Application of ultrasonic measuring techniques in industrial glass melting

Abstract

The potential applications of ultrasonic measurements in glass melts have been studied, using a measuring system comprising ultrasonic waveguides of polycrystalline translucent Al2O3. These high-temperature buffer rods serve to transport ultrasonic signals into the glass melt and to receive acoustic echoes generated in the melt, respectively. The fundamental acoustic properties of a soda-lime-silica glass composition as a function of temperature have been obtained experimentally: The observed sound velocity varies from 2.86 km/s at 1150 °C to 2.70 km/s at 1300 °C. The observed attenuation of 1 MHz waves has a minimum at 1300 °C of 840 dB/m. For 100 kHz waves the attenuation is a factor 100 lower. It is concluded that 100 kHz ultrasonic signals can be utilized for detection of bubbles with critical radii (≥ 0.2 mm) in a feeder, for measurement of glass flow velocities and for measurements of glass temperature. For measurement of the residual thickness of refractory bricks of a glass tank, application of echo acoustic sensors an the outer surface of the wall probably is more practical. Die möglichen Anwendungen von Ultraschallmessungen in Glasschmelzen wurden untersucht, indem ein Meßsystem verwendet wurde, das mit polykristallinen, durchsichtigen, tonerdehaltigen Ultraschallwellenleitern arbeitet. Diese Hochtemperaturtrennstäbe dienten dazu, Ultraschallsignale in die Glasschmelze einzuleiten und die in der Schmelze erzeugten Echos aufzunehmen. Die grundlegenden akustischen Eigenschaften einer Kalk-Natronsilicatglaszusammensetzung wurden experimentell in Abhängigkeit von der Temperatur erhalten: Die beobachteten Schallgeschwindigkeiten variierten von 2,86 km/s bei 1150 °C bis zu 2,70 km/s bei 1300 °C. Die beobachtete Dämpfung von 1-MHz-Wellen hat bei 1300 °C ein Minimum von 840 dB/m. Für 100-kHz-Wellen ist die Dämpfung um einen Faktor von 100 geringer. Hieraus wird geschlossen, daß Ultraschallsignale von 100 kHz zum Aufspüren von Blasen mit kritischen Radien (≥ 0.2 mm) in einem Speiser sowie für Messungen von Glasströmungsgeschwindigkeiten und Glastemperaturen benutzt werden können. Um die Restdicke der feuerfesten Ausmauerung einer Glaswanne zu messen, ist das Anbringen von Schallechosensoren auf der äußeren Wandoberfläche geeigneter.