DE102005058729A1

DE102005058729A1 - Apparatus and method for the electromagnetic influence of the flow of low-conductivity and high-viscosity fluids

Info

Publication number: DE102005058729A1
Application number: DE102005058729A
Authority: DE
Inventors: Bernd Dr.-Ing. Halbedel; Dagmar Prof. Dr.-Ing. Dr. rer. oec. Hülsenberg; Uwe Dipl.-Ing. Krieger; Ulrich Dr.-Ing. Lüdtke; Gunter Dr.rer.nat. habil. Carl; Hans-Jürgen Dr.-Ing. Linz
Original assignee: JSJ JODEIT GmbH; Technische Universitaet Ilmenau
Current assignee: JSJ JODEIT GmbH; Technische Universitaet Ilmenau
Priority date: 2005-12-08
Filing date: 2005-12-08
Publication date: 2007-06-14
Also published as: WO2007065937A1; EP1957416A1

Abstract

Mit der vorliegenden Erfindung soll eine Vorrichtung und ein Verfahren zur effizienten elektromagnetischen Beeinflussung von gering elektrisch leitfähigen und hochviskosen Fluiden bereitgestellt werden, wobei die Strömungsbeeinflussung abschnittsweise, gezielt steuerbar und werkzeuglos erfolgen soll. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird mit einem Magnetsystem (1) und einem Elektrodensystem (3) in dem Fluid ein magnetisches Wwechselfeld und eine radiale Stromdichtverteilung erzeugt, so dass senkrecht zur Fließrichtung des Fluides eine tangentiale Strömung elektromagnetisch initiiert wird und das Fluid in Abhängigkeit von der Größe der elektromagnetisch generierten tangentialen Strömungskomponente laminar gerührt und homogenisiert wird. DOLLAR A Die vorgeschlagene Vorrichtung und das dazugehörige Verfahren sind für die Herstellung technischer Gläser, Gläser für Flachbildschirme auf LCD- und Plasmabasis, optischer Gläser, Glasseiden, Behältergläser u. a. geeignet.The present invention is intended to provide a device and a method for the efficient electromagnetic influencing of low electrically conductive and highly viscous fluids, with the flow influencing taking place in sections, specifically controllable and without tools. DOLLAR A According to the invention, a magnetic alternating field and a radial current density distribution are generated with a magnet system (1) and an electrode system (3) in the fluid, so that perpendicular to the direction of flow of the fluid, a tangential flow is electromagnetically initiated and the fluid depending on the size of the electromagnetically generated tangential flow component is stirred laminar and homogenized. DOLLAR A The proposed device and the associated method are for the manufacture of technical glasses, glasses for flat screens based on LCD and plasma, optical glasses, glass silk, container glasses and. a. suitable.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein damit realisierbares Verfahren zur elektromagnetischen Beeinflussung der Strömung von gering elektrisch leitfähigen und hochviskosen Fluiden – vorrangig Glasschmelzen – in Kanälen beliebigen Querschnitts mittels Lorentzkräften, die durch Einprägung eines externen magnetischen Wechselfeldes und durch Erzeugung einer elektrischen Stromdichteverteilung gleichen zeitlichen Verhaltens in der Schmelze generiert werden.The The present invention relates to a device and a device that can be realized with it Method for the electromagnetic influencing of the flow of low electrically conductive and high viscosity fluids - priority Glass melts - in channels arbitrary cross-section by means of Lorentz forces, by impressing an external alternating magnetic field and by generating an electrical Current density distribution same temporal behavior in the melt to be generated.

Die Beeinflussung der Strömung in einem Glasschmelzaggregat erfolgt in der Praxis vorrangig durch Konvektion, welche unter dem Einfluss der Schwerkraft durch Dichteunterschiede infolge von Temperaturgradienten in der Schmelze entsteht. Sie wird oft mit Hilfe einer elektrischen Zusatzheizung (EZH) verstärkt. Damit ist die erzeugte Kraftwirkung allerdings immer an die Richtung der Schwerkraft bzw. entgegengesetzt dazu sowie an das Vorhandensein von Temperaturgradienten gebunden. Hiermit allein ist also nie eine thermische Homogenisierung der Schmelze möglich und die chemische Homogenisierung ist an lange Prozesszeiten gebunden. Zudem können lokale Unterkühlungen bzw. Überhitzungen der Schmelze und das damit verbundene Reboiling auftreten.The Influencing the flow in a molten glass aggregate in practice takes place primarily by convection, which under the influence of gravity due to density differences arises as a result of temperature gradients in the melt. she will often reinforced with the help of an electric booster heater (EZH). This is However, the force produced always in the direction of gravity or opposite thereto as well as the presence of temperature gradients bound. This alone is never a thermal homogenization the melt possible and chemical homogenization is bound to long process times. In addition, you can local hypothermia or overheating the melt and the associated reboiling occur.

Eine weitere angewandte Strömungsbeeinflussung ist das mechanische Rühren. Es erfolgt mit Hilfe verschiedener Rührertypen und bei Glasschmelzen an unterschiedlichen Positionen im Schmelzaggregat. So bewirkt z.B. ein Stabrührer mit Hilfe hoher Drehzahlen und den dadurch auftretenden Scherkräften eine eventuell vorhandene Schliere auseinander zu ziehen, wodurch ihre Oberfläche vergrößert und die für den Abbau des chemischen Gradienten notwendige Diffusion begünstigt wird (s. u.a. DE 100 57 285 ).Another applied flow control is mechanical stirring. It is carried out with the aid of various types of stirrers and glass melts at different positions in the smelting unit. For example, a rod agitator, with the aid of high rotational speeds and the resulting shear forces, causes a possible streak to be pulled apart, which increases its surface area and favors the diffusion necessary for the degradation of the chemical gradient (see above) DE 100 57 285 ).

Für die Verbesserung der thermischen Homogenität werden vor allem Spiralrührer verwendet, da sie einen hohen Materialtransport gewährleisten [1]. Deshalb eignen sie sich auch besonders zum Einfärben von Glas im Speiser der Glasschmelzanlage (Feederbereich) ( SU 1 011 564 ).Spiral stirrers are used to improve thermal homogeneity, as they ensure high material transport [1]. Therefore, they are also particularly suitable for coloring glass in the feeder of the glass melting plant (feeder area) ( SU 1 011 564 ).

Flügelrührer hingegen erzeugen die Scherkräfte durch unterschiedliche Geschwindigkeiten entlang eines Flügels ( DD 296 798 , DD 274 812 , EP 0 504 774 ).Impellers on the other hand generate the shear forces by different speeds along a wing ( DD 296 798 . DD 274 812 . EP 0 504 774 ).

Trotz vielfacher Anwendung gewährleistet der Einsatz von mechanischen Rührern jedoch oft nicht die gewünschte Verbesserung der Homogenität der Glasschmelzen, da einerseits die Abrasionsprodukte der Rührer wieder Färbungen, Kristallkeime und sonstige Verunreinigungen [1] verursachen und andererseits die Gefahr des thermischen Reboilings durch Unterkühlung der Schmelze besteht [2]. Weiterhin haben diese Rührer begrenzte Betriebszeiten und rufen infolge des oft notwendigen Edelmetalleinsatzes (Platin, Platin-Rhodium) hohe Betriebskosten hervor.In spite of guaranteed multiple use the use of mechanical stirrers however often not the desired one Improvement of homogeneity the glass melts, because on the one hand the abrasion products of the stirrer again colorations Cause crystal nuclei and other impurities [1] and On the other hand, the risk of thermal rebuilding by subcooling the Melting exists [2]. Furthermore, these stirrers have limited operating times and because of the often necessary use of precious metals (platinum, Platinum-Rhodium) high operating costs.

In der GB 1289317 bzw. DE 2056445 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Glas beschrieben, bei dem zum Rühren von Glasschmelzen, insbesondere während des Gießvorganges oder der Läuterung, elektromagnetische Kräfte genutzt werden, die aus der Wechselwirkung des Heizstromes mit einem senkrecht dazu stehenden äußeren Magnetfeld resultieren. Hierbei werden Wechselströme mit einer Frequenz von 50Hz und magnetische Wechselfelder gleicher Frequenz genutzt. Die Phasenlage muss nicht zwingend übereinstimmen. Das Magnetfeld wird von einem oder mehreren von außen an die Schmelzgefäße adaptierten einphasigen und dreiphasigen eisenbehafteten Wechselstrommagneten erzeugt. Durch getrennte Ansteuerung einzelner Magnete sollen unterschiedliche Strömungen realisiert werden. Zur Erzielung hinreichender Rührwirkungen wird empfohlen, das Verhältnis der elektromagnetischen Kraft zu der Konvektionskraft gemäß Gleichung (1)

einzustellen. Es bezeichnen:

j – die elektrische Stromdichte in der Schmelze,
B – die magnetische Flussdichte,
g – die Erdbeschleunigung,
ρ_F – die Dichte der Glasschmelze,
β_F – den thermischen Volumen-Ausdehnungskoeffizienten der Schmelze
Δϑ – den Temperaturgradienten in der Schmelze.

In the GB 1289317 respectively. DE 2056445 describes a method and an apparatus for producing glass, in which for the stirring of glass melts, in particular during the casting process or the refining, electromagnetic forces are used, resulting from the interaction of the heating current with a perpendicular thereto external magnetic field. In this case alternating currents with a frequency of 50Hz and magnetic alternating fields of the same frequency are used. The phase position does not necessarily have to match. The magnetic field is generated by one or more externally adapted to the melting vessels single-phase and three-phase iron-bonded AC magnet. By separate control of individual magnets different flows are to be realized. In order to obtain sufficient stirring effects, it is recommended that the ratio of the electromagnetic force to the convection force be calculated according to equation (1)

adjust. They denote:

j - the electric current density in the melt,
B - the magnetic flux density,
g - the gravitational acceleration,
ρ _F - the density of the glass melt,
β _F - the thermal expansion coefficient of the melt
Δθ - the temperature gradient in the melt.

