Введение к работе
Актуальность исследования. Разработка технологических режимов большинства процессов стекольной технологии требует знания температурной зависимости вязкости расплава данного состава в соответствующем интервале температур. Экспериментальное исследование этой зависимости - трудоемкая и дорогостоящая процедура.
За последние несколько десятилетий было предложено около двух десятков методов, позволяющих определять вязкость расплавов расчетным путем. Однако эти методы либо имеют серьезные ограничения по составу и/или температуре, либо не обеспечивают приемлемой точности расчета. В результате они позволяют решить задачу только для весьма ограниченного числа составов и, главным образом, лишь в области высоких температур.
Это обусловливает актуальность разработки модели, позволяющей с достаточной точностью рассчитывать вязкость широкого круга составов в широком интервале температур.
Цель работы состояла в выработке единого подхода к расчету вязкости силикатных и алюминатных расплавов и создании математической модели, единым образом описывающей концентрационно-температурную зависимость вязкости указанных расплавов в широкой области составов и температур.
Научная новизна. Предложен единый подход к описанию температурных и концентрационных зависимостей вязкости стеклообра-зующих расплавов в широком интервале составов и температур. Разработана модель, описывающая химические взаимодействия компонентов расплава как обратимые процессы. Оценены значения констант равновесия, необходимых для расчета. Предложено новое уравнение для описания температурной зависимости вязкости расплавов простых систем, согласующееся как с экспериментальными данными по вязкости расплавов в широком интервале температур, так и с теоретическим предельным значением вязкости при стремлении температуры к бесконечности. Впервые разработана количественная модель, позволяющая рассчитывать вязкость расплавов, принадлежащих к 20-компонентной оксидной системе, при минимальных ограничениях на содержание большинства компонентов.
Практическая значимость результатов и возможность их использования. Разработанный метод позволяет рассчитывать вязкость расплавов большинства типов промышленных силикатных стекол во всей области температур, имеющей значение для технологии. Это позволяет сократить затраты на исследования, связанные с разработкой и оптимизацией температурно-временных режимов разнообразных технологических процессов - от варки и формования стекломассы до вторичной термообработки готовых стеклоизделий и их эксплуатации.
Кроме того, в ходе работы над диссертацией разработана программа управления автоматическими измерительными комплексами, которые внедрены и успешно эксплуатируются в Институте химии силикатов РАН и АОЗТ «Термэкс» в течение пяти лет.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены на X Совещании по стеклообразному состоянию (г, Санкт-Петербург, 24-26 октября 1997 г.).
Публикации. По материалам диссертации автором опубликовано 5 статей общим объемом 5.5 условных печатных листов.
Объем и струюура диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 208 страницах, содержит 30 рисунков, 20 таблиц. Библиография включает 144 наименования.
Положения, выносимые на защиту:
• Вязкость силикатных и алюмосиликатных расплавов в широкой области составов и температур может быть представлена функцией концентрации немостиковых кислородных атомов и химической природы связанных с ними катионов-модификаторов.
• В бинарных силикатных системах в диапазоне содержания модифицирующих оксидов от долей процента до десятков процентов логарифм вязкости является линейной или близкой к ней функцией логарифма концентрации структурных групп, содержащих не-мостиковые атомы кислорода.
• При расчете вязкости силикатных, алюминатных, алюмосиликатных и боросиликатных расплавов предполагаемое содержание структурных групп можно рассчитывать с помощью математического аппарата теории химических равновесий.
• Температурная зависимость вязкости расплавов систем А1к20-Si02 и RO-AbCh-SiCb в диапазоне значений вязкости, охваченном известными исследованиями, с достаточной для расчетов точностью описывается уравнением
• Различие вязкости эквимолярных алюмосиликатных расплавов систем RO-Al203-Si02 (где R=Mg, Са, Sr, Ва) при одинаковой температуре можно объяснить разным содержанием немостиковых атомов кислорода, образующихся в результате реакций диссоциации соответствующих алюминатных комплексов.
• Вязкость расплавов систем AIk20-R0-(Al2O3)-SiO2 может быть с достаточной для расчетов точностью выражена через вязкость расплавов более простых систем в предположении, что текучесть расплава является суммой двух составляющих - «щелочной» и «нещелочной». Первая из них учитывает влияние щелочных катионов и свинца, а вторая - влияние прочих катионов-модификаторов, а также несвязанных оксидов алюминия и бора.
Похожие диссертации на Разработка метода расчета вязкости многокомпонентных стеклообразующих расплавов в широкой области температур
