С учетом значимых коэффициентов регрессии для исследуемых свойств справедливы следующие уравнения: по плану 1:
Разность (уо—bо), вычисленная для каждого из выходов двух планов, оказалась незначимой, поэтому не включенные в данные уравнения члены, связанные с эффектами высших порядков и остальными взаимодействиями, могут быть опущены [289].
Анализируя уравнения (4.41) — (4.44), можно следующим образом оценить влияние переменных в выбранных пределах их варьирования. Коэффициент вспенивания смесей значительно снижается при увеличении содержания углерода в пенообразующей смеси, особенно интенсивно в интервале 0,3— 0,5%. Влияние остальных параметров различно. Так, в пределах 0,1—0,3% углерода в смеси (4.41) наибольшее влияние на интенсивность вспенивания оказывает продолжительность и несколько меньшее — температура процесса. Примерно вдвое меньше влияние дисперсности стекла и содержание углерода, при этом увеличение продолжительности и температуры процесса, а также тонины помола стекла повышает коэффициент вспенивания, тогда как повышение содержания углерода в смеси его понижает. Следует учитывать, что совместное увеличение дисперсности стекла и температуры, а также дисперсности стекла и выдержки положительно влияет па интенсивность вспенивания, но в значительно меньшей степени, чем каждый из этих параметров в отдельности.
В смесях с 0,3—0,5% С (4.43) основное влияние оказывает концентрация углерода — с ее возрастанием вспенивание тормозится. Вдвое меньшее действие оказывают температура и время, их увеличение, как и ранее, интенсифицирует процесс. В еще меньшей степени улучшает вспенивание увеличение дисперсности стекла.
Характерным отличием является и отрицательная величина всех парных взаимодействий, их эффект практически полностью компенсирует положительное влияние повышения дисперсности стекла, температуры и продолжительности процесса. Таким образом, процесс вспенивания при данных пределах варьирования переменных определяется в основном концентрацией углерода в пенообразующей смеси.
Потери массы смесей, содержащих 0,1—0,3% (4.42), примерно в равной степени определяются удельной поверхностью стекла, продолжительностью и температурой процесса. Эффекты парных взаимодействий вдвое меньше, чем линейные, однако действие тех и других одинаково: совместное или раздельное увеличение дисперсности стекла, выдержки и температуры вспенивания приводит к возрастанию потерь массы.
В смесях с 0,3—0,5% углерода (4.44) потери массы также возрастают с увеличением дисперсности стекла, продолжительности и температуры процесса, из них дисперсность стекла влияет в наибольшей степени. В отличие от предыдущего опыта здесь наблюдается отрицательное действие углерода, причем по величине оно равнозначно температурному фактору. Все парные эффекты оказались в данном случае незначительными.
Анализ полученных уравнений (4.41)— (4.44), описывающих пенообразующий и окислительно-восстановительный процессы, позволяет сделать следующие выводы.
Действие основных параметров технологического режима зависит от концентрации углерода в пенообразующей смеси. В смесях, содержащих 0,1—0,3% С, степень влияния параметров на коэффициент вспенивания уменьшается в следующем порядке: температурно-временной фактор, концентрация углерода, дисперсность стекла, дисперсность стекла совместно с продолжительностью и с температурой процесса. При этом повышение концентрации углерода более 0,2% снижает коэффициент вспенивания, а влияние остальных параметров и их парных взаимодействий положительное. В высокоуглеродистых смесях (С = 0,3—0,5%) коэффициент вспенивания в наибольшей степени зависит от концентрации в них углерода и резко уменьшается при ее возрастании.
Окислительно-восстановительный процесс во всех исследованных смесях интенсифицируется с повышением дисперсности стекла, времени и температуры выдержки, однако повышение концентрации углерода в пределах 0,4—0,5% активно тормозит данный процесс. В высокоуглеродистых смесях усиливается положительная роль дисперсности стекла.
Полученные путем математической обработки экспериментальных данных интерполяционные уравнения, характеризующие процесс вспенивания пеностекла в зависимости от состава и свойств пенообразующей смеси, с одной стороны, и условий его синтеза — с другой, подтверждают результаты теоретического и экспериментального исследований процесса пенообразования в углеродсодержащих пенообразующих смесях, изученных нами и другими исследователями [5, 7, 50, 92, 115, 138, 140, 237].
В связи с этим данный метод определения основных параметров, характеризующих кинетику процесса вспенивания пеностекла, может быть положен в основу при разработке технологии получения некоторых видов пеностекла порошковым способом из смесей различного химического и гранулометрического составов. Ценность метода состоит не только в значительном сокращении объема экспериментальных работ без потери надежности информации, но и в более точной интерпретации искомой модели, характеризующей процесс вспенивания пеностекла.
4. Взаимосвязь между параметрами получения пеностекла и его свойствами
Представляется целесообразным на одном наиболее характерном составе пенообразующей смеси показать с помощью метода полного факторного эксперимента [182] количественную взаимосвязь в системе режим — свойства, что позволит более точно определить направление действия каждого из них в многофакторной системе.
Для определения взаимосвязи режим — свойства была поставлена задача найти интерполяционные уравнения, определяющие зависимость объемной массы, водонасыщения и механической прочности пеностекла от основных параметров его получения: концентрации углерода в смеси, ее дисперсности, температуры и продолжительности процесса вспенивания. Данные четыре параметра приняты в качестве факторов варьирования в эксперименте, который был проведен по матрице дробного линейного плана типа 24-1 [182]. Значения условий эксперимента приведены в табл. 21.
Эксперимент был проведен в заводских условиях Опытно-экспериментального завода НИИСМ. В качестве исходных компонентов смеси приняли стекло 12 (0,30% S03) и газовую сажу. Вспенивание проводили в электропечи в формах размером 200*200*170 мм, навеска смеси 0,75 кг. Свойства пеностекла изучали на образцах-кубиках с размером ребра 70 мм.
При выборе пределов варьирования переменных исходили из технологических соображений, условий проведения эксперимента, а также данных, полученных при исследовании процесса ценообразования в нейтральной среде. Для каждой из восьми строк плана-матрицы проведены два параллельных опыта, по результатам которых найдены средние значения выходов эксперимента.
- 1 •
- 2 •
- 3 •
- 4 •
- 5 •
- 6 •
- 7 •
- 8 •
- 9 •
- 10 •
- 11 •
- 12 •
- 13 •
- 14 •
- 15
- 16 •
- 17 •
- 18 •
- 19 •
- 20 •
- 21 •
- 22 •
- 23 •
- 24 •
- 25 •
- 26 •
- 27 •
- 28 •
- 29 •
- 30
- 31 •
- 32 •
- 33 •
- 34 •
- 35 •
- 36 •
- 37 •
- 38 •
- 39 •
- 40 •
- 41 •
- 42 •
- 43 •
- 44 •
- 45
- 46 •
- 47 •
- 48 •
- 49 •
- 50 •
- 51 •
- 52 •
- 53 •
- 54 •
- 55 •
- 56 •
- 57 •
- 58 •
- 59 •
- 60
- 61 •
- 62 •
- 63 •
- 64 •
- 65 •
- 66 •
- 67 •
- 68 •
- 69 •
- 70 •
- 71 •
- 72 •
- 73 •
- 74 •
- 75 •
- 76