Auch nach [3] wird eine deutliche Verbesserung der Farbcharakteristik UV-absorbierender Gläser erzielt, wenn durch die Schmelze über Top-Elektroden ein Wechselstrom geführt und senkrecht dazu ein magnetisches Wechselfeld das Schmelzgefäß durchdringt. Die bessere Verteilung der färbenden Glasbestandteile (Cr³⁺/Cr⁶⁺-; Fe³⁺- Ionen) wird auf die aus der elektromagnetisch generierten Volumenkraftdichte – im folgenden als Lorentzkraftdichte bezeichnet –

mit

f →_L – Lorentzkraftdichte,
F →L – Lorentzkraft,
V – Volumenelement,

resultierenden Strömung in der Glasschmelze zurückgeführt. Die erzielten Strömungsgeschwindigkeiten sollen bei einer magnetischen Induktion von 0,15 T bis zu 12 cm/s betragen haben. Über die Stromdichten j in der Schmelze liegen keine Angaben vor.Even after [3] a significant improvement in the color characteristics of UV-absorbing glasses is achieved when passed through the melt via top electrodes an alternating current and perpendicular to a like alternating magnetic field penetrates the melting vessel. The better distribution of the coloring glass components (Cr ³⁺ / Cr ⁶⁺ -, Fe ³⁺ - ions) is based on the electromagnetically generated volume force density - hereinafter referred to as Lorentz force density -

With

f → _L - Lorentz force density,
F → L - Lorentz force,
V - volume element,

resulting flow in the molten glass returned. The achieved flow velocities should have been at a magnetic induction of 0.15 T up to 12 cm / s. There are no data on the current densities j in the melt.

Daneben sind aus [4] weitere Ergebnisse zum elektromagnetischen Rühren in einer kleintechnischen Anlage (Kanalschmelzer mit 0,5 m³ Fassungsvermögen) bekannt. Hierbei werden zwei hufeisenförmige Wechselstrommagnete an den Seitenwänden des Kanalschmelzers gegenüberliegend angebracht, so dass sich das Magnetfeld über den Schmelzkanal schließen muss. Drei Elektroden sind im Bereich der Einwirkung der Magnetfelder der Wechselstrommagneten mittig im Schmelzkanal mit einem bestimmten Abstand positioniert, so dass das elektrische Strömungsfeld zwischen den Elektroden mit dem in die Schmelze eindringenden Magnetfeld gekreuzt und endliche Lorentzkraftdichten generiert werden, die wiederum Strömungen im Kanalquerschnitt initiieren. Die Wirkung dieser Strömung trägt zur Homogenisierung der Schmelze bei. Die Effekte werden anhand von Brechzahlmessungen an Proben aus der erkalteten Schmelze nachgewiesen. Die mittleren Induktionen in der Glasschmelze betragen zwischen 0,015 T bis 0,249 T.In addition, from [4] further results for electromagnetic stirring in a small-scale plant (channel melter with 0.5 m ³ capacity) are known. In this case, two horseshoe-shaped alternating current magnets are mounted opposite one another on the side walls of the channel melter, so that the magnetic field has to close over the melt channel. Three electrodes are positioned in the middle of the melt channel with a certain distance in the area of the action of the magnetic fields of the AC magnets, so that the electrical flow field between the electrodes is crossed with the magnetic field entering the melt and finite Lorentz force densities are generated, which in turn initiate flows in the channel cross section. The effect of this flow contributes to the homogenization of the melt. The effects are detected by refractive index measurements on samples from the cooled melt. The mean inductions in the glass melt are between 0.015 T to 0.249 T.

In SU 81 49 04 wird ein Verfahren zur Verbesserung der Läuterung und Homogenisierung von insbesondere hochviskosen Glasschmelzen (bis zu 500 Pas bei Temperaturen von 1250°C bis zu 1460°C) in einem speziellen Schmelzaggregat vorgeschlagen, wobei eine Strömung der Größenordnung 4 bis 5 cm/s und deren Wechsel (z. B. alle 3 bis 5 min) in horizontaler und vertikaler Richtung mittels entsprechend in der Schmelze wirkenden Lorentzkraftdichten erzwungen wird. Dazu befinden sich in der Schmelze 3 Elektrodenpaare, womit Stromdichteverteilungen je nach Glasart von 10 bis etwa 50 mA/mm² erzeugt werden und außen am Schmelzaggregat ein Elektromagnet, der ein zu der Stromdichte senkrecht stehendes und zeitlich synchrones Magnetfeld (Flussdichte bis 40 mT) realisiert. Die Richtungswechsel von Lorentzkraftverteilung und Strömung in der Schmelze sollen durch Umschalten der Elektroden und des Elektromagneten mittels eines nicht näher beschriebenen Gerätes erfolgen. Die elektromagnetische Läuterungs- und Homogenisierungsprozedur kann bis zu mehreren Stunden dauern (1 bis 3 h). Die Verbesserung der Glasqualität durch die elektromagnetisch initiierten Strömungen wurde anhand der Abnahme der Blasenhaltigkeit von Glasproben im Vergleich zu traditionell hergestellten (ohne magnetisches Rühren) Gläsern nachgewiesen. Als Beispiele sind u.a. für verschiedene Glaszusammensetzungen (in Ma-%) folgende Prozeduren angegeben:

• 31,04% SiO₂; 65,57% PbO; 2,64% Na₂O; 0,5% As₂O₃ und 0,25% Sb₂O₃; Aufschmelzen: 1350°C, 3 h Läutern: 1480°C (30 Pas); 50 mA/mm²; 50 mT; Richtungswechsel alle 5 min; 15 min lang Homogenisieren: 1240°C (50–70 Pas); 50 mA/mm²; 50 mT; Richtungswechsel alle 5 min; 90 min lang
• 65,15% SiO₂; 12,11% B₂O₃; 3,19% Al₂O₃; 1,56% BaO; 1,20% CaO; 0,50% MgO; 6,10% K₂O; 9,89% Na₂O und 0,30% As₂O₃; Aufschmelzen: 1380°C–1420°C, 3 h Läutern: 1440°C–1460°C (20–25 Pas); 20 mA/mm²; 40m T; Richtungswechsel alle 2,5 min; 15 min lang Homogenisieren: 1280°C–1260°C (225–230 Pas); 50 mA/mm²; 40 mT; Richtungswechsel alle 5 min; 90 min lang
• 42,80% SiO₂; 45,00% PbO; 10,40% K₂O; 1,50% Na₂O; 0,30% As₂O₃ Aufschmelzen: 1380°C, 3 h Läutern: 1450°C (20 Pas); 30 mA/mm²; 50m T; Richtungswechsel alle 5 min; 30 min lang Homogenisieren: 1280°C (120 Pas); 30 mA/mm²; 50 mT; Richtungswechsel alle 5 min; 60 min lang

In SU 81 49 04 a method for improving the refining and homogenization of particular highly viscous glass melts (up to 500 Pas at temperatures of 1250 ° C up to 1460 ° C) is proposed in a special melting unit, wherein a flow of the order 4 to 5 cm / s and their change (For example, every 3 to 5 min) is forced in the horizontal and vertical directions by means of correspondingly acting in the melt Lorentz force densities. For this purpose, there are 3 pairs of electrodes in the melt, whereby current density distributions of 10 to about 50 mA / mm ^{2 are} generated depending on the type of glass and the outside of the melting unit, an electromagnet, which realizes a perpendicular to the current density and temporally synchronous magnetic field (flux density up to 40 mT) , The directional change of Lorentz force distribution and flow in the melt should be done by switching the electrodes and the electromagnet by means of a device not described in detail. The electromagnetic purification and homogenization procedure may take up to several hours (1 to 3 hours). The improvement in glass quality by the electromagnetically initiated flows was demonstrated by the decrease in the bubble content of glass samples compared to traditionally made (without magnetic stirring) glasses. As examples, the following procedures are indicated, inter alia, for different glass compositions (in% by mass):

31.04% SiO ₂ ; 65.57% PbO; 2.64% Na ₂ O; 0.5% As ₂ O ₃ and 0.25% Sb ₂ O ₃ ; Melting: 1350 ° C, 3 h Purification: 1480 ° C (30 Pas); 50 mA / mm ² ; 50 mT; Change of direction every 5 min; Homogenize for 15 minutes: 1240 ° C (50-70 Pas); 50 mA / mm ² ; 50 mT; Change of direction every 5 min; 90 minutes long
65.15% SiO ₂ ; 12.11% B ₂ O ₃ ; 3.19% Al ₂ O ₃ ; 1.56% BaO; 1.20% CaO; 0.50% MgO; 6.10% K ₂ O; 9.89% Na ₂ O and 0.30% As ₂ O ₃ ; Melting: 1380 ° C-1420 ° C, 3 h Purification: 1440 ° C-1460 ° C (20-25 Pas); 20 mA / mm ² ; 40m T; Change of direction every 2.5 min; Homogenization for 15 minutes: 1280 ° C-1260 ° C (225-230 Pas); 50 mA / mm ² ; 40 mT; Change of direction every 5 min; 90 minutes long
42.80% SiO ₂ ; 45.00% PbO; 10.40% K ₂ O; 1.50% Na ₂ O; 0.30% As ₂ O ₃ Melting: 1380 ° C, 3 h Purification: 1450 ° C (20 Pas); 30 mA / mm ² ; 50m T; Change of direction every 5 min; Homogenization for 30 minutes: 1280 ° C (120 Pas); 30 mA / mm ² ; 50 mT; Change of direction every 5 min; 60 minutes long

In SU 10 244 23 wird ein Verfahren zur Verbesserung der Homogenität von Glasschmelzen mit Hilfe künstlicher Lorentzkräfte beschrieben, wobei nacheinander länger andauernd (5–20 min) ein niederfrequentes magnetisches Grundfeld (0,2–0,6 T; 50 Hz) und kurz (0,5–2,5 s) ein weiteres, aber höherfrequentes Magnetfeld (0,01–0,03 T, 19– 250 kHz) auf eine mit einer elektrischen Stromdichte (synchron mit dem Grundfeld) durchsetzten Glasschmelze einwirken. Die Zeit für die elektromagnetische Homogenisierungsprozedur beträgt 15 min bis 60 min. Dieses Schmelzverfahren soll insbesondere für die Herstellung von optischen Gläsern geeignet sein.In SU 10 244 23 A method for improving the homogeneity of glass melts by means of artificial Lorentz forces is described in which a low-frequency magnetic field (0.2-0.6 T, 50 Hz) and short (0.5-2 , 5 s) another, but higher-frequency magnetic field (0.01-0.03 T, 19-250 kHz) on one with an electric current density (in synchronism with the basic field) by put molten glass on. The time for the electromagnetic homogenization procedure is 15 minutes to 60 minutes. This melting process should be particularly suitable for the production of optical glasses.

