Nacházíte se: VŠCHT Praha – FCHT – Laboratoř anorganických materiálů → Výzkum → Tavicí procesy a jejich modelování

Tavicí procesy a jejich modelování

Matematická simulace tavicího procesu
	Matematické modelování je dnes již tradičním postupem zkoumání tavicího procesu skel. Metodami CFD (Computed Fluid Dynamics) založenými na simulaci přenosu hmoty, hybnosti a energie se provádí výpočet rychlostních a teplotních polí taveniny v tavicím zařízení.Obrázek ukazuje vypočtené teplotní pole na hladině tavicího zařízení.
Interakce částic s taveninami skel
	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.
Nukleace bublin
	Metody vysokoteplotního sledování a analýzy obrazu byly použity ke stanovení teploty, při které se nukleují bubliny na platinovém drátku ponořeného do taveniny skla. Bubliny, které rostly v průběhu pomalého lineárního nárůstu teploty, byly identifikovány a byl měřen jejich průměr. Získaná závislost mezi průměrem bublin a teplotou byla extrapolována na nulovou velikost příslušných bublin a tak stanovena teplota nukleace. → Videozáznam experimentu
Chemické reakce uvolňující plyny do taveniny
	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.
Koroze žáromateriálů taveninami skel
	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.
Elektrochemické děje na rozhraní elektricky vodivých materiálů a roztavené skloviny
	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).
Identifikace zdrojů bublin v průmyslových tavicích zařízeních
	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).

Vybrané publikace
Vernerová M., Kloužek J., Němec L. (2015). Reaction of soda-lime-silica glass melt with water vapour at melting temperatures. Journal of Non-Crystalline Solids, 416, 21-30. doi:10.1016/j.jnoncrysol.2015.02.020 Vernerová M., Cincibusová P., Kloužek J., Maehara T., Němec L. (2015). Method of examination of bubble nucleation in glass melts. Journal of Non-Crystalline Solids, 411, 59-67. doi:10.1016/j.jnoncrysol.2014.12.025 Cincibusová P., Němec L. (2015): Mathematical modelling of bubble removal from the glass melting channel with defined melt flow and the relation between the optimal flow conditions of bubble removal and sand dissolution. Glass Technol.: Eur. of Glass Sci. and Technol. Part A 56 (2), 52-62. Ingentaconnect Matěj J., Jebavá M. (2014). Oxygen bubble development on a platinum electrode in borosilicate glass melt by the effect of alternating current. Ceramics-Silikáty, 58, 249-259. Open Access Jebavá M., Němec L. (2013). Numerical study of glass fining in a pot melting space with different melt-flow patterns. Journal of Non-Crystalline Solids, 361, 47-56. doi:10.1016/j.jnoncrysol.2012.10.029 Němec L., Vernerová M., Cincibusová P., Jebavá M., Kloužek J. (2012). The semiempirical model of the multicomponent bubble behaviour in glass melts. Ceramics-Silikáty, 56, 367-373. Open Access Jebavá M., Němec, L. (2012): The fining performance under the influence of physico-chemical parameters. Ceramics-Silikáty, 56, 286-293. Open Access Matěj J., Langrová A. (2012). Reaction products and corrosion of molybdenum electrode in glass melt containing antimony oxides and sodium sulphate. Ceramics-Silikáty, 56, 280-285. Open Access