Фізико-хімічні властивості розчинів рідкого скла
При виготовленні зварювальних електродів рідке скло виконує ряд функцій, що надають визначальний вплив на основні технологічні операції — опресування та термообробку електродів. Будучи сполучною, що надає обмазувальним масам необхідні робочі властивості, розчини рідкого скла роблять покриття готового електрода механічно міцним, а при певних режимах термообробки і вологостійким. Сухий залишок рідкого скла, що міститься в покритті готового електрода, істотно впливає на стабільність процесу зварювання, на властивості та склад наплавленого металу, а також на фізико-хімічні властивості шлаків, що утворюються. Він сприяє насиченню металу шва кремнієм за рахунок кремневідновлювального процесу, що протікає, а також насичення металу воднем за рахунок вологи, що утримується ним у покритті.
Волога досить міцно утримується сухим залишком рідкого скла (масовою часткою речовини після випарювання і відпо-
Розчини рідкого скла характеризує ряд основних параметрів, що підлягають контролю: вид, модуль, в'язкість, щільність. Значно рідше контролюють клейкість рідкого скла, а також його лужність, яка визначається значенням pH і пов'язану з концентрацією водневих іонів. Експериментально встановлено, що при зміні модуля рідкого натрієвого скла від 2,7 до 3,2 при щільностях, що використовуються в електродному виробництві, pH змінюється від 11,8 до 11,0. Обсяг знань про фізико-хімічні характеристики різних видів рідкого скла, що застосовуються в електродному виробництві, останніми роками значно розширено за рахунок системних досліджень, виконаних, головним чином, в ІЕС ім. Є. О. Патона НАН України [44-50 та ін.
Вид рідкого скла визначає склад силікатної брили, що використовується (див. табл. 48). Рідке скло можебути також приготоване змішуванням в бажаних пропорціях скла двох видів, наприклад, натрієвого з калієвим і т.д.
Модуль рідкого скла, який визначається аналогічно модулю силікатної брили, також є провідною характеристикою матеріалу. За абсолютною величиною при правильно проведеній розварці він близький до модуля вихідної силікат-брили. Деяке зниження модуля пов'язане з утворенням під час розчинення кремнеземистих опадів.
Щільність рідкого скла вимірюють г/см3 ареометром типу АОН-1 з ціною поділу не більше 0,01. Вимірювати щільність рідкого скла ареометром з більшою ціною поділу, наприклад 0,1, неприпустимо, так як зміна його щільності вже в 0,02-0,03 г/см3 може суттєво позначитися на властивостях скла. Після вимірювання щільності ареометр повинен бути негайно поміщений у чисту теплу воду, так як рідке скло, що засохло на поверхні ареометра, важко видаляється з неї. Крім того, при тривалому контакті скляного ареометра з лужним середовищем рідкого скла можливе руйнування поверхні ареометра. Усе це призводить до зниження точності показань.
Визначати щільність рідкого скла бажано за однієї і тієї ж температури, що дорівнює 20 °С; це пов'язано з дуже суттєвою залежністю щільності рідкого скла від температури. При неможливості доведення температури рідкого натрієвого скла до 20 °С заміряють його фактичну температуру і щільність при цій температурі. Потім густина рідкого скла наводить за наступною наближеною формулою до його густини при 20 °С: Р20 = Рт + 0,00056(Т-20), де Р20 - густина рідкого скла при 20 °С, г/см3; рт - вимірювана щільність рідкого скла при Т ° С, г/см3; Т – температура рідкого скла, °С.
Графіки залежності щільності натрієвого та калієво-натрієвого рідкогоскла від температури [51], наведені на рис. 59, можуть бути використані для наближеного визначення щільності рідкого скла при температурі, що цікавить, за результатами її виміру при іншій температурі.
У літературі іноді зустрічається визначення густини в градусах Боме. Залежність між щільністю р (г/см3) рідкого скла та градусами Боме (°Ве) виражається формулою р = 145/(145 - °Ве).
При перебігу рідини між її шарами виникає внутрішнє тертя. Його мірою є коефіцієнт в'язкості або коефіцієнт внутрішнього тертя TJ, який виражається в паскаль-секундах (Па с) або сантипуазах (сП); 1 Пас = 1000 сП = 1000 мПа-с.
Для справжніх розчинів значення коефіцієнта в'язкості Т) — постійна величина широкому діапазоні швидкостей течії.
Рідке скло є колоїдним розчином, у зв'язку з чим значення коефіцієнта в'язкості залежить від швидкості переміщення шарів і має відносний характер. Тому для отримання порівняних результатів в'язкість рідкого скла слід заміряти будь-яким одним методом.
При русі тіла у в'язкій рідині опір переміщенню залежить від її в'язкості. Коли сила, що створює рух, стала, швидкість переміщення визначає в'язкість середовища. Вимірюючи її, можна судити про в'язкість рідини. Виходячи з цього, зручним є визначення в'язкості методом падаючої кульки, наприклад, на найпростішому віскозиметрі конструкції МОСЗ (рис. 60). Віскозиметр є скляною трубкою довжиною 700-750 мм з внутрішнім діаметром 30-40 мм. Трубку із заглушеним нижнім кінцем встановлюють у вертикальному положенні в штатив. У задній стінці штатива є вузький проріз шириною 3-4 мм для підсвічування рідкого скла з метою спостереження за рухом у ньому металевогокульки. На скляній трубці нанесені два тонкі штрихи, що не змиваються, на відстані 500 мм один від одного. Верхній штрих наносять з відривом 100-120 мм від верхнього обріза трубки.
Мал. GO. Віскозиметр МОСЗ: 1 - основа;
2 - стійка, що підсвічує;
3 - вертикальна проріз у стійці;
5 - мірні ризики (штрихи);
6 - скляна трубка
В'язкість рідкого скла визначають за температури 20±1°С. Після доведення температури рідкого скла до зазначеної скло заливають у трубку на 5-8 мм нижче за її верхній зріз. Після випливання бульбашок повітря з рідкого скла в нього по осі трубки опускають металеву кульку і секундоміром заміряють час її падіння (руху) в рідкому склі між двома штрихами. Таких вимірів роблять щонайменше трьох.
В'язкість Г у сантипуазах у першому наближенні, згідно із законом Стокса, визначають за формулою r]=200(p-p())gr2/9i>, де р - щільність кульки, г/см3; р0 - щільність рідкого скла, г/см3; г - радіус кульки, см; g - прискорення вільного падіння, см/с2; v - швидкість руху кульки, см/с.
При застосуванні сталевих кульок із щільністю 7,875 г/см3 певного діаметру, наприклад 3,15 мм, формула після спрощення набуде вигляду Г)=10,8- (7,875 - р0)£, де Г] — в'язкість рідкого скла, сП; t - час руху кульки між двома штрихами на скляній трубці, с.
Значення коефіцієнта, що дорівнює 10,8, придатне тільки для кульки діаметром 3,15 мм. Застосування кульок іншого діаметра вимагатиме перерахунку коефіцієнта. Однак слід мати на увазі, що при діаметрі більше 3,4 мм отримані значення Т) дещо відрізнятимуться від його значення, визначеного з використанням кульки діаметром 3,15 мм. Це з особливостями колоїдних розчинів. Значення коефіцієнта К у формулі в'язкостірідкого скла може бути визначено за графіком (рис. 61).