F: là lực cần thiết để tạo ra giữa 2 lớp có điện tích S một gradient tốc độ
dy
dv

dv: là chênh lệch tốc độ giữa 2 lớp.
dy: là khoảng cách giữa 2 lớp.
: là độ sệt (poa)
Độ sệt có ảnh hởng rõ rệt tới tốc độ khuyếch tán của các phần tử. Trong điều kiện
không chuyển động thì mối quan hệ giữa hệ số độ sệt và hệ số tốc độ khuyếch tán D cm
2
/
sec, đợc biểu thị nh sau:
D = const.
nghĩa là tốc độ khuyếch tán tỉ lệ nghịch với độ sệt.
Khi lớp xỉ chảy rối, nếu độ sệt của xỉ tăng lên sẽ làm giảm tốc độ truyền khối của các
cấu tử do giảm bớt cờng độ xáo trộn.
Độ sệt của xỉ phụ thuộc vào nhiệt độ và thành phần của nó. Khi tăng nhiệt độ độ sệt
của xỉ giảm xuống. Quan hệ đó đợc biểu thị theo phơng trình:
= A.exp (En/RT)
A: hằng số đặc trng cho từng dịch thể.
exp: số mũ với cơ số e của log tự nhiên (y = epx Z đợc viết dới dạng y = e
Z
)
E: hoạt năng của dòng chảy.
Độ sệt thay đổi theo thành phần và nhiệt độ của xỉ, ví dụ xỉ lò cao ở 1500
O
C có độ sệt
khoảng 5 poa, xỉ kiềm lò thép ở 1550 - 1650
O

2
vì cấu tử này thúc
đẩy sự hoà tan CaO, MgO trong xỉ (hình 4 -12).
Độ sệt của xỉ axit cao hơn độ sệt của xỉ kiềm rất nhiều và nó lại giảm khi hàm lợng
của CaO, FeO, tăng.
Các phơng pháp đo độ sệt của xỉ.
Có rất nhiều phơng pháp đo độ sệt, nhng ở nhiệt độ cao trong các ngành luyện kim
và silicát thờng chủ yếu sử dụng các phơng pháp sau đây:
- Phơng pháp mao dẫn.
- Phơng pháp vật rơi.
- Phơng pháp kéo bi.
- Phơng pháp quay.
- Phơng pháp dao động.
Sau đây chúng ta nghiên cứu một vài phơng pháp dễ có điều kiện ứng dụng và cho kết
quả chính xác.
Đo độ sệt theo phơng pháp mao dẫn.
Phơng pháp này dựa vào thời gian chảy của một thể tích xỉ lỏng qua một ống mao
dẫn. Từ kích thớc ống mao dẫn, thể tích xỉ lỏng chảy qua ống và thời gian chảy ta có thể tính
đợc độ sệt (xem hình 4.13).
Theo công thức :
=
H
VI
Ptr

8
2


: độ sệt, poa.
Đo độ sệt theo phơng pháp quay.
Thiết bị đo bao gồm 1 nồi đựng chất nóng
chảy, một trực quay có gắn khối trụ để nhúng vào
chất nóng chảy, trục quay đợc nối liền với thiết bị
đo và mômen quay, (xem 4.14). Dựa trên quan hệ
giữa độ sệt và mômen quay, ngời ta tính toán độ
sệt chất nóng chảy theo công thức sau: =









222
11
8
ai
rHnh
M


: độ sệt, Poa

Xỉ lỏng

Mức
Cần nút
Hình 4.14: Sơ đồ đo độ sệt của xỉ theo phơng pháp quay.
a. Trục quay; b. Nồi quay

Độ đo sệt bằng phơng pháp rung động điện.
Gần đây ngời ta đã chế tạo thiết bị đo độ sệt của xỉ bằng phơng pháp rung động
điện. Kết quả đo chính xác và thiết bị đo có thể lắp đặt đợc theo sơ đồ hình 4.15.
Số liệu thờng đọc đợc trên đồng hồ mà không phải tính toán.

