установка для измерения температуры ленты в печи для отжига плоского стекла и способ работы печи для отжига

Формула изобретения

1. Устройство для измерения температуры поверхности стеклянной ленты (G) в печи для отжига плоского стекла, характеризующееся тем, что:

оно содержит узел (D1), расположенный на одной из двух сторон стеклянной ленты, который прилегает к поверхности стеклянной ленты (G) и образует термически изолированное пространство на той стороне поверхности ленты, где находится данный узел; и

оно содержит, по меньшей мере, один элемент (ТС) измерения температуры, расположенный в термически изолированном пространстве, и тем, что

оно включает в себя средство для корректировки ошибки измерения температуры термически изолированного пространства, вызываемой потерями вследствие излучения сквозь ленту.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что данное средство для корректировки ошибки измерения образовано с помощью средства термического вычисления, которое принимает во внимание потери вследствие излучения сквозь ленту, для корректировки ошибки измерения температуры термически изолированного пространства.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что:

оно содержит два узла (D1, D2), расположенных соответственно на обеих сторонах стеклянной ленты (G) и обращенных друг к другу;

каждый узел (D1, D2) прилегает к поверхности стеклянной ленты;

изотермическое пространство (2, 5) образовано вокруг каждого элемента (ТС, ТС2) для измерения температуры ленты с помощью оптического термического изолятора (3, 4); и

оно содержит, по меньшей мере, один элемент измерения температуры (ТС, ТС2), расположенный, по меньшей мере, в одном из изотермических пространств (2, 5) и поддерживаемый, по меньшей мере, одним из узлов, причем другой узел представляет собой средство для корректировки ошибки измерения.

4. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что изотермическое пространство (2, 5) вокруг каждого элемента (ТС, ТС2) для измерения температуры ленты изготовлено так, чтобы ограничить теплопроводящие, радиационные и конвективные термические потери.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что изотермическое пространство (2, 5) вокруг каждого элемента (ТС, ТС2) измерения температуры изготовлено в форме полости на той стороне листа изолятора, который прилегает к поверхности стеклянной ленты.

6. Устройство по п.3, отличающееся тем, что два узла (D1, D2), расположенных соответственно на обеих сторонах стеклянной ленты (G), приблизительно симметричны относительно стеклянной ленты, чтобы не вызывать разницы температур между двумя сторонами ленты.

7. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что оно содержит несколько элементов (ТС) измерения температуры, расположенных в нескольких точках вдоль направления, параллельного ширине стеклянной ленты, для определения температурного профиля по ширине ленты.

8. Устройство по п.3, отличающееся тем, что оно содержит, по меньшей мере, один элемент (ТС, ТС2) измерения температуры, находящийся на каждой стороне ленты таким образом, что измерение может выполняться на обеих сторонах ленты в одной точке или в нескольких точках вдоль направления, параллельного ширине стеклянной ленты, для определения профиля разницы температур между двумя сторонами ленты.

9. Устройство по п.7, отличающееся тем, что расстояние между точками измерения, расположенными вдоль направления, параллельного ширине стеклянной ленты, меньше на краях (9, 10) ленты, чем в центральной зоне (11), чтобы иметь больше точек измерения на краях (9, 10), чем в центре ленты.

10. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что элемент измерения температуры является термопарой (ТС, ТС2).

11. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что элемент измерения температуры является термистором.

12. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что элемент измерения температуры расположен близко к поверхности стеклянной ленты, не находясь в контакте с ней.

13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что элемент измерения температуры расположен, по меньшей мере, в одном сантиметре от поверхности стеклянной ленты, не находясь в контакте с ней.

14. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что оптический термический изолятор, который прилегает к поверхности стеклянной ленты, выполнен из гибкого материала, имеющего низкий коэффициент трения.

15. Устройство по п.14, отличающееся тем, что оптический термический изолятор состоит из листа минеральной ваты или стекловаты.

16. Печь для отжига плоского стекла, отличающаяся тем, что она оборудована, по меньшей мере, одним устройством для измерения температуры стекла по любому из предыдущих пунктов.

17. Способ функционирования печи для отжига плоского стекла, отличающийся тем, что измерение температуры поверхности стеклянной ленты (G) выполняют непрерывно с помощью устройства

которое содержит узел (D1), расположенный на одной из двух сторон стеклянной ленты, который прилегает к поверхности стеклянной ленты и образует термически изолированное пространство на той стороне поверхности ленты, где находится данный узел;

которое содержит, по меньшей мере, один элемент (ТС) измерения температуры, расположенный в термически изолированном пространстве; и

которое включает в себя средство для корректировки ошибки измерения температуры термически изолированного пространства, вызываемой потерями вследствие излучения сквозь ленту,

причем данное измерение температуры используют для автоматического регулирования рабочих параметров печи для отжига посредством управляющего контура.

18. Способ по п.17, отличающийся тем, что средство для корректировки ошибки измерения состоит из средства термического вычисления, принимающего во внимание потери вследствие излучения сквозь ленту, для корректировки ошибки измерения температуры термически изолированного пространства.

