W tym artykule omówimy znaczenie dokładnego pomiaru temperatury w różnych segmentach procesu produkcji szkła w całym obszarze przemysłu szklarskiego (szkło płaskie/płaskie, szkło opakowaniowe, szkło stołowe, opal, szkło specjalne itp.).
The glass manufacturers always have concerns to improve the quality of products and efficiency of process while decreasing the manufacturing cost. These are areas which pomiar temperatury can play significant role to achieve to such goals.
Biorąc pod uwagę zależność lepkości od temperatury szkła, oczywiste jest, że każda zmiana jednorodności termicznej spowoduje wiele problemów w późniejszym procesie formowania. Aby osiągnąć najlepszą wydajność w zakresie jednorodności chemicznej i termicznej szkła, dokładny odczyt temperatury różnych części procesu wytwarzania szkła jest kluczowy, ponieważ wiemy, że wszelkie zmiany temperatury szkła mogą mieć wpływ na jego jakość, a temperatura jest kluczowym parametrem do pomiaru, a następnie kontrolowania układu spalania, co oznacza oszczędność w zużyciu energii.
The temperature measuring can done by thermocouples where temperature measure directly in contact of molten glass (platinum thimble immersion thermocouples) or by thermocouples installation in the roof of furnace or distributor etc and measuring the atmosphere temperature. Then another technology is using of radiation pirometry.
Termopary z platynowym gilzem zanurzają się w stopionym szkle, dzięki czemu mogą bardzo precyzyjnie odczytać dokładną temperaturę szkła. Dokładność pomiaru temperatury przez platynowy gilz umożliwia producentom szkła dokładne poznanie rzeczywistej temperatury szkła.
In this case Termopara measures the temperature when in contact to media whose temperature is to be measured and as this media is molten glass the situation is critical as temperature is more than 1400 deg C & molten glass can contaminate the material in direct contact with it. To overcome this problem platinum thimble is used at the contact end of thermocouple to improve the life of the thermocouple.
Naparstki wykonane ze specjalnego stopu platyny zawierającego 10% rodu z niewielką domieszką tlenku cyrkonu lub tlenku itru (jako stabilizatora ziarna) zostały opracowane specjalnie do zastosowań w przemyśle szklarskim.
Materiały te oferują znacznie lepsze osiągi w porównaniu z konwencjonalną platyną i jej stopami. Jest to nowa klasa materiałów, która została zoptymalizowana pod kątem specjalnych zastosowań:
- Wysoka wytrzymałość i dobra ciągliwość w zakresie wysokich temperatur (do 1700°C).
- Doskonała zdolność spawania przy zachowaniu wytrzymałości
- Wyjątkowa odporność na korozję i bardziej stabilna mikrostruktura podczas dłuższej eksploatacji
Te cechy pozwalają na dłuższą żywotność poszczególnych komponentów i pozwalają na bardziej ekonomiczne wykorzystanie metali szlachetnych, na przykład poprzez zmniejszenie grubości ścianek. Większa wytrzymałość materiału ma również stabilizujący wpływ na sprzęt z niego wykonany. Wzmacniające komponenty, np. molibdenu, ceramiki lub metali ogniotrwałych, stają się w ten sposób skutecznie zbędne. Włączenie drobno rozproszonego cyrkonu jako dyspersji utrudnia wzrost ziarna do temperatury tuż poniżej temperatury topnienia. Ze względu na zmodyfikowaną, drobniejszą mikrostrukturę jest on znacznie mniej wrażliwy na procesy korozyjne wzdłuż granic ziaren niż porównywalne materiały. Zapewnia to lepszą odporność na korozję.
Termopary trójstopniowe:
There are special designs for the thermocouple used in fore hearths of the furnace; the outer diameter is reduced to increase response time and protected with platinum coating. The temperature at different level of molten glass are varying, the Tri-level thermocouple, the three thermocouple sensors mounted in a single assembly, resulting in a tri-level thermocouple and are used for providing temperature profile of the molten glass, (bottom layer, middle layer, upper layer).
High-speed IS machines operated in triple or even quadruple gob require a more intense glass cooling in the forehearth and talking about NNPB production means special consideration on temperature measuring with trilevel thermocouples, where the maximum tolearance of weight should be -/+1 percent and the precise tools for pomiar temperatury became inevitable.
Ceramiczne termopary rurowe mierzące temperaturę atmosfery są również dobrym rozwiązaniem do kontrolowania temperatury procesu, jednak w porównaniu do platynowych termopar są mniej precyzyjne. Wynika to z faktu, że temperatura atmosfery pieca lub przedzasilacza może być łatwo zmieniana przez moc palników, zwłaszcza gdy płomień dotyka termopary, podczas gdy rzeczywista temperatura stopionego szkła będzie w jakiś sposób inna niż temperatura atmosfery.