Das Patent JP 1285547 hingegen beschreibt elektromagnetisch initiierte Rührwirkungen in Glasschmelzen bestimmter Zusammensetzung, deren Schmelzzustand in einem induktiv beheizten Platintiegel erzeugt wird. Ein magnetisches Feld – vermutlich Gleichfeld – mit einer Intensität im Bereich von 0,1 T bis 8 T wird parallel oder parallel zur Tiegelachse aufgeprägt. Als Einwirkzeiten des Magnetfeldes werden 2 bis 5 h angegeben. Die Zusammensetzung der Glasschmelzen sollte mindestens eines der bekannten netzwerkbildenden Oxide SiO₂, B₂O₃, P₂O₅ oder GeO₂ enthalten. Der Anteil dieser Netzwerkbildner – einzeln oder in der Summe – muss allerdings kleiner als 30 mol-% betragen. Auf die Erzeugung einer elektrischen Stromdichte in der Schmelze über Elektroden wird nicht hingewiesen. Es ist somit davon auszugehen, dass in der Schmelze kein von außen initiierter Ionenstrom fließt. Trotzdem wird eine zusätzliche Strömung festgestellt. Der Einfluss dieser elektromagnetisch hervorgerufenen Strömungen wurde mit Laborexperimenten unter definierten Betriebszuständen durch Messung der veränderten Temperaturverteilungen nachgewiesen. Insbesondere Gläser mit hoher Homogenität und Transmission für optische Anwendungen (Lichtleitfasern, Lasergläser, Gläser extrem hoher Brechzahl, IR-Gläser,...) sollen damit ohne mechanisches Rühren herstellbar sein. Angegeben werden z.B. zweistündige Schmelzprozeduren mit 2 T mit folgenden Zusammensetzungen (in mol-%):

• 77,80% TeO₂; 3,10% PbO; 14,10% B₂O₃; 1,60% Bi₂O₃; 1,6% WO₃; 1,8% Al₂O₃ bei 900°C (→ hochbrechende Telluritgläser),
• 51,00% ZrF₄; 20,00% BaF₂; 4,50% LaF₃; 4,50% AlF₃; 20,00% NaF₂ bei 900°C (→ Zirkonfluoridgläser für Lichtleiter),
• 21,60% Bi₂O₃; 44,80% PbO; 13,60% Ga₂O₃; 20,00% GeO₂ bei 1000– 1250°C (→ Germanatgläser).

The patent JP 1285547 In contrast, electromagnetically initiated stirring effects in glass melts of specific composition, the melting state of which is produced in an inductively heated platinum crucible. A magnetic field - presumably dc field - with an intensity in the range of 0.1 T to 8 T is imprinted parallel or parallel to the crucible axis. The reaction times of the magnetic field are 2 to 5 h. The composition of the glass melts should contain at least one of the known network-forming oxides SiO ₂ , B ₂ O ₃ , P ₂ O ₅ or GeO ₂ . However, the share of these network creators - individually or in total - must be less than 30 mol%. The generation of an electric current density in the melt via electrodes is not indicated. It can therefore be assumed that no externally initiated ion current flows in the melt. Nevertheless, an additional flow is detected. The influence of these electromagnetically induced flows was proven by laboratory experiments under defined operating conditions by measuring the changed temperature distributions. In particular, glasses with high homogeneity and transmission for optical applications (optical fibers, laser glasses, glasses of extremely high refractive index, IR glasses, ...) should thus be producible without mechanical stirring. For example, two-hour melting procedures with 2 T with the following compositions (in mol%) are indicated:

• 77.80% TeO ₂ ; 3.10% PbO; 14.10% B ₂ O ₃ ; 1.60% Bi ₂ O ₃ ; 1.6% WO ₃ ; 1.8% Al ₂ O ₃ at 900 ° C (→ highly refractory tellurite glasses),
• 51.00% ZrF ₄ ; 20.00% BaF ₂ ; 4.50% LaF ₃ ; 4.50% AlF ₃ ; 20.00% NaF ₂ at 900 ° C (→ zirconium fluoride glasses for optical fibers),
21.60% Bi ₂ O ₃ ; 44.80% PbO; 13.60% Ga ₂ O ₃ ; 20.00% GeO ₂ at 1000-1250 ° C (→ Germanatglasses).

Das Patent enthält keine Erläuterungen zu den Ursachen der erzielten Effekte. Vermutlich erzeugt die induktive Erwärmung der Tiegelwand eine starke lokale Erwärmung der Schmelze in den Außenbereichen, wodurch eine intensive Konvektion in der Schmelze entsteht. Infolge des sehr geringen Netzwerkbildneranteils der halbleitenden bzw. hochionenleitenden Gläser stellt diese Strömung gleichzeitig einen Gleichstrom dar. Die Kreuzung dieses natürlichen Gleichstromes mit einem ausreichend starken statischen Magnetfeld führt zu einer konstanten und in einer Richtung wirkenden Lorentzkraft, die die vorhandene Konvektionsströmung verändert, so dass die festgestellten Homogenisierungseffekte entstehen.The Patent contains no explanations to the causes of the effects achieved. Presumably, the inductive generates warming the crucible wall a strong local heating of the melt in the outer areas, whereby an intensive convection in the melt arises. As a result the very small amount of network former of the semiconducting or highly ionic glasses represents this flow at the same time a direct current. The crossing of this natural one DC with a sufficiently strong static magnetic field leads to a constant and unidirectional Lorentz force, the the existing convection flow changed so that the established homogenization effects arise.

In dem Patent WO 008157 wird ein Verfahren beschrieben, das nach dem Prinzip des Induktionstiegelofens arbeitet. Erfindungsgemäß wird ein zweiter galvanisch getrennter, aber induktiv gekoppelter Induktor benutzt, der ein entgegengesetzt gerichtetes, ebenfalls hochfrequentes elektromagnetisches Feld (0,1 MHz < f < 20 MHz) erzeugt, das auch die Schmelze durchdringt. Die elektromagnetische Kraftwirkung, die sich aus der Wechselwirkung der in der Schmelze induzierten Wirbelströme und den sich überlagernden Induktorfeldern ergibt, erzeugt eine Veränderung der Geometrie der Schmelzoberfläche und eine intensivere, turbulente Durchmischung, wodurch sich das Aufschmelzverhalten von eingebrachtem Glaspulver verbessert. Die Effekte können mit einer Phasenverschiebung der beiden Induktorsysteme von 20° bis 40° erzielt werden. Jedoch sind aufgrund der geringen elektrischen Leitfähigkeit von Glasschmelzen und der hohen Verluste sowie des hohen technischen Aufwands für die elektrische Stromversorgung des Induktorsystems die realisierbaren geometrischen Abmessungen des Schmelzaggregates stark eingeschränkt (Durchmesser des Ausführungsbeispiels ca. 10 cm). Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass ein kontinuierlicher Betrieb des Herstellungsverfahrens bisher nicht realisiert wurde.In the patent WO 008157 a method is described, which after the Principle of the induction crucible furnace works. According to the invention is a second galvanically isolated, but inductively coupled inductor, the one oppositely directed, also high-frequency electromagnetic Generated field (0.1 MHz <f <20 MHz), which also penetrates the melt. The electromagnetic force, arising from the interaction of the melt induced eddy currents and the overlapping ones Induktorfeldern generates a change in the geometry of the enamel surface and a more intense, turbulent mixing, resulting in the melting behavior improved by incorporated glass powder. The effects can with achieved a phase shift of the two Induktorsysteme from 20 ° to 40 ° become. However, due to the low electrical conductivity of glass melts and high losses as well as high technical Efforts for the electrical power supply of the inductor system the realizable geometric dimensions of the melting aggregate severely limited (diameter of the embodiment about 10 cm). Another disadvantage of this method is that a continuous operation of the manufacturing process so far was not realized.