1. Máy phát tần số.
2. máy tạo phách đảo.
3. Vôn kế điện tử.
4. ổn áp.
5. Vôn kế.
6. Vôn kế.


Hình 4.15: Sơ đồ thiết bị độ sệt của xỉ theo
phơng pháp rụng động điện



O
C
b. ë 1600
O
C

a)

b)
H×nh 4.19: §é sÖt xØ
hÖ CaO
-

CaF
2

-

La
2
O
3
ë 1500
O
C

( Poa)
H×nh 4.20: §é sÖt xØ hÖ CaO



O
3

ë 1450
O
C (Poa)
a. Khi Al
2
O
3
= 5%;
b. Khi Al
2
O
3
= 10%;
c. Khi Al
2
O
3
= 15%;
H×nh 4.23: §é sÖt xØ hÖ CaO
- FeO - SiO
2

(a). cã 5% Al
2
O
3

(b). cã 15% Al
2
O
3
4.3.3. Độ dẫn điện của xỉ.
Độ dẫn điện biểu thị khả năng cho dòng điện chạy qua của các chất. Vì xỉ lỏng là chất
dẫn điện li nên nó dẫn điện. Độ dẫn điện của xỉ lỏng là một đặc tính quan trọng. Nó phụ thuộc
vào độ linh động của các ion, nhất là các cation. Nh đã biết, xỉ luyện kim thuộc nhóm dẫn
điện loại hai, khả năng dẫn điện phụ thuộc vào số lợng, chủng loại và sự chuyển động của ion
trong xỉ. Nói cách khác, khả năng dẫn điện của xỉ đợc quyết định bởi độ phân li, đờng kính
và điện tích các ion, cũng nh tác dụng tơng hỗ và tốc độ chuyển động của chúng trong xỉ.
Độ dẫn điện của xỉ lỏng là một đặc trng về tính vật lí đợc dùng để nghiên cứu cấu trúc của
nó. Ngoài ra độ dẫn điện còn đợc ứng dụng trong các quá trình luyện kim ở lò điện. Thí dụ
trong quá trình tinh luyện bằng điện xỉ, nhiệt toả ra trong quá trình là do điện trở lớp xỉ.
Tính dẫn điện của xỉ có thể là nguyên nhân gây ra sự chuyển động của các điện tử, ion,
hay đồng thời cả hai dạng trên trong xỉ. Sự dẫn điện bằng ion của xỉ khác với sự dẫn điện bằng
điện tử ở kim loại hay hợp kim là ở chỗ sự dẫn điện bằng ion có liên quan tới sự chuyển vận
khối của chất nóng chảy và sự phát triển của các phản ứng điện cực trong trờng hợp điện
phân, nhờ đó ta xác định đợc lợng của từng cấu tử theo trị số về cờng độ dòng điện đi ra.


dẫn điện giảm và ngợc lại, quan hệ đó đợc biểu thị theo biểu thức:
n
const


; n >1
Lợi dụng tính dẫn điện của xỉ ngời ta đã đề ra một phơng pháp giảm lu huỳnh
trong kim loại bằng cách cho tác dụng dòng điện một chiều vào kim loại lỏng tiếp xúc với xỉ.
Khi đó các anion S
2-
sẽ chạy về cực dơng, nghĩa là chuyển từ kim loại vào xỉ. Khi có tác dụng
của một điện trờng bên ngoài thì sự dẫn điện của xỉ chủ yếu do các ion tự do gây ra, đó chính
là các cation kim loại Me
2+
đơn giản.
Khi xỉ lỏng bắt đầu xuất hiện mầm kết tinh bất đẳng hớng thì độ dẫn điện của nó
giảm xuống đột ngột, đó chính là nhiệt độ bắt đầu kết tinh và khi xỉ đông đặc hoàn toàn thì độ
dẫn điện của nó có giá trị rất nhỏ. Vì vậy có thể xác định nhiệt độ nóng chảy của xỉ bằng
cách gián tiếp thông qua đo điện trở suất của nó.
Các phơng pháp đo độ dẫn điện của xỉ.
Để thuận lợi trong việc xác định độ dẫn điện của xỉ, thông thờng ngời ta đo đại
lợng nghịch đảo của nó là điện trở. Ngày nay hầu hết các cách đo điện trở của xỉ đều dựa
theo 3 phơng pháp sau:
- Thông qua dòng điện và điện áp rồi tính toán điện trở.
- Đo trực tiếp điện trở bằng cầu đo.
- Đo điện trở theo phơng pháp 2 hoặc 4 cực.
Thiết bị đo bao gồm nồi đựng xỉ lỏng đóng vai trò một điện cực, còn điện cực thứ hai
đợc nhúng thẳng vào trung tâm nồi xỉ (hình 4.26A). Đo theo phơng pháp này có thuận lợi là
các điện cực không cần cách điện lẫn nhau, điều mà ở nhiệt độ cao rất khó thực hiện, nhng
việc xác định diện tích bề mặt điện cực, trung tâm nồi xỉ và chiều sâu điện cực nhúng vào xỉ


