BR112021001762A2

BR112021001762A2 - forno de vidro

Info

Publication number: BR112021001762A2
Application number: BR112021001762-3A
Authority: BR
Inventors: Mickaël Boinet; Isabelle Cabodi; Olivier Citti; Vincent Gleize; Jean-Gaël Vuillermet
Original assignee: Saint-Gobain Centre De Recherches Et D'etudes Europeen
Priority date: 2018-08-01
Filing date: 2019-07-26
Publication date: 2021-04-27
Also published as: RU2770207C1; FR3084661A1; WO2020025492A1; JP2021533343A; CN112789246A; MX2021001189A; US20210310738A1; JP7282870B2; EP3830041A1; FR3084661B1

Abstract

FORNO DE VIDRO. Forno de vidro compreendendo: - uma porção refratária definindo uma face quente (16c) que está em contato ou é para entrar em contato com vidro fundido ou com um ambiente gasoso em contato com vidro fundido e uma face fria (16f) a uma distância da referida face quente; e - um dispositivo de medição de temperatura compreendendo: - um guia de ondas (12) compreendendo uma porção de medição (20) tendo pelo menos um sensor de temperatura (22) configurado para transmitir um sinal de resposta em resposta à injeção de um sinal de interrogação para o guia de ondas; e - um interrogador (14) que é conectado a uma entrada do guia de ondas e é configurado para injetar o sinal de interrogação na referida entrada, receber o referido sinal de resposta (Ri) transmitido pelo sensor em resposta à injeção do sinal de interrogação, analisar o sinal de resposta recebido e emitir uma mensagem de acordo com referida análise; em referido forno, a porção de medição (20) é intercalada entre a superfície fria e uma camada de isolamento térmico (18) ou se estende através de referida camada de isolamento térmico (18).

Description

FORNO DE VIDRO Campo Técnico

[0001] A presente invenção se refere a um forno de vidro provido com pelo menos um guia de ondas, preferencialmente uma fibra óptica. Estado da Técnica

[0002] A leitura das temperaturas em diferentes locais em um forno de vidro torna possível verificar o seu estado, particularmente para detectar pontos quentes correspondentes a pontes térmicas. Essa leitura é realizada de maneira convencional por meio de termopares. Contudo, a implementação de termopares é demorada e não permite o monitoramento contínuo de toda uma estrutura, uma vez que o número de medições é limitado.

[0003] Alternativamente, as temperaturas são medidas por termografia infravermelha, mas isso somente é possível em locais que são visualmente acessíveis por uma câmera infravermelha, o que particularmente exclui as porções isoladas dos blocos e o piso do forno.

[0004] Existe, portanto, a necessidade de uma solução que facilite a leitura das medições de temperatura em vários pontos em uma estrutura e permita o monitoramento contínuo e preciso de suas mudanças.

[0005] Um objetivo da invenção é atender, pelo menos parcialmente, a essa necessidade. Resumo da Invenção

[0006] De acordo com a invenção, esse objetivo é alcançado por meio de um forno de vidro compreendendo: - uma porção refratária definindo uma face quente em contato, ou destinada a estar em contato, com vidro fundido ou com um ambiente gasoso em contato com vidro fundido e uma face fria a uma distância da referida face quente, e - um dispositivo de medição de temperatura compreendendo:

- um guia de ondas compreendendo uma porção de medição compreendendo pelo menos um sensor de medição de temperatura configurado para enviar um sinal de resposta em resposta à injeção de um sinal de interrogação para o guia de ondas; e - um interrogador conectado a uma entrada do guia de ondas e configurado para injetar o sinal de interrogação na referida entrada, para receber o referido sinal de resposta retornado pelo sensor em resposta à injeção de referido sinal de interrogação, para analisar o sinal de resposta recebido e para transmitir uma mensagem de acordo com a referida análise.

[0007] Em uma modalidade preferencial, a porção de medição está em contato com a referida face fria e, preferencialmente, se estende contra a face fria.

[0008] A porção de medição também pode ser parcial ou completamente incorporada dentro da porção refratária.

