Corrosion of refractory materials by a container glass melt under the influence of various convection flows : Comparison between theory and experiment

Abstract

Corrosion measurements on various refractory materials in a container glass melt under the action of three types of convection flow which were reported during the last few years will be discussed under fundamental aspects and a comparison between theory and experiment will be given. For that reason all relevant physical and chemical properties of the systems refractories-glass melt are reported. This allows to calculate the most complex property in those systems: the effective diffusion coefficient, Deff. The main results are: first, Deff is independent of the type of the three convection flows (forced, density and interfacial convection flow) indicating good agreement between theory and experiment. Second, Deff depends on the type of refractory materials: those which contain barriers for diffusion and solubility (sieve-structure of baddeleyite or solid solution of chromia and alumina) show the lowest Deff values. Third, in addition to the temperature dependence the concentration dependence of viscosity has to be considered also. Fourth, the concentration profile of the melt within the meniscus in the case of interfacial convection flow plays a certain role and seems to be temperature-dependent. Korrosionsmessungen an verschiedenen Feuerfestmaterialien in einer Hohlglasschmelze unter der Wirkung dreier Konvektionsströmungen, die während der letzten Jahre veröffentlicht wurden, werden unter grundlegenden Aspekten diskutiert und ein Vergleich zwischen Theorie und Experiment gezogen. Hierzu werden alle relevanten physikalischen und chemischen Eigenschaften der Systeme feuerfeste Stoffe-Glasschmelze mitgeteilt. Dies liefert die Voraussetzung, die komplexeste Größe in solchen Systemen zu berechnen: den effektiven Diffusionskoeffizienten Deff. Die wichtigsten Ergebnisse sind: 1. Deff ist unabhängig von der Art der drei Konvektionsströme (erzwungene, Dichte- und Grenzflächenkonvektion), was als Indiz für eine gute Übereinstimmung von Theorie und Experiment zu werten ist. 2. Deff hängt von der Art der Feuerfestmaterialien ab: solche, die Diffusions- und Löslichkeitsbarrieren enthalten (Siebstruktur aus Baddeleyit oder Chromoxid-Korund-Mischkristalle), zeigen die niedrigsten Deff-Werte. 3. Neben der Temperaturabhängigkeit muß die Konzentrationsabhängigkeit der Viskosität wie im Falle der anderen Eigenschaften berücksichtigt werden. 4. Das Konzentrationsprofil der Schmelze im Meniskus spielt eine bestimmte Rolle im Fall der Grenzflächenkonvektion und scheint temperaturabhängig zu sein.