Ten radiation pyrometers are another solution using for long time in glass manufacturing in furnace, distributor, forehearth channel as well as for measuring the surface temperature of glass in float glass production, bulb and tube production etc. Tempsens fibre optic pyrometers are specially designed for glass industry application which provide high performance with low maintenance.
Część czujnikowa oraz pozostałe podzespoły elektroniczne połączone są za pomocą światłowodu, co pozwala uchronić układ elektroniczny przed wysoką temperaturą.
Porównując termopary i pirometry światłowodowe, należy wspomnieć, że termopary charakteryzują się większą dokładnością i precyzją.
W poniższych akapitach krótko omówimy zastosowanie termopar w pewnych częściach procesu produkcji szkła:
Korona pieca i korona regeneratora
Łuk komory topienia, w której stały materiał wsadowy jest podgrzewany w celu wytworzenia stopionego szkła, nazywa się koroną. Przegrzanie korony może spowodować wczesną erozję ogniotrwałego materiału korony, a jeśli temperatura jest niska, może to wpłynąć na wydajność topienia i zwiększyć zużycie paliwa, dlatego bardzo ważne jest mierzenie i kontrolowanie prawidłowej temperatury korony.
Najwyższa temperatura w piecu do topienia jest w koronie, która może przekraczać 1600 stopni Celsjusza, dlatego termopara z podwójnym zabezpieczeniem HWT (grubość ścianki) to nasza rekomendacja, aby wydłużyć żywotność termopary. W koronie jest wiele punktów do pomiaru w środku, po prawej i lewej stronie, ten sam rodzaj zespołów może być używany do regeneracyjnej korony.
Dno pieca
Bloki dolne są najkosztowniejszą częścią zbiornika do topienia. Bardzo ważne jest dokładne zmierzenie temperatury, ponieważ nawet różnica 2-3 stopni może prowadzić do większego zużycia paliwa przez piec, a także temperatura dna jest ważnym czynnikiem, który może mieć wpływ na proces formowania. Trudno jest termoparom wytrzymać cały okres eksploatacji pieca, termopara TEMPSENS osiągnęła ten cel w wielu projektach. Jeśli termopara ma być używana w szkle z bezpośrednim kontaktem ze stopionym szkłem, stosuje się termopary z platynowym tulejkowym rdzeniem lub jakiś piec ma otwór lub kieszeń na termoparę, wówczas stosuje się termopary z rekrystalizowaną płytą z tlenku glinu.
Zapalniczka
Proces kondycjonowania szkła odbywa się w części roboczej (dystrybutorze), jak również w zasilaczu, gdzie szkło schładza się poprzez odprowadzanie ciepła ze stopionego szkła wzdłuż kanału zasilacza.
System sterowania szklanym przedzasilaczem obejmuje system wykrywania temperatury i system sterowania. System wykrywania temperatury obejmuje układ wstępnie ustawionych czujników temperatury. Termopara Simplex i Triplex (trójpoziomowa) składa się z zespołu termopar dolnej, środkowej i górnej do wykrywania pionowego profilu temperatury stopionego szkła w ustalonym miejscu. Sygnały wyjściowe z tych czujników temperatury są odbierane przez sterowniki systemu sterowania, które dostarczają sygnały sterujące i regulują działanie urządzeń wejściowych ciepła i urządzeń wejściowych chłodzenia. Bardzo ważne jest, aby wyjście termopary i kalibracja sterownika były dokładne, niezawodne i powtarzalne.
Kontrola temperatury w kanale przedzasilania stanowi cenne narzędzie gwarantujące wymaganą jednorodność cieplną stopu szkła. Temperaturę mierzy się za pomocą termopar lub termometrów radiometrycznych. Trzy potrójne termopary są używane w celu uzyskania spójnych i wiarygodnych informacji o rozkładzie temperatury w przekroju poprzecznym ostatniej części strefy wyrównującej. Następnie na podstawie wyników tych dziewięciu punktów pomiaru temperatury oblicza się wskaźnik charakteryzujący sprawność cieplną kanału przedzasilania. Na przykład jego wartość powinna przekraczać 90 %, gdy pojemniki szklane są wytwarzane w procesie NNPB.
Innym obszarem, którym zajmuje się firma TEMPSENS jest SONDA POZIOMU SZKŁA, do kontroli poziomu szkła wykonane z sondy ze stopu platyny. Ochrona wewnętrzna i zewnętrzna z rurek z rekrystalizowanego tlenku glinu. Sondy te są dostępne w różnych typach wieszaków zgodnie z wymaganiami klienta, z bardzo dobrą żywotnością.