In der nationalen sowie auch in der internationalen Praxis finden Glasschmelzanlagen mit den bisher bekannten, oben angeführten Vorrichtungen zur elektromagnetischen Strömungsbeeinflussung gegenwärtig keine Anwendung, da die damit erzielbaren Effekte nicht ausreichend sind. Die Ursache ist eine ungenügende und/oder diffuse Durchdringung der Schmelzen mit den extern erzeugten Magnetfeldern, so dass die vektorielle Verknüpfung mit der elektrischen Stromdichte in der Schmelze nicht zu der maximal möglichen Lorentzkraftdichte führt. Des Weiteren sind die Aufwendungen für die Erzeugung des erforderlichen externen Magnetfeldes zu hoch. Dadurch lassen sich die erzielten Effekte nicht wertschöpfend umsetzen. Zudem führen die Maßnahmen zur elektromagnetischen Strömungsbeeinflussung teilweise zu nachteiligen Nebeneffekten:

• Reboiling infolge örtlicher Überhitzungen durch ungleichmäßige Verteilung der eingeprägten elektrischen Stromdichten, das durch die exponentielle Zunahme der elektrischen Leitfähigkeit von Glasschmelzen mit der Temperatur noch verstärkt werden kann,
• Aufwölbungen/Durchbruch der Gemengedecke bei vollelektrischen Schmelzen (VES) über den Bodenelektroden (Bottom-Elektroden) infolge der in Elektrodennähe starken und nach oben gerichteten natürlichen Lorentzkräfte und daraus resultierendes Ansteigen der Wärmeabstrahlung und Gewölbeschäden.

Glass melting plants are currently not used in national and international practice with the previously known devices for electromagnetic flow control mentioned above, since the effects which can be achieved with them are not sufficient. The cause is an insufficient and / or diffuse penetration of the melts with the externally generated magnetic fields, so that the vectorial connection with the electric current density in the melt does not lead to the maximum possible Lorentz force density. Furthermore, the cost of generating the required external magnetic field is too high. As a result, the effects achieved can not be realized in a value-adding way. In addition, the measures for the electromagnetic flow influencing partly lead to disadvantageous side effects:

• reboiling due to local overheating due to uneven distribution of impressed electrical current densities, which can be further enhanced by the exponential increase in the electrical conductivity of glass melts with temperature,
• Bulging / breakthrough of the composite ceiling in the case of all-electric melts (VES) above the bottom electrodes as a result of the natural Lorentz forces which are strong near the electrodes and the resulting increase in heat radiation and vault damage.

Die zur Zeit verwendeten Technologien zur Strömungsbeeinflussung (Konvektion, mechanisches Rühren) haben den Nachteil, dass die Eigenschaften der Glasschmelze unmittelbar vor dem Verlassen des Schmelzaggregates nur unzureichend steuerbar sind. Besonders zu nennende Problemstellungen sind:

• auf empirischen Ansätzen basierende Durchflusssteuerung/Portionierung der Schmelze
• unzureichende chemische und thermische Homogenität der Schmelze
• Kristallisationen in der Schmelze.

The currently used technologies for influencing the flow (convection, mechanical stirring) have the disadvantage that the properties of the molten glass are only insufficiently controllable immediately before leaving the melting unit. Particularly to be mentioned problems are:

• Empirical approaches based flow control / portioning of the melt
• insufficient chemical and thermal homogeneity of the melt
• Crystallization in the melt.

Für die sich anschließende Formgebung bedeutet das unter Umständen lange Einfahrzeiten des Prozesses, große Toleranzen in der Maßhaltigkeit und in den Eigenschaften des gefertigten Produktes.For yourself subsequent Shaping means that may be long Einfahrzeiten the Process, big Tolerances in dimensional accuracy and in the properties of the finished product.

Die steigenden Anforderungen an technische Gläser sowie der Trend zur Kostenreduzierung erfordern aber eine stetige Verbesserung der Glasproduktion. Ebenso ist das Schmelzen neuer, vor allem hochschmelzender Glaszusammensetzungen notwendig. Um also auch die erforderliche Qualität des Glasproduktes auch in Zukunft gewährleisten zu können, sind demnach die Möglichkeiten zur Beeinflussung der Strömungsverhältnisse in einem Schmelzaggregat von großer Bedeutung.The Increasing demands on technical glasses and the trend towards cost reduction but require a steady improvement in glass production. As well is the melting of new, especially high-melting glass compositions necessary. So also the required quality of the glass product also in Ensure the future to be able to are therefore the possibilities for influencing the flow conditions in a smelting unit of great importance.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur effizienten elektromagnetischen Beeinflussung von Schmelzströmungen – vorrangig Glasschmelzen oder anderen gering elektrisch leitfähigen, viskosen Fluiden – in vorzugsweise vertikalen Kanälen beliebigen Querschnitts zu schaffen, wobei die Strömungsbeeinflussung abschnittsweise, gezielt steuerbar und werkzeuglos erfolgen soll.task The invention is therefore an apparatus and a method for the efficient electromagnetic influence of melt flows - priority Glass melts or other low electrical conductivity, viscous Fluids - in preferably vertical channels to create any cross section, the flow influencing sections, selectively controllable and tool-free.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe vorrichtungsseitig durch die Merkmale des ersten Patentanspruches und verfahrensseitig durch die Merkmale des Patentanspruches 17 gelöst.According to the invention this Task device side by the features of the first claim and procedurally by the features of claim 17 solved.

Bevorzugte weitere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Patentansprüchen 2 bis 16 gekennzeichnet, während bevorzugte weitere Ausgestaltungen des Verfahrens in den Patentansprüchen 18 bis 32 angegeben sind.preferred Further embodiments of the device according to the invention are in the claims 2 to 16 marked while preferred further embodiments of the method in the patent claims 18 to 32 are given.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind dem nachfolgenden Beschreibungsteil zu entnehmen, in dem die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen dieselben Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Teile in den gesamten Figuren bezeichnen, näher erläutert wird. Es zeigen:Further Details and advantages of the invention are the following description part in which the invention is described with reference to the attached drawings, in which the same reference numerals designate the same or similar parts throughout Characters denote, closer explained becomes. Show it:

1 – einen Querschnitt und einen Ausschnitt aus dem Längsschnitt einer ersten erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 - A cross section and a section of the longitudinal section of a first device according to the invention

2 – einen Querschnitt und einen Ausschnitt aus dem Längsschnitt einer zweiten erfindungsgemäßen Vorrichtung 2 - A cross section and a section of the longitudinal section of a second device according to the invention

3 – einen Querschnitt und einen Ausschnitt aus dem Längsschnitt einer dritten erfindungsgemäßen Vorrichtung 3 - A cross section and a section of the longitudinal section of a third device according to the invention

4 – die Verteilung der magnetischen Flussdichte in einem Ausschnitt der Vorrichtung nach 3 bei einer magnetischen Durchflutung von 2500 A, Skala in T 4 - The distribution of the magnetic flux density in a section of the device according to 3 with a magnetic flux of 2500 A, scale in T

5 – die Verteilung der Stromdichte im Ringspalt der Vorrichtung nach 3 bei einer Elektrodenspannung von 130 V und einer mittleren elektrischen Leitfähigkeit der Glasschmelze von 1 S/m, Skala in A/m² 5 - The distribution of the current density in the annular gap of the device after 3 at an electrode voltage of 130 V and a mean electrical conductivity of the glass melt of 1 S / m, scale in A / m ²

6 – die Verteilung der Lorentzkraft im Ringspalt der Vorrichtung nach 3 bei einer Elektrodenspannung von 130 V, einer mittleren elektrischen Leitfähigkeit der Glasschmelze von 1 S/m und einer magnetischen Durchflutung von 2500 A, Skala in N/m³ 6 - The distribution of Lorentz force in the annular gap of the device after 3 at an electrode voltage of 130 V, a mean electrical conductivity of the glass melt of 1 S / m and a magnetic flux of 2500 A, scale in N / m ³

7 – prinzipielle erfindungsgemäße Durchflussregelung 7 - Principle flow control according to the invention

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch charakterisiert, dass die Wandung des vorzugsweise vertikalen Kanals, die unmittelbar mit dem Fluid in Verbindung steht, partiell oder vollständig elektrisch leitfähig ausgeführt wird, und in dem Kanal eine Innenelektrode mittig angeordnet und ebenso wie die Außenelektrode partiell oder vollständig elektrisch leitfähig ausgeführt wird, so dass bei Anlegen einer Wechselspannung an diese Außen- und Innenelektrode das Fluid über die Höhe des Kanals partiell oder vollständig von einer vorrangig radialen Stromdichteverteilung durchsetzt wird.The inventive device is characterized in that the wall of the preferably vertical Partial channel directly related to the fluid or completely is electrically conductive, and in the channel, an inner electrode is arranged centrally and as well like the outer electrode partially or completely electrically conductive accomplished is, so when applying an AC voltage to these outdoor and Internal electrode over the fluid the height of the canal partially or completely is penetrated by a predominantly radial current density distribution.

Zur Erzeugung eines magnetischen Wechselfeldes in dem in diesem Kanal befindlichen Fluid, werden konzentrisch um den Kanal mindestens 2 (oder ein Vielfaches davon) eisenlose Magnetspulen vorzugsweise in einer Helmholtzanordnung positioniert. Diese Magnetspulen werden mit einem hinsichtlich seines zeitlichen Verhaltens dem Elektrodenstrom analogen Spulenstrom gespeist, so dass der Kanalquerschnitt vollständig und gleichmäßig axial von diesem Magnetfeld durchdrungen wird. In Folge dessen stehen im Fluid das elektrische Strömungsfeld j → und das magnetische Feld B → senkrecht zueinander und ergeben hier gemäß Gleichung (2) die maximal mögliche Lorentzkraftverteilung F →_L, die tangential zur Stromdichteverteilung in Abhängigkeit von der Phasenlage zwischen Spulen- und Elektrodenstrom in positiver oder negativer Richtung ausgerichtet ist. Diese tangentiale Lorentzkraftverteilung prägt dem Fluid auch eine tangentiale Geschwindigkeitskomponente auf. Abhängig von ihrer Größe entsteht somit eine mehr oder weniger intensiv gerührte, spiralförmige Strömung in einem unter Schwerkraft auslaufenden oder durch eine Pumpe geförderten Fluid.To generate an alternating magnetic field in the fluid located in this channel, concentrically around the channel at least 2 (or a multiple thereof) ironless magnetic coils are preferably positioned in a Helmholtz arrangement. These magnetic coils are supplied with a coil current which is analogous to the electrode current in terms of its temporal behavior, so that the channel cross-section is completely and uniformly penetrated axially by this magnetic field. As a result, in the fluid, the electric flow field j → and the magnetic field B → perpendicular to each other and give here according to equation (2) the maximum possible Lorentz force distribution F → _L , tangential to the current density distribution as a function of the phase position between the coil and electrode current in oriented in a positive or negative direction. This tangential Lorentz force distribution also imposes a tangential velocity component on the fluid. Depending on their size, a more or less intensively stirred, spiral-shaped flow thus arises in a fluid that is expiring under gravity or pumped by a pump.

