在一定溫度下熔體流動性能的好壞,一般用粘度的大小來衡量。粘度大的熔體流動性能差,反之粘度小的熔體則流動性好。粘度是爐渣重要的物性之一。爐渣粘度關(guān)系到冶金熔體的多相反應(yīng)動力學(xué)問題,因為質(zhì)點在爐渣內(nèi)擴散速度與爐渣粘度的大小成反比,粘度大質(zhì)點擴散速度慢。反之粘度小則有利于質(zhì)點擴散速度的加速;熔锍與爐渣在冶煉條件下的分層和澄清與它們的粘度有關(guān),由斯托克公式可知金屬顆粒在爐渣中的沉降下去,有利于降低渣中金屬損失,提高金屬回收率,爐渣粘度的大小還影響冶煉內(nèi)溫度的分布情況,粘度大的爐渣,需要保持較高的爐溫以利于冶煉的正常進行,反之亦然。此外,爐渣粘度是其內(nèi)部質(zhì)點相互作用的一種現(xiàn)象,即爐渣粘度變化是其結(jié)構(gòu)變化的宏觀反映。有色冶金爐渣的粘度在熔煉溫度下一般較小,不大于1Pa·S=10P(單位為牛頓·秒·米-2,或泊)。
測定熔體粘度的方法有多種。本實驗采用內(nèi)圓柱體旋轉(zhuǎn)法進行粘度的測量。
一、實驗?zāi)康?/strong>
1. 熟悉爐渣粘度用內(nèi)圓柱體旋轉(zhuǎn)法測定的原理,儀器結(jié)構(gòu)。
2. 正確掌握測試方法,要求會操作、會記錄、會整理資料、并能正確繪制粘度——溫度曲線。
二、實驗原理
鋼絲懸掛的內(nèi)圓柱體在高溫爐渣中以慢速度旋轉(zhuǎn),在鋼絲兩端由于層流性質(zhì)的爐渣的內(nèi)摩擦力而產(chǎn)生一個扭角φ,在鋼絲彈性范圍內(nèi)扭角的大小與爐渣的粘度、自身的角速度有如下關(guān)系:
φ=kω×η
在角速度一定的情況下,則有:
η=K×φ (1)
式中:
φ——鋼絲扭角;k——常數(shù);η——熔體粘度;K——儀器常數(shù)。
測量鋼絲的扭角,是利用光電管接收光信號的先后產(chǎn)生兩個不同步的電流信號,再經(jīng)過轉(zhuǎn)換器變成時間,測得時間即可。當(dāng)圓柱體在熔體中旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)后,所測得得時間差便也稱為一個定值。由此,可以得到以下關(guān)系式:
φ=ω×t (2)
式中:
φ——鋼絲扭角; ω——電機自轉(zhuǎn)的角速度; t——光電管所測得的時間差。
由(1)、(2)式得到如下式:
η=K×t
儀器常數(shù)K可用已知標準粘度液體進行標定。得出K值。通過測定一定溫度下的△t值,就可計算出被測爐渣的粘度值。
上述公式是假設(shè)所受的粘滯力矩全部來自等測液體。實際上由于空氣的粘滯力和吊絲材料的內(nèi)摩擦。吊掛系統(tǒng)即使在空轉(zhuǎn)時也會有一定的扭轉(zhuǎn),這一本底值在測量中會疊加到待測值上去。為此必須將公式修正如下:
η=K(t-t0)
式中t0表示儀器在空氣中運轉(zhuǎn)時毫秒計指示值。t0的來源有二:一是自身圓盤上通光孔未完全重合;一是在空轉(zhuǎn)過程中旋轉(zhuǎn)體與周圍空氣的摩擦。
通過兩種已知粘度的液體進行標定,求出儀器常數(shù)K和t0.
三、實驗儀器、試劑
儀器:
高溫旋轉(zhuǎn)粘度計,智能溫度控制,豎式高溫管狀爐(φ100*700),剛玉坩堝
試劑:
已知粘度的標準液體,金屬合金
四、實驗步驟:
1. 利用智能溫度控制器,通電對豎式高溫管狀爐進行升溫;
2. 啟動高溫粘度計,對儀器常數(shù)進行標定,通過計算得出具體數(shù)據(jù);
3. 當(dāng)溫度升高到金屬鹽的熔點附近,將鹽裝入坩堝,小心放入爐內(nèi);
4. 當(dāng)鹽融化后,對熔體粘度進行測定,并記下溫度及相應(yīng)的粘度;
5. 繼續(xù)升高爐溫,每隔50℃,依次測量熔體粘度,記下相應(yīng)的溫度及粘度;
6. 實驗完畢,取出坩堝,小心燙傷!并切斷所有相關(guān)電源。
