальных размеров, возможных при данном объеме.
Равнодействующая сил, действующих на все молекулы, находящиеся на границе свободной поверхности - сила поверхностного натяжения. Она действует так, что стремится сократить поверхность жидкости.
Коэффициент поверхностного натяжения σ численно равен силе поверхностного натяжения, действующей на единицу длины границы свободной поверхности расплава. Коэффициент поверхностного натяжения зависит от природы раствора, температуры и наличия примесей. При увеличении температуры коэффициент уменьшается.
Примеси в основном уменьшают коэффициент поверхностного натяжения.
Поверхностный слой раствора - эластичная растянутая пленка, охватывающая раствор и стремящаяся собрать его в одну «каплю». Если пленка под действием внешних сил растягивается, то сила поверхностного натяжения будет противодействовать растяжению в продольном направлении. При растяжении жидкой пленки расстояние между частицами не меняется, увеличение поверхности происходит в результате перехода молекул из толщи раствора в поверхностный слой. Поэтому при увеличении поверхности раствора сила поверхностного натяжения не изменяется (она не зависит от площади поверхности).