19. Способ по п.17, отличающийся тем, что средство для корректировки ошибки измерения образовано с помощью второго узла (D2), находящегося на стороне ленты, противоположной первому узлу, который прилегает к поверхности ленты и образует изотермическое пространство, причем измерение температуры поверхности стеклянной ленты выполняют непрерывно с помощью устройства, которое содержит два узла (D1, D2), расположенных соответственно на обеих сторонах стеклянной ленты (G) и обращенных друг к другу, причем каждый узел (D1, D2) прилегает к поверхности стеклянной ленты, с изотермическим пространством (2, 5), образованным вокруг каждого элемента (ТС, ТС2) для измерения температуры ленты посредством оптического термического изолятора (3, 4), причем измерение температуры используют для автоматического регулирования рабочих параметров печи для отжига посредством управляющего контура.

20. Способ по любому из пп.17-19, отличающийся тем, что обеспечивают комбинацию системы для регулирования печи для отжига и оборудования для измерения температуры таким образом, чтобы обеспечивать быстрое регулирование рабочих параметров печи для отжига так, что общий уровень напряжений остается ниже заданной величины, предотвращая раскалывание стекла или предотвращая ленту от деформации перпендикулярно плоскости ленты, и так, что уровень остаточных напряжений остается ниже заданной величины, позволяя стеклу подвергаться последующей обработке.

21. Способ по любому из пп.17-19, отличающийся тем, что измерения температуры выполняют по ширине стеклянной ленты и применяют для регулирования распределения нагрева по ширине ленты и/или для регулирования распределения охлаждения по ширине ленты.

22. Способ по любому из пп.17-19, отличающийся тем, что математическую модель функционирования печи для отжига устанавливают и используют для определения оптимальных технологических параметров, применяемых в печи для отжига, согласно сделанным измерениям, для получения желаемой температуры и уровня напряжений.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение касается устройства для измерения температуры поверхности стеклянной ленты в печи для отжига плоского стекла.

Печь (лер) для отжига плоского стекла представляет собой туннельную печь, оборудованную средствами нагрева и охлаждения, для изготовления стеклянной ленты, которая подвергается регулируемому термическому циклу отжига/охлаждения. Она состоит из последовательных зон, обычно обозначаемых А0, А, В, С, D, Е и F, причем зона А0 находится на стороне входа ленты. В зонах А0, А, В и С печи для отжига стекло охлаждается посредством радиационнного обмена с холодными частями, обычно называемыми обменниками или тепловыми элементами, тогда как в зонах D, Е и F стекло охлаждается с помощью конвекции с использованием продуваемого воздуха. Зоны от А0 до D закрыты изолирующими стенками, чтобы лучше регулировать охлаждение стекла. Печь для отжига располагается ниже по ходу от ванны с расплавленным оловом в случае производственной линии, использующей флоат-процесс, или ниже по ходу от печи плавления/кондиционирования в случае линии получения многослойного стекла.

Первая критическая фаза цикла отжига/охлаждения для полосы плоского стекла находится в тех зонах печи для отжига, в которых стекло находится в вязкоупругом состоянии. Охлаждение вызывает термические градиенты и напряжения вдоль поверхности стеклянной полосы и в его сердцевине. Чтобы ограничить образование остаточных напряжений и позволить им релаксировать, охлаждение начинается при пониженной скорости, чтобы дать возможность стеклу подвергаться отжигу. Слишком высокий уровень остаточных напряжений создает проблемы при последующей обработке стекла, такой как операция резки. После завершения этого отжига вблизи переходной температуры начинается вторая критическая фаза цикла охлаждения, целью которой является быстрое охлаждение стекла, чтобы ограничить длину печи для отжига. Так как стекло присутствует в твердом состоянии, термические градиенты во время этого этапа охлаждения вызывают то, что называется "временными" напряжениями. Избыточные временные напряжения по ширине или по толщине ленты вызывают раскалывание стекла. Поэтому важно тонко регулировать термический профиль в продольном и поперечном направлениях и по толщине стеклянной ленты.

Требуемая точность измерения температуры для обеспечения хорошего регулирования термического цикла стекла должна быть:

± 5°С абсолютных в зонах отжига печи для отжига;

± 10°С абсолютных в зонах быстрого охлаждения;

± 3°С относительных в случае профилей по ширине ленты (для всех зон); и

± 3°С относительных в случае температур верхней и нижней сторон ленты (для всех зон).

Устройства измерения температуры, устанавливаемые на печах для отжига согласно предшествующему уровню техники, дают на практике гораздо большие ошибки. Кроме того, обычно доступные средства измерения не позволяют измерять температуру в критических точках, которыми являются края ленты. Также измерение температуры в заданной точке и на верхней стороне, и на нижней стороне ленты обычно недоступно. Устройства для измерения температуры в печи для отжига согласно предшествующему уровню техники будут подробно описаны ниже.

