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    雖然混合與攪拌是一種很常規(guī)的單元操作,但由于其流動過程的復雜性,理論方面的研究還很不夠,對攪拌裝置的設計和操作至今仍具有很大的經(jīng)驗性。冶金中應用的攪拌方式有氣體攪拌、機械攪拌和電磁攪拌3種。

    氣體攪拌廣泛應用于火法冶金過程,尤其是金屬液的二次精煉。它zui初是為了使金屬液成分和溫度迅速均勻化,然后人們又研究了在氣體噴射下冶金過程的各種現(xiàn)象和規(guī)律,提出了“氣泡冶金”、“氣動冶金”、“噴射冶金”等概念和理論,發(fā)展了多種多樣的爐外精煉技術和裝置。傳統(tǒng)的冶金熔煉爐逐步改變了功能,成了“熔化的機械”或“粗煉的工具”,而金屬液的精煉則放到各種精煉爐中去完成。

    機械攪拌在火法冶金中由于受到攪拌槳葉片壽命等因素的制約,應用很少,但是在科學研究和濕法冶金中應用廣泛。

    電磁攪拌zui初用于大容量電爐熔池的攪拌、大鋼錠的澆鑄過程以及自然伴有電磁攪拌的感應電爐中。連續(xù)鑄鋼和爐外精煉技術的發(fā)展大大推動了電磁攪拌技術的發(fā)展和應用。

    4.1-2混合機理。兩種物料加入攪拌槽后,其混合機理為主體對流擴散、渦流擴散和分子擴散。

    (l)主體對流擴散。攪拌器高速旋轉,使不同的液體物料被破碎成“團塊”,并使攪拌器周圍的液體產(chǎn)生高速液流,高速液體又推動周圍的液體,逐步使攪拌罐內(nèi)的全部液體流動起來。這種大范圍內(nèi)的主體循環(huán)流動,使攪拌罐內(nèi)整個空間產(chǎn)生全范圍的擴散,形成主體對流擴散。

    (2)渦流擴散。葉輪推動高速流體流動時,在與周圍靜止液體的界面處,存在較大的速度梯度,液體受到強烈的剪切,形成大量的旋渦,旋渦又迅速向周圍擴散,造成局部范圍內(nèi)的物料對流運動,從而形成液體的渦流擴散。

    (3)分子擴散。由分子運動形成的物質傳遞,它是分子尺度上的擴散。

    通常把主體對流擴散和渦流擴散稱為宏觀混合,分子擴散稱為微觀混合。在實際混合過程中,主體對流擴散只能把不同物料破碎分裂成碎塊,形成較大團塊混合。而通過這些團塊界面之間的渦流擴散,把不均勻的程度迅速降低到旋渦本身的大小,但這種zui小的旋渦液比分子大得多。因此,宏觀混合不能達到分子水平上的*混合,*均勻混合只有通過分子擴散才能達到。但是宏觀混合大大增加了分子擴散表面積,減少了擴散距離,因此提高了微觀混合(分子擴散)的速度。

    宏觀混合與微觀混合總是同時存在,但其相對的作用取決于設備條件、操作條件和料液的物理化學性質。在低黏度的湍流區(qū)( Re> 104)攪拌中,宏觀混合是主要的;在高黏度的層流區(qū)(Re<10)攪拌中,微觀混合是主要的;在過渡區(qū),兩者均重要。

    對于互不相溶的物料或液固系統(tǒng)間的混合,不存在分子擴散過程,只能達到宏觀混合均勻,不可能實現(xiàn)微觀混合的均勻化。

    混合操作實際上可理解為物料的分散過程。攪拌的目的是均勻混合,但不同的場合,對混合物的均勻程度即混合效果要求不同,因而對攪拌器的要求也不同。因此,必須明確混合效果的含義及其度量。

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