[0009] Como será visto em mais detalhes no restante do relatório descritivo, um guia de ondas é um meio particularmente eficaz e prático. Particularmente, uma pluralidade de sensores pode ser incorporada no mesmo guia de ondas e uma pluralidade de guias de ondas pode ser conectada ao mesmo interrogador. Deste modo, é possível construir facilmente uma rede de pontos de medição. Essa rede pode ser mantida no local, de modo a permitir a medição contínua.

[0010] Um forno de acordo com a invenção também pode compreender uma ou mais das seguintes características opcionais: - o guia de onda é uma fibra óptica, preferencialmente feita de vidro ou de safira; - o sensor é uma grade de Bragg; - o guia de onda tem um diâmetro inferior a 200 micrômetros;

- a porção refratária é um conjunto de blocos refratários, particularmente uma parede lateral ou um fundo de um tanque de fusão de vidro; - a porção de medição do guia de onda compreende uma pluralidade de referidos sensores, preferencialmente mais de cinco, mais de oito, mais de dez, preferencialmente mais de vinte sensores; - os sensores são dispostos em intervalos regulares ao longo do guia de onda; - o interrogador é configurado para determinar, de acordo com a análise do sinal de resposta, um nível de desgaste da porção refratária e/ou uma temperatura da face quente e/ou uma mudança na temperatura da face quente; - o guia de ondas não penetra no interior da porção refratária; - pelo menos a porção de medição do guia de ondas se estende intercalada entre a referida face fria e uma camada de isolamento térmico, ou dentro da referida camada de isolamento térmico; - a camada de isolamento térmico consiste em pelo menos duas camadas de isolamento elementares; - pelo menos a porção de medição do guia de onda se estende intercalada entre duas camadas de isolamento elementares sucessivas de referida camada de isolamento; - pelo menos a porção de medição do guia de onda se estende dentro de uma das camadas de isolamento elementares de referida camada de isolamento; - a face fria é oposta e preferencialmente de maneira substancial paralela à face quente; - o guia de onda toma o formato geral de uma fibra, a porção de medição da qual é, preferencialmente de maneira substancial, retilínea;

- a porção de medição do guia de onda se estende, pelo menos parcialmente, ou mesmo completamente, paralela à face quente e/ou à face fria; - a porção de medição se estende intercalada entre a referida face fria e uma camada de isolamento térmico; - o interrogador e/ou a porção de medição são acomodados em um compartimento feito sobre a face fria ou sobre a camada de isolamento ou em uma camada de isolamento elementar, particularmente na forma de um recesso ou "ranhura", ou através da porção refratária, a camada de isolamento ou a camada de isolamento elementar, particularmente na forma de um orifício tubular, que pode ser retilíneo ou não retilíneo, ou tampado ou atravessar completamente; - o interrogador e/ou a porção de medição são presos à porção refratária e/ou, conforme aplicável, à camada de isolamento, por pelo menos um ponto de fixação, o referido ponto de fixação tendo um comprimento, ao longo da porção de medição, preferencialmente superior a 1 mm, superior a 3 mm e/ou preferencialmente inferior a 5 cm, preferencialmente inferior a 3 cm, 2 cm, 1 cm ou 0,5 cm; - o forno compreende uma chapa que consiste em um conjunto de porções de medição de referidos guias de onda que se estendem ao longo de uma superfície curva ou plana, preferencialmente superfície plana, preferencialmente ao longo de um plano paralelo à face quente e/ou à face fria; - as referidas porções de medição da chapa se estendem paralelamente umas às outras e/ou se cruzam; - as porções de medição da referida chapa não se cruzam e se estendem, preferencialmente paralelas umas às outras, embora sejam afastadas umas das outras por uma distância superior a 1 cm, superior a 5 cm, superior a 10 cm, superior a 20 cm e/ou inferior a 100 cm, inferior a 80 cm ou inferior a 50 cm;

