разное

Взаимосвязь между составом, свойствами пенообразующей смеси и параметрами получения пеностекла на основе сульфатсодержащих стекол [3]

Исследование процессов газо - н пенообразования в суль­фатсодержащих смесях, проведенное в нейтральной среде, сви­детельствует о различном влиянии технологических парамет­ров на интенсивность вспенивания пеностекла, а также на ход окислительно-восстановительных реакций между стеклом и углеродом. Поэтому целесообразно количественно оценить сте­пень влияния выбранных параметров на исследуемый процесс. Это позволит определить, каким образом внешние факторы процесса влияют на ход реакций окисления углерода за счет компонентов стекла. В связи с этим ставится задача найти ин­терполяционные формулы [181, 289] для определения коэффи­циента вспенивания и потерь массы пенообразующей смеси, обусловливающих тот или иной ход окислительно-восстанови­тельных реакций, и путем сравнения знака и величины коэф­фициентов, полученных для принятых переменных, оценить их влияние на вспенивание, а также на характер взаимодействия углерода с расплавом стекла.

На основания выполненных ранее исследований [290—292] в качестве переменных выбраны содержание углерода в пено­образующей смеси — х\, дисперсность стекла — х2; температу­ра процесса — х3 и его продолжительность — х4.

Влияние углерода в пределах 0,1—0,5% на процесс вспени­вания выражается нелинейной зависимостью. Поэтому с целью приближения ее к линейной функции необходимо уменьшить пределы варьирования данного фактора. Однако по техноло­гическим соображениям целесообразно изучить влияние угле­рода в более широком интервале его концентрации. Поэтому факторный эксперимент был проведен по двум планам типа 24-1 (1 и 2, см. табл. 19), которые отличались лишь пределами варьирования по углероду: х\ — 0,1 +0,3% и х— 0,3+0,5%. Выбор данных планов обусловлен тем, что, исходя из техноло­гических соображений, целесообразно оценить все линейные эффекты и три парных взаимодействия: Х[Хг; Х2Х3 и Х2Х4, опре­деляющих влияние изменения дисперсности стекла совместно с концентрацией углерода, температурой и продолжитель­ностью процесса. Приведенные в табл. 19 значения основных уровней интервалов варьирования, а также верхних и нижних уровней экспериментов выбраны на основании результатов, полученных при исследовании окислительно-восстановитель­ных процессов в пенообразующих смесях в атмосфере азота.

Матрица планирования и результаты эксперимента, про­веденного на установке (см. рис. 4.6) в нейтральной среде, при­ведены в табл. 20. Средние значения выходов эксперимента — коэффициента вспенивания и потерь массы — получены по данным трех параллельных определений.

Таблица 19

С учетом значимых коэффициентов регрессии для исследуе­мых свойств справедливы следующие уравнения: по плану 1:

У\ (Кв) = 2,46 - 0,33^ - і - 0,28х2 + 0,60*3 - f 0,72xt +

+ 0,1 7х2х4 + 0,11х2лг3, у0 (потери массы) = 0,87 + 0,12х2 + 0,09х3 + 0,10л:4 + -[- 0,04х2х4 + 0,05х2х3;

По плану 2:

У[ (Kv) = 1,63 - 0,82хх -f 0,1 \Хг 4- 0,40х3 - f 0,32х4 — 0,11ххх2 — 0,40х2х± — 0,32х2х3, УІ (потери массы) = 0,91 — 0,08^ 0,14х2 f

0,08х3 + 0,11х4.

Разность (уо—bo), вычисленная для каждого из выходов двух планов, оказалась незначимой, поэтому невключенные в даиные уравнения члены, связанные с эффектами высших по­рядков и остальными взаимодействиями, могут быть опуще­ны [289].

