熔体流变特性的测定方法

　　粘度是熔体的重要物性之一·在冶金生产中,熔渣的粘度对控制流程,提高产品质量和降低能耗等都起到非常重要的作用·牛顿流体是理想流体,完全满足其要求的流体在实践中是不存在的·通常对偏离牛顿流体较小的流体可以将其看做牛顿流体,而对偏离牛顿流体较远的流体不能看做牛顿流体·非牛顿流体的粘度与牛顿流体的粘度不同,它随剪切速率的变化而改变[1~6]·由于没有非牛顿流体的标准,需要给出借助于牛顿流体的标准来确定非牛顿流体的方法·本文研究的重点是,通过试验来确定偏离牛顿流体的容许程度,由此来确定熔体是否为非牛顿流体·

　　1　试验设备改造和误差分析

　　试验所用的设备为自行改造的RTW-04型熔体物性综合测定仪·该仪器采用传感器技术测定粘度,微机自动采集处理试验数据和自动控制整个测试过程·原设备只能测定固定转速(300 r/min)下熔体的粘度,不能测定其他转速下的粘度,因而不能获得熔体的剪切速率与剪切应力的关系·要对该设备的调速系统及传感器等进行改造,实现无级调速,才可以确定剪切速率与剪切应力的关系,进而给出熔体的流变特性·

　　1.1　设备改造

　　为了确定熔体的流变特性,要求改造后的设备在不发生湍流的条件下,尽量选择可调转速在较宽的范围内·无机变速电机在低转速下要有较高分辨率和精度·由变频调速的方法来实现电动机的无级调速,使用的调速仪器调频范围为0~100 Hz·电动机的调速范围为0~600 r/min·为准确确定调速的精度,采用多圈电位器代替其原有的电位器·使用DDA-2 MCU型数字转速器测量电动机转速·其测频范围为0~9 999Hz,精度为0·5级·为进一步提高测量精度,采用新一代应变传感器·它将扭矩信号经传感器转换成电信号,由发射装置发出与扭矩成正比关系的频率信号,经接收器和处理电路,再转换成电压,数字显示瞬时扭矩的大小·

　　1.2　仪器的重复性误差

　　为了确定改造后设备的系统误差,采用中国计量科学研究院的标准油标定测量的精度·标准油GBW13608,GBW13609和GBW13610,其动力学粘度值分别为0·515,0·919,2·894 Pa·s·分别选择不同转速(r/min):300,240,210,180,150,120,90,60,30和20·试验的温度为20℃·测定标准油GBW13608的仪器常数如表1所示·

　　利用表1的仪器常数测定标准油GBW13608,GBW13609和GBW13610在不同转速下的粘度值·表2为3种标准油在平行试验中偏差最大的数据,其粘度平均值分别为0·507,0·831,2·783 Pa·s·传感器对粘度低于0·1 Pa·s没有反应,故该设备测定粘度的下限值为0·1 Pa·s·

　　在表2中,3种标准液粘度值的样本标准偏差分别为1·065%,1·280%和5·100%,样本标准偏差系数分别为2·10%,1·54%和1·90%·表3给出了不同组试验测定不同转速下粘度平均值,样本标准偏差和偏差系数·