熔体粘度的测定

熔体粘度的测定——内圆柱体旋转法

在一定温度下熔体流动性能的好坏，一般用粘度的大小来衡量。粘度大的熔体流动性能差，反之粘度小的熔体则流动性好。粘度是炉渣最重要的物性之一。炉渣粘度关系到冶金熔体的多相反应动力学问题，因为质点在炉渣内扩散速度与炉渣粘度的大小成反比，粘度大质点扩散速度慢。反之粘度小则有利于质点扩散速度的加速；熔锍与炉渣在冶炼条件下的分层和澄清与它们的粘度有关，由斯托克公式可知金属颗粒在炉渣中的沉降下去，有利于降低渣中金属损失，提高金属回收率，炉渣粘度的大小还影响冶炼内温度的分布情况，粘度大的炉渣，需要保持较高的炉温以利于冶炼的正常进行，反之亦然。此外，炉渣粘度是其内部质点相互作用的一种现象，即炉渣粘度变化是其结构变化的宏观反映。有色冶金炉渣的粘度在熔炼温度下一般较小，不大于1Pa·S=10P（单位为牛顿·秒·米-2，或泊）。

测定熔体粘度的方法有多种。本实验采用内圆柱体旋转法进行粘度的测量。

一、实验目的

1.熟悉炉渣粘度用内圆柱体旋转法测定的原理，仪器结构。

2.正确掌握测试方法，要求会操作、会记录、会整理资料、并能正确绘制粘度——温

度曲线。

二、实验原理

钢丝悬挂的内圆柱体在高温炉渣中以慢速度旋转，在钢丝两端由于层流性质的炉渣的内摩擦力而产生一个扭角φ，在钢丝弹性范围内扭角的大小与炉渣的粘度、自身的角速度有如下关系：

φ=kω×η

在角速度一定的情况下，则有：

η=K×φ(1)

式中：

φ——钢丝扭角；k——常数；η——熔体粘度；K——仪器常数。

测量钢丝的扭角，是利用光电管接收光信号的先后产生两个不同步的电流信号，再经过转换器变成时间，测得时间即可。当圆柱体在熔体中旋转平稳后，所测得得时间差便也称为一个定值。由此，可以得到以下关系式：

φ=ω×t (2)

式中：

φ——钢丝扭角；ω——电机自转的角速度；t——光电管所测得的时间差。

由（1）、(2)式得到如下式：

η=K×t

仪器常数K可用已知标准粘度液体进行标定。得出K值。通过测定一定温度下的△t 值，就可计算出被测炉渣的粘度值。

上述公式是假设所受的粘滞力矩全部来自等测液体。实际上由于空气的粘滞力和吊丝材料的内摩擦。吊挂系统即使在空转时也会有一定的扭转，这一本底值在测量中会叠加到待测值上去。为此必须将公式修正如下：

η=K（t-t0）

式中t0表示仪器在空气中运转时毫秒计指示值。t0的来源有二：一是自身圆盘上通光孔未完全重合；一是在空转过程中旋转体与周围空气的摩擦。

通过两种已知粘度的液体进行标定，求出仪器常数K和t0.

三、实验仪器、试剂

仪器：

高温旋转粘度计，智能温度控制，竖式高温管状炉（φ100*700），刚玉坩埚

试剂：

已知粘度的标准液体，金属合金

四、实验步骤：

1. 利用智能温度控制器，通电对竖式高温管状炉进行升温；

2. 启动高温粘度计，对仪器常数进行标定,通过计算得出具体数据；

3. 当温度升高到金属盐的熔点附近，将盐装入坩埚，小心放入炉内；

4. 当盐融化后，对熔体粘度进行测定，并记下温度及相应的粘度；

5. 继续升高炉温，每隔50℃，依次测量熔体粘度，记下相应的温度及粘度；

6. 实验完毕，取出坩埚，小心烫伤！并切断所有相关电源。