Ni3S2 FeS, CoS, в какой-то степени роднит их с металлами, в которых связь осуществляется за счет обобщенных электронов. Типично ионной структурой обладают Na2S и Sb2S3.
В системе Ni3S2—Cu2S (рисунок 3.7) установлено уменьшение поверхностного натяжения с ростом концентрации Cu2S, что, по мнению авторов работы, связано со снижением в растворе концентрации избыточного никеля.
В системе Ni3S2—FeS, по данным работы, обнаружен минимум поверхностного натяжения, относящийся примерно к составу инконгруэнтно плавящегося соединения 2FeS∙Ni3S2. В работе А. В. Шейнина и В. Л. Хейфеца, изучавших поверхностное натяжение данной системы, такого
минимума обнаружено не было.
Бинарные сульфидные системы FeS— PbS, Cu2S—PbS были исследованы в Московском институте стали и сплавов. Результаты измерения поверхностного натяжения этих систем представлены на рисунках 3.12 и 3.13.
Рисунок 3.12 Поверхностное натяжение в системе FeS— PbS
Измерение поверхностного натяжения производили методом рентгеносъемки лежащей капли. Расчеты производили с помощью таблиц Башфорта и Адамса. Капли сульфидов помещали на графитовых подложках в кварцевые контейнеры с притертой крышкой для снижения возгонки PbS. Потеря массы образца в этом случае за время опыта не превышала 0,5%. Поверхностное натяжение чистого PbS достаточно точно определить не удалось из-за высокой его летучести.
Рисунок 3.13 Поверхностное натяжение в системе Cu2S—PbS
Резкое снижение поверхностного натяжения расплава при замене в нем атомов железа на более крупные и энергетически более слабые атомы свинца при постоянном содержании серы в расплаве можно объяснить лишь появлением в поверхностном слое наряду с серой свинца. Отрицательное отклонение на графике кривой поверхностного натяжения от идеальной прямой указывает на то, что концентрация свинца в поверхностном слое несколько превышает объемную (рисунок 3.8). Следовательно, можно говорить о поверхностной активности сульфида свинца в данной системе.
В системе Cu2S—PbS (рисунок 3.9) поверхностное натяжение изменяется при 1300° С от 378 мн/м (дин/см) у сульфида меди до 253 мн/м (дин/см) для расплава, содержащего 80% (мол.) РbS. для данной системы характерно положительное отклонение изотермы поверхностного натяжения от
аддитивной прямой.
Ниже приведены результаты исследований поверхностного натяжения штейновых систем, характерных для медной, медно-никелевой, никелевой и свинцовой плавок.
Величина поверхностного натяжения медного штейна содержащего 20% Сu, меняется в пределах 305—340 мн/м (дин/см) и увеличивается с возрастанием температуры. Промышленные медные штейны, как правило, содержат кислород, а нередко и цинк. Влияние этих компонентов на поверхностное натяжение медного штейна (20% Сu, 28% S) представлено в таблице 3.7.
Добавки магнетита значительно снижают поверхностное натяжение штейнового расплава, что особенно заметно при низких температурах. Влияние магнетита подтверждает представление о поверхностной активности кислорода в металлических и близких к ним системах. Различие сродства к кислороду у меди и железа должно приводить к образованию в расплаве сложных кислородсодержащих микрогруппировок железа и
вытеснению последних в поверхностный слой.
Снижение поверхностного натяжения медного штейна добавками сульфида цинка может быть объяснено увеличением в системе концентрации
серы, приходящейся на один атом металла. В настоящее время рост поверхностного натяжения медных штейнов с увеличением температуры еще не может быть объяснен сколько-нибудь удовлетворительно из-за отсутствия данных по структуре жидких сульфидов
Таблица 3.8 – Влияние добавок Fe3O4 и ZnS на поверхностное натяжение медного штейна
Натрий, по данным работы, по отношению к медному штейну также является поверхностно активным компонентом. Так, при температуре 1300° С поверхностное натяжение медного штейна, содержащего 20% Сu, снижается при введении в него 8% Nа с 310,5 до 242,5 мн/м (дин/см).
Поверхностное натяжение никелевого штейна, содержащего 16,11% Ni, 1,05% Со и 17,17% S, при повышении температуры с 1300 до 1380°С снижается с 346 до 324 мн/м (дин/см).
Температурный коэффициент dσ/dТ медно-никелевых штейнов, содержащих ~15% Ni и 7% Сu, имеет положительное значение.
Результаты исследования поверхностного натяжения медно-свинцовых штейнов представлены на рисунке 3.14.
