СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА СТЕКЛОВАРЕННОЙ ПЕЧИ, ИМЕЮЩЕЙ ДЕТЕКТОР ИЗНОСА
METHOD FOR PRODUCTION OF A GLASS-MELTING FURNACE WITH A WEAR DETECTOR

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к стекловаренной печи, содержащей:
- огнеупорную часть, определяющую горячую поверхность, и
- детектор износа для детектирования износа горячей поверхности этой огнеупорной части.
Уровень техники
Стекловаренная печь включает плавильный резервуар, в котором сырье плавится для получения ванны расплавленного стекла. Резервуар обычно содержит дно, которое является по существу горизонтальным, и боковую стенку, образованную сборкой огнеупорных блоков. В процессе эксплуатации это дно и эти блоки, обычно называемые «огнеупорными частями», подвергают экстремальным условиям и, в частности, коррозионной и абразивной среде, которая вызывает их постепенный износ.
В частности, в областях, контактирующих с расплавленным стеклом, степень износа невозможно оценить визуально. Для того чтобы измерить оставшуюся толщину огнеупорного блока, иными словами расстояние между его горячей поверхностью и ее холодной поверхностью, напротив горячей поверхности, обычной практикой является использование, на уровне зеркала стекломассы, крюка. Недостатком этого метода является необходимость частичной разборки, а затем повторной сборки печи и обеспечение только единичного измерения. В недавнем WO 2015147827 упоминалось устройство, которое посылает волны, в частности радиолокационные волны, через блок. Когда это возможно, анализируют отраженные волны. На практике эта процедура занимает много времени и не позволяет осуществлять мониторинг в реальном времени.
Кроме того, на сегодняшний день нет средств измерения остаточной толщины дна.
Таким образом, существует потребность в решении, которое обеспечило бы возможность оценивать, для всех областей печи, непрерывно, оставшуюся толщину огнеупорной части стекловаренной печи.
Проблема, на решении которой направлено настоящее изобретение, заключается в удовлетворении этой потребности.
Раскрытие сущности изобретения
Согласно настоящему изобретению, упомянутая проблема решается посредством стекловаренной печи, содержащей:
- огнеупорную часть;
- волновод, предпочтительно оптическое волокно, содержащий измерительную часть, проходящую в огнеупорную часть;
- опрашивающее устройство, подключенное к вводу волновода и выполненное с возможностью подачи сигнала опроса в упомянутый ввод;
причем измерительная часть волновода включает по меньшей мере один датчик, выполненный с возможностью отправки ответного сигнала опрашивающему устройству в ответ на подачу упомянутого сигнала опроса,
причем опрашивающее устройство выполнено с возможностью анализа ответного сигнала и отправки сообщения в соответствии с указанным анализом.
Как более подробно раскрыто в остальной части описания, датчик подвергается воздействию температуры, которая зависит от среды огнеупорной части, а также от толщины материала, отделяющего его от этой среды. По мере уменьшения этой толщины датчик может изменять свою обратную связь на прием сигнала опроса. Например, он прекращает работу при слишком высокой температуре или модифицирует ответный сигнал. Эта реакция обеспечивает возможность уведомления таким образом опрашивающего устройства об уменьшении толщины огнеупорной части.
Стекловаренная печь согласно настоящему изобретению может также включать один или несколько из следующих опциональных признаков:
- измерительная часть и опрашивающее устройство измеряют одну или несколько температур вдоль измерительной части, что позволяет локально оценить износ огнеупорной части;
- волновод представляет собой оптическое волокно, предпочтительно из стекла или сапфира;
- волновод имеет диаметр менее 200 мкм;
- огнеупорная часть представляет собой огнеупорный блок или дно;
- датчик представляет собой брэгговскую решетку;
- измерительная часть волновода содержит множество упомянутых датчиков, предпочтительно более пяти, более восьми, более десяти, предпочтительно более двадцати датчиков;
- датчики расположены с равными промежутками вдоль волновода;
- опрашивающее устройство выполнено с возможностью определения, в соответствии с анализом ответного сигнала, или, если волновод содержит множество датчиков, ответных сигналов, уровня износа и/или скорости износа огнеупорной части;
- волновод выходит на холодную поверхность огнеупорной части, противоположной горячей поверхности;
- волновод имеет общую форму волокна, измерительная часть которого является, предпочтительно, по существу прямолинейной и/или проходит в направлении толщины огнеупорной части.
В одном примере осуществления печь может содержать один или несколько из следующих опциональных признаков:
- измерительная часть волновода ориентирована в направлении горячей поверхности огнеупорной части, открытой по отношению к пространству печи, вмещающему расплавленное стекло (направление ориентации не обязательно образует угол 90° с горячей поверхностью);
- измерительная часть волновода ориентирована по меньшей мере частично, или даже полностью, перпендикулярно горячей поверхности.