- pelo menos alguns dos cruzamentos entre as porções de medição, os sensores são dispostos em cada porção de medição; - preferencialmente, a mais de 50%, preferencialmente mais de 80% , preferencialmente mais de 90%, preferencialmente mais de 100% dos cruzamentos entre as porções de medição, cada porção de medição tem um sensor; - em referidos cruzamentos, todas as porções de medição estão em contato uma com a outra; - o número de porções de medição que se cruzam em um ponto de cruzamento é superior a dois, ou até mesmo superior a três ou superior a cinco; - o forno compreende pelo menos a primeira e a segunda referidas chapas que preferencialmente se estendem paralelas uma à outra; - a distância entre a primeira e a segunda chapas é superior a 1 cm, superior a 3 cm, superior a 5 cm e/ou inferior a 10 cm; - referidas porções de medição da primeira chapa se estendem paralelamente umas às outras; - referidas porções de medição da segunda chapa se estendem paralelamente umas às outras, preferencialmente em uma direção diferente a partir da direção das porções de medição da primeira chapa, o ângulo entre as referidas direções sendo preferencialmente superior a 45°, 60°, 80° e/ou inferior a 120°, preferencialmente inferior a 100°; - quando a primeira e a segunda chapas são vistas em uma direção normal a pelo menos uma das referidas primeira e segunda chapas, referidas porções de medição da primeira chapa cruzam as referidas porções de medição da segunda chapa e, preferencialmente, em mais de 50%, preferencialmente mais de 80%, preferencialmente mais de 90%, preferencialmente 100% dos cruzamentos, cada porção de medição tem um sensor;

- os sensores da chapa são distribuídos em um padrão, preferencialmente em um padrão regular, de modo a formar uma grade de malha quadrada ou retangular; - a chapa se estende abaixo do piso ou entre duas camadas de isolamento elementares do piso; - o forno compreende uma pluralidade de referidos sensores, que podem estar em contato ou não estar em contato, sobrepostos ao longo de uma direção perpendicular à face quente; - cada extremidade do guia de ondas é conectada a um respectivo interrogador.

[0011] A invenção também se refere a um método para leitura de medições com relação a uma porção refratária de um forno de vidro de acordo com a invenção, referido método compreendendo as seguintes etapas: a. produzir um forno de vidro de acordo com a invenção; b. controlar o interrogador, de tal modo que injete um sinal de interrogação na entrada do guia de onda e receba um sinal de resposta do sensor; c. analisar o sinal de resposta, de modo a determinar informações dependentes no referido sinal de resposta, e particularmente relativas a uma temperatura da porção refratária na região do sensor. Breve descrição das figuras

[0012] Outras características e vantagens da invenção se tornarão mais claramente evidentes a partir da leitura da seguinte descrição detalhada e do exame do desenho anexo, no qual: - a figura 1 de maneira esquemática a parede lateral de uma modalidade preferencial de um forno, de acordo com a invenção, mostrado em perspectiva;

- a figura 2 (de 2a a 2e) e figura 5 mostram seções transversais (figuras 2a e 2b, figura 5) e vistas a partir de cima de detalhes da parede lateral da figura 1, a camada de isolamento sendo mostrada; - a figura 3 (de 3a a 3d) ilustra vários sinais usados em um dispositivo de acordo com a invenção; - a figura 4 ilustra uma disposição de fibras ópticas em uma parede lateral de um forno de acordo com a invenção.

[0013] Nas várias figuras, referências idênticas são usadas para denotar membros idênticos ou análogos. Definições

[0014] O que se entende por "porção refratária" é um elemento do forno feito de um material refratário. Uma porção refratária pode ser um bloco, mas também um conjunto de blocos, por exemplo, uma parede lateral de um tanque, ou um piso, particularmente formado por moldagem. Uma porção refratária é de maneira convencional feita de um material fundido ou de um material sinterizado. Convencionalmente, uma camada de isolamento cobre a face fria da porção refratária a fim de limitar a troca de calor.

[0015] Convencionalmente, a "espessura" de uma porção refratária de um forno de vidro é sua dimensão medida em uma direção perpendicular à sua face quente. Por exemplo, para um bloco lateral do tanque em contato com vidro fundido, a espessura é medida em uma direção horizontal de maneira substancial no sentido do banho de vidro fundido. Para um piso, a espessura é medida em uma direção vertical.

[0016] A "face quente" é a face de uma porção refratária que é exposta a um espaço do forno contendo vidro fundido ou destinado a conter vidro fundido. A face quente pode estar em contato, ou destinada a estar em contato, com vidro fundido e/ou com o ambiente gasoso que se estende acima do vidro fundido. A face quente é, deste modo, a face da porção refratária que é submetida ou se destina a ser submetida às temperaturas mais altas. Todas as faces quentes dos blocos da parede lateral do tanque de fusão de vidro também podem juntamente, por extensão, ser qualificadas como uma "face quente". A superfície superior do piso também pode ser qualificada como uma "face quente".

