Development of methods for the characterization of melting batches

Sam Kham, Nang; Conradt, Reinhard

doi:26457

Development of methods for the characterization of melting batches

Sam Kham, Nang

2005

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Nang Sam Kham

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2005

UmfangX, 129 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2005

Genehmigende Fakultät
Fak05

Hauptberichter/Gutachter
Conradt, Reinhard (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2005-07-12

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-11442
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/62119/files/Sam%20Kham_Nang.pdf

Einrichtungen

Fakultät für Georessourcen und Materialtechnik (500000)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Glas (Genormte SW) ; Gemenge (Genormte SW) ; Schmelzen (Genormte SW) ; Glasschmelze (Genormte SW) ; Stoffeigenschaft (Genormte SW) ; Prozessmesstechnik (Genormte SW) ; Technische Chemie (frei) ; Glass (frei) ; Batch (frei) ; Melting (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 660

Kurzfassung
Das Schmelzen von Glasgemengen wurde von vielen Wissenschaftlern auf unterschiedlichen Größenskalen und bei verschiedenen Bedingungen untersucht, aber kein allgemeines Verständnis wurde erzielt. Aufgrund dieser Situation wurde ein Großteil dieser Arbeit der Weiterentwicklung von fünf neuen experimentellen Methoden gewidmet, die für die Untersuchung des Schmelzens von Glasgemengen geeignet sind. Diese sind Konduktometrie, Messungen der Temperaturleitfähigkeit, Beobachtungen im Erhitzungsmikroskopie, Bestimmung der mit "Rauhschmelzzeit" übersetzten batch free time (BFT) und des Massenverlustes. Zuerst wurden sinnvolle Wege abgeleitet, um Gemengereaktionen durch differentielle in situ thermische Analyse (DTA), Spannungsabfall und elektrische Leitfähigkeit darzustellen. Dabei war es ebenfalls möglich, die Dauer der durch Schaumbildung gekennzeichneten Stadien zu bestimmen. Zweitens wurde für die Bestimmung der thermischen Leitffähigkeit ein optimiertes Signal mit einer Frequenz von 50Hz in Zeitabständen von 150 s angelegt. Diese Methode ergab gute Messergebnisse. Es zeigte sich, dass der Korn-zu-Korn Kontakt bei Modellrechnungen durch einen dimensionslosen Formfaktor von 2,5 bis 3,5 für Glasgemenge berücksichtigt werden sollte. Lokale Konduktometrie kombiniert mit Temperaturmessungen erlaubten es, gleichzeitig die elektrische Leitfähigkeit und die lokale Temperatur in einer Gemengeschmelze zu bestimmen. Drittens wurde für das Erhitzungsmikroskop eine neue Möglichkeit entwickelt, den Effekt der Gasfreisetzung aus einem Glasgemenge vor der Läuterung darzustellen. Dabei wurde gezeigt, daß die Zugabe von Nebenbestandteilen des Gemenges eines einen wesentlichen Einfluss hat. Viertens zeigen die Ergebnisse für die BFT-Untersuchungen, daß das Reaktionsverhalten von weißem und grünem Glas träger ist als das von Kristallglas. Durch Beobachtung durch eine Kieselküvette wurde der Beginn der Gemengereaktion mit Scherben an der Oberfläche bis tief in die Glasschmelze beobachtet. Nach zwei Minuten wurde Schaum gebildet, der nach 10 Minuten abnahm. Schließlich wurde eine Massenverlustbestimmung für Proben bis zu 200 g entwickelt. Es wurde gefunden, daß der Massenverlust von Soda in einem vertikalen Rohrofen bei kleinerer Temperatur beginnt und bei einer höheren Temperatur endet, als durch TGA gemessen. Die neuen Charakterisierungsmethoden eröffnen nicht nur neue Wege, den Vorgang der Gemengeschmelze darzustellen und zu interpretieren, sondern schließen auch eine experimentelle Lücke zwischen konventionellen Charakterisierungsmethoden und dem in der industriellen Produktion beobachteten Verhalten.

Glass batch melting has been studied by many researchers on various scales and under various conditions but no comprehensive understanding has been reached. In view of this situation, a major part of this work was devoted to the improvement of five new experimental methods suitable for the investigation of batch melting. These are: conductometry, thermal diffusivity, heating microsopy, batch free time (BFT) and weight loss measurement. Firstly, as for the development of conductometry, three meaningful ways to present batch reactions in terms of "DTA", "voltage drop", and "electrical conductivity" were concluded. It was also possible to determine the duration of stages characterized by foaming. Secondly, for thermal diffusivity, an optimized output signals at a frequency of 50 Hz with time interval of 150 s was applied. It showed good measurment results. As a conclusion, the grain-to-grain contact in model calculations should be taken into account by a dimensionless shape factor of 2.5 to 3.5. Local conductometry combined with temperature measurement allowed to measure simultaueously the electrical conductivity and the local temperature in a melting batch. The measurement of the local thermal diffusivity was performed by an evaluation of the runtime of a periodically generated heat pulse. Thirdly, for the heating microscope, a new way to present the effect of gas release from glass batches prior to refining was developed. It was found that minor batch additions additions have a large influence. Fourthly, the BFT results show that the reaction behavior of container flint and green glass batches was more sluggish than that of crystal glass batches. By observation through a silica tube furnace, the beginning of batch reactions with cullets at the surface deep into the glass melt were observed. After 2 minutes foam was formed and decreaed within 10 minutes. Finally, weight loss determination for samples up 200 g was developed. It was found that the mass loss of soda ash detected in a vertical tube furnace started at a lower temperature and was completed at a higher temperature than suggested by the results measured by thermogravimetric analysis (TGA). These new characterization methods not only open concepts for the presentation and interpretation of batch reactions, but also close the experimental gap between conventional lab scale characterization and the behavior actually observed in industrial production.

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