Измерение температуры, выполняемое с помощью термопар

Верхние термопары обычно прикрепляют к своду и подвешивают над лентой. Нижние термопары прикрепляют к штанге между валиками, поддерживающими ленту. Эти термопары, расположенные в жестких трубках, могут регулироваться, но они часто остаются в нескольких сантиметрах от стекла.

Термопары всегда располагаются у концов закрытых зон радиационнного охлаждения (А, В, С). Термопары не размещают в конвективных зонах (D и F), так как измерение нарушается из-за конвекции в этих зонах.

Пять термопар обычно устанавливают на верхней стороне по ширине ленты и три термопары на нижней стороне. Так как эти термопары находятся в нескольких сантиметрах от ленты, они принимают излучение, испускаемое лентой, но охлаждаются теплообменниками. Следовательно, они не могут правильно измерять температуру стеклянной ленты.

Измерение температуры, выполняемое с помощью фиксированных оптических пирометров

Эти пирометры устанавливают на своде в нескольких точках по длине печи для отжига и направляют на верхнюю поверхность ленты.

Обычно один пирометр устанавливают у конца зоны. Иногда эти пирометры устанавливают по ширине ленты, тем самым давая показание поперечного профиля температуры. Увеличению числа этих пирометров препятствует их чрезмерная стоимость.

Коэффициент излучения этих пирометров не всегда регулируется операторами, что вызывает ошибки измерения.

Измерение температуры, выполняемое с помощью портативных пирометров

В открытых секциях, обычно на конце зоны D и в зонах Е и F, температура верхней стороны ленты может измеряться портативными пирометрами, удерживаемыми операторами, которые должны быть тренированы в их применении. Так как положение измерения по ширине ленты не является точным, потому что размер области измерения меняется в зависимости от расстояния между пирометром и лентой, и так как угол зрения не является постоянным, эти измерения являются не очень точными и дают только очень случайные тенденции.

Кроме того, коэффициент излучения, регулируемый на пирометре, плохо понятен операторам. Кроме того, только определенные места в открытых секциях являются доступными из-за присутствия мостиков по ширине печи для отжига, тем самым ограничивая число точек измерения по длине печи для отжига.

Измерение температуры, выполняемое с помощью сканеров

Пирометрические сканеры устанавливают на своде и направляют по всей ширине ленты через щель в своде закрытых секций. Место измерения обязательно находится в конце зоны из-за помехи, которую представляют теплообменные трубы, присутствующие в радиационных зонах.

Пользоваться измерениями сканеров непросто из-за изменения коэффициента излучения ленты как функции угла измерения вследствие тепловых отражений от свода и потому, что трудно идентифицировать положение края ленты. В принципе потенциально возможно улучшать сканеры, но их стоимость остается чрезмерной.

Различные способы измерения, описанные выше, могут, в пределах их точности измерения, давать сравнимые результаты. В действительности наблюдаются расходящиеся значения между термопарными измерениями и пирометрическими измерениями.

Пример этого расхождения касается температуры, измеренной по длине ленты в печи для отжига.

В зонах легкого охлаждения величины, измеряемые термопарами и пирометрами, достаточно близки. Это можно объяснить окружением измерения, которое является почти изотермическим. Когда охлаждение увеличивается, имеет место большая разница измерений, которая может достигать 100°С. Термопары нагреваются лентой, но также охлаждаются охлаждающими устройствами. В печах для отжига без пирометров или сканеров эту разницу измерений принимают во внимание путем использования корректирующего фактора, чтобы корректировать температуру, получаемую с помощью термопар, и, таким образом, оценивают истинную температуру ленты. Однако данный подход является не очень удовлетворительным, так как он не позволяет достигать требуемой точности измерения температуры.

Второй пример этого расхождения касается температуры, измеренной по ширине ленты в радиационной зоне В2 печи для отжига. Разница между пирометрами и термопарами составляет приблизительно 20°С в этой зоне. Пирометры могут указывать на увеличение температуры ленты слева направо, тогда как термопары указывают обратное.

Измерение температуры стеклянной ленты в печи для отжига с помощью термопар согласно предшествующему уровню техники является неудовлетворительным, на получаемое измерение влияет излучение от стенок печи для отжига, охладителей и валиков, и конвективное охлаждение в конвективных зонах. Это влияние сохраняется, даже если термопара находится в мягком механическом контакте со стеклом.

Задачей данного изобретения является, главным образом, решение этой проблемы и улучшение измерения температуры поверхности стеклянной ленты.

Данное изобретение состоит из устройства для непрерывного измерения температуры поверхности стеклянной ленты в печи для отжига плоского стекла, отличающегося тем, что:

- оно содержит узел, расположенный на одной из двух сторон стеклянной ленты, который прилегает к поверхности стеклянной ленты и образует термически изолированное пространство на той стороне поверхности ленты, где находится данный узел; и

- оно содержит, по меньшей мере, один элемент измерения температуры, расположенный в термически изолированном пространстве,

и тем, что оно включает в себя средство для корректировки ошибки измерения температуры термически изолированного пространства, вызываемой потерями вследствие излучения сквозь ленту.