[0017] A menos que especificado de outra forma, a "profundidade" é medida perpendicular à face quente, em direção ao interior da porção refratária.

[0018] O adjetivo "quente" é usado por uma questão de clareza. Antes do forno estar em serviço, a face "quente" é a face que se destina a ser submetida às temperaturas mais altas após ser colocada em serviço.

[0019] Uma "face fria" é uma superfície da porção refratária que não é exposta a um espaço do forno contendo vidro fundido ou destinada a conter vidro fundido, ou seja, que é isolada desse espaço pelo material da porção refratária. A face fria oposta à face quente é a face que está mais distante do referido espaço. Convencionalmente, a face fria oposta à face quente é aquela face que, em serviço, é submetida ou que se destina a ser submetida às temperaturas mais baixas. A face fria pode ser paralela à face quente.

[0020] O que se entende por "guia de onda" é qualquer meio, diferente da porção refratária, para guiar uma onda eletromagnética, e particularmente uma onda nas frequências visíveis.

[0021] Uma porção de medição "se estende" dentro de uma camada (camada de isolamento, camada de isolamento elementar, porção refratária do invólucro do forno) ou entre duas camadas quando se estende completamente de maneira substancial dentro da referida camada ou entre as referidas duas camadas.

[0022] Para avaliar se duas porções de medição se cruzam, essas porções de medição são vistas preferencialmente perpendiculares à face quente.

[0023] "Incluir", "ter" ou "compreender" deve ser interpretado de forma ampla e não limitante. Descrição detalhada

[0024] Em geral, o invólucro de um forno de vidro compreende uma porção refratária e uma camada de isolamento 18 adjacente à face fria da porção refratária e destinada a limitar a troca de calor através da condução entre o interior e o exterior do forno.

[0025] A porção refratária, portanto, constitui a primeira camada do invólucro, a partir do interior do forno. Pode constituir a parede do tanque ou do piso.

[0026] Convencionalmente, consiste em um conjunto de blocos. Esses blocos geralmente assumem a forma de placas refratárias para formar o piso. Qualquer bloco refratário usado em fornos de vidro convencionais, potencialmente na forma de uma placa, pode ser usado. Particularmente, cada bloco refratário pode ser feito a partir de um material fundido.

[0027] A porção refratária, particularmente um bloco, pode consistir em um material consistindo em, por mais de 90% do seu peso, de um ou mais óxidos escolhidos dentre o grupo consistindo em ZrO2, Al2O3, SiO2, Cr2O3, Y2O3 e CeO2. Esse material, preferencialmente, compreende mais de 90% ZrO2, Al2O3 e SiO2.Em uma modalidade, este material é um AZS (ou seja, um produto, preferencialmente fundido, a maioria dos constituintes em peso dos quais são Al2O3, ZrO2 e SiO2) e tem mais de 15% de ZrO2, preferencialmente entre 26 e 95% de ZrO2. Sua composição é tipicamente, para um total de mais de 90%, preferencialmente mais de 95%: 26 a 40% ZrO2; 40 a 60% Al2O3; 5 a 35% SiO2. A fase vítrea representa aproximadamente 5 a 50%, preferencialmente entre 10 e 40%. Preferencialmente, esta fase vítrea é uma fase silicato, a proporção por peso de Na2O do que é inferior a 20%, preferencialmente inferior a 10% e/ou a proporção por peso de Al2O3 dos quais é inferior a 30%.

[0028] Todas dentre as porcentagens são, de maneira convencional, em peso com base nos óxidos. Preferencialmente, os óxidos refratários representam mais de 90%, preferencialmente mais de 95%, preferencialmente mais de 98% do peso do bloco refratário.

[0029] A porção refratária é preferencialmente feita de um material resistente a temperaturas mais altas que 500 °C, ou mesmo 600 °C, ou mesmo 1000 °C ou mesmo 1400 ºC.