В другом примере осуществления печь может содержать один или несколько из следующих опциональных признаков:
- измерительная часть волновода проходит по меньшей мере частично, или даже полностью, параллельно горячей поверхности;
- измерительная часть волновода содержит антипригарное покрытие, например, из графита или нитрида бора или на основе полимера (например, тефлона, силикона);
- печь содержит лист, состоящий из группы измерительных частей упомянутых волноводов, проходящих по изогнутой или плоской, предпочтительно плоской, поверхности, предпочтительно по плоскости, параллельной горячей поверхности;
- лист расположен в огнеупорной части;
- измерительные части указанного листа отделены друг от друга расстоянием более 1 см, более 5 см, более 10 см, более 20 см и/или менее 100 см, менее 80 см или менее более 50 см;
- упомянутые измерительные части листа проходят параллельно друг другу или пересекаются;
- на по меньшей мере некоторых пересечениях между измерительными частями датчики расположены на каждой измерительной части;
- предпочтительно на более чем 50%, предпочтительно более чем 80% пересечений между измерительными частями каждая измерительная часть имеет датчик;
- на указанных пересечениях все измерительные части контактируют друг с другом;
- количество измерительных частей, пересекающихся в точке пересечения, больше двух, или даже больше трех или больше пяти;
- датчики листа распределены по паттерну, предпочтительно по правильному паттерну, предпочтительно с образованием квадратной или прямоугольной сетки;
- печь содержит более одного, более двух, предпочтительно более трех, предпочтительно более пяти указанных листов, причем указанные листы предпочтительно параллельны друг другу, предпочтительно параллельны горячей поверхности и предпочтительно равномерно разнесены в направлении, перпендикулярном горячей поверхности, причем расстояние между двумя последовательными слоями предпочтительно меньше 10 см, 5 см или 2 см;
- каждый лист расположен в огнеупорной части;
- датчики по меньшей мере одного первого листа распределены по первому паттерну, датчики по меньшей мере одного второго листа распределены по второму паттерну, и, предпочтительно, первый паттерн и второй паттерн идентичны и, более предпочтительно, наложены друг на друга в направлении, перпендикулярном горячей поверхности огнеупорной части;
- печь содержит группу из по меньшей мере двух, предпочтительно по меньшей мере трех, по меньшей мере пяти, датчиков, расположенных в огнеупорной части и наложенных друг на друга в направлении наложения, которое не параллельно горячей поверхности огнеупорной части и, которое, предпочтительно, перпендикулярно горячей поверхности огнеупорной части;
2
- печь содержит более пяти, более 10, более 50, предпочтительно более 80 указанных групп на м горячей поверхности, причем датчик принадлежит только одной группе, причем направления наложения предпочтительно параллельны друг другу.
Изобретение также относится к способу изготовления печи в соответствии с настоящим изобретением, причем указанный способ включает следующие этапы:
А) размещение внутри формы,
i) указанной измерительной части волновода, или
ii) временной части, выполненной с возможностью, после изготовления огнеупорной части и удаления временной части, оставлять пространство для полости для размещения упомянутой измерительной части волновода;
B) подготовка исходного сырья и введение указанного исходного сырья в форму таким образом, что указанная измерительная часть в случае i) или указанная временная часть в случае ii) оказывается внедрена в него для получения заготовки;
С) упрочнение указанной заготовки.
В одном примере осуществления на этапе C) заготовку спекают при температуре от 400 до 1200°C.
В альтернативном примере осуществления исходное сырье представляет собой ванну с расплавленным материалом, и упрочнение на этапе C) происходит в результате охлаждения указанного исходного сырья.
Упрочнение также может быть результатом затвердевания, обеспеченного посредством вяжущего вещества, например гидравлического вяжущего вещества, такого как цемент.
Изобретение также относится к способу измерения износа огнеупорной части стекловаренной печи в соответствии с настоящим изобретением, причем указанный способ включает в себя следующие этапы:
а. изготовление стекловаренной печи согласно настоящему изобретению;
b. управление опрашивающим устройством так, чтобы оно подавало сигнал опроса во ввод волновода и, если датчик работоспособен, принимало ответный сигнал от датчика;
c. анализ ответного сигнала для определения информации, относящейся к износу огнеупорной части в области датчика.
Анализ может, в частности, заключаться в определении того, возвращает ли идентифицированный датчик сигнал опроса, и, если нет, то есть в ситуации неисправности датчика, в определении уровня локального износа огнеупорной части.
Предпочтительно, множество датчиков, принадлежащих к одному или более волноводов, наложены друг на друга в толщине огнеупорной части. Таким образом, анализ преимущественно позволяет детектировать различные уровни износа.
Краткое описание чертежей
Другие признаки и преимущества изобретения более очевидны из следующего подробного описания и при изучении прилагаемых чертежей, на которых:
- фиг. 1 схематично показывает один пример осуществления блока печи согласно изобретению, причем блок показан в перспективе;
- фиг. 2 (2a-2b) иллюстрирует работу блока с фиг. 1 в одном предпочтительном примере осуществления;
- фиг. 3 (3a-3d) иллюстрирует различные сигналы, используемые в печи согласно изобретению;
- фиг. 4 иллюстрирует, на виде сверху, дно стекловаренной печи в соответствии с изобретением;
- на фиг. 5-7 показаны различные расположения оптических волокон в дне с фиг. 4.
На различных фигурах идентичные ссылочные обозначения используются для обозначения идентичных или аналогичных элементов.
Определения
Под «огнеупорной частью» подразумевается элемент печи, выполненной из огнеупорного материала. Огнеупорная часть может представлять собой блок, а также сборку блоков, например боковую стенку резервуара, или дно, в частности, сформированную литьем. Огнеупорная часть обычно изготавливается из расплавленного материала или из спеченного материала.
