Расчет вязкости по методу м. В. Охотина

Метод расчета вязкости стекол по химическому составу, разработанный М. В. Охотиным, предназначен для расчета вязкости стекол, содержащих SiO₂, Al₂O₃, MgO, CaO и Na₂O, причем Na₂O должно быть 12-16 масс. %, Al₂O₃ и MgO в пределах 0-5 % и CaO 5-12 %. Этот метод не позволяет рассчитывать непосредственно величины вязкости для определенной температуры, а дает лишь возможность найти температуры, соответствующие величинам вязкости, и охватывает сравнительно небольшое количество оксидов. Однако важным преимуществом метода М. В. Охотина является достаточно высокая точность и простота расчета.

Для стекол, состав которых соответствует указанным выше ограничениям, по методу М. В. Охотина можно рассчитать температуры, соответствующие определенным значениям вязкости, по следующей формуле:

          (2.2)

где    t – температура;

– содержание в стекле соответствующих оксидов в мас. %;

А, В, С и D – константы М. В. Охотина.

Константы М. В. Охотина приведены в табл. 2.2, где также указаны постоянные, найденные Кимын Саном для lg η, равного 9, 10, 11, 12, 13 и 14.

Для расплавов промышленных стекол, содержащих SiO₂, Al₂O3 (до 5 %), MgO (до 5 % вместо CaO), CaO (до 17 %), Na₂O (до 17 %), Fe₂O₃ (до 5 %), можно оценивать влияние отдельных компонентов на вязкость по тому изменению температуры, которое необходимо для того, чтобы вязкость оставалась постоянной при замене 1 % того или иного оксида на 1 % другого (см. табл. 2.3). Если в стекле, кроме Na₂O, будет присутствовать и К₂О, то на его содержание также следует внести поправку согласно табл. 2.3.

Таблица 2.2

Константы для расчета температур, соответствующих определенной вязкости стекол

lg η	Константы
	А	В		С	D
3	–22,87	–16,10		6,50	1700,40
4	–17,49	–9,95		5,90	1381,40
5	–15,37	–6,25		5,00	1194,27
9	–9,19	1,57		5,34	762,50
10	–8,75	1,92		5,20	720,80
11	–8,47	2,27		5,29	683,80
12	–7,46	3,21		5,52	632,90
13	–7,32	3,49		5,37	603,40
14	–6,29	4,01		5,24	561,50

Пример. Рассчитать температуру, соответствующую вязкости, логарифм которой равен 5 (lg η = 5). Дано стекло следующего состава (в мас. %): SiO₂ – 75; Al₂O₃ – 2; MgO – 4; CaO – 6; Na₂O – 13.

Сначала необходимо условно принять содержание MgO в стекле равным 3 % (т. е. средней величине для указанных выше пределов содержания этого оксида). Суммарное содержание MgO + CaO сохраняется постоянным. Таким образом, для рассматриваемого стекла  = 4 + 6, а после расчета 3 + 7 = 10.

В соответствии с константами, приведенными в табл. 2.2 для расчета lg η = 5, получим

t = –15,37 · 13 – 6,25 · 10 + 5 · 2 + 1194,27 =  941,8 ºС.

Эту величину необходимо уточнить в соответствии с принятым изменением содержания MgO и CaO. Для такой корректировки М. В. Охотин предложил величины повышения температуры, соответствующей определенной вязкости, при замещении 1 % CaO на 1 % MgO:

lg η	3	4	5	9	10	11	12	13	14
Повышение температуры в град	9	6	5	1	1	1,5	2	2,5	3

В рассматриваемом примере содержание MgO было уменьшено, а содержание CaO соответственно увеличено на 1 мас. %. Такое замещение вызовет повышение расчетной температуры на 5 ºС. Следовательно, для приведения температуры к заданному составу необходимо увеличить рассчитанную выше температуру на 5 ºС.

Таким образом, температура, при которой вязкость стекла заданного состава будет равна пяти, составит 941,8 + 5 = 946,8 ≈947 ºС.

Таблица 2.3

Температурные поправки, необходимые для поддержания постоянной вязкости