Hình 4.26: Sơ đồ nguyên lí do điện trở của xỉ lỏng.
1. Điện cực; 2. Nồi đựng xỉ; 3. Xỉ lỏng. Hình 4.27: Sơ đồ cấu tạo thiết bị đo điện trở của xỉ
(theo phơng pháp nhúng cả 2 điện cực vào xỉ lỏng hình 4.26B)
Giản đồ độ dẫn điện của một số hệ xỉ thông dụng


.cm
-1
)

1 - ổn áp
2 - Máy phát
3 - Vôn kế điện tử.
4 - Điện trở so sánh
5 - Công tắc chuyển
mạch
6 - Giá đỡ
7 - Lò nấu chảy xỉ.
8 - Chén đựng xỉ.
9 - Xỉ lỏng.
10 - Giá đỡ điện cực.
11 - Điện cực.
12 - Cặp nhiệt
13
-

Cách nhiệt

V


2
O
3
- MgO - SiO
2

các nhiệt độ khác nhau (


-1
.cm
-1
)

4.3.4. Sức căng mặt ngoài của xỉ.

Trong xỉ lỏng, các phân tử (nguyên tử, phân tử, ion) tơng tác lẫn nhau, các phân tử ở
bên trong thể tích có lực tơng tác cân bằng, các phần tử ở mặt ngoài cha đợc cân bằng lực
và có lực tổng hợp hớng vào trong (xem hình 4.30)

Hình 4.30: Sơ đồ biểu thị lực hấp dẫn ở bên trong và ở bề mặt vật chất.

chúng, ví dụ từ giá trị sức căng mặt ngoài của xỉ đo đợc bằng thực nghiệm thờng khá lớn
300 - 500 MJ/m
2
cho phép ngời ta kết luận rằng: xỉ lỏng bao gồm các ion. Chính vì lực tơng
tác giữa các ion này lớn nên đã biểu hiện ra sức căng mặt ngoài của xỉ khá lớn.
Trong trờng hợp xỉ lỏng tiếp xúc với một pha khác nh kim loại lỏng hoặc tờng lò
thì tại mặt tiếp xúc cũng xuất hiện sức căng và để phân biệt với sức
căng mặt ngoài nói trên, ở đây đợc gọi là sức căng biên giới (xem hình 4.31) Hình 4.31: Sơ đồ biểu thị sức căng biên giới giữa xỉ và kim loại lỏng

S
: Sức căng mặt ngoài của xỉ.

M
: Sức căng mặt ngoài của kim loại.

MS
: Mức căng biên giới giữa 2 pha kim loại - xỉ
: Góc thẩm ớt giữa 2 pha kim loại - xỉ

Sức căng biên giới kim loại - xỉ đợc tính theo biểu thức:


cos2
222


thờng có giá trị lớn, nghĩa là
công bám dính Wa giữa xỉ và kim loại,
Wa =
M
+
S
-
MS

thờng có giá trị nhỏ, nên việc tách kim loại khỏi xỉ thuận lợi. Cần chú ý rằng tất cả các yếu tố
ảnh hởng làm tăng công bám dính Wa đều làm cho kim loại khó tách khỏi xỉ, làm tăng tổn
thất kim loại theo xỉ và dễ gây nhiễm bẩn kim loại bởi xỉ.
Sức căng bề mặt và sức căng biên giới thay đổi theo thành phần và nhiệt độ, khi nhiệt
độ tăng thì các đại lợng này giảm,
còn ảnh hởng của thành phần thì
hết sức phức tạp. Ví dụ khi nghiên
cứu ảnh hởng của thành phần xỉ
lên sức căng biên giới gang và xỉ lò
cao ngời ta đã nhận thấy rằng: với
thành phần xỉ cơ bản có Al
2
O
3
+
CaO + SiO
2
= 100%, khi tăng hàm
lợng CaO và Al
2