Die Anordnung der Magnetspulen gemäß der Helmholtzbedingung (Spulenradius = Spulenabstand) gewährleistet eine ausreichend gleichmäßige Verteilung des magnetischen Feldes über den gesamten Kanalquerschnitt und die Kanalhöhe im Spulenbereich bei minimalem Einsatz von Leitungsmaterial für diese Magnetspulen.The Arrangement of the magnetic coils according to the Helmholtz condition (Coil radius = coil spacing) ensures sufficient even distribution of the magnetic field the total channel cross-section and the channel height in the coil area with minimal Use of line material for these solenoids.

Bei hochschmelzenden Fluiden und entsprechenden Qualitätsanforderungen sind die Innen- und die Außenelektrode (Kanalbewandung) aufgrund der erforderlichen Temperaturbeständigkeit aus entsprechenden Platinlegierungen auszuführen. Dies hat zur Folge, dass zur Vermeidung von Platinkorrosionen für den Spulen- und Elektrodenstrom vorzugsweise Frequenzen ≥ 1 kHz verwendet werden müssen. Für andere Elektrodenmaterialien (Molybdän, Zinndioxid,... Kupfer) sind die vorhandenen Netzfrequenzen (50/60 Hz) nutzbar.at refractory fluids and corresponding quality requirements are the inner and outer electrodes (Channel walling) due to the required temperature resistance to perform from appropriate platinum alloys. This has the consequence that to avoid platinum corrosion for the coil and electrode current preferably frequencies ≥ 1 kHz must be used. For others Electrode materials (molybdenum, Tin dioxide, ... copper) are the existing mains frequencies (50/60 Hz) usable.

Werden mehrere Magnetspulenpaare um den fluidführenden Kanal positioniert, können diese zur Anpassung an die zur Verfügung stehenden Stromquellen (Mittelfrequenzgenerator, Frequenzumrichter) elektrisch in Reihe oder parallel und bezüglich der Stromrichtung in den Magnetspulen gleich- oder entgegengesetzt verschaltet werden.Become several pairs of solenoid coils are positioned around the fluid-carrying channel, can these for adaptation to the available power sources (Medium frequency generator, frequency converter) electrically in series or parallel and re the current direction in the solenoid coils equal or opposite be interconnected.

Bei gleichgerichtet verschalteten Magnetspulen entsteht eine über die Höhe des Kanals in eine tangentiale Richtung wirkende Lorentzkraftdichteverteilung. Demzufolge bildet sich im Fluid eine nur in eine Richtung wirkende tangentiale Strömungskomponente.at rectified interconnected magnetic coils is formed over the Height of Channel acting in a tangential direction Lorentz force density distribution. As a result, an unidirectional fluid forms in the fluid tangential flow component.

Werden die Magnetspulen in entgegengesetzter Richtung verschaltet, können abschnittsweise entgegenwirkende Teilmagnetfelder und damit abschnittsweise abwechselnd in positiver oder negativer tangentialer Richtung wirkende Lorentzkräfte und Geschwindigkeitskomponenten im Fluid realisiert werden. Mit dieser entgegengesetzten Verschaltung der Magnetspulen sind bei sonst gleichen Bedingungen die höchsten Geschwindigkeitsgradienten im Fluid erzielbar. Dies wiederum führt zu einer guten Homogenisierung dieser Fluide, da die Durchmischung von hochviskosen Fluiden immer an eine laminare Strömung (Schichtenströmung) gebunden ist.Become the magnetic coils connected in the opposite direction, can sections counteracting partial magnetic fields and thus sections alternately in positive or negative tangential direction acting Lorentz forces and Speed components can be realized in the fluid. With this opposite interconnection of the magnetic coils are otherwise the same Conditions the highest Speed gradients in the fluid can be achieved. This in turn leads to a good homogenization of these fluids, since the mixing of highly viscous Fluids are always bound to a laminar flow (stratified flow) is.

Die Homogenisierung und der Durchfluss des Fluides ist im Kanal über die Größe des Elektrodenstromes, die Größe des Spulenstromes und/oder deren Phasenlage zueinander, unabhängig von sonstigen Prozessparametern, variierbar, einstellbar und bei Vorhandensein entsprechender Durchflussmesseinrichtungen auch regelbar.The Homogenization and the flow of the fluid is in the channel over the Size of the electrode current, the size of the coil current and / or their phase relationship to one another, independently of other process parameters, variable, adjustable and in the presence of appropriate flow measuring devices also adjustable.

Ein weiterer Effekt der eingeprägten elektrischen Stromdichte besteht darin, dass das Fluid zusätzlich direkt elektrisch beheizt wird. Die zwangsläufig direkt im Fluid erzeugte Heizleistung P_H entsprechend Gleichung (3)

mit

P_H – Heizleistung und
σ – elektrische Leitfähigkeit des Fluids,

kann einerseits, falls notwendig, verringert werden und die damit verbundene Reduzierung der Lorentzkraftdichte durch eine proportionale Erhöhung der magnetischen Flussdichte ausgeglichen werden (eine Reduzierung der Stromdichte j auf die Hälfte hat eine Verringerung der zusätzlichen Heizleistung auf ¼ zur Folge, um in diesem Fall die gleiche Lorentzkraftverteilung zu gewährleisten, ist aber nur eine Verdopplung der magnetischen Flussdichte notwendig) oder andererseits zum Ausgleich des erhöhten Wärmeverlustes infolge der modifizierten Strömungsverhältnisse genutzt werden. Diese Möglichkeiten sind vor allem für Glasschmelzen vorteilhaft.Another effect of the impressed electrical current density is that the fluid is additionally heated directly electrically. The heating power P _H inevitably generated directly in the fluid according to equation (3)

With

P _H - heating power and
σ - electrical conductivity of the fluid,

on the one hand, if necessary, can be reduced and the associated Lorentz force density reduction offset by a proportional increase in the magnetic flux density (reducing the current density j to one-half results in a reduction of the additional heating power to ¼, in this case the same To ensure Lorentz force distribution, but only a doubling of the magnetic flux density is necessary) or on the other hand to compensate for the increased heat loss due to the mo difified flow conditions are used. These possibilities are particularly advantageous for glass melts.

Die Anwendung der Erfindung bringt insbesondere Vorteile für Glasschmelztechniken mit einem elektrisch beheizten vertikalen Auslaufkanal und Tauchkolben (Plunger) zur Durchflusssteuerung für die Herstellung von hochschmelzenden, alkaliarmen oder -freien Borosilikatgläsern. Hier ist in der Regel der Plunger als Mittenelektrode nutzbar und das Magnetsystem als Modul an die Anlagen adaptierbar. Weiterhin sind mit der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Strömungsbeeinflussung neue Gläser, die bei konventionellen Herstellungstechniken zur Phasentrennung oder zur Kristallisation neigen, herstellbar.The Application of the invention brings particular advantages for glass melting techniques with an electrically heated vertical outlet channel and plunger (Plunger) for flow control for the production of refractory, low-alkali or -free borosilicate glasses. Here is usually the plunger can be used as the center electrode and the magnet system as Module adaptable to the systems. Furthermore, with the electromagnetic according to the invention flow Control new glasses, in conventional phase separation manufacturing techniques or tend to crystallize, can be produced.

Selbstverständlich liegt es auch im Bereich der Erfindung, den Strömungskanal mit den beschriebenen Varianten des Magnet- und Elektrodensystems in jedem Winkel zur Schwerkraft bis zur horizontalen Lage anzuordnen. Die tangentialen Strömungen werden ebenso elektromagnetisch erzeugt. Jedoch ist hierbei zu berücksichtigen, dass sich dann die temperaturgradientenbedingten Auftriebskräfte anders mit den tangential generierten Lorentzkräften überlagern und die daraus resultierende Strömung im Querschnitt des Strömungskanals in bestimmten Bereichen geschwächt bzw. verstärkt wird und sogar Totraumgebiete (Strömungsgeschwindigkeit gleich Null) entstehen können. Letzter Fall kann insbesondere in horizontaler Anordnung bei großen Kanalabmessungen und hohen Temperaturgradienten über den Strömungsquerschnitt und großen Viskositäten des Fluids eintreten.Of course it lies It is also within the scope of the invention, the flow channel with the variants described of the magnet and electrode system at any angle to gravity to arrange to the horizontal position. The tangential flows become also generated electromagnetically. However, this should be taken into account that then the temperature gradient-related buoyancy forces differently overlap with the tangentially generated Lorentz forces and the resulting flow in the cross section of the flow channel weakened in certain areas or reinforced becomes and even dead space areas (flow velocity same Zero). The latter case can be particularly in a horizontal arrangement with large channel dimensions and high temperature gradient over the flow cross section and big ones viscosities enter the fluid.