Обычно, «толщина» огнеупорной части стекловаренной печи является ее размером, измеренным в направлении, перпендикулярном к его горячей поверхности. Например, для бокового блока резервуара, контактирующего с расплавленным стеклом, толщина измеряется по существу в горизонтальном направлении к ванне с расплавленным стеклом. Для дна толщина измеряется в вертикальном направлении.
«Горячая поверхность» представляет собой поверхность огнеупорной части, открытую по отношению к пространству печи, вмещающему, в процессе использования, расплавленное стекло, или предназначенное для вмещения расплавленного стекла. Горячая поверхность может контактировать или быть предназначенной для контакта с расплавленным стеклом и/или с газовой средой, распространенной над расплавленным стеклом. Горячая поверхность, таким образом, представляет собой поверхность огнеупорной части, которая подвергается или предназначена подвергаться самым высоким температурам. Все горячие поверхности блоков боковой стенки резервуара расплавленного стекла совместно могут квалифицировать как «горячую поверхность». Верхнюю поверхность дна также могут квалифицировать как «горячую поверхность».
Прилагательное «горячий» используется для целей ясности. До ввода печи в работу «горячая» поверхность - это поверхность, которая предназначена подвергаться воздействию самых высоких температур после ввода в эксплуатацию.
Если не указано иное, «глубина» измеряется перпендикулярно к горячей поверхности, по направлению к внутренней части огнеупорной части.
Под «волноводом» подразумеваются любые средства, отличные от огнеупорной части, для направления электромагнитной волны, и, в частности, волны в видимых частотах.
Чтобы оценить, пересекаются ли две измерительные части, эти измерительные части наблюдают перпендикулярно горячей поверхности.
«Включает», «имеет» или «содержит» следует толковать в широком смысле, без ограничения.
Осуществление изобретения
Волновод внутри блока
Как показано на фиг. 1, печь согласно настоящему изобретению содержит огнеупорную часть печи, в данном случае огнеупорный блок 10, волновод, в данном случае оптическое волокно 12, и опрашивающее устройство 14.
Огнеупорный блок может быть боковым блоком резервуара стекловаренной печи, однако настоящее изобретение не ограничено таким боковым блоком.
c
f
c
Форма блока раскрыта без ограничения. В показанном примере осуществления он имеет общую форму прямоугольного параллелепипеда и определяет большую горячую поверхность 16 и большую холодную поверхность 16, противоположную горячей поверхности 16. Толщина «е» используется для обозначения расстояния между горячей поверхностью и холодной поверхностью.
Огнеупорный блок предпочтительно изготовлен из материала, устойчивого к температурам выше 500°C, или даже 600°C, или даже 1000°C.
Можно использовать любой огнеупорный блок, используемый в обычных стекловаренных печах. В частности, каждый огнеупорный блок может быть изготовлен из расплавленного материала.
2
2
3
2
2
3
2
3
2
2
2
3
2
2
2
2
2
3
2
2
2
3
Огнеупорный блок может состоять более чем на 90% из одного или нескольких оксидов, выбранных из группы, состоящей из ZrO, AlO, SiO, CrO, YO и CeO. Он предпочтительно содержит более 90% ZrO, AlO и SiO. В одном примере осуществления блок содержит более 15% ZrO, предпочтительно от 26 до 95% ZrO. Его состав обычно включает более 90%, предпочтительно более 95%: от 26 до 40% ZrO; от 40 до 60% AlO; от 5 до 35% SiO. Стекловидная фаза составляет приблизительно от 5 до 50%, предпочтительно от 10 до 40%. Предпочтительно, эта стекловидная фаза представляет собой силикатную фазу, массовая доля NaO в которой составляет менее 20%, предпочтительно менее 10% и/или массовая доля AlO составляет менее 30%.
Все проценты обычно являются массовыми в расчете на оксиды. Предпочтительно, оксиды составляют более 90%, предпочтительно более 95%, предпочтительно более 98% веса огнеупорного блока.
Оптическое волокно 12 предпочтительно изготовлено из стекла или сапфира. Преимущественно, если коррозия блока 10 приводит к тому, что оптическое волокно оказывается открыто во внутреннем пространстве резервуара, разрушение оптического волокна из стекла не приводит к загрязнению расплавленного стекла. Оптическое волокно из сапфира хорошо подходит для областей с высокими температурами.
Оптическое волокно предпочтительно имеет диаметр менее 200 мкм, предпочтительно менее 150 мкм. Преимущественно его присутствие не оказывает существенного влияния на механические свойства блока.
p
d
p
Оптическое волокно 12 проходит между проксимальным концом 12 и дистальным концом 12. Проксимальный конец 12 или «ввод» оптического волокна 12 соединен с опрашивающим устройством 14.
d
с
Дистальный конец 12 предпочтительно находится внутри блока 10. В частности, предпочтительно на расстоянии менее 10 см, менее 5 см, менее 2 см, менее 1 см от горячей поверхности 16.
p
f
На проксимальном конце 12 оптическое волокно 12 выходит из блока 10, предпочтительно через холодную поверхность 12, через отверстие 18.
В одном предпочтительном примере осуществления часть оптического волокна 12, которая проходит внутри блока 10, или «измерительная часть 20», проходит прямолинейно, предпочтительно параллельно направлению толщины блока, как показано.