Анализируя уравнения (4.41) — (4.44), можно следующим образом оценить влияние переменных в выбранных пределах их варьирования. Коэффициент вспенивания смесей значитель­но снижается при увеличении содержания углерода в пено­образующей смеси, особенно интенсивно в интервале 0,3— 0,5%. Влияние остальных параметров различно. Так, в преде­лах 0,1—0,3% углерода в смеси (4.41) наибольшее влияние на интенсивность вспенивания оказывает продолжительность и несколько меньшее — температура процесса. Примерно вдвое меньше влияние дисперсности стекла и содержание углерода, при этом увеличение продолжительности и температуры про­цесса, а также тонины помола стекла повышает коэффициент вспенивания, тогда как повышение содержания углерода в смеси его понижает. Следует учитывать, что совместное увели­чение дисперсности стекла и температуры, а также дисперсно­сти стекла и выдержки положительно влияет па интенсивность вспенивания, но в значительно меньшей степени, чем каждый из этих параметров в отдельности.

В смесях с 0,3—0,5% С (4.43) основное влияние оказывает концентрация углерода — с ее возрастанием вспенивание тор­мозится. Вдвое меньшее действие оказывают температура и время, их увеличение, как и ранее, интенсифицирует процесс. В еще меньшей степени улучшает вспенивание увеличение ди­
сперсности стекла. Характерным отличием является и отри­цательная величина всех парных взаимодействий, их эффект практически полностью компенсирует положительное влияние повышения дисперсности стекла, температуры и продолжитель­ности процесса. Таким образом, процесс вспенивания при дан­ных пределах варьирования переменных определяется в основ­ном концентрацией углерода в пенообразующей смеси.

Потери массы смесей, содержащих 0,1—0,3% (4.42), при­мерно в равной степени определяются удельной поверхностью стекла, продолжительностью и температурой процесса. Эффек­ты парных взаимодействий вдвое меньше, чем линейные, одна­ко действие тех и других одинаково: совместное или раздель­ное увеличение дисперсности стекла, выдержки и температуры вспенивания приводит к возрастанию потерь массы.

В смесях с 0,3—0,5% углерода (4.44) потери массы также возрастают с увеличением дисперсности стекла, продолжитель­ности и температуры процесса, из них дисперсность стекла влияет в наибольшей степени. В отличие от предыдущего опыта здесь наблюдается отрицательное действие углерода, причем гю величине оно равнозначно температурному фактору. Все парные эффекты оказались в данном случае незначительными.

Анализ полученных уравнений (4.41)— (4.44), описывающих пеиообразующий и окислительно-восстановительный процес­сы, позволяет сделать следующие выводы.

Действие основных параметров технологического режима зависит от концентрации углерода в пенообразующей смеси. В смесях, содержащих 0,1—0,3% С, степень влияния параме­тров на коэффициент вспенивания уменьшается в следующем порядке: температурио-временной фактор, концентрация угле­рода, дисперсность стекла, дисперсность стекла совместно с продолжительностью и с температурой процесса. При этом по­вышение концентрации углерода более 0,2% снижает коэффи­циент вспенивания, а влияние остальных параметров и их парных взаимодействий положительное. 13 высокоуглероди­стых смесях (С = 0,3—0,5%) коэффициент вспенивания з наи­большей степени зависит от концентрации в них углерода и резко уменьшается при ее возрастании.

Окислительно-восстановительный процесс во всех исследо­ванных смесях интенсифицируется с повышением дисперсности стекла, времени и температуры выдержки, однако повышение концентрации углерода в пределах 0,4—0,5% активно тормо­зит данный процесс. В высокоуглеродистых смесях усиливает­ся положительная роль дисперсности стекла.

Полученные путем математической обработки эксперимен­тальных данных интерполяционные уравнения, характеризую­щие процесс вспенивания пеностекла в зависимости от состава и свойств пенообразующей смеси, с одной стороны, и условий его синтеза — с другой, подтверждают результаты теоретиче­ского и экспериментального исследований процесса пенообра­зования в углеродсодержащих пенообразующих смесях, изу­ченных нами и другими исследователями [5, 7, 50, 92, 115, 138, 140, 237]. В связи с этим данный метод определения основных параметров, характеризующих кинетику процесса вспенивания пеностекла, может быть положен в основу при разработке тех­нологии получения некоторых видов пеностекла порошковым способом из смесей различного химического и гранулометри­ческого составов. Ценность метода состоит не только в значи­тельном сокращении объема экспериментальных работ без потери надежности информации, но и в более точной интерпре­тации искомой модели, характеризующей процесс вспенивания пеностекла.