CC BY
16
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ! РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО Ш1СТИТУТА ИМ,С,ГЛ.КИРОВА
Том 257 1973
О ВЗАИМОСВЯЗИ НЖОТОРЫХ ПОКАЗАТЕЛЕ:! СТРУКТУРНО-МЕХАНИЧЕСКИХ И ВОДНО-ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ
В.М.Витюгин, В.А.Лотов ( Представлена научным семинаром кафедры ОХТ)
С позиций физико-химической механики процессы пластического формования и гранулирования методом окатывания являются деформационными процессами. Величина деформирующих усилий в значительной мере предопределяется водно-физическими и структурно-механическими характеристиками увлажненных дисперсных материалов.
В процессах пластического формования структурно-механичес-кие свойства полуфабриката могут быть достаточно полно оценены величиной пластической прочности ( Р/П ) [I]. С помощью кривых зависимости пластической прочности структуры от ее абсолютной влажности можно определить также важнейшие характеристики полу--фабриката, как оптимальная формовочная влажность и его форму-емость. При оптимальной влажности структура полуфабриката приобретает наиболее ярко выраженные механические свойства предельно концентрированной суспензии.
В технологии гранулирования дисперсных материалов пригодность сырья оценивается по комкуемости [2] , Способность материалов к мокрой агрегации в значительной мере обусловливается природой этих материалов, которая в свою очередь характеризуется такими комплексными параметрами водно-физических свойств дисперсных материалов, как максимальная молекулярная ( №ммв ) и капиллярная (\Умкб) влагоемкость. Первый ш них характеризует комплекс поверхностных свойств и энергетическое состояние системы, второй - структурное состояние агрегируемого материала. Следует оговориться, что значение ВДВ в данной работе использует-
ся не в том смысле, который вкладывает в нее А.Ф,Лебедев, а как влажность, характеризующая физико-химическое состояние массы при нижнем пределе пластичности - несколько размятую границу, сверх которой основная роль в удержании влаги от сорбциониых сил переходит к капиллярным и обозначается в последующем символом НКВ - наименьшая капиллярная влагоемкость. Совокупность природных свойств дисперсных материалов достаточно полно оценивается по показателю агрегируешсти К , которой шкет бУ.ТЬ 01\рОДОЛСА\ ТО СЛСВДЩСТО
соотношения: \ 1/
/У VVHKB
A~ Wmkb-WHK* (i)
Анализ закономерностей мокрой агрегации дисперсных материалов показал, что основным условием'успешного осуществления процесса грануляции должно быть строгое соответствие между влагоемкостью и оптимальной влажностью агрегируемого материала Wonw [3] . Оно может быть представлено в виде
Wonm = % (2)
или
Wonm = WMKB ~ WUK» •
(3)
Все вышеприведенное свидетельствет о наличии двух методов определения оптимальной влажности для одних и тех же процессов взаимодействия дисперсных материалов с водойf что позволяет установить взаимосвязь между водно-физическими и структурно-механическими характеристиками дисперсных материалов.
Для экспериментальной проверки данного положения нами были исследованы шихты, составленные из тонкоизмельченного татарского боксита (фракция - 80 мк), шламов белого электрокорунда (фракция л50 - 0 мк) и технического глинозема.
Пластическую прочность структуры, формуемость и оптимальную влагу формования определяли по методике С.П.Ничипоренкс flj . Максимальную молекулярную влагоемкость ( WhK6 ) определял! по методу влагоемких сред [4] , а капиллярную ( WmKB ) - путем капиллярного всасывания дистиллированной воды колонками сухих дисперсных материалов диаметром 15 мм и высотой 100 мм.
Результаты исследований представлены в табл. I, из которой видно, что для шихт, составленных из боксита и шламов ЭБ, значения оптимальных влажностей формования и агрегирования -имеют хорошую сходимость. Для шихт боксит-глинозем и боксит-глинозем-шламы наблюдается некоторое расхождение результатов ввиду специфичности
172
структуры частиц глинозема [б] .
Известно, что пластическая прочность массы находится в обратно пропорциональной зависимости от ее абсолютной влажности [б] . Следовательно, для точки перегиба кривой Рт = /Ы , соответствующей оптимальному значению формовочной влажности и пластической прочности, можно написать выражение
Р^гг-С^-' М>
где У/опт- оптимальная формовочная влажность, кг/кг;
Ртопт- пластическая прочность массы, соответствующей н/см'";
С - коэффициент пропорциональности, характеризующий связность массы, н/см^;
Обработка экспериментальных данных позволила установить между ^оэйфициентами К и С зависимость, которая имеет вид
с-г-гЬг'
где С - коэффициент пропорциональности, н/см .