Однако этот пример осуществления не является ограничивающим. Измерительная часть может проходить, например, по существу параллельно горячей поверхности. Однако, как будет показано более подробно в части описания, относящейся к применению в отношении дна печи, локальный износ блока не может быть измерен, когда датчик, расположенный в этом месте, не работоспособен.
i
i
Измерительная часть содержит один датчик, предпочтительно множество датчиков 22. Расстояние между двумя последовательными датчиками 22 вдоль оптического волокна 12 может быть постоянным или переменным. Предпочтительно оно меньше 10 см, 5 см, 3 см или 1 см. Таким образом обеспечивается повышение точности информации, предоставленной опрашивающим устройством.
Предпочтительно, датчик, предпочтительно каждый датчик, представляет собой локальную модификацию структуры оптического волокна, которая отражает, по меньшей мере, часть сигнала, получаемого от опрашивающего устройства.
В одном примере осуществления оптическое волокно имеет только один датчик, который отражает по меньшей мере часть сигнала I опроса.
В одном примере осуществления оптическое волокно содержит множество датчиков, каждый из которых отражает часть сигнала I опроса и обеспечивает прохождение другой части так, что она может достигнуть одного или нескольких других датчиков, расположенных далее. Таким образом, каждый действующий датчик реагирует на сигнал опроса, что позволяет, при использовании одного оптического волокна, получать информацию от разных областей блока и, в частности, на разных глубинах. В частности, если датчик не отвечает, опрашивающее устройство может сделать вывод, что этот датчик был разрушен из-за сильного воздействия температуры, и, следовательно, сделать вывод, что оставшаяся толщина между датчиком и горячей поверхностью уменьшилась.
Если датчики проходят параллельно горячей поверхности, можно, таким образом, детектировать износ в различных областях горячей поверхности.
Если датчики проходят перпендикулярно горячей поверхности, можно измерить уровень износа, определив датчики, которые все еще работоспособны, то есть те, которые не были разрушены из-за чрезмерной температуры.
Чтобы определить источник сигнала ответа, опрашивающее устройство может использовать разницу между временем передачи сигнала опроса и временем приема ответного сигнала.
i
i
i
i
Как показано на фиг. 3, каждый датчик может также отражать только часть спектра частот (частоты λ на фиг. 3a) сигнала I опроса, подаваемого опрашивающим устройством 14 (на фиг. 3a, 3b и 3c, "P" обозначает мощность сигналов). Таким образом, простой анализ частот полученных сигналов позволяет определить происхождение ответных сигналов. На фиг. 3b каждый датчик 22, таким образом, возвратил спектр частот с центром на частоте λ, которая является для него специфичной. Таким образом, наличие пика с центром на частоте λ обеспечивает возможность определения опрашивающим устройством наличие датчика 22.
Датчик может использоваться для возврата двоичного ответа, в частности, чтобы указать, что он находится в рабочем состоянии или не работоспособен. Тогда он действует в качестве детектора.
Датчик может использоваться для возврата ответного сигнала, который изменяется в зависимости от температуры. Тогда он действует в качестве измерительного датчика.
i
i
Датчик 22, предпочтительно каждый датчик 22, представляет собой брэгговскую решетку.
Известны применения оптических волокон с брэгговскими решетками не только в стекловаренных печах.
i
it
В ответ на сигнал I опроса, подаваемый опрашивающим устройством 14 через проксимальный конец оптического волокна, каждая брэгговская решетка 22 возвращает ответный сигнал R, специфичный для нее. Таким образом, брэгговская решетка предпочтительно может служить средством для детектирования ситуации, в которой брэгговская решетка подвергается воздействию температуры, превышающей пороговое значение, вызывая ее разрушение, действуя при этом в качестве детектора. Таким образом, множество брэгговских решеток оптического волокна ориентированы таким образом, чтобы отходить от горячей поверхности огнеупорной части, что обеспечивает возможность измерения, поэтапно, износа этой огнеупорной части.
Брэгговская решетка также имеет то преимущество, что посылает ответный сигнал, зависящий от температуры, которой она подвергается. Конкретнее, каждая брэгговская решетка действует как оптический отражатель на специфичной для нее длине волны. Однако нагрев брэгговской решетки вызывает изменение этой длины волны. Конечно, длины волн, специфичные для различных брэгговских решеток, определяются таким образом, чтобы избежать какой-либо двусмысленности в отношении происхождения ответного сигнала. После определения этого источника опрашивающее устройство может определить изменение длины волны или, эквивалентным образом, изменение частоты, чтобы определить температуру исследуемой брэгговской решетки или точное изменение этой температуры.
i
i
i
i
i
i
i
На фиг. 3c показан частный случай, когда датчики представляют собой брэгговские решетки. В ответ на сигнал опроса датчики 22 могут возвращать ответные сигналы с центром на частотах λ при температуре окружающей среды (фиг. 2b) и на частотах λ', сдвинутых относительно частот λ, соответственно, причем сдвиг зависит от температуры датчика 22. На фиг. 3c пики с центром на частотах λ показаны пунктирными линиями, а пики с центром на частотах λ' показаны сплошными линиями.
Преимущественно, измерение температуры посредством брэгговских решеток нечувствительно к электромагнитным помехам.
Таким образом, брэгговская решетка может служить не только детектором, для определения, превысила ли температура пороговое значение, но также и средством измерения локальной температуры или изменения этой температуры.
