Sledování vysokoteplotních dějů při tavení skla

Cílem práce je zpracování pořízených záznamů dějů, probíhajících při tavení skla, analýzou obrazu. Pozorování se provádí ve speciální laboratorní peci (Obr. 1.). Vzorek skla je umístěn v kyvetě z křemenného skla. Sledovaný děj je snímán videokamerou, která je propojena s počítačem a záznam je následně vyhodnocován analýzou obrazu.

Obr. 1.: Schema zařízení

Tavení sklářského kmene

            Vzorek sklářského kmene se nasype do ploché křemenné kyvety, která se umístí do laboratorní pece a vyhřeje se na požadovanou teplotu. Sledovanými ději jsou počáteční pěnění, způsobené rozkladem složek kmene (zejména uhličitany), rozpouštění pískových zrn v prvotní tavenině a odstraňování bublin ze skloviny (čeření). Výsledkem je potom časová závislost úbytku nehomogenit (zrna písku, bubliny). Extrapolací této závislosti pro nulový obsah nehomogenit se získá doba potřebná k utavení kmene při dané tavicí teplotě. Význam tohoto měření spočívá především v porovnání doby tavení kmenů s odlišným obsahem obvykle minoritních složek (čeřiva, urychlovače tavení) při optimalizaci složení kmene.

Sledování chování bublin ve sklovině

            Důležitým dějem sklářského tavicího procesu je chování bublin ve sklovině, které je nejčastěji popisované časovou změnou polohy, rozměru a složení bubliny. Bubliny jsou ze skloviny odstraňovány vztlakovou silou způsobenou rozdílem hustot skloviny a plynu uzavřeného v bublině. Rychlost vzestupu bubliny k hladině skloviny se obvykle popisuje Stokesovým zákonem:

    Kde  a  jsou hustota a viskozita skloviny, g je gravitační faktor a a je poloměr bubliny. Ze vztahu vyplývá, že pro rychlý průběh čeření je důležité, aby poloměr bubliny byl co největší, resp. aby se rychle zvětšoval s časem. Změna poloměru s časem se nazývá rychlost růstu bubliny a vyjadřuje se obvykle v jednotkách m/s. Na Obr. 2. je zobrazena metoda, která se používá při sledování chování bublin ve sklovině. Do ploché křemenné kyvety obsahující danou sklovinu bez bublin je ponořena vyčištěná trubička z křemenného skla, která je spojená se zdrojem plynu nebo směsi plynů (nejčastěji vzduch nebo CO₂). Jemným přetlakem je připravena bublina o průměru okolo 2 mm, která stoupá taveninou k hladině a zpětným podtlakem je udržována ve sklovině. Člunkový pohyb je opakován po dobu potřebnou pro sledování (i několik hodin). Na konci experimentu je bublina natažena se sklovinou zpět do trubičky. Trubička je rychle vyjmuta z pece, sklo s bublinou je vyfouknuto z trubičky a vychlazeno v peci. Složení bubliny je analyzováno nejčastěji pomocí hmotnostního spektrometru. Kamerou, která je propojena s počítačem, je sledováno chování bubliny a záznam je následně vyhodnocován.

Obr. 2.: Sledování bublin ve sklovině

Analýza obrazu

 Měření podílu plochy bublin

1. Nastavení příslušné kalibrace - Měření - Seznam kalibrací
2. Nastavení kontrastu - Transformace - Kontrast - správné nastavení kontrastu je důležité pro přesnou úroveň měřícího prahu
3. Nastavení měřícího prahu - Transformace - Definice prahování podle RGB
4. Měření obsahu nehomogenit - Měření - Změřit pole - Měření - Výsledky měření polí
5. Návrat k reálnému obrazu – Úpravy – Smazat binární obraz

Měření rychlosti růstu bubliny

1. Nastavení příslušné kalibrace - Měření - Seznam kalibrací
2. Měření velikosti bubliny – Měření – Přímé měření objektů