Die vorgeschlagene Vorrichtung und das dazugehörige Verfahren sind für die Herstellung technischer Gläser, Gläser für Flachbildschirme auf LCD- und Plasmabasis, optischer Gläser, Glasseiden, Behältergläser u.a. geeignet. Zudem lassen sich einige spezielle Gläser überhaupt erst mit Hilfe der erfindungsgemäßen Lösung homogen schmelzen. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Qualität der herzustellenden Gläser erheblich gesteigert werden kann und dass eine genauere Dosierung des Fluides und damit einhergehend geringere Wandstärketoleranzen der Enderzeugnisse möglich werden.The proposed device and the associated method are for the production technical glasses, glasses for flat screens on LCD and plasma base, optical glasses, glass fibers, container glasses u.a. suitable. In addition, some special glasses can only with the help of homogeneous solution according to the invention melt. Another advantage of the invention is that the quality of the glasses to be produced can be increased significantly and that a more accurate dosage of the fluid and concomitantly lower wall thickness tolerances the final products possible become.

In 1 ist eine erste erfindungsgemäße Vorrichtung zur elektromagnetischen Strömungsbeeinflussung für eine insbesondere unter der Schwerkraft g → auslaufende Glasschmelze (4) in einem vertikalen, rotationssymmetrischen Kanal dargestellt. Um den fluidführenden Kanal ist konzentrisch das Magnetsystem (1) positioniert. Zwischen der Außenelektrode (3a) des Elektrodensystems (3), die zugleich die Kanalwand darstellt, und dem Magnetsystem (1) befindet sich eine thermische Isolation (2). Bei heißen Fluiden, wie es Glasschmelzen sind, ist es zweckmäßig, die hohen Temperaturen mittels einer thermischen Isolation (2) in Form von im Glasschmelzanlagenbau üblichen Feuerfestmaterialien auf Temperaturen unterhalb der zulässigen Einsatztemperaturen der für die Magnetspulen verwendeten elektrischen Leitermaterialien (Kupfer) abzubauen. Zur Auslegung dieser Wärmeisolation ist der Wärmetransport durch Leitung und Strahlung zu berücksichtigen. Bei kalten Fluiden entfällt diese Notwendigkeit. Somit können die Spulenquerschnitte kleiner gewählt werden. Im günstigsten Fall sind Magnetspulen- und Kanalquerschnitt, abgesehen von dem Platzbedarf für die elektrische Isolierung zwischen Magnetspulen und Außenelektrode, identisch.In 1 is a first device according to the invention for influencing the electromagnetic flow for a molten glass, especially under gravity g → ( 4 ) in a vertical, rotationally symmetrical channel. Around the fluid-carrying channel is concentric the magnet system ( 1 ). Between the outer electrode ( 3a ) of the electrode system ( 3 ), which at the same time represents the channel wall, and the magnet system ( 1 ) there is a thermal insulation ( 2 ). With hot fluids, such as glass melts, it is expedient to use high temperatures by means of thermal insulation ( 2 ) in the form of customary in glass melting plant refractory materials to temperatures below the permissible operating temperatures of the electrical conductor materials used for the magnetic coils (copper). For the design of this heat insulation, the heat transfer through conduction and radiation must be considered. With cold fluids this need is eliminated. Thus, the coil cross sections can be made smaller. In the best case, magnetic coil and channel cross-section, apart from the space required for the electrical insulation between magnetic coils and outer electrode, identical.

In der Mitte des fluidführenden Kanals ist konzentrisch zur Außenelektrode (3a) des Elektrodensystems (3) die Innenelektrode (3b) angeordnet. Die Außen- und Innenelektrode können beispielsweise aus einer Platinlegierung bestehen. Zwischen der Außen- und Innenelektrode bewegt sich das Fluid (Glasschmelze) (4) in Richtung g →.In the middle of the fluid-carrying channel is concentric with the outer electrode ( 3a ) of the electrode system ( 3 ) the inner electrode ( 3b ) arranged. The outer and inner electrodes may for example consist of a platinum alloy. Between the outer and inner electrodes, the fluid (molten glass) ( 4 ) in the direction of g →.

Das Magnetsystem (1) besteht aus eisenlosen Ringspulen, die hier in Reihe geschaltet sind, so dass ein axiales Magnetfeld B → im Spuleninnern entgegen der Schwerkraft g → entsteht. Die Magnetspulen mit dem Radius r₀ sind im Abstand 2d konzentrisch um den Kanal angeordnet. Die Durchdringung des Fluidvolumens mit dem vom Magnetsystem (1) erzeugten magnetischen Feld ist mit den eingezeichneten magnetischen Feldlinien (5) prinzipiell dargestellt. Die Spulenquerschnitte können kreisförmig oder mehreckig ausgeführt werden.The magnet system ( 1 ) consists of ironless toroidal coils, which are connected in series here, so that an axial magnetic field B → arises in the coil interior against the gravitational force g →. The magnetic coils of radius r ₀ are at a distance 2d arranged concentrically around the channel. The penetration of the fluid volume with that of the magnet system ( 1 ) generated magnetic field is with the drawn magnetic field lines ( 5 ) shown in principle. The coil cross sections can be circular or polygonal.

Die Intensität des magnetischen Feldes im Spulenquerschnitt hängt von der Durchflutung der Magnetspulen w·I und vom mittleren Radius r₀ des Spulenpaares ab. Für die z-Komponente der Induktion auf der z-Achse (= Spulenachse, Richtung entgegen g →) gilt Gleichung (4).

wobei

2d – den Spulenabstand,
μ₀ – die absolute Permeabilität,
r₀ – den Spulenradius,
w – die Spulenwindungszahl und
I – den Spulenstrom

bezeichnen. Demnach können bei einer vorzugsweisen Verwendung einer Helmholtzspulenanordnung mit Radien r₀ ≤ 20 mm und Durchflutungen von w·I = 1000 A Induktionen B_z(z,0) > 40 mT erzeugt werden. Mit größer werdenden Magnetspulenradien werden die erzeugten magnetischen Flussdichten deutlich kleiner. Dies ist durch eine höhere magnetische Durchflutung der Spulen mittels Veränderung der Spulenwindungszahl w und/oder des Spulenstromes I ausgleichbar.The intensity of the magnetic field in the coil cross-section depends on the flux of the magnetic coils w · I and on the mean radius r _{0 of} the coil pair. For the z-component of the induction on the z-axis (= coil axis, direction opposite to g →), equation (4) applies.

in which

2d - the coil spacing,
μ ₀ - the absolute permeability,
r ₀ - the coil radius,
w - the coil turn number and
I - the coil current

describe. Accordingly, in a preferred use of a Helmholtz coil arrangement with radii r ₀ ≤ 20 mm and fluxes of w · I = 1000 A inductions B _z (z, 0)> 40 mT can be generated. With increasing magnet coil radii, the generated magnetic flux densities become significantly smaller. This can be compensated by a higher magnetic flux through the coils by changing the coil winding number w and / or the coil current I.

Befinden sich in dem Magnetsystem leitfähige Gebiete, z. B. die Elektroden und das Fluid, wird das Magnetfeld in Abhängigkeit von der Größe der Frequenz des Magnetfeldes und der elektrischen Leitfähigkeit und Permeabilität dieser Gebiete geschwächt. Die Reduzierung infolge Abschirmung wird durch die Eindringtiefe δ des Magnetfeldes charakterisiert. Für die Eindringtiefe gilt Gleichung (5):

wobei

f – die Frequenz des elektromagnetischen Feldes,
μ – die Permeabilität und
σ – die elektrische Leitfähigkeit

bezeichnen. Sie nimmt mit steigender Frequenz, Permeabilität und elektrischer Leitfähigkeit exponentiell ab. Tabelle 1 zeigt zur Veranschaulichung der Zusammenhänge die elektromagnetische Eindringtiefe für dispersionsverstärktes Platin (DVS-Platin) und für eine Glasschmelze mit einer elektrischen Leitfähigkeit von 1 S/m bei verschiedenen möglichen relativen Permeabilitäten in Abhängigkeit von der Frequenz f des magnetischen Feldes. Es wird ersichtlich, das Gläser – auch mit von 1 verschiedenen relativen Permeabilitäten – immer ausreichend von höherfrequenten magnetischen Feldern durchdrungen werden, jedoch bei Frequenzen > 5 kHz das Magnetfeld in Gebieten mit metallischen Leitfähigkeiten und Dicken von ca. 1 mm, die etwa die Kanalwände bzw. Außenelektroden bei Glasschmelzen aufweisen müssen, auf mehr als den 1/e-ten Teil seiner ursprünglichen Intensität abklingt. Die Frequenz von Elektroden- und Spulenstrom ist deshalb so einzustellen, dass eine minimale Elektrodenkorrosion entsteht, aber die magnetische Induktion im Fluid durch die abschirmende Wirkung der Außenelektrode nur auf maximal 50 % der Induktion ohne Abschirmung reduziert wird.Are in the magnet system conductive areas, eg. As the electrodes and the fluid, the magnetic field is weakened depending on the magnitude of the frequency of the magnetic field and the electrical conductivity and permeability of these areas. The reduction due to shielding is characterized by the penetration depth δ of the magnetic field. For the penetration depth equation (5) applies:

in which

f - the frequency of the electromagnetic field,
μ - the permeability and
σ - the electrical conductivity

describe. It decreases exponentially with increasing frequency, permeability and electrical conductivity. Table 1 shows the electromagnetic penetration depth for dispersion-enhanced platinum (DVS-platinum) and for a glass melt with an electrical conductivity of 1 S / m at different possible relative permeabilities as a function of the frequency f of the magnetic field, to illustrate the relationships. It can be seen that glasses - even with 1 different relative permeabilities - are always adequately penetrated by higher-frequency magnetic fields, but at frequencies> 5 kHz the magnetic field in areas with metallic conductivities and thicknesses of approx. 1 mm, approximately the channel walls resp In the case of glass melts, they must have external electrodes which fade to more than the 1 / eth part of their original intensity. The frequency of electrode and coil current should therefore be adjusted so that minimal electrode corrosion occurs, but the magnetic induction in the fluid is reduced by the shielding effect of the outer electrode only to a maximum of 50% of the induction without shielding.

