Verification of mathematical models for calculation of viscosity of molten oxide systems

Verificación de modelos matemáticos para el cálculo de la viscosidad de sistemas de óxido fundido

El objeto de este trabajo es la comparación de los valores de viscosidad dinámica obtenidos numéricamente mediante diferentes tipos de modelos matemáticos y los datos de viscosidad de sistemas de óxidos medidos experimentalmente. Se sometió al experimento el sistema ternario de SiO₂-CaO-Al₂O₃, que presenta la base simplificada de los polvos de fundición utilizados en el proceso tecnológico. La investigación experimental de la viscosidad dinámica está muy limitada por su complejidad. Por eso los estudios de modelos desempeñan un papel tan importante en este campo. Para el cálculo matemático de la viscosidad se eligieron los modelos NPL, Iida y Urbain. Los resultados de la simulación se compararon con los valores de viscosidad obtenidos experimentalmente.

INTRODUCCIÓN

La viscosidad es una de las propiedades fisicoquímicas más importantes en el caso de las fusiones metalúrgicas, habida cuenta de su efecto directo sobre las condiciones cinéticas de los procesos, y es uno de los factores clave que deben tenerse en cuenta en la modelización de los procesos. La viscosidad de las escorias es una función compleja de su composición, temperatura y estructura interna.

La dificultad y el elevado coste de medir la viscosidad de las escorias ha llevado al desarrollo de numerosos modelos de viscosidad. La mayoría de los modelos son aplicables a rangos de composición y temperatura relativamente limitados.

El desarrollo de un modelo general fiable y preciso que permita predecir las viscosidades de los sistemas de escorias en una amplia gama de composiciones y temperaturas es muy importante para una serie de procesos industriales. Numerosos autores se han ocupado ya de la determinación o verificación de modelos matemáticos para el cálculo de la viscosidad. Riboud [1] ha desarrollado un modelo que expresa la energía de activación como la adición lineal de los componentes que forman la red, pero esto no refleja la variación no lineal de la energía de activación con la composición. El modelo de Urbain [2] asume la relación Weymann-Frenkel. Expresa la dependencia de la energía de activación con la composición como una expresión polinómica de la composición que contiene tres parámetros, pero se adoptan muchos parámetros con menos factores estructurales. Los modelos de Iida y el modelo NPL - Mills y Sridhar [3] se basan en la basicidad óptica. El modelo estructural de Du et al. [4] no tiene en cuenta las unidades estructurales reales existentes, mientras que, por ejemplo, Zhang [5] tiene en cuenta las concentraciones de iones puente, no puente y oxígeno libre en la estructura dada.

Este artículo presenta una comparación de tres modelos matemáticos para el cálculo de la viscosidad de sistemas de óxidos. Los modelos individuales se verificaron con datos experimentales.