Using residence time distribution to obtain figures of merit for melter studies

Abstract

Model studies were undertaken to map the flow paths in a glass melter in order to determine the residence time distribution of molten glass traversing the region from the batch cover to the spring tone. This, together with the temperature distribution measured at the same time, was used to compute the percentage reduction in a local inhomogeneity whose residence time in the melter is least, using a standard solution to the diffusion problem. This number is selected to gauge the extent of progress of homogenization, one of several physico-chemical rate processes taking place in the melter. As such it is one figure of merit to measure the capability of a melter design. A figure of merit was obtained for a so-called 'standard' situation and used as a basis against which to compare the effectiveness of other melter systems in transporting homogenized material to the refiner. In the cases examined it was found that the minimum melter residence time for material melting off the bottom of the batch was of the order of 10 h and that a greater than 95 % reduction in local inhomogeneity could be expected in the melter. Des études sur modèles sont entreprises en vue de dresser une carte des parcours des courants dans un four de fusion de verre, de manière à déterminer la distribution des temps de séjour du verre fondu qui traverse la region qui s'étend de la zone d'enfournement au point chaud. Ces données, de même que la distribution de température mesurée simultanément, sont utilisées pour calculer sur ordinateur le pourcentage de reduction d'une inhomogénéité locale dont le temps de séjour dans le four est le plus bref possible. Une solution normalisée est utilisée pour le problème de diffusion. Ce nombre est choisi, en vue d'évaluer le progrès de l'homogénéisation car celle-ci représente l'un des nombreux processus physico-chimiques qui interviennent dans le four de fusion. Comme tel, ce nombre est donc dune des valeurs qui permettent d'évaluer lefficacité d'un four. Un autre critère d'évaluation est obtenu pour une situation dite «normale» et est utilisé comme point de référence en vue de comparer l'efficacité d'autres systèmes de fours en ce qui concerne le transport du verre homogénéisé vers la zone d'affinage. Dans les cas examinés, on constate que le temps de séjour minimum dans le four de matériaux fondant à partir du fond de la composition est de l'ordre de 10 h et qu'une reduction de plus de 95 % des inhomogénéités locales peut être obtenue dans le four. An Hand von Modelluntersuchungen wurden die Glas-strömungen in einer Schmelzwanne bestimmt, um daraus Rückschlüsse auf die Verweilzeitverteilung des geschmolzenen Glases zwischen Gemengebereich und Läuterbereich ziehen zu können. Aus dieser und der gleichzeitig gemessenen Temperaturverteilung wurde der prozentuale Abbau einer lokal auftretenden Inhomogenität innerhalb einer Mindestaufenthaltszeit in der Schmelzwanne nach einer Standardlösung bei Annahme von Diffusion berechnet. Dieses Ergebnis wurde benutzt, um das Ausmaß des Homogenisierungsprozesses abzuschätzen, der als einer von mehreren physikalisch-chemischen Prozessen innerhalb der Schmelzwanne abläuft. Hierzu ist es auch vorteilhaft, die tatsächliche Belastbarkeit einer Wanne zu ermitteln. Für einen sogenannten „Standardzustand" wurde eine optimale Ausbildung ermittelt und als Vergleichsbasis für die Homogenisierungsleistung anderer Wannensysteme während des Transportes der Schmelze in den Läuterbereich benutzt. In allen überprüften Fällen konnte festgestellt wer-den, daß die Mindestaufenthaltszeit des an der Gemengeunterseite abschmelzenden Materials in der Größenordnung von 10 h liegt und daß ein mehr als 95 %iger Abbau einer lokalen Inhomogenität erwartet werden kann.