Данное средство для корректировки ошибки измерения может быть образовано с помощью средства термического вычисления, которое принимает во внимание потери вследствие излучения сквозь ленту, для корректировки ошибки измерения температуры термически изолированного пространства.

Отсутствие узла, противоположного данному узлу измерения, вызывает радиационные термические потери вследствие полупрозрачных свойств стекла. Это принимается во внимание для корректировки измерения температуры, выполненного в изолированном пространстве, с помощью термического вычисления таким образом, чтобы получить истинную температуру ленты.

При другом расположении средство для корректировки ошибки измерения может быть образовано с помощью второго узла, находящегося на стороне ленты, противоположной первому узлу, который прилегает к поверхности ленты и образует изотермическое пространство. Данное устройство для непрерывного измерения температуры поверхности стеклянной ленты в печи для отжига плоского стекла отличается тем, что:

- оно содержит два узла, расположенных соответственно на обеих сторонах стеклянной ленты и обращенных друг к другу, причем каждый узел прилегает к поверхности стеклянной ленты;

- данные узлы образуют изотермическое пространство на каждой стороне стеклянной ленты с помощью оптического термического изолятора; и

- оно содержит, по меньшей мере, один элемент измерения температуры, расположенный, по меньшей мере, в одном из изотермических пространств и поддерживаемый, по меньшей мере, одним из узлов, причем другой узел представляет собой средство для корректировки ошибки измерения.

Предпочтительно, изотермическое пространство вокруг каждого элемента для измерения температуры ленты изготавливают так, чтобы ограничить теплопроводящие, радиационные и конвективные термические потери. Это изотермическое пространство может быть изготовлено в форме полости на той стороне листа изолятора, который прилегает к поверхности стеклянной ленты.

Предпочтительно, два данных узла, расположенных соответственно на обеих сторонах стеклянной ленты, приблизительно симметричны относительно стеклянной ленты, чтобы не вызывать разницы температур между двумя сторонами ленты.

Предпочтительно, данное устройство содержит несколько элементов измерения температуры, расположенных в нескольких точках вдоль направления, параллельного ширине стеклянной ленты, чтобы определять температурный профиль по ширине ленты.

По меньшей мере, один элемент измерения температуры находится на каждой стороне ленты таким образом, что измерение может выполняться на обеих сторонах ленты в одной точке или в нескольких точках вдоль направления, параллельного ширине стеклянной ленты, чтобы определять профиль разницы температур между двумя сторонами ленты.

Предпочтительно, расстояние между точками измерения, расположенными вдоль направления, параллельного ширине стеклянной ленты, меньше на краях ленты, чем в центральной зоне, чтобы иметь больше точек измерения на краях, чем в центре ленты.

Элемент измерения температуры может быть, например, термопарой или термистором.

Элемент измерения температуры располагается близко к поверхности стеклянной ленты, не находясь в контакте с ней. Предпочтительно, элемент измерения температуры располагается, по меньшей мере, в одном сантиметре от поверхности стеклянной ленты, не находясь в контакте с ней.

Оптический термический изолятор, который прилегает к поверхности стеклянной ленты, может быть сделан из гибкого материала, имеющего низкий коэффициент трения. Предпочтительно, оптический термический изолятор состоит из листа минеральной ваты или стекловаты.

Устройство согласно данному изобретению включает в себя механические защитные элементы для защиты от повреждения, вызываемого раскалыванием стеклянной ленты. Эти защитные элементы могут быть закрепленными относительно печи для отжига. Они также могут быть съемными, как занавеси, применяемые в печах для отжига, чтобы ограничить конвекцию.

Устройство согласно изобретению также включает элемент для ограничения конвекции воздуха между лентой стекла и элементом измерения температуры.

Данное изобретение также касается печи для отжига плоского стекла, отличающейся тем, что она оборудована, по меньшей мере, одним устройством для измерения температуры стеклянной ленты, определенным выше.

Данное изобретение также касается способа функционирования печи для отжига плоского стекла, отличающегося тем, что измерение температуры поверхности стеклянной ленты выполняют непрерывно с помощью устройства,

- которое содержит узел, расположенный на одной из двух сторон стеклянной ленты, который прилегает к поверхности стеклянной ленты и образует термически изолированное пространство на той стороне поверхности ленты, где находится данный узел;

- которое содержит, по меньшей мере, один элемент измерения температуры, расположенный в термически изолированном пространстве; и

- которое включает в себя средство для корректировки ошибки измерения температуры термически изолированного пространства, вызываемой потерями вследствие излучения сквозь ленту,

причем данное измерение температуры используют, чтобы автоматически подстраивать рабочие параметры печи для отжига посредством управляющего контура.

Средство для корректировки ошибки измерения может состоять из средства термического вычисления, принимающего во внимание потери вследствие излучения сквозь ленту, для корректировки ошибки измерения температуры термически изолированного пространства.

