TVFガラス溶融炉における仮焼層のシミュレーションモデル開発

Development of simulation model for cold-cap of TVF glass melter

朝日 良光; 小高 亮

Asahi, Yoshimitsu; Kodaka, Akira

TVFガラス溶融炉では原料としてHAWを含浸したファイバーガラス製原料カートリッジを供給しており、溶融ガラス表面には溶融途中のカートリッジが浮遊し仮焼層が形成される。この仮焼層で形成される温度分布を表現可能な計算モデルを開発した。仮焼層はカートリッジと溶融ガラスの固液混相流としてモデル化し、粒子・流体間相互作用を考慮した。またカートリッジが浮遊することで生じる見かけ粘性の増加や、ジュール加熱電流の導電断面積と熱伝導率の減少を、固相粒子の濃度に応じた関数として流体の物性値へ導入した。これらを同時に考慮したTVF2号溶融炉を対象とするシミュレーションの結果、仮焼層領域で流速が緩慢になり、実際の溶融炉で観測される仮焼層での大きな温度勾配と仮焼層下部における溶融ガラスの温度推移を再現できた。

In the glass production of TVF melter, as raw material, fiberglass frit cartridges saturated with HAW are supplied to the melter. A lot of in-melting cartridges float on the molten glass surface and form a layer called cold-cap. A simulation model of the cold-cap, which enables reproduction of temperature distribution was developed. The cold-cap was modeled as a two-phase flow of cartridges and molten glass with fluid-particle interaction. The increasing of the apparent viscosity and the decreasing of joule heat current and thermal conductivity caused by floating cartridges are defined as a function of the concentration of solid particles. By involving these models simultaneously, a simulation in regard to an operation during glass production for the 2nd melter in TVF yields a slow fluid velocity at the cold-cap region and reproduced a thermally isolated layer, and the change of temperature observed at the bottom side of the cold-cap.