Опрашивающее устройство 14 предпочтительно расположено на расстоянии от горячей поверхности огнеупорной части, более предпочтительно на расстоянии от холодной поверхности огнеупорной части. Оно может, в частности, быть расположено вплотную к холодной поверхности огнеупорной части.
В одном примере осуществления, опрашивающее устройство находится на внешней стороне изолирующего слоя, который проходит вплотную к холодной поверхности огнеупорной части. Таким образом, опрашивающее устройство предпочтительно хорошо защищено от высоких температур.
Опрашивающее устройство 14 представляет собой электронное устройство, которое обычно содержит приемопередатчик 26 и модуль 28 управления.
i
i
Приемопередатчик 26 выполнен с возможностью передачи, в качестве ввода в оптическое волокно 12, сигнала I опроса, например светового сигнала, и приема одного или нескольких ответных сигналов R, полученных от одного или нескольких датчиков 22.
Модуль 28 управления обычно содержит процессор и память, в которую загружена компьютерная программа. Используя эту компьютерную программу, процессор может управлять передачей сигнала опроса и анализировать полученные сигналы для идентификации ответивших датчиков.
Предпочтительно, компьютерная программа также обеспечивает возможность, в частности, когда датчики представляют собой брэгговские решетки, измерять сдвиг частоты, возникающий в результате локальной температуры брэгговской решетки, и, таким образом, оценивать температуру и/или изменение температуры относительно предыдущих измерений.
Изготовление
Для внедрения измерительной части оптического волокна 12 в огнеупорную часть и, в частности, в блок 10 могут использоваться различные методы.
В одном примере осуществления огнеупорную часть формуют вокруг волокна 12. Тем не менее термостойкость оптического волокна ограничена. Таким образом, этот способ хорошо подходит для случаев, когда огнеупорную часть получают спеканием, в частности спеканием при низкой температуре, обычно при температурах выдержки ниже 1200°C. Такой способ может, в частности, включать следующие этапы:
а) размещение оптического волокна так, чтобы измерительная часть проходила в форму;
b) подготовка исходного сырья и заливка указанного исходного сырья в форму так, чтобы указанная измерительная часть была внедрена в нее, и, опционально, компрессирование исходного сырья для получения заготовки;
c) спекание заготовки при температуре предпочтительно от 400 до 1200°C.
Такой способ преимущественно обеспечивает тесный контакт между оптическим волокном и огнеупорной частью, что обеспечивает хороший теплообмен и ограничивает риск инфильтрации расплавленного стекла вдоль измерительной части, когда она выходит во внутреннюю части резервуара.
В качестве альтернативы этапам b) и c) ванна с расплавленным материалом может быть влита в форму для получения расплавленного продукта.
В одном примере осуществления изобретения оптическое волокно введено, после изготовления блока, в полость, выполненную в процессе изготовления огнеупорной части, и, в частности, блока.
Полость предпочтительно имеет трубчатую форму.
Полость, прямолинейная или непрямолинейная, глухая или полностью сквозная, предпочтительно имеет внутренний диаметр, по существу идентичный диаметру оптического волокна, но немного больший, для обеспечения возможности введения оптического волокна.
Предпочтительно разница между внешним диаметром полости и диаметром оптического волокна составляет менее 20%, предпочтительно менее 10% диаметра оптического волокна.
d
c
В одном примере осуществления полость, которая предпочтительно является глухой, выполнена так, чтобы не проходить сквозь огнеупорную часть в направлении ее толщины. Таким образом, после введения в полость дистальный конец 12 не достигает горячей поверхности 16.
В другом примере осуществления полость проходит через огнеупорную часть так, что проходит между двумя поверхностями, предпочтительно между горячей поверхностью и холодной поверхностью.
Полость может быть изготовлена способом, включающим следующие этапы:
A) размещение внутри формы временной части, выполненной с возможностью, после изготовления огнеупорной части и удаления временной части, оставлять пространство для полости для размещения упомянутой измерительной части волновода;
B) подготовка исходного сырья и введение указанного исходного сырья в форму так, что указанная временная часть оказывается внедрена в него, соответственно, для получения заготовки;
С) упрочнение указанной заготовки для формирования огнеупорной части;
D) удаление временной части для создания указанной полости в огнеупорной части;
Е) сборка огнеупорной части с другими составляющими элементами печи и, до или после указанной сборки, введение измерительной части в полость и соединение опрашивающего устройства с вводом волновода.
Форма может представлять собой форму для изготовления блока, например блока более 1 кг и/или менее 50 кг. Предпочтительно, измерительную часть затем вводят в полость после сборки, по меньшей мере частично, части печи, содержащей блок, например, после сборки боковой стенки резервуара печи.
Форма может быть областью, предназначенной для заполнения, для формирования дна.
Предпочтительно, временная часть имеет форму проволоки.
Полость может быть изготовлена способом, включающим следующие этапы:
а') размещение проволоки внутри формы;
b') формирование огнеупорной части в форме;
с') удаление проволоки, что оставляет полость.
Проволока может проходить через форму так, что после удаления из изготовленной огнеупорной части формируется глухое отверстие или сквозное отверстие.
Проволока может быть, например, изготовлена из молибдена. Предпочтительно, она покрыта антипригарным покрытием, например гексагональным нитридом бора или графитом, что облегчает ее удаление из блока.