Согласно другому расположению, средство для корректировки ошибки измерения может быть образовано с помощью второго узла, находящегося на стороне ленты, противоположной первому узлу, который прилегает к поверхности ленты и образует изотермическое пространство. Данный способ функционирования печи для отжига плоского стекла отличается тем, что измерение температуры поверхности стеклянной ленты выполняют непрерывно с помощью устройства, которое содержит два узла, расположенных соответственно на обеих сторонах стеклянной ленты и обращенных друг к другу, причем каждый узел прилегает к поверхности стеклянной ленты, с изотермическим пространством, образованным вокруг каждого элемента для измерения температуры ленты посредством оптического термического изолятора, причем измерение температуры используют, чтобы автоматически подстраивать рабочие параметры печи для отжига посредством управляющего контура.

Согласно способу данного изобретения предпочтительно обеспечивается комбинация системы для управления печью для отжига и оборудования для измерения температуры таким образом, чтобы позволять быстро подстраивать рабочие параметры печи для отжига так, что общий уровень напряжений остается ниже заданной величины, предотвращая раскалывание стекла или предотвращая деформацию ленты перпендикулярно плоскости ленты, и так, что уровень остаточных напряжений остается ниже заданной величины, позволяя стеклу подвергаться последующей обработке.

Измерения температуры могут выполняться по ширине стеклянной ленты и могут применяться, чтобы регулировать распределение нагрева по ширине ленты и/или чтобы регулировать распределение охлаждения по ширине ленты.

Математическая модель функционирования печи для отжига может быть установлена и использована, чтобы определить оптимальные технологические параметры, применяемые в печи для отжига, согласно сделанным измерениям, чтобы получить желаемую температуру и уровень напряжений.

Данное изобретение состоит, кроме объясненных выше расположений, из ряда других расположений, которые будут объяснены подробнее ниже для типичных вариантов осуществления, описанных со ссылками на прилагаемые чертежи, которые не являются ограничивающими. В этих чертежах:

- фиг.1 представляет собой схематичный продольный вертикальный разрез, иллюстрирующий принцип устройства для непрерывного измерения температуры поверхности стеклянной ленты согласно данному изобретению;

- фиг.2 представляет собой схематичный продольный вертикальный разрез типичного варианта осуществления устройства фиг.1;

- фиг.3 представляет собой график профиля температуры по толщине стеклянной ленты, где температура отложена на оси у, а толщина отложена на оси х;

- фиг.4 и 5 представляют собой графики, показывающие оптическую толщину, отложенную на оси у, как функцию длины волны, отложенной на оси х;

- фиг.6 представляет собой график с двумя кривыми, одна для оптической толщины, отложенной на оси у по левой шкале, а другая для излучения твердого тела, отложенного на оси у по правой шкале, как функцию длины волны, отложенной на оси х; и наконец

- фиг.7 представляет собой схематический вид сверху размещения термопар согласно данному изобретению.

Пример устройства измерения, изготовленного согласно данному изобретению, описывается ниже.

Фиг.1 и 2 показывают термопару ТС, предпочтительно термопару, которая находится в чехле и имеет малый диаметр, причем данный диаметр обычно равен или менее чем 2 мм. Точка измерения термопары ТС поддерживается в некоторой точке в изотермическом пространстве и, предпочтительно, в непосредственной близости от поверхности стекла, в то же время предотвращая любой контакт между стеклом и термопарой ТС. Выражение "в непосредственной близости" означает, что данная точка измерения термопары находится на коротком расстоянии от этого стекла, например, приблизительно 2 мм.

Отсутствие контакта между термопарой ТС и стеклом G предотвращает нагрев термопары ТС теплом трения, который давал бы положительную ошибку в измеренной температуре.

Чтобы температура ленты правильно измерялась данной термопарой ТС, существенно установить термическое равновесие между лентой G и термопарой ТС. Чтобы предотвратить термические потери от термопары ТС, создают изотермическое пространство 2 вокруг термопары, используя гибкий изолятор 3, имеющий низкий коэффициент трения, который прилегает к поверхности стекла G. Выражение "изолятор, имеющий низкий коэффициент трения" означает изолятор, который может касаться бегущего стекла без повреждения устройства измерения или поверхности стекла. Термопара ТС является, таким образом, изолированной, предотвращая потери тепла наружу.

Примеры подходящих гибких изоляторов могут включать в себя минеральную вату и стекловату, которые являются двумя простыми и недорогими изолирующими материалами, подходящими для данного устройства, способными противостоять температурам гораздо выше, чем температуры внутри печи для отжига. Использование гибкого изолятора, прилегающего к поверхности стекла, также предотвращает любые потоки воздуха между поверхностью ленты G и устройством измерения, таким образом предотвращая конвективное охлаждение элемента ТС измерения температуры. Эта первая часть устройства позволяет приближаться к истинной температуре стекла.

Устройство, изготовленное согласно данному изобретению, принимает во внимание полупрозрачность стекла. Когда изотермическое пространство создают близким к черному телу на одной стороне стекла, часть тепла из этого изотермического пространства все еще теряется сквозь ленту посредством излучения внутри спектрального окна, в котором стекло прозрачно. Дополнительная изоляция 4 на противоположной стороне стекла G позволяет удерживать тепло путем возврата излучения в пространство, образованное стеклом и термопарой. Термопара ТС таким образом достигает температуры, очень близкой к температуре стекла.