Увеличение в расплаве концентрации такого поверхностно активного компонента, как сульфид свинца, приводит к резкому уменьшению поверхностного натяжения. При одном и том же содержании свинца в штейне изменение соотношения между Сu2S и FеS не вызывает сколько-нибудь заметного изменения значений поверхностного натяжения. Температурный коэффициент поверхностного натяжения медно-свинцовых штейнов отрицателен.
Рисунок 3.14 Зависимость поверхностного натяжения медно-свинцовых штейнов от содержания PbS
1-FeS:Cu2S=50:50; 2- FeS:Cu2S=70:30; 3- FeS:Cu2S=85:15
4 ВЯЗКОСТЬ ШЛАКОВЫХ СИСТЕМ
4.1 Вязкость простейших силикатов и структура шлака
Знание вязкости расплавов силикатов необходимо многим областям науки и техники, стекольной и керамической промышленности, черной и цветнойметаллургии. В цветной металлургии от вязкости или, вернее, от обратной ей величины — текучести шлака зависит нормальное протекание металлургических процессов при плавке руд и концентратов. От вязкости шлака, от температуры его плавления зависит производительность печных агрегатов.
Большое влияние вязкость силикатных расплавов оказывает на кинетику химических реакций и скорость разделения продуктов плавки, а следовательно, и на величину потерь цветных металлов с отвальными шлаками. До сих пор еще нередко высказывается мнение, что потери цветных металлов со шлаком главным образом зависят от их вязкости.
Исследование вязкости жидких силикатов позволяет в какой-то мере судить о структуре расплавов. С. Курнаков и А. И. Бачинский указывали, что вязкость жидкостей является их структурно-чувствительной характеристикой.
Выяснение природы вязкостных свойств неотделимо от теории жидкого состояния, общие положения которой были кратко рассмотрены ранее. Наличие вакансий между элементарными частицами, составляющими жидкость, приводит к тому, что для некоторых частиц энергетический барьер взаимодействия с соседними частицами (атомами, молекулами или ионами) оказывается пониженным. Приложение тангенциальной силы в этом случае приводит к тому, что такие «активированные» частицы могут сместиться из одного равновесного положения в другое в направлении действия силы. В результате таких «перескоков» активированных частиц возникает вязкое течение жидкости. Ниже приводится более подробное рассмотрение этого явления на основании модели, предложенной Я. И. Френкелем.
Представим себе, что к жидкости в виде прямоугольного параллелепипеда при отсутствии силы тяжести приложена тангенциальная сила F (рисунок 4.2)).
Рисунок 4.1 Схема действия тангециальной силы (F) на жидкость в случае вязкого течения
Каждая частица жидкости (пусть, например, это будут атомы), будет находиться под воздействием силы F. Однако эффективное воздействие приложенная сила окажет лишь на атомы, находящиеся в активированном состоянии. Неактивированные атомы, находящиеся под воздействием силы F, будут продолжать колебаться вокруг своих временных положений равновесия. Активированные же совершат перескок относительно первых в новое положение. Эти перескоки активированных атомов относительно неподвижных совершаются прерывным образом в течение небольшого промежутка времени. Я. И. Френкель указывает, что такое перемещение будет происходить лишь в том случае, если сила действует длительное время в одном и том же направлении. Если время t, в течение которого эта сила действует, мало по сравнению со временем оседлой жизни атомов τ, то никакого течения не получится. Тело не успеет потечь в случае мгновенного приложения силы. Время оседлой жизни частиц для большинства жидкостей составляет 10-10 сек, поэтому прерывный перескок отдельных активированных атомов создает впечатление непрерывного течения жидкости.
Действие силы F на нижележащий слой атомов передается подобно давлению, вовлекая этот слой, а за ним нижележащий в вязкое течение. Каждый слой атомов движется по отношению к нижележащему слою со средней скоростью Δv=qF, где q — коэффициент пропорциональности, характеризующий подвижность атома.
Элементарное перемещение атома из одного равновесного положения в другое обозначим через «шаг», равный δ. Тогда
(4.1) 
Напряжение — сила, действующая на единицу поверхности жидкости Р
, будет равна произведению силы F на число атомов, расположенных на единице поверхности:
(4.2)
Следовательно
(4.3)
Это выражение аналогично закону текучести, установленному еще Ньютоном, причем коэффициент текучести равен q. Обычно закон вязкого течения пишут в другом виде, где напряжение выражается через градиент скорости
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 |
Основные порталы (построено редакторами)