Tabelle 1: Eindringtiefe δ von DVS-Platin und einer Glasschmelze in Abhängigkeit von der magnetischen Feldfrequenz f

Table 1: Penetration depth δ of DVS platinum and a glass melt as a function of the magnetic field frequency f

Beaufschlagt man das Elektrodensystem (3) mit einer Wechselspannung, entsteht in der Glasschmelze eine radiale Stromdichteverteilung. Die Größe der Stromdichte hängt bei fester Elektrodenspannung von dem elektrischen Widerstand zwischen den Elektroden ab. Dieser wird von der elektrischen Leitfähigkeit der Glasschmelze und der Geometrie des Ringspaltes bestimmt. Unter Berücksichtigung der zusätzlichen Heizleistung (s. Gl. 3) sind in Glasschmelzen Stromdichten bis 100 mA/mm² möglich. Sind das zeitliche Verhalten von Stromdichte und Magnetfeld synchron, wird im Fluid eine tangentiale Lorentzkraftdichteverteilung erzeugt, die eine tangentiale Strömung erzwingt. Bei j = 100 mA/mm² und B = 40 mT betragen diese Lorentzkraftdichten bis zu 4000 N/m³. Im Vergleich dazu beträgt die Volumenkraft, die infolge der Schwerkraft auf eine auslaufende Glasschmelze wirkt, nur ca. 2300 N/m³.Is the electrode system ( 3 ) with an alternating voltage, arises in the glass melt ze a radial current density distribution. The magnitude of the current density depends on the electrical resistance between the electrodes at a fixed electrode voltage. This is determined by the electrical conductivity of the molten glass and the geometry of the annular gap. Considering the additional heat output (see equation 3), current densities up to 100 mA / mm ^{2 are} possible in glass melts. If the temporal behavior of current density and magnetic field are synchronous, a tangential Lorentz force density distribution is generated in the fluid, which forces a tangential flow. At j = 100 mA / mm ² and B = 40 mT, these Lorentz force densities are up to 4000 N / m ³ . In comparison, the volume force, which acts due to gravity on a leaking glass melt, only about 2300 N / m ³ .

2 veranschaulicht eine zweite erfindungsgemäße Vorrichtung zur elektromagnetischen Strömungsbeeinflussung mit abwechselnd entgegengeschalteten Magnetspulen. Man erkennt die dabei abschnittsweise entgegenwirkenden Teilmagnetfelder (5) bzw. die abschnittsweise abwechselnd in positiver oder negativer tangentialer Richtung wirkenden Lorentzkräfte und Geschwindigkeitskomponenten im Fluid. Daraus resultiert bei sonst gleichen Bedingungen theoretisch der doppelte Geschwindigkeitsgradient – insbesondere vorteilhaft, um in hochviskosen, laminar strömenden Fluiden vorhandene Inhomogenitäten (Schlieren) wirksam aufzulösen. 2 illustrates a second inventive device for electromagnetic flow control with alternately opposite magnetic coils. One recognizes the partially opposing partial magnetic fields ( 5 ) or the Lorentz forces and velocity components in the fluid, which act alternately in sections in the positive or negative tangential direction. This results in the same conditions theoretically twice the velocity gradient - especially advantageous to effectively dissolve existing inhomogeneities (striae) in highly viscous, laminar flowing fluids.

Um jedoch eine vollständige und nahezu gleichmäßige magnetische Durchdringung des Fluidvolumens zu realisieren, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, nicht einzelne Magnetspulen, sondern Magnetspulengruppen von mindestens 2 Magnetspulen je Gruppe bezüglich der Stromrichtung entgegenzuschalten, so wie es in einem dritten Ausführungsbeispiel in 3 gezeigt wird. Hierbei sind die Magnetspulen in Helmholtzanordnung paarweise entgegengeschaltet. Der Innendurchmesser der Außenelektrode beträgt 40 mm, der Außendurchmesser der Innenelektrode 20 mm. Konzentrisch dazu sind 6 wassergekühlte Magnetspulen mit einer Windungszahl w = 1, einem Mittendurchmesser von 120 mm und einem Mittenstand von 60 mm angeordnet. Der Leiterquerschnitt der Magnetspulen ist hohl und rechteckig ausgeführt (Außenabmessungen: 15 mm × 10 mm). Die Magnetspulen sind in Reihe und paarweise entgegen geschaltet. Sie werden mit einem Strom von 2500 A der Frequenz von 1 kHz durchflossen. Mit dieser Durchflutung entsteht das in 3 gezeigte prinzipielle Feldlinienbild (5).However, in order to realize a complete and almost uniform magnetic permeation of the fluid volume, it has proven to be useful not gegenz individual solenoid coils, but opposite magnet groups of at least 2 magnetic coils per group with respect to the current direction, as in a third embodiment in 3 will be shown. In this case, the magnet coils in Helmholtz arrangement are connected in pairs. The inner diameter of the outer electrode is 40 mm, the outer diameter of the inner electrode 20 mm. Concentrically, 6 water-cooled magnetic coils with a winding number w = 1, a center diameter of 120 mm and a center of 60 mm are arranged. The conductor cross section of the magnetic coils is hollow and rectangular (outer dimensions: 15 mm × 10 mm). The magnetic coils are connected in series and in pairs. They are traversed by a current of 2500 A of the frequency of 1 kHz. With this flooding arises in the 3 shown principal field line image ( 5 ).

4 zeigt die numerisch berechnete Verteilung der magnetischen Flussdichte in einer Vorrichtung nach 3 zum Zeitpunkt des Maximums des Spulenstromes Man erkennt, dass das Magnetfeld die Glasschmelze vollständig, ausreichend stark (bis zu 10 mT) und abschnittsweise gleichmäßig durchdringt. 4 shows the numerically calculated distribution of the magnetic flux density in a device 3 At the time of the maximum of the coil current It can be seen that the magnetic field penetrates the glass melt completely, sufficiently strongly (up to 10 mT) and in sections uniformly.

Die berechnete Stromdichteverteilung (vgl. 5) ist radial. Die Stromdichten sind an der Innenelektrode (3b) am größten. Sie betragen hier 20 mA/mm² und an der Außenelektrode (3a) 10 mA/mm². Die Elektrodenspannung beträgt 130 V. Die Heizleistung des Elektrodenstromes in den Elektroden ist vernachlässigbar klein. Ebenso vernachlässigbar sind die Wirbelstromverluste infolge des Magnetfeldes in den Elektroden und in der Schmelze. Die erforderliche Leistung der Magnetspulen beträgt 4 kW.The calculated current density distribution (cf. 5 ) is radial. The current densities are at the inner electrode ( 3b ) the biggest. They are here 20 mA / mm ² and at the outer electrode ( 3a ) 10 mA / mm ² . The electrode voltage is 130 V. The heating power of the electrode current in the electrodes is negligibly small. Equally negligible are the eddy current losses due to the magnetic field in the electrodes and in the melt. The required power of the solenoid coils is 4 kW.

Die mittleren Lorentzkraftdichten (s. 6) in einer Vorrichtung nach 3 betragen in drei Abschnitten (–640/+480/–640) N/m³. Damit entsteht in den Ringspaltabschnitten eine tangentiale Strömung von (–0,4/+0,3/+0,4) mm/s mit abwechselnder Richtung, welche die Glasschmelze thermisch und chemisch homogenisiert.The mean Lorentz force densities (s. 6 ) in a device 3 are in three sections (-640 / + 480 / -640) N / m ³ . This results in a tangential flow of (-0.4 / + 0.3 / + 0.4) mm / s in the annular gap sections with alternating direction, which homogenizes the glass melt thermally and chemically.

Ist der vom Fluid durchflossene Ringspalt am unteren Ende offen, läuft das Fluid spiralförmig aus dem Kanal. Die Steuerung der Auslaufgeschwindigkeit des Fluides erfolgt über die Größe der tangentialen Geschwindigkeitskomponente im unteren Ringspaltabschnitt, die wiederum von der Größe des Elektrodenstromes und/oder des Magnetfeldes abhängt. Um die elektromagnetische Rührwirkung in den oberen Abschnitten nicht zu verändern, ist es zweckmäßig, entweder den unteren Bereich der Außen- und Innenelektrode von dem oberen Bereich zu trennen und elektrisch zu isolieren, so dass die mittlere Auslaufgeschwindigkeit des Fluides über den Elektrodenstrom, der diesem Ringspaltabschnitt zugeführt wird, gesteuert wird. Ebenso kann das untere Magnetspulenpaar von der Stromversorgung des Magnetsystems getrennt und separat versorgt werden, so dass die Steuerung der mittleren Auslaufgeschwindigkeit des Fluides über die Größe der magnetischen Flussdichte in diesem unteren Bereich erfolgt. Um den Steuerbereich der mittleren Auslaufgeschwindigkeit des Fluides zu maximieren, ist es zweckmäßig beide Möglichkeiten zu nutzen, wobei die separate elektrische Versorgung der Elektroden- und Magnetteilsysteme über synchronisierte Stromquellen (Frequenzumrichter) erfolgen kann.is the annular gap through which the fluid flows opens at the lower end Fluid spiraling from the channel. The control of the outlet velocity of the fluid over the size of the tangential Velocity component in the lower annular gap section, which in turn on the size of the electrode current and / or the magnetic field. To the electromagnetic stirring effect in the upper sections not to change, it is appropriate, either the lower part of the external and inner electrode to be separated from the upper region and electrically isolate so that the mean discharge velocity of the fluid over the Electrode current which is supplied to this annular gap section, is controlled. Likewise, the lower pair of magnetic coils of the Power supply of the magnet system separated and supplied separately so that the control of the middle discharge speed of the fluid over the size of the magnetic flux density done in this lower area. To the tax area of the middle To maximize discharge rate of the fluid, it is expedient both options to use, whereby the separate electrical supply of the electrode and magnetic subsystems over Synchronized power sources (frequency converter) can be done.

