» » Общие закономерности переноса капель в жидком шлаке, находящемся в электрическом поле
18.12.2014

Экспериментальное подтверждение скачка потенциала на границе раздела металл—шлак и снятие электрокапиллярных кривых в высокотемпературных расплавах позволили предположить, что электрокапиллярные движения жидких металлических капель могут происходить не только в водных растворах, но и в расплавленных шлаках.
В 1958 г. О. А. Есин и В. В. Хлынов, по-видимому, впервые наблюдали движение металлических капель, погруженных в расплавленный шлак, в электрическом поле. Сущность этого процесса заключается в том, что приложенное внешнее электрическое поле увеличивает исходный положительный заряд капли у края, обращенного к катоду. Вследствие этого отрицательные заряды, расположенные в шлаке, смещаются таким образом, что плотность их у этого края также становится больше. Вдоль поверхности капли возникает градиент натяжения. Обусловленные им силы вызывают вихреобразные токи, благодаря которым капля совершает реактивное движение к катоду. При обратном расположении зарядов капля направляется к аноду. Теория этого явления разработана пока лишь для идеально поляризуемых капель в электрическом поле небольшой напряженности. При поляризации капли в электрическом поле напряженностью E разность потенциалов Atp меняется от точки к точке по уравнению
Общие закономерности переноса капель в жидком шлаке, находящемся в электрическом поле

в котором Δφ0 = ε0/C — скачок потенциала в двойном электрическом слое с интегральной емкостью С, а θ — угол между направлением поля и радиусом-вектором к центру капли в заданную точку поверхности. Считается, что изменение потенциала от лобовой и кормовой частей капли достаточно мало, так что на этом отрезке плотность заряда ε, определяемая по уравнению Липпмана
Общие закономерности переноса капель в жидком шлаке, находящемся в электрическом поле

постоянная во всем интервале изменения Δφ. Скорость движения поверхности Vа связана со скоростью электрокапиллярного движения капли в целом Ve уравнениями
Общие закономерности переноса капель в жидком шлаке, находящемся в электрическом поле

и
Общие закономерности переноса капель в жидком шлаке, находящемся в электрическом поле

где η, η' — вязкость шлака и металла соответственно; ϗ — электропроводность шлака.
Протекание электрического тока через каплю приводит к ее деполяризации, т. е. к уменьшению скачка потенциала и, как следствие, к уменьшению градиента натяжения и снижению скорости движения капли. В этом случае
Общие закономерности переноса капель в жидком шлаке, находящемся в электрическом поле

Появление коэффициента деполяризации
Общие закономерности переноса капель в жидком шлаке, находящемся в электрическом поле

иллюстрирует тот факт, что обмен ионами на границе раздела металл—электролит приводит к уменьшению |Δφ| и, следовательно, к снижению величины Δσ от лобовой и кормовой частей капли. Сопротивление границы раздела ω, входящее в коэффициент деполяризации, зависит от тока i, характеризующего кинетические возможности реакции:
Общие закономерности переноса капель в жидком шлаке, находящемся в электрическом поле

В этом выражении величина i характеризует уже не ток обмена химической реакции, а предельный диффузионный ток
Общие закономерности переноса капель в жидком шлаке, находящемся в электрическом поле

Предельный диффузионный ток является функцией полярного угла
Общие закономерности переноса капель в жидком шлаке, находящемся в электрическом поле

и величина со в уравнении (3.7) различна в разных точках поверхности и уменьшается с увеличением скорости движения.
Влияние температуры на кинетику электрокапиллярных движений должно проявляться преимущественно через изменение вязкости. В уравнении (3.7) ток обмена i также является функцией температуры:
Общие закономерности переноса капель в жидком шлаке, находящемся в электрическом поле

поэтому при х = const
Общие закономерности переноса капель в жидком шлаке, находящемся в электрическом поле

Когда Ei≥Eη, скорость с ростом температуры должна уменьшаться. Если же темпы изменения η и ω с температурой различаются несущественно, то влияние температуры на скорость сказываться практически не будет.