Огнеупорная часть может быть изготовлена из расплавленного или спеченного материала.
Преимущественно, когда огнеупорная часть расплавлена, она сжимается во время охлаждения, что облегчает отсоединение проволоки.
Проволока также может быть «жертвенной», то есть сделанной из материала, который может быть разрушен после изготовления блока, например, посредством механического или химического воздействия.
Эксплуатация
Эксплуатация следует непосредственно из вышеприведенного описания.
В первом примере осуществления датчики действуют как детекторы.
i
i
Как показано на фиг. 2а, каждый датчик 22 (индекс «i» представляет собой идентификационный номер датчика) изначально (t=t0) находится в положении, в котором он может выдерживать температуру, которой он подвергается. В ответ на сигнал I опроса, поданный приемопередатчиком 26 опрашивающего устройства 14 в качестве ввода в оптическое волокно, он возвращает ответный сигнал R, например, посредством отражения части сигнала опроса.
Приемопередатчик 26 принимает этот ответный сигнал и передает его в модуль 28 управления.
i
Модуль 28 управления анализирует полученные сигналы и, если он детектирует упомянутый ответный сигнал, делается вывод о том, что датчик 22, от которого он исходит, все еще работоспособен.
Затем модуль 28 управления отправляет сообщение M, содержащее информацию, в соответствии с которой датчик работоспособен. Это сообщение может быть отправлено на центральный компьютер и/или представлено оператору, например, на экране и/или посредством активации светового сигнала и/или испускания звукового сигнала.
1
1
1
1
1
1
Под действием коррозии толщина блока уменьшается, пока не достигнет толщины e в момент времени t = t (фиг. 2b). Датчик 22 считается датчиком, ближайшим к расплавленному стеклу V. В момент времени t толщина материала блока, отделяющего датчик 22 от расплавленного стекла V, уменьшается, так что датчик 22 подвергается воздействию температуры, что вызывает его разрушение.
1
1
Модуль 28 управления отмечает, в ответ на передачу сигнала опроса, отсутствие ответного сигнала R от датчика 22. Затем он может определить, что этот датчик был разрушен и, следовательно, опосредованно, что толщина материала блока, отделяющая его от внутренней части резервуара, уменьшилась.
Затем он может отправлять соответствующее сообщение M на центральный компьютер и/или оператору, или не отправлять сообщение.
1
1
Время t разрушения датчика 22 зависит от характеристик этого датчика. В одном примере осуществления, как показано на фиг. 2b, датчик разрушается до того, как подвергнется воздействию расплавленного стекла. В другом примере осуществления датчик остается работоспособным до тех пор, пока он не окажется открыт во внутренней части резервуара, в частности, пока он не войдет в контакт с расплавленным стеклом.
i
i
i
В одном предпочтительном пример осуществления, как показано, измерительная часть 20 оптического волокна включает в себя множество датчиков 22. Датчики, которые не были разрушены, возвращают соответствующий ответный сигнал в ответ на передачу сигнала I опроса. Модуль управления анализирует все полученные ответные сигналы R, идентифицирует датчики 22, являющиеся источником этих ответных сигналов, детектирует датчики, которые не ответили, и, следовательно, на основании этого делают вывод о состоянии коррозии блока, то есть оценивают степень уменьшения по толщине.
0
i
i
Модуль управления может, в частности, оценивать толщину блока, которая был удалена с начального момента времени t. Он также может измерять скорость, с которой блок изнашивается, начиная с моментов времени t, когда датчики 22 перестали отвечать на сигнал I опроса.
i
В одном предпочтительном примере осуществления по меньшей мере некоторые из датчиков, предпочтительно каждый датчик 22, является измерительным датчиком, выполненным с возможностью предоставлять в ответном сигнале, который он возвращает, количественное показание температуры, которой он подвергается. В частности, датчики могут представлять собой брэгговские решетки. Поскольку коррозия приводит к уменьшению толщины блока, частота ответного сигнала, возвращаемого датчиком, изменяется. Это изменение преимущественно позволяет определять локальное изменение температуры.
Волновод расположен между двумя блоками
Оптическое волокно не обязательно встроено в блок, но также может быть встроено между двумя соседними блоками. Предпочтительно, оно размещено в канавке, выполненной на поверхности блока так, что не выступает. Более предпочтительно, оно фиксировано в канавке, предпочтительно с использованием огнеупорного цемента, предпочтительно посредством пятен цемента, таким образом, чтобы учесть дилатометрические вариации в блоках, между которыми оно проходит.
Волновод в дне
Признаки, описанные выше для огнеупорного блока применимы к дну 30. С другой стороны, признаки, описанные ниже для дна, применимы к огнеупорному блоку.
В частности, когда огнеупорная часть представляет собой дно, волновод, предпочтительно оптическое волокно, может проходить по существу параллельно горячей поверхности, то есть поверхности дна, которая находится в контакте с расплавленным стеклом (фиг. 4-7).
Предпочтительно, чтобы в дне была сеть оптических волокон, предпочтительно в виде одной или нескольких групп волокон, расположенных параллельно, например, в виде двух групп 32 и 34, измерительные части которых ориентированы под прямым углом, при наблюдении сверху, как показано на фиг. 4.