In 7 ist das Prinzip der erfindungsgemäßen Durchflussregelung dargestellt. Zur Regelung der mittleren Auslauflaufgeschwindigkeit des Fluides ist eine Durchflussmesseinrichtung (7) im Strömungskanal vorgesehen. Der mit dieser Durchflussmesseinrichtung gemessene Istwert wird regeltechnisch über eine Stromregelung (10) der synchronisierten Stromquellen (8) und (9) an den vorgegebenen Sollwert angeglichen. Als Durchflussmesser eignen sich je nach Art des Fluids zum Beispiel, aber nicht ausschließlich, aus dem Stand der Technik bekannte Blenden (kalte hochviskose Fluide), Flügelradanemometer (kalte, niedrig viskose Fluide) oder Lorentzkraftanemometer (heiße Fluide).In 7 the principle of flow control according to the invention is shown. For controlling the mean outflow velocity of the fluid is a flow measuring device ( 7 ) in the flow channel intended. The actual value measured with this flow measuring device is regulated by a current control ( 10 ) of synchronized power sources ( 8th ) and ( 9 ) adjusted to the specified setpoint. Depending on the type of fluid, flow meters may be, for example but not exclusively, diaphragms known from the prior art (cold high-viscosity fluids), vane anemometers (cold, low-viscosity fluids) or Lorentz force anemometers (hot fluids).

LiteraturlisteBibliography

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[3] - Osmanis, A. D .; inter alia: influence of stirring a melt in the electromagnetic field on the spectral and Color characteristics of chromium-containing glasses. (Orig. Russ.) In: Proceedings 12th Riga Symposium on Magnetohydrodynamics 1987, p. 179-183
[4] - Osmanis, A. D .; inter alia: intensification of the processes of molten glass in the electromagnetic Field. (Orig. Russ.) In: Reference book on scientific papers, Inorganic glasses, Coatings and Materials, Riga 1987, pp. 123-130

11: Magnetsystemmagnet system
22: thermische Isolationthermal isolation
33: Elektrodensystemelectrode system
3a3a: Außenelektrodeouter electrode
3b3b: Innenelektrodeinner electrode
44: Fluid (Glasschmelze)fluid (Glass melt)
55: magnetische Feldlinien (prinzipieller Verauf)magnetic Field lines (principled procedure)
66: elektromagnetisch initiierter Strömungsverlaufelectromagnetic initiated flow pattern
77: DurchflussmesseinrichtungFlow meter
88th: synchronisierte Stromquelle für das Magnetsystemsynchronized Power source for the magnet system
99: synchronisierte Stromquelle für das Elektrodensystemsynchronized Power source for the electrode system
1010: Stromregelungcurrent control
BB: magnetische Induktionmagnetic induction
B_z B _z: z-Komponente der magnetischen Induktionz component the magnetic induction
2d2d: Spulenabstandcoil spacing
ff: Frequenz des elektromagnetischen Feldesfrequency of the electromagnetic field
F →_L F → _L: LorentzkraftLorentz force
f →_L f → _L: LorentzkraftdichteLorentz force density
g →g →: Erdbeschleunigungacceleration of gravity
II: Spulenstromcoil current
jj: Stromdichtecurrent density
P_H P _H: Heizleistungheating capacity
r₀ r ₀: Spulenradiuscoil radius
VV: Volumenelementvoxel
v_t v _t: tangentiale Geschwindigkeitskomponentetangential velocity component
ww: Spulenwindungszahlcoil windings
δδ: Eindringtiefepenetration depth
μμ: Permeabilitätpermeability
μ₀ μ ₀: absolute Permeabilitätabsolute permeability
σσ: elektrische Leitfähigkeitelectrical conductivity

Claims

Device for influencing the electromagnetic flow of low electrically conductive and highly viscous fluids - primarily glass melts - in preferably vertical channels of any cross-section characterized in that they are a magnet system ( 1 ) of at least 2 or a multiple thereof of ironless magnetic coils concentrically positioned around the channel and an electrode system ( 3 ), with an outer electrode ( 3a ), which forms the channel outer wall and an inner electrode ( 3b ) arranged centrally and concentrically in the channel.

Device according to claim 1, characterized that the channel is a pipe in which a second pipe with smaller Diameter is arranged concentrically and the tubes as external or Inner electrode are formed and in the annular gap between them Pipes the fluid flows.

Device according to one of claims 1 or 2, characterized that the magnetic coils are arranged according to the Helmholtz condition.

Device according to one of claims 1 to 3, characterized that the magnetic coils on a Part of the channel or over the entire channel height are arranged distributed.

Device according to one of claims 1 to 4, characterized that the magnetic coils are connected together so that the electric Current direction in all solenoid coils is the same.

Device according to one of claims 1 to 4, characterized that the magnetic coils are connected together so that the electric Current direction in each adjacent magnetic coils opposite is directed.

Device according to one of claims 1 to 4, characterized that the magnetic coils in groups with opposite current direction interconnected, wherein a group of at least 2 magnetic coils includes.

Device according to one of claims 1 to 7, characterized that the magnetic coils each consist of a winding whose Cross section preferably formed as a flat rectangular waveguide is.

Device according to one of claims 1 to 8, characterized that a water cooling for the Windings of the magnetic coils is provided.

Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the electrode system ( 3 ) consists of platinum, platinum alloys, molybdenum or tin dioxide.

Device according to one of claims 1 to 10, characterized that the electrode and the magnet system from a power source be fed and the adaptation of the voltages or currents via inductive transformers he follows.

Device according to one of claims 1 to 10, characterized that the electrode and the magnet system of two galvanically isolated, but temporally synchronized power sources are fed.

Device according to one of claims 1 to 12, characterized that the flow channel below lockable is

Device according to one of claims 1 to 13, characterized in that in the channel, preferably at the channel end, a flow measuring device ( 7 ) is arranged.

Device according to one of claims 1 to 14, characterized that the lower part of the outer and inner electrode separated from the upper portion and electrically is isolated and electrically separate with a synchronized power source is supplied.

Device according to one of claims 1 to 15, characterized that the lower coils from the power supply of the coils in the upper Area are electrically isolated and electrically separated with a synchronized Power source to be supplied.

Method for the electromagnetic influencing of the flow of electrically conductive and highly viscous fluids - primarily glass melts - in preferably vertical channels of any cross section with a device according to one of claims 1 to 16, characterized in that by applying an alternating voltage to the outer and inner electrodes of the electrode system ( 3 ) the fluid is penetrated by a predominantly radial current density distribution and by supplying the magnetic coils of the magnet system ( 1 ) is generated with an analogous with respect to its temporal behavior to the electrode current coil current an alternating magnetic field which penetrates the channel axially completely and uniformly, and from the cross product of current density and magnetic field perpendicular to the flow direction of the fluid, a tangential flow is electromagnetically generated, which is aligned in response to the phase position between the coil and electrode current in the positive or negative direction, and the fluid as a function of the size of the electromagnetically generated tangential Flow component is stirred laminar and homogenized.

Method according to claim 17, characterized that set the frequency of electrode and coil current so is that a minimal electrode corrosion occurs, but the magnetic induction in the fluid by the shielding effect of the outer electrode is reduced by a maximum of 50% of the induction without shielding.

Method according to one of claims 17 or 18, characterized that the necessary magnetic flux is adjusted via the height of the coil current is, where the effective value of the magnetic flux density on the Internal electrode of the channel is at least 10 mT.

Method according to one of claims 17 to 19 with a device according to claim 6 and 7, characterized in that sections alternately acting in positive or negative tangential direction flow components be generated in the fluid, so that at the same flooding and the same Electrode current in the fluid partially particularly high flow gradients arise.

Method according to one of Claims 17 to 20, characterized that with the size of the tangential flow component the homogenization of the fluid is changed.

Method according to one of claims 17 to 21, characterized that the fluid is stirred and homogenized with the channel closed.

Method according to one of claims 17 to 21, characterized that the fluid is opened by the action of gravity Channel spiral expires.

Method according to claim 23, characterized that with the size of the tangential flow component the residence time of the fluid in the channel and thus its flow is changed.

Method according to one of claims 23 or 24, characterized that the stirring effect and the average discharge velocity of the fluid over the Size of the electrode currents, the Size of coil currents and / or whose phasing are controlled and regulated to each other.

Method according to one of claims 23 to 25 and a device according to claim 15, characterized in that the average discharge speed of the fluid over the size of the the power supply of the upper region of the outer and inner electrodes separated and separately supplied lower portion of the outer and inner electrodes controlled being, the electrical operating parameters of the upper electrode system and the coils are kept constant.

Method according to one of claims 23 to 25 and a device according to claim 16, characterized in that the average discharge speed of the fluid over the size of the coil current the separated from the power supply of the upper magnetic coils and separately powered lower magnetic coils is controlled, wherein the electrical operating parameters of the electrode system and the upper Solenoids are kept constant.

Method according to one of claims 23 to 25, characterized that the mean discharge speed of the fluid both over the Size of the electrode currents as well over the Size of coil currents in the bottom Area of the channel is controlled, the electrical operating parameters of the upper electrode system and the upper magnetic coils constant being held.

Method according to one of claims 23 to 28, characterized in that the average discharge speed of the fluid with a flow measuring device ( 6 ) is detected.

Method according to one of claims 23 to 29, characterized that the average discharge velocity of the fluid from the open Channel is adapted to the subsequent processing process online.

Method according to one of Claims 17 to 30, characterized that the stirring or Homogenisierungszeiten determined by the closing times of the channel become.

Method according to one of claims 17 to 31, characterized that the modified heat loss resulting from the modified flow conditions, balanced by the heating effect of the electric current density in the fluid becomes.