Wissenschaftliche Berichte – FZKA6656

Kriterien zur Ausbreitung oxidischer Schmelzen: Die Tests miniKATS-1 bis -5

Zusammenfassung

In einer großangelegten Serie von Tests zur Ausbreitung oxidischer Hochtemperaturschmelzen in einem größeren Maßstab (KATS-Tests) wurden Parameter variiert, die das Ausbreitungsverhalten der Schmelze wesentlich beeinflussen (Viskosität, Volumenrate des Schmelze, Substratum der Ausbreitungsfläche, Gegenwart von Wasser). Trotz einer umfangreichen Instrumentierung mit Thermoelementen verschiedener Art, einer Infrarotkamera und mehreren Videokameras konnte nur in wenigen Fällen das Verhalten der Schmelze an der vordersten Front im Augenblick des Stillstands detailliert untersucht werden. Mit der miniKATS-Serie wurden deshalb fünf weitere Ausbreitungstest mit oxidischen Schmelzen in kleinem Maßstab (ca. 5 kg) durchgeführt, bei denen die vorderste Front im Augenblick des Stillstandes auf ihre mechanischen Eigenschaften untersucht wurde. Es stellte sich dabei heraus, dass in allen Fällen der bulk-Bereich der Schmelze im flüssigen Zustand bei nahezu
Anfangstemperatur angefunden wurde. Je nach Beschaffenheit der Anfangsschmelze wurde die Ausbreitung durch zwei unterschiedliche Phänomene am weiteren Ausbreiten behindert: durch Krustenbildung an der Oberfläche, in diesem Falle vereinigten sich die Krusten am Boden mit der, die sich an der Oberfläche bildete. In den anderen Fällen war die gesamte Schmelzenzunge im noch flüssigen Zustand oberhalb der Liquidus-Temperatur als die Ausbreitung gestoppt wurde. Hier spielte die Oberflächenspannung eine dominierende Rolle, sie stand im Gleichgewicht mit der Schwerkraft als treibende Kraft. In keinem der Fälle konnte „bulk-freezing“ nachgewiesen werden.

Criteria for the Spreading of Oxide Melts: Test Series miniKATS-1 to -5

Abstract

In a long series of larger spreading tests with high temperature oxide melts (KATS tests) many parameters have been varied which are influencing the spreading behaviour (viscosity, pouring rate, substratum of spreading surface, presence of water). In spite of an extensive instrumentation using different thermocouples, an infrared camera and several video cameras, only in very few cases the behaviour of the melt front at the very moment of immobilization could be detected in detail. Therefore in the additional miniKATS series five small scale (5 kg) spreading tests with oxide melts have been conducted to investigate the mechanical properties of the spreading front in the moment of immobilization. It turned out that in all cases the bulk of the melt at this moment was still liquid at a temperature close to the initial one. Depending on the initial melt properties two distinct phenomena have been observed which control the immobilization of the melt: The first phenomena is the crust formation at the surface, the crusts at the bottom combine with the crusts at the surface of the melt. In the other case the whole melt front was still above the liquid temperature at the moment of immobilization. Here the surface tension was controlling the spreading, it was in balance with the driving gravitational force. In none of the test bulk freezing has been detected.