Korrosion von feuerfestem Material durch Glasschmelzen bei erzwungener laminarer Konvektion nach der Methode der rotierenden Zylinderstirnfläche

Abstract

Es wurden die Korrosionsraten unter dem Einfluß der erzwungenen Konvektion an verschiedenen feuerfesten Materialien durch eine Hohlglasschmelze bei 1400 °C quantitativ bestimmt. Die Ermittlung der Korrosionsraten erfolgte in modifizierter Weise nach der Methode der rotierenden Scheibe durch die Bestimmung der zeitlichen Längenabnahme zylindrischer Proben bei verschiedenen Rotationsgeschwindigkeiten. Die Ausbildung der erzwungenen Konvektionsströmung wird durch die freie Dichtekonvektion an der horizontalen Zylinderstirnfläche der Probe, die etwa sechsmal größer ist als die Dichtekonvektion an der vertikalen Wand, und durch die Viskositätserhöhung der Hohlglasschmelze (durch das gelöste Feuerfestmaterial) beeinflußt. Die Entkoppelung der Korrosionsraten unter der Wirkung beider Konvektionsarten kann in einfacher Weise durch Parallelverschiebung der Ausgleichsgeraden der ermittelten Korrosionsraten als Funktion der Wurzel aus der Drehzahl durch den Koordinatenursprung vorgenommen werden, d. h. die Beeinflussung der Korrosion durch die Dichtekonvektion an der horizontalen Zylinderstirnfläche wird durch eine einfache Parallelverschiebung eliminiert. Wie bereits bei Korrosionsuntersuchungen unter dem Einfluß der reinen freien Dichte- und Grenzflächenkonvektion festgestellt wurde [1], treten auch bei den vorliegenden Korrosionsuntersuchungen unter der Wirkung der erzwungenen Konvektion Anlaufeffekte auf. Diese werden nicht nur durch den Aufbau der Diffusionsschichten an der Phasengrenze Feuerfestmaterial/Glasschmelze, sondern auch durch andere steinspezifische Ursachen (Infiltration, Ausschwitzen) hervorgerufen. Sie können nur mit quantitativen Messungen erfaßt werden und müssen beim Vergleich verschiedener Steinsorten Berücksichtigung finden.

Corrosion of refractory materials by glass melts in forced laminar convection using the end surface of a rotating cylinder Rates of corrosion of various refractories in a container glass melt at 1400 °C were measured in forced convection conditions. Determination of the rate of corrosion involved a modified form of the rotating disk method based on the decrease in length of the cylinder at various speeds of rotation. The development of the forced convection flow on the horizontal end of the cylinder is affected by density driven free convection, which is about six times greater than the free convection on the vertical cylinder wall, and by the increase in viscosity caused by dissolution of the refractory. Separation of the effects of the two types of corrosion can be achieved in a simple way by parallel displacement of rate of corrosion plotted against square root of speed of rotation; thus the effect of free convection on the end of the cylinder can be eUminated by a simple displacement. As previously shown in conditions of simple free and boundary layer convection and confirmed by the present forced convection results, transient effects occur which involve not only establishing diffusion layers at the melt/refractory Interface but also other effects specific to the refractories (infiltration, exudation) [1]. These influences can be regarded only by quantitative measurements and have to be considered if different refractory materials are to be compared.

Corrosion de matériaux réfractaires par des fontes de verre subissant une convection laminaire forcée par rotation du cylindre de réfractaire On a déterminé quantitativement la vitesse de corrosion de différents matériaux réfractaires par une fonte de verre creux à 1400 °C soumise à une convection forcée. On obtient les vitesses de corrosion en déterminant la diminution de hauteur, en fonction du temps, d'échantillons cylindriques soumis à différentes vitesses de rotation. La convection libre due à des gradients de densité sur la surface plane horizontale du cylindre, qui est environ six fois plus grande que la convection due à des gradients de densité sur la paroi verticale, et l'élévation de la viscosité de la fonte de verre creux (due au matériau réfractaire dissous) influencent la formation du courant de convection forcée. On peut déterminer les contributions partielles des deux types de convection à la vitesse de corrosion, en déplaçant parallèlement les droites des vitesses de corrosion en fonction de la racine carrée de la vitesse de rotation et en les faisant passer par l'origine des coordonnées; en d'autres termes, l'influence de la corrosion par la convection due à des gradients de densité sur la face plane horizontale du cylindre, est eliminée par le simple déplacement parallèle des droites. Comme on l'a déjà constanté [1] lors d'études de corrosion provoquée par la seule convection libre due à des gradients de densité et à l'interface, apparaissent également, dans le cas présent, des effets de début de corrosion provoqués par la convection forcée. Les effets sont dus, non seulement à la formation de couches de diffusion à l'interface réfractaire/fonte de verre, mais également à d'autres causes spécifiques aux blocs (infiltration, transpiration) et qui peuvent être déterminés lors de mesures quantitatives et peuvent être prises en considération lors d'études comparatives de différents blocs réfractaires.