Устройство согласно данному изобретению, таким образом, отличается тем, что изотермическое пространство 2 вокруг элемента ТС для измерения температуры стекла получают путем ограничения теплопроводящих, радиационных и конвективных потерь тепла.

Дополнительную изоляцию 4 предпочтительно получают таким же образом, как изоляцию 3, используя гибкий изолятор, например, лист минеральной ваты или стекловаты.

Эта двойная изоляция на двух сторонах ленты также имеет другое преимущество. Она позволяет размещать термопару на каждой из двух сторон ленты, а именно термопару ТС, уже упоминавшуюся, и термопару ТС2, расположенную в другом изотермическом пространстве 5, которое существует в форме полости в изоляции 4, располагаясь в непосредственной близости от этой поверхности ленты на противоположной стороне от стороны, соответствующей первой термопаре ТС. Таким образом получают информацию о возможной разнице температур между двумя сторонами, вызванной дисбалансом охлаждения, причем это очень полезно в печи для отжига для регулирования степени охлаждения на верхней стороне и нижней стороне.

Ниже приводится пример улучшения измерения, проводимого с помощью устройства, изготовленного согласно данному изобретению, установленного на выходе зоны С печи для отжига, имеющей производственную мощность 600 тонн/день для ширины стекла 4 м, толщины стекла 4 мм и скорости движения 10 м/мин.

Теоретический температурный профиль по толщине стекла предполагается таким, как указано на фиг.3. Она показывает, что температура стеклянного листа не является однородной во время охлаждения, причем поверхности холоднее, чем сердцевина. Это особенно так для относительно толстого стекла, например, с толщиной больше чем 8 мм. Для более тонкого стекла температурные градиенты в стекле во время охлаждения остаются ограниченными.

Фиг.3 показывает разницу в 5°С между центром (т.е. на середине толщины) и поверхностью ленты для стекла толщиной 4 мм и для данной степени охлаждения. Ошибка, вызываемая измерением температуры поверхности по сравнению со средней температурой по толщине, составляет менее чем 2,5°С. Для стандартного тонкого стекла измерение температуры поверхности является достаточно репрезентативным для средней температуры ленты для предполагаемой точности. Ситуация отличается для толстого стекла. Однако с информацией о степени охлаждения температура сердцевины и средняя температура могут быть определены. Радиационный обмен между поверхностью ленты и стенками печи для отжига для ленты при 380°С, имеющей коэффициент излучения 0,85, и температуры стенки печи 170°С составляет 7 кВт/м² на каждой стороне. Путем создания изотермического пространства для измерения температуры из волокнистого изолятора, имеющего теплопроводность 0,06 Вт/м·К и толщину 50 мм, термические потери ограничиваются величиной 0,24 кВт/м².

Вычисление системы, принимая во внимание радиационный обмен между лентой и изолятором, предполагая коэффициент излучения изолятора е=0,9, теплопроводность слоя воздуха толщиной 5 мм между лентой и изолятором и теплопроводность сквозь изолятор дает температуру изолятора на горячей стороне 375,9°С для температуры ленты 380°С. Температура термопары будет между этими двумя значениями, следовательно ошибка измерения составляет менее чем 4°С относительно температуры стеклянной ленты.

Оптические свойства стекла теперь будут приняты во внимание.

Стандартное стекло является непрозрачным для длин волн выше 2,7 мкм (т.е. 2,7×10 ^-3 мм) и прозрачным для длин волн ниже этой величины и для стандартной толщины, и для толстого стекла. Фиг.4 и 5 показывают оптический спектр флоат-стекла для толщины 15 мм и 4 мм соответственно.

Фиг.4 и 5 показывают, что стекло является прозрачным до 2,7 мкм, причем оно становится непрозрачным за пределами этой длины волны.

Частичное устройство, установленное только на одной стороне ленты, будет создавать изотермическое пространство на одной стороне ленты, которое ведет себя как черное тело со спектральным распределением соответствующего захваченного там излучения. Однако вследствие оптических свойств стекла часть этого излучения будет ускользать сквозь толщину стекла.

Фиг.6 показывает оптический спектр стекла толщиной 4 мм (кривая L1) и оптический спектр черного тела при 380°С (кривая L2).

Интеграл кривой L2 черного тела между 0 и 2,7 мкм представляет радиационный поток 0,36 кВт/м². Следует отметить, что для температуры, измеренной выше по ходу в печи для отжига, например, для ленты при 600°С, этот поток будет даже выше вследствие отклонения кривой твердого тела.

Принятие во внимание этой дополнительной потери в вышеприведенном вычислении дает теперь температуру изолятора на горячей поверхности 369,9°С при температуре ленты 380°С. Разница температур в изотермическом пространстве теперь возрастает до 10,4°С. Эта ошибка больше, чем точность, требуемая для печи отжига.

Эти радиационные потери сквозь ленту необходимо поэтому устранить.

Чтобы сделать это, устройство, изготовленное согласно данному изобретению, включает в себя второе изотермическое пространство 5, аналогичное первому пространству, позволяя потерям внутри оптического окна стекла взаимно устраняться.

Другой способ устранения данного эффекта радиационных потерь сквозь ленту заключается в корректировке ошибки измерения температуры, используя средство термического вычисления. Это требует дополнительной информации об оптических свойствах стекла и выходящем радиационном потоке в направлении противоположной стороны ленты.

Пример устройства измерения, изготовленного согласно данному изобретению, будет теперь описан более подробно со ссылкой на фиг.1 и 2.

Данное устройство изготавливают, используя следующее: две зачехленные термопары ТС, ТС2 с диаметром 1 мм для измерения температуры двух сторон ленты G; стекловату или минеральную вату в качестве изолятора; и крепежную систему 6, 7. Следует отметить, что температура в изотермическом пространстве может измеряться с помощью термопар или также с помощью термисторов или других элементов измерения температуры.

Изотермические пространства 2, 5 показаны только на фиг.1, но аналогичные пространства могут быть обеспечены в устройстве на фиг.2, хотя они не показаны.

Как показано на фиг.2, стекловата 3 прилегает к ленте на длине приблизительно 10 см в направлении движения. На каждой стороне ленты толщина М стекловаты в форме листа, например, 50 мм толщиной, образует изотермическое пространство и предотвращает конвекцию воздуха между лентой и стекловатой. Термопара ТС располагается немного ниже по ходу от середины покрывающей зоны в точке, где снижен любой доступ воздуха. Ориентация термопары ТС предпочтительно горизонтальная, параллельно поверхности стекла. Таким образом, любая паразитная теплопроводность сквозь чехол и проволоки термопары ТС устраняется в точке измерения. Чехол термопары ТС предпочтительно вводят на стороне выше по ходу. Таким образом, избегается риск захвата кончика поверхностью стекла.

Теперь будет дано описание способа, по которому конкретный способ отжига стекла принимают во внимание при задании устройства измерения согласно данному изобретению.

Конструкция устройства согласно данному изобретению такова, что оно не нарушает процесс отжига стекла или нарушает в очень малой степени. В частности, данное устройство изготавливают следующим образом.

Устройство состоит из двух узлов D1, D2, расположенных соответственно на обеих сторонах ленты G, причем они являются достаточно симметричными, чтобы не создавать разницы температур между двумя сторонами ленты. Узлы D1, D2 данного устройства имеют минимальную длину в направлении движения ленты, чтобы получить желаемое термическое и оптическое удерживание. Это удерживание ограничивает поверхностное охлаждение стекла, когда оно проходит сквозь данный агрегат. Легко понять, что отсутствие узла на одной стороне ленты приведет к разности температур между двумя поверхностями, причем сторона, не обеспеченная данным узлом, охлаждается обычным образом.

Следовательно, устройство, установленное только на одной стороне, приведет к заметной разнице температур между двумя сторонами ленты, следовательно, появляется риск образования дополнительных напряжений в стекле, которые ответственны за возникновение проблем раскалывания или проблем при резке стеклянной ленты.

Согласно первому варианту осуществления данного изобретения длина устройства в направлении движения ленты ограничивается длиной, необходимой для получения желаемого термического и оптического удерживания, чтобы уменьшить длину, на которой нарушается охлаждение стекла. Предпочтительно, длина L устройства составляет менее чем 200 мм. Толщина изоляции составляет, например, 50 мм.

Данное устройство должно вызывать наименее возможное нарушение в печи для отжига. Чтобы добиться этого, важно, чтобы его размеры были небольшими. Более конкретно, слишком большой размер будет приводить к нарушению конвективного потока в печи для отжига из-за ограничения сечения потока, особенно в конвективных зонах. Необходимо не нарушать радиационный обмен в радиационных зонах между стеклом и различными стенками печи для отжига из-за существенной непрозрачности для данного излучения, которую будет создавать слишком объемистое устройство.

Чтобы выполнить это требование, толщина М изолятора ограничивается согласно данному изобретению. Слишком маленькая толщина изолятора может приводить к большому температурному градиенту между его двумя сторонами из-за больших термических потерь. Эти потери будут тем больше, чем выше теплопроводность изолятора. Чтобы поддерживать высокую точность измерения температуры стекла, устройство согласно данному изобретению предотвращает такие потери или принимает их во внимание, корректируя измеренную температуру стекла.

Согласно второму варианту осуществления данного изобретения термические потери по толщине изолятора устраняются путем добавления нагревателя на сторонах 3а, 4а изолятора 3, 4, со стороны, противоположной ленте, например, элемента электрического сопротивления, так чтобы поддерживать одинаковую температуру на обеих сторонах изолятора 3 или 4.

Согласно третьему варианту осуществления данного изобретения данные потери принимаются во внимание посредством вычисления термических потерь в изоляторе 3, 4, принимая во внимание его теплопроводность, температуру, измеренную на горячей стороне с помощью измеряющего элемента ТС, ТС2, предусмотренного в данном устройстве, и температуру, измеренную на холодной стороне 3а, 4а изолятора путем добавления, по меньшей мере, одного элемента измерения температуры, например, термопары. Температура стекла, измеренная данным устройством, затем корректируется, принимая во внимание влияние термических потерь по толщине изолятора.

Согласно четвертому варианту осуществления данного изобретения данные потери принимаются во внимание посредством вычисления термических потерь в изоляторе, принимая во внимание его теплопроводность, на основе температуры, измеренной на горячей стороне с помощью измеряющего элемента ТС, ТС2, обеспеченного в данном устройстве, и путем оценки температуры на холодной стороне 3а, 4а изолятора на основе окружающей температуры печи для отжига в точке, где установлено данное устройство. Температуру стекла, измеренную данным устройством, затем корректируют, чтобы принять во внимание влияние термических потерь по толщине изолятора.

Эти способы в комбинации с вычислениями температур в ленте позволяют достигать точности до 1°С, что вполне достаточно для регулирования охлаждения в печи для отжига, используя подходящие элементы измерения, такие как калиброванные термопары.

Пример устройства, установленного в печи для отжига, теперь будет описан со ссылкой на фиг.2.

Установка на нижней стороне ленты

Пространство между двумя поддерживающими валиками R1, R2 для поддержания ленты G позволяет установить штангу 7 с несколькими термопарами ТС2 по ширине ленты. U-образную штангу 7 применяют, чтобы поддерживать волокнистую изоляцию 4 на месте и фиксировать термопары ТС2. Средство (не показано) для регулирования высоты штанги 7 позволяет регулируемым образом устанавливать данное устройство близко к стеклу. Положение за валиком защищает данную систему от осколков стекла, падающих на нее в случае раскалывания ленты.

Установка на верхней стороне ленты

Верхнее устройство подвешивают на штанге 6, которая пересекает сбоку пространство над лентой G. Гибкий лист 3 соответствующей длины покрывает короткую длину поверхности ленты. Этот лист 3 изготавливают из гибкой ткани с нижней стороной, используемой для фиксации гибких термопар ТС. Предпочтительно, используют тонкую стеклоткань, в которую интегрируют термопары ТС. На этой ткани лежит лист стекловолокнистого изолятора толщиной М приблизительно 50 мм.

Диаметр термопар небольшой, приблизительно 1 мм, чтобы гарантировать, что они являются гибкими. Контактную зону 8 листа 3 подгоняют к площади, покрытой нижним изолятором 4. Верхний лист 3 может следовать за изменениями толщины ленты G без каких-либо проблем, обеспечивая, чтобы перекрывание с нижним изолятором оставалось правильным.

Установка термопар по ширине ленты

Наибольшие изменения температуры по ширине ленты происходят близко к краям, особенно если существует разница толщины между краями 9, 10 и центральной частью 11 ленты G.

Чтобы изобразить температурный профиль края, который обычно имеет ширину 150 мм для толстой ленты, требуются, по меньшей мере, три термопары ТС. Расстояние между двумя из этих последовательных термопар ТС будет поэтому приблизительно 3 см (30 мм). Так как положение края обычно меняется на 300 мм в зависимости от ширины получаемой ленты, в данном примере десять термопар ТС устанавливают на обеих сторонах ленты. Число десять соответствует 300 мм, деленным на 30 мм.

Так как температурные вариации в центральной части 11 гораздо меньше, приблизительно шесть термопар ТС достаточно, чтобы изобразить температурный профиль. Полное число термопар ТС на штанге 6, 7 будет, например, поэтому двадцать шесть.

Фиг.7 показывает пример термопар, расположенных по ширине ленты.

Использование измерений температуры

Информация, поступающая с помощью данного измерительного оборудования, может использоваться операторами устройства, чтобы вручную регулировать рабочие параметры печи для отжига.

Согласно другому варианту осуществления температурные измерения могут воспроизводиться для информирования оператора печи для отжига, например, в виде кривых, показывающих температурный профиль по ширине ленты, чтобы позволить ему подтвердить установки распределения нагрева и охлаждения, функционирующие в печи для отжига. Также можно регистрировать эти величины, особенно для непрерывного контроля качества продукта.

Предпочтительно, информация, поступающая с помощью данного измерительного оборудования, используется системой контроля установки для автоматического регулирования рабочих параметров печи для отжига с помощью одного или нескольких управляющих контуров, в частности для регулирования нагрева и охлаждения стекла вдоль направления движения ленты и в ее перпендикулярном направлении.

Предпочтительно, управляющий контур может дополняться физической моделью отжига стекла, которая на основе измерений, сделанных в одной секции печи для отжига, позволяет вычислять установки для различных зон выше и ниже по ходу от секции измерения и для нагрева, и для охлаждения стеклянной ленты на каждом этапе способа отжига стекла. Данная физическая модель может предпочтительно использовать температурные измерения, поступающие от данного измеряющего оборудования, чтобы оценивать уровни напряжений в стекле и определять их распределение по ширине ленты, по ее толщине или ее длине.