Значение коэффициента колеблется в пределах 0,98 1,02 и для практических расчетов может быть принято равным единице.
Подставив выражения (2,5) | (4), получим
Ртопт = £ ((-Ю- \Ннка ' (6)
Выражение (5) может 61 ть представлено в виде
г_ Р-Мша.— . (?)
С" Ь \Vonrr, -
Следовательно, для любкх значений влажности, несколько боль-WмMB , можно написать
_ с VУнкв
и а С _ (8)
п С У/нкв
м - Мнкв № (9)
Выражения (6,9) позволяют установить взаимосвязь между водно-физическими свойствами дисперсной системы и пластической прочности ее структуры, которая, очевидно, может отображать комплекс структурно-механических характеристик формовочного полуфабриката. Кроме того, используя выражение (9), можно расчетным путем установить зависимость пластической прочности массы от ее абсолютной влажности в границе пределов текучести, а также определить ее фор-муемость при \Wonm.
ших
или
Состав и основны
¿е структурно-механические и
исследуемых шихт
Таблица I водно-физические характеристики
1 № Боксит Глинозем . Шлам ЭБ Водно-физические характер • Структурно-механические характер.
шихты )МнК8?° \Умкь,% оптимальная влажность агрегирования К Рмопт н/см^ ! 1 к оптимальная Формовочная влажность, %
опытная расчетная с¥
I 100 - - 21,50 52,1 30,60 0,703 6,4 7,8 зд 30,0
2 100 - 22,60 61,20 38,60 0,585' - 3,65 - не определ.
3 - - 100 6,8 23,10 16,30 0,417 - 4,39 - ется
4 70 - 30. 17,10 44,15 26,95 0,635 6,6 6,5 2,1 25,6
6 60 - 40' 15,60 39,85 24,25 0,644 6,4 7,25 1,5 23,9
6 50 - 50 14,20 . 36,50 22,30 0,637 7,3 7,88 1,2 21,9
7 40 - 60 12,60 33,45 20,85 0,603 7,1 7,15 1,2 19,8
8 30 - 70 11,12 30,80 19,68 0,565 6,4 6,58 1,-3 19,0
9 70 30 - 21,78 52,40 30,60 0,71 6,4 8,0 3,0 33,0
10 60 40 - 21,95 52,0 30,05 0,718 8,5 8,5 3,2 33,6
II 50 50 - 22,00 53,35 31,35 0,703 7,4 7,42 3,4 34,6
12 40 60 - 22,20 54,62 32,42 0,686 - 6,75 - не опреде.
13 30 70 - 22,26 56,20 33,95 0,656 - 5,62 - ется
14 70 16 15 19,25 48,45 29,20 0,66 6,7 6,66 2,6 28,7
15 60 20 20 18,60 46,05 . 27,45 0,677 7,7 7,66 2,2 25,8
16 50 25 25 17,95 46,55 28,60 0,628 6,7 5,92 3,0 26,6
17 40 30 30 17,31 44,35 27,04 0,641 6,6 6,63 3,4 28,6
18 30 35 35 16,70 43,40 26,70 ~ 626 6,2 6,2 3,5 29,8
Расчетные и экспериментальные данные для сравнения представлены в табл. I и показывают удовлетворительную корреляцию между структурно-механическими и водно-физическими характеристиками увлажненных дисперсных материалов.
Литература
1. С.П.Ничипоренко. Физико-химическая механика дисперсных структур в технологии строительной керамики. "Наукова думка", Киев,1968.
2. В.М.Витюгин, А.С.Богма. Изв. вузов, "Черная металлургия", 1969, № 4, стр. 18.
3. В.М.Витюгин, А.С.Богма, П.Н.Докучаев. Изв. ВУЗов, "Черная металлургия", 1969, № 8, стр. 42.
4. А.М.Васильев. Основы современной методики и техники лабораторных определений физических свойств грунтов. М., Госиздат по строительству и архитектуре, 1953.
5. В.Л.Балкевич. Техническая керамика. Госстройиздат, 1968.
6. Р.И.Злочевская. Связанная вода в глинистых грунтах. Изд. МГУ, М., 1969.