điện mao dẫn mà đặc điểm chuyển chất kim loại điện cực, sự chảy loang của xỉ và tốc độ xảy
ra quá trình luyện kim bị thay đổi.
Động học của nhiều quá trình luyện kim, ví dụ nh quá trình tạo thành pha mới ban
đầu có sự thăng giáng không ổn định về nhiệt động để tạo mầm pha mới. Xác suất thăng giáng
đợc xác định bằng công cần thiết để hình thành nó, công này gắn liền với bề mặt riêng của
mầm và phụ thuộc vào sức căng biên giới giữa môi trờng và mầm. Nh vậy, xác suất tạo
mầm phụ thuộc vào sức căng mặt ngoài và sự có mặt của những chất làm thay đổi giá trị của
sức căng này.
Trong qúa trình luyện kim theo phơng pháp điện phân, hiện tợng bề mặt còn liên
quan đến hiệu quả anốt khi điện phân các muối nóng chảy.
Ngoài ra, do đặc điểm qúy giá của kim loại màu ta phải giảm lợng mất mát kim loại
và hợp kim của chúng theo xỉ. Sự mất mát phụ thuộc vào sự tạo thành những hạt kim loại và
stên trong xỉ lỏng, mà việc tách những hạt này ra khỏi xỉ phụ thuộc vào sự khác nhau về trọng
lợng riêng của kim loại lỏng và độ nhớt của xỉ, vào sức căng giữa các pha trên biên giới xỉ -
kim loại hay xỉ - stên. Nhiều quá trình luyện kim bụi than đợc thổi vào lò qua mỏ đốt để làm
nhiên liệu và chất hoàn nguyên kim loại từ pha xỉ lỏng. Lúc đó sự hoàn nguyên đợc thực hiện
do cháy không hoàn toàn than và do tơng tác hoá học trên biên giới khí - bụi than - xỉ. Do
tính thấm ớt giữa xỉ, bụi than xấu và tốc độ dòng khí trong lò cao, nên khoảng 1/4 bụi than
tổn thất ra khỏi lò. Nếu tăng tính thẩm ớt của xỉ với than, sẽ cho phép tăng đáng kể hiệu quả
của quá trình xỉ lò, bằng cách đa vào xỉ những ion hoạt động bề mặt để cho góc thấm ớt
giữa xỉ - than và sức căng mặt ngoài của xỉ giảm xuống.
Hình 4.32:
ả
nh hởng của các cấu tử lên sức căng
biên giới giữa xỉ và gang lỏng ở 1500
O
C (Xỉ có
thành phần ban đầu CaO + Al
2
O

Đo sức căng mặt ngoài theo phơng pháp áp lực cực đại.
Hình 4.33: Sơ đồ thiết bị đo sức căng mặt ngoài theo phơng pháp áp lực cực đại
1. Bình chứa khí Ar 2. Bình hút ẩm 3. Bình lọc khí 4. Van điều chỉnh
5. áp kế 6. Thiết bị chuyển đổi 7. Máy tự ghi 8. ống mao dẫn bằng Mo
9. Lỗ thoát khí bảo vệ. 10 Nắp lò 11. ống bảo vệ (bằng Mo)
12. Lò nấu chảy 13. Giá đỡ 14. Lớp cách nhiệt
15. Cặp nhiệt 16. Khí bảo vệ 17. Chén đựng mẫu.
Sơ đồ phơng pháp đo đợc giới thiệu ở hình 4.33. Để tạo đợc bề mặt mới trong chất
lỏng thì phải tiêu tốn một công. Công đó tơng ứng với áp lực khí đợc thổi qua ống mao dẫn
tạo bọt khí và cũng tơng ứng với sức căng mặt ngoài của chất nóng chảy cần xác định. ống
mao dẫn phải biết trớc đờng kính, không phản ứng với chất lỏng, chịu đợc nhiệt độ và có
thành đủ mỏng.
Sức căng mặt ngoài đợc tính theo công thức:
).(
4
max
hP
dg

2

: trọng lợng riêng chất lỏng, kg/m
3

b và : các thống số hình học của giọt chất lỏng. Muốn có giá trị b và ngời ta phải
xác định đợc đờng kính lớn nhất X và chiều cao Z của giọt (hình 4.34) Để xác định đợc
kích thớc giọt ta cần phải chụp ảnh rồi đo phim trên máy phóng đại, hoặc đo trực tiếp bằng
kính hiển vi nóng chảy.
Điều kiện đảm bảo kết quả phép đo là chất lỏng không phản ứng với môi trờng và ít
thấm ớt đế. Nh vậy khi đo sức căng mặt ngoài
của kim loại theo phơng pháp này cần phải có
khí bảo vệ nh Ar và phải có đế không thấm ớt
nh graphit nguyên chất. Sau đó dựa vào bảng
lập sẵn của Bassfort và Adam để tính kết quả
cuối cùng.
Phơng pháp giọt nằm thuận lợi cho việc
xác định sức căng mặt ngoài và góc thấm ớt
của chất lỏng ở nhiệt độ cao. Ngoài ra còn có thể
nghiên cứu ảnh hởng của môi trờng, nhiệt độ
lên các tính chất bề mặt của chất lỏng theo
phơng pháp này.

Hình 4.35: Sức căng mặt ngoài
xỉ hệ CaO - Al
2
O