Все оптические волокна могут проходить в одной и той же плоскости. В качестве альтернативы, некоторые оптические волокна могут быть расположены на разной глубине в дне, в частности, в виде наложенных друг на друга листов оптических волокон (фиг. 5-7).
Предпочтительно плотность датчиков составляет больше трех, предпочтительно больше 10, предпочтительно больше 50, предпочтительно больше 100 датчиков на м² горячей поверхности дна.
1
2
p
d
1
2
Предпочтительно, первое и второе опрашивающие устройства 14 и 14 расположены на вводе и выводе каждого волокна, то есть на их проксимальном 12 и дистальном 12 концах, соответственно. Для ясности на фиг. 4 показаны только первое и второе опрашивающие устройства 14 и 14 первого волокна 12.
Таким образом, второе опрашивающее устройство принимает части сигнала I опроса, поданного первым опрашивающим устройством, которые не были отражены различными датчиками оптического волокна. Например, если оптическое волокно содержит только три датчика и если сигнал опроса и ответные сигналы соответствуют сигналам, показанным на фиг. 3a и 3b, второе опрашивающее устройство принимает сигнал, аналогичный показанному на фиг. 3d.
Таким образом, два опрашивающих устройства имеют сигнал, который обеспечивает возможность идентифицировать ответившие датчики и, если датчики являются измерительными датчиками, например брэгговскими решетками, обеспечивают возможность оценить температуру или изменение температуры для каждого датчика.
Предпочтительно, второе опрашивающее устройство также может посылать сигнал опроса.
Наличие двух опрашивающих устройств позволяет в случае разрыва оптического волокна получать информацию, относящуюся к датчикам, по обе стороны от области разрыва. Таким образом, это повышает надежность устройства.
Эксплуатация аналогична таковой, описанной для применения в огнеупорном блоке.
1
В одном примере осуществления датчики действуют как детекторы и в ответ на сигнал I опроса, поданный первым опрашивающим устройство 14 в качестве ввода в оптическое волокно, каждый возвращает соответствующий ответный сигнал. Под воздействием коррозии дна или появления трещины, толщина дна может быть уменьшена рядом с датчиком, что увеличивает температуру, которой подвергается датчик, до значения, которое приводит к его неработоспособности. Первое опрашивающее устройство и/или второе опрашивающее устройство в ответ на передачу сигнала опроса отмечают отсутствие сигнатуры датчика в полученном ими сигнале. Затем они могут определить, что этот датчик был разрушен и, следовательно, опосредованно, что толщина материала дна или блока, отделяющая его от внутренней части резервуара, уменьшилась. Затем они могут отправлять соответствующее сообщение на центральный компьютер и/или оператору.
Если температура повредила оптическое волокно так, что сигнал от первого опрашивающего устройства не может выйти за пределы датчика, например, из-за того, что оптоволокно было повреждено, первое опрашивающее устройство больше не получает никакой информации от датчиков после поврежденного датчика, то есть, между этим датчиком и вторым опрашивающим устройством.
Затем второе опрашивающее устройство может опрашивать эти нижележащие датчики, подавая сигнал опроса и анализируя сигнал, возвращаемый этими нижележащими датчиками. Первое опрашивающее устройство может продолжать опрашивать вышележащие датчики, подавая сигнал опроса и анализируя сигнал, возвращаемый этими вышележащими датчиками. Таким образом, разрушение датчика оказывает ограниченное влияние на работу оптического волокна.
В одном предпочтительном примере осуществления по меньшей мере некоторые из датчиков, предпочтительно каждый датчик, является измерительным датчиком, выполненным с возможностью предоставлять в ответном сигнале, который он возвращает, количественное показание температуры, которой он подвергается. В частности, датчики могут представлять собой брэгговские решетки. По мере уменьшения толщины дна частота ответного сигнала, возвращаемого датчиком, изменяется. Это изменение преимущественно позволяет определять локальное изменение температуры. Таким образом, преимущественно, можно в частности детектировать аномальное изменение температуры датчика и вмешаться до его разрушения.
В одном примере осуществления по меньшей мере два оптических волокна или, что эквивалентно, два участка оптического волокна пересекаются на разной глубине, причем глубина измеряется от горячей поверхности перпендикулярно горячей поверхности.
i
i
Как показано на фиг. 5, верхние 22s и нижние 22i датчики верхнего 12s и нижнего 12i оптических волокон соответственно могут быть наложены друг на друга в направлении толщины дна, при этом нижнее волокно является оптическим волокном, более удаленным от горячей поверхности, чем верхнее оптическое волокно.
Таким образом, после разрушения верхнего датчика обеспечена возможность получения информации о локальной температуре с использованием нижнего датчика.
j
j'
j
j'
s
i
c
s
i
На фиг. 5 верхние 40s и нижние 40i листы содержат верхние 12s и нижние 12i оптические волокна, причем индексы j и j' обозначают номера оптических волокон в верхних 40s и нижних 40i листах соответственно. Верхние 12s и нижние 12i оптические волокна проходят в верхней P и нижней P плоскостях, соответственно, параллельно горячей поверхности 16 дна на глубинах p и p, соответственно.
j
В одном примере осуществления верхние оптические волокна 12s параллельны друг другу в верхнем направлении Ds.
j'
В одном примере осуществления нижние оптические волокна 12i параллельны друг другу в нижнем направлении Di.
j
j'
i
i'
Верхнее и нижнее направления могут быть перпендикулярны друг другу. При наблюдении сверху, верхние 12s и нижние 12i оптические волокна образуют квадратную сетку, как показано на фиг. 4, или прямоугольную сетку. «Верхние датчики» 22s - это те датчики, которые включены в верхнее волокно, а «нижние датчики» 22i - это те датчики, которые включены в нижнее волокно.
