ТЕХНОЛОГИЯ ОГНЕУПОРОВ

ХИМИЧЕСКОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ

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

V= (D/X) (Сн — Су), (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/v)~i/3Vv/m, (II .88)

Где v — кинематическая вязкость, м2/с; <в — угловая скорость враще­ния образца, с-1.

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

V = Q,62D2l-ll6(CH ~CV) (11.89)

Или для диффузионного режима растворения:

V — /Ссо°.5. (П.90)

При растворении цилиндрических образцов условия движения расплава несколько отличаются от предыдущего случая, и кинети­ческое уравнение (по Кингери) принимает вид:

К = 0,79 (Did) Re°-?(v/D) (Сн ~CV), (11.91)

Где Re — критерий Рейнольдса по диаметру образца d.

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

» = со0'7 (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

В расплавленном шлаке прн постоянной температуре 6 заданной скоростью в пределах 64—650 об/мин. По убыли массы образца, площади и времени растворения (1—10 мин) рассчитывают скорость, растворения v, мг/(см2-с). Затем строят график в координатах в

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. 11.5.

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 А1203, 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 А1203 (2,9-10~6 см2/с) к MgO (9,ЗХ ХЮ-6 см2/с) и далее к Si02 (3,2-Ю-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 Al2Os; 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 Y203.

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 н 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 шлаки, также пересекает ряд изотерм. Количество жидкой фа­зы в точках на этой линии для ряда температур находят по правилу рычага. Количество жидкой фазы и будет соответствовать степени оплавления огнеупора при данной температуре.