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HVG-DGG Forschung

 
Publication Nr GFOR14406
Author Deubener, Joachim
 
Title
Rheologische Eigenschaften von Gemenge und Rauschmelze - AiF-Forschungsvorhaben 14406N
 
Keywords
 
Journal
Publication Year 2007
Volume
ISS
Page 18
 
Abstract
Der industrielle Glasschmelzprozess ist hinsichtlich ökonomischer und ökologischer Gesichtspunkte zu optimieren. Daher gewinnt die Modellierung von Schmelzprozessen eine immer größere Bedeutung. Ein Schlüsselparameter hierbei ist das Viskositätsverhalten des Gemenges im Verlauf des Einschmelzprozesses. Hierbei treten heterogene Stoffsysteme auf, die aus granularen Feststoffgemischen, freiwerdenden Gasen und teilkristallinen und blasenreichen Schmelzen bestehen. Experimentelle Daten zur dynamischen Viskosität dieser Materialgemische sind jedoch in vielen Fällen nur schwer zugänglich oder fehlen vollständig, so dass bisher eingesetzte Werte auf deren Abschätzung oder auf vereinfachten Fließmodellen beruhen und eine erfolgreiche Simulation technologischer Schmelzprozesse bisher aussteht.
Ziel des Projektes ist die experimentelle Bestimmung der rheologischen Eigenschaften von heterogenen Stoffgemischen im Bereich Gemenge / Rauschmelze. Experimentelle Viskositätsdaten sollen in Modelle einfließen, die eine realitätsnahe Vorhersage der Fließeigenschaften von Gemenge in den verschiedenen Stadien der Umwandlung erlauben. Hierzu wurden geeignete Messgeräte aufgebaut bzw. Bestimmungsmethoden weiterentwickelt. Eine Hochtemperaturscherzelle wurde für die thermischen und stofflichen Anforderungen granularer Feststoffgemische, die den frühen Stadien des Umwandlungsprozesses entsprechen, aufgebaut und eingesetzt. Für schmelzgebundene Stoffgemische wurde ein Erhitzungsmikroskop mit großen Probenraum und Hochtemperaturofen ausgerüstet, um den Anforderungen der Gemenge in den späten Stadien der Umwandlung gerecht zu werden.
Die Ergebnisse zeigen mit zunehmender Temperatur zunächst eine leicht ansteigende, stark von der Scherrate abhängige Viskosität für granulare Gemengeschüttungen, die u. a. eine Funktion der eingestellten Feuchte in Folge hydraulische Reaktionen ist. Bei weiterer Temperaturerhöhung wird die Reaktionszone mit einem Maximum der Viskosität (» 106 Pa s) erreicht, die mit der Bildung der Erstschmelze verknüpft ist. Im weiteren thermischen Verlauf fällt die Viskosität schmelzgebundener Gemenge in Folge von Lösungsreaktionen mit abnehmenden Feststoffgehalt wieder ab und erreicht Werte um 102 -103 Pa s in der Rauschmelze.
Für den Bereich der Reaktions- und Lösungsreaktionen ist eine Modellierung der Viskosität aus den Feststoff- und Blasenanteilen des Gemenges gelungen. Das angewandte Suspensionsmodell basiert auf einer konstanten Matrixviskosität und der Behandlung von Feststoffpartikeln und Gasblasen als rigide bzw. deformierbare Einschlüsse. Eine weitere Verfeinerung des Modells soll u. a. die Veränderung der chemischen Zusammensetzung der Fluidphase einbeziehen.
Die Ergebnisse dieses Projektes führten erstmals zu einer geschlossenen Darstellung des Viskositätsverlaufs von Glasgemengen bei thermischer Umsetzung und lieferten grundlegende Erkenntnisse für eine Modellierung dieser Eigenschaft. Damit wurde das Ziel der ersten zweijährigen Projektphase erreicht.
Die Forschungsarbeiten (AiF-Nr.14 406 N) der Hüttentechnischen Vereinigung der Deutschen Glasindustrie (HVG) wurden im Programm zur Förderung der „Industriellen Gemeinschaftsforschung“ (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) finanziert.
Laufzeit: 01.06.2005 – 31.05.2007 Forschungsstelle: Institut für Nichtmetallische Werkstoffe, TU Clausthal-Zellerfeld
Veröffentlichungen:
Kurzveröff. in dgg Journal 5 (2007) Nr. 6 S.
 
Members 30 €
Non Members 30 €
Students 30 €
 
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