На каждом пересечении, при наблюдении сверху, между верхним оптическим волокном и нижним оптическим волокном, верхний датчик (незаполненный треугольник на фиг. 5) расположен на верхнем оптическом волокне, а нижний датчик (сплошной треугольник на фиг. 5) расположен на нижнем оптическом волокне. Таким образом, на каждом пересечении несколько датчиков выровнены в направлении, по существу, перпендикулярном горячей поверхности, то есть по существу в вертикальном направлении (пунктирные линии).
Эксплуатация примера осуществления, показанного на фиг. 5, аналогична эксплуатации примера осуществления, в котором оптическое волокно содержит множество датчиков и проходит перпендикулярно горячей поверхности. Однако необходимо использовать сигналы, отраженные множеством оптических волокон.
В одном примере осуществления датчики действуют как детекторы, и каждый датчик изначально находится в положении, в котором он может выдерживать температуру, которой он подвергается. В ответ на сигнал опроса, поданный опрашивающим устройством в качестве ввода в оптическое волокно, содержащее датчик, этот датчик возвращает ответный сигнал, например, отражая часть сигнала опроса. Опрашивающее устройство анализирует полученные сигналы и, если оно детектирует упомянутый ответный сигнал, делается вывод о том, что датчик, от которого он исходит, все еще работоспособен.
Под действием износа толщина дна уменьшается до тех пор, пока не достигнет толщины, которая приводит к неработоспособности датчика. Опрашивающее устройство может определить, что толщина материала дна, отделяющего его от внутренней части резервуара, уменьшилась.
Однако датчики, расположенные под неработоспособным датчиком, все еще работоспособны и возвращают ответные сигналы опрашивающему устройству, которое их опрашивает.
Износ дна может продолжаться. Наложенные друг на друга датчики постепенно становятся неработоспособными и по мере увеличения износа. Поскольку идентичность наложенных друг на друга датчиков известна, таким образом, преимущественно обеспечена возможность оценки степени уменьшения толщины дна в каждой точке горячей поверхности, под которой наложены друг на друга множество датчиков. С этой целью центральный компьютер может собирать сообщения от различных опрашивающих устройств и, зная пространственное распределение датчиков, вывести из него профиль износа дна.
В одном предпочтительном примере осуществления по меньшей мере некоторые из датчиков, предпочтительно каждый датчик, является измерительным датчиком, выполненным с возможностью предоставлять в ответном сигнале, который он возвращает, количественное показание температуры, которой он подвергается. В частности, датчики могут представлять собой брэгговские решетки. Поскольку коррозия приводит к уменьшению толщины дна, частота ответного сигнала, возвращаемого датчиком, изменяется. Это изменение преимущественно позволяет точно определять локальное изменение температуры.
Количество листов не ограничено. Предпочтительно плотность листов больше одного, предпочтительно больше двух, предпочтительно больше трех листов на 10 см толщины дна.
Верхние волокна могут образовывать любой угол с нижними волокнами.
Например, на фиг. 6 все волокна ориентированы параллельно друг другу.
Наложенные друг на друга датчики могут принадлежать одному и тому же оптическому волокну, сложенном на сомом себя, как на фиг. 7. Это участки одного и того же оптического волокна, которые могут находиться на разной глубине.
Описанные варианты осуществления дна применимы к другим частям печи, в частности к боковой стенке резервуара печи.
Как теперь ясно видно, изобретение раскрывает решение, которое обеспечивает возможность оценки, более точно и в режиме реального времени, оставшейся толщины огнеупорной части стекловаренной печи.
Конечно, изобретение не ограничивается описанными и показанными примерами осуществления, предоставленными только для иллюстрации.
В частности, изобретение не ограничивается оптическим волокном в качестве волновода. Стеклянное оптическое волокно является предпочтительным, поскольку оно исключает риск загрязнения расплавленного стекла. Однако можно предусмотреть и другие волноводы. Однако, волновод предпочтительно имеет форму волокна, которое предпочтительно имеет диаметр менее 200 микрометров.
Все признаки, применимые к оптическому волокну и описанные в настоящем описании, применимы к другому типу волновода.
Все признаки, применимые к огнеупорному блоку и описанные в настоящем описании, применимы к другому типу огнеупорной части.
Количество волноводов в огнеупорной части, их расположение, количество волноводов, соединенных с опрашивающим устройством, и форма огнеупорной части не являются ограничивающими.
Горячая поверхность блока не обязательно полностью контактирует с ванной расплавленного стекла. Он может даже не контактировать с расплавленным стеклом, а только подвергаться воздействию газовой среды над этой ванной.
Изобретение также не ограничивается только резервуаром стекловаренной печи. Огнеупорная часть может представлять собой, например, блок питателя, часть верхнего корпуса (фигурный огнеупорный блок кладки, верхний блок и т.д.), формирующую часть (выступ и т.д.) или горловинный блок.