Tavicí procesy a jejich modelování

Plynné či pevné inkluze jsou nejčastější příčinou nepřijatelných vad výrobků a mohou nepříznivým způsobem ovlivnit provoz zařízení. Pro popis jejich chování v tavenině využíváme kombinaci experimentálních a matematických postupů. Experiment slouží k hledání mechanismů a řídících dějů interakcí, akvizici vstupních dat matematického modelu a k ověřování výsledků výpočtů. Matematický popis, jehož základem je sada diferenciálních rovnic popisující časovou změnu rozměru a složení částice je obvykle aplikován na již vypočtená rychlostní a teplotní pole taveniny. Na obrázku je sekvence z vizuální sledování změny rozměru bubliny, které používáme k ověřování matematického popisu interakce bublin s taveninou.

Zejména reakce sloučenin síry s redukčními či oxidačními činidly ovlivňují nukleaci a separaci bublin, pěnění taveniny a rozpouštění zrn vstupních surovin.

Ovlivňováním průběhu reakcí lze optimalizovat kinetiku tavicího procesu.

Izotermní statické nebo dynamické korozní testy sledují mechanismus a kinetiku korozních dějů, hodnotí změny mikro-struktury žáromateriálů a předpovídají množství vzniklých vad ve skle – šlír a krystalických vměstků.

Obr. vlevo ukazuje uspořádání statického trámečkového testu. Obr. vpravo dokládá změnu mikrostruktury žáromateriálu vlivem koroze alkalickou taveninou - přeměnu zrna mullitu za tvorby sekundárního tabulkovitého korundu.

 Jsou studovány příčiny a mechanizmus koroze, vývoje bublin a uvolňování kondenzovaných reakčních produktů na rozhraní materiálů, zejména molybdenu, platiny a materiálu na bázi oxidu cíničitého a skloviny. Metodicky je vedle monitorování potenciálu a přímého vyhodnocení úbytků využíváno zejména studium produktů na rozhraní metodou elektronové mikrosondy (obr. vlevo - SEM snímek vyloučeného Sb pod vrstvou Mo₂S₃ na Mo elektrodě ) a přímé vysokoteplotní pozorování dějů ve sklovině (obr. vpravo - Vývoj kyslíkových bublin na Pt elektrodách v boritokřemičité sklovině za průchodu el. proudu).

Pro předpokládané zdroje se laboratorním měřením stanoví distribuce velikostí, složení a frekvence uvolňování bublin do taveniny a vytváří se tak znalostní báze dat. Experimentální hodnoty tvoří okrajové podmínky matematického modelu chování bublin v daném zařízení. Porovnání analýz vad výrobků, hodnot ze získané databáze a výsledků modelů umožňuje lokalizovat zdroj vady.

Obrázky ukazují příklady experimentální sledování zdrojů bublin – stanovení rozdělení velikostí a počtu bublin uvolňovaných ze žáromateriálů na dně a stěnách tavicího zařízení (vlevo) nebo z rozhraní mezi vsázkou a taveninou (vpravo).