[0030] Na modalidade da figura 1, o forno de vidro de acordo com a invenção compreende uma porção refratária do forno na forma de um conjunto de blocos refratários 10, um guia de onda, neste caso uma fibra óptica 12 e um primeiro interrogador 141. O conjunto de blocos refratários pode ser uma parede lateral de um tanque de forno de vidro, mas a invenção não se limita a tal parede lateral. A Figura 1 mostra uma parede lateral com quatro planos verticais.

[0031] O formato da parede lateral não é limitante.

[0032] Na modalidade mostrada, esta consiste em blocos refratários tomando um formato paralelepipedal retangular geral e define uma face quente 16c e uma face fria 16f, oposta à face quente 16c.

[0033] A camada de isolamento térmico 18, não mostrada na figura 1, está disposta contra a face fria da porção refratária, preferencialmente da parede lateral ou do piso. Particularmente, a camada de isolamento pode envolver a parede lateral do tanque de fusão de vidro do forno ou se estender abaixo de toda a superfície da face fria do piso.

[0034] Preferencialmente, a espessura da camada de isolamento 18 é superior a 10 cm, preferencialmente superior a 20 cm, preferencialmente superior a 30 cm.

[0035] A camada de isolamento 18 pode ser de peça única, particularmente quando a porção refratária é um piso. Particularmente, pode consistir em uma camada de concreto que se estende por baixo das placas que constituem o piso. Vantajosamente, pode deste modo ter uma função de vedação.

[0036] Alternativamente, a camada de isolamento pode ser um conjunto de uma pluralidade de blocos de isolamento ou, preferencialmente, de uma pluralidade de camadas de isolamento elementares, que, por sua vez, podem ser conjuntos de blocos.

[0037] A Figura 5 mostra, por exemplo, um conjunto de uma pluralidade de camadas de isolamento elementares adjacentes 181, 182.

[0038] Por uma questão de clareza, é feita uma distinção no presente relatório descritivo entre uma "camada de isolamento elementar" e uma "camada de isolamento". Uma "camada de isolamento" pode consistir em uma única camada ou em uma pluralidade de "camadas de isolamento elementares".

[0039] A camada de isolamento 18 pode consistir em uma camada feita de um único material. Preferencialmente, a camada de isolamento elementar 18 tem então uma condutividade térmica mais baixa que 1,3 W.m-1.K-1 ou mesmo mais baixa que 1,0 W.m-1.K-1.

[0040] Em uma modalidade, a camada de isolamento 18 consiste em um material refratário sílico-aluminoso, particularmente um produto de argila.

[0041] A camada de isolamento 18 pode consistir em uma pluralidade de materiais diferentes. Particularmente, pode ser formado justapondo uma pluralidade de camadas de isolamento elementares 181, 182 feitas de materiais diferentes.

[0042] Preferencialmente, a última camada de isolamento elementar, ou seja, a camada mais externa em relação ao interior do forno, tem uma condutividade térmica mais baixa que 1,3 W.m-1.K-1 ou mesmo mais baixa que 1,0 W.m-1.K-1. Todos os materiais de isolamento usuais podem ser usados. As uma ou mais camadas de isolamento elementares localizadas nas proximidades imediatas da face fria podem consistir em um material que consiste, por mais de 90% do seu peso, em um ou mais óxidos escolhidos a partir do grupo que consiste em ZrO2, Al2O3, SiO2, Cr2O3, Y2O3 e CeO2. Este, preferencialmente, compreende mais de 90% ZrO2, Al2O3 e SiO2.

[0043] Em uma modalidade, pelo menos uma camada de isolamento elementar consiste em um material refratário sílico-aluminoso, particularmente um produto de argila. Quando a porção refratária é o piso, este material é geralmente na forma de um concreto refratário, particularmente à base de grãos de AZS, particularmente em grãos de AZS eletrofundidos. As uma ou mais camadas de isolamento elementares consistindo neste material proveem uma função de vedação em relação ao vidro fundido.

[0044] Pelo menos uma dentre as camadas de isolamento elementares pode consistir em um material refratário sílico-aluminoso, particularmente um produto de argila. Fibra óptica e sensores

[0045] A fibra óptica 12 é preferencialmente feita de vidro ou de safira. Uma fibra óptica feita de safira é bem adequada para regiões de alta temperatura.

[0046] A fibra óptica preferencialmente tem um diâmetro menor que 200 μm, preferencialmente menor que 150 μm. Vantajosamente, sua presença não afeta substancialmente a eficácia da camada de isolamento

18.

[0047] A fibra óptica 12 se estende entre uma extremidade proximal 12p e uma extremidade distal 12d. A extremidade proximal 12p, ou "entrada", da fibra óptica 12 está conectada ao primeiro interrogador 141.

[0048] A extremidade distal 12d pode estar livre ou ser conectada a um segundo interrogador 142.

[0049] Uma porção da fibra óptica 12, chamada de "porção de medição" 20, se estende para a porção refratária ou, preferencialmente, em contato com uma superfície da porção refratária, preferencialmente contra a face fria 16f. A porção de medição é a porção que sustenta os sensores destinados a ler as temperaturas. O resto da fibra óptica é usado para transmitir sinais, particularmente entre um ou mais interrogadores e a porção de medição.

[0050] A porção de medição 20 é presa à porção refratária por um ou mais pontos de fixação 21, preferencialmente feitos de cimento refratário, cada ponto de fixação tendo um comprimento, ao longo da fibra óptica, preferencialmente inferior a 5 cm, 3 cm, 2 cm, 1 cm, ou a 0,5 cm.

[0051] Em uma modalidade, a porção de medição 20 não é retilínea entre dois pontos de fixação, em temperatura ambiente. Preferencialmente, o comprimento da fibra óptica entre dois pontos de fixação sucessivos é superior a 1,05 vezes, preferencialmente superior a 1,1 vezes e/ou preferencialmente inferior a 1,5 vezes, preferencialmente inferior a 1,4 vezes, preferencialmente inferior a 1,3 vezes a distância entre os referidos pontos de fixação. Vantajosamente, a fibra óptica pode, deste modo, se adaptar a variações dimensionais na porção refratária à qual está presa.

[0052] A porção de medição 20 compreende um(ns), preferencialmente uma pluralidade de, sensor(es) 22i, o índice "i" denotando um número que identifica o sensor. A distância entre dois sensores sucessivos 22i, ao longo da fibra óptica 12, pode ser constante ou variável. É preferencialmente inferior a 50 cm, 30 cm, 20 cm, 10 cm, 5 cm, ou mesmo inferior a 3 cm ou 1 cm. A precisão das informações providas pelo interrogador é melhorada assim.

[0053] Preferencialmente, um sensor, preferencialmente cada sensor, é uma modificação local da estrutura da fibra óptica, que reflete pelo menos uma porção do sinal que recebe do interrogador.

[0054] Em uma modalidade, a fibra óptica compreende uma pluralidade de sensores, que cada um reflete uma porção do sinal de interrogação I e permite que outra porção passe para que possa atingir um ou mais outros sensores dispostos a jusante. Cada sensor operacional responde deste modo ao sinal de interrogação, o que torna possível, usando uma única fibra óptica, para obter informações a partir de diferentes regiões da porção refratária.

[0055] Para determinar a origem de um sinal de resposta, o interrogador pode usar a diferença entre o momento em que o sinal de interrogatório foi transmitido e o momento em que o sinal de resposta foi recebido.

[0056] Conforme ilustrado na figura 3, cada sensor também pode refletir somente uma porção do espectro de frequências (frequências λ na figura 3a) do sinal de interrogação I injetado pelo interrogador 14 (nas figuras 3a, 3b e 3c, "P" denota a força dos sinais). Apenas analisando as frequências dos sinais recebidos torna possível, deste modo, determinar a origem dos sinais de resposta. Na figura 3b, cada sensor 22i retornou deste modo um espectro de frequências centradas em uma frequência λi que é específica para isso. O interrogador pode, portanto, deduzir que o pico centrado na frequência λi vem do sensor 22i.

[0057] Preferencialmente, o sensor é configurado para retornar um sinal de resposta que é modificado de acordo com a temperatura.

[0058] Um sensor 22i, preferencialmente cada sensor 22i, é uma grade de Bragg.

[0059] Fibras ópticas com grades de Bragg são conhecidas em pedidos que não sejam fornos de vidro.

[0060] Em resposta a um sinal de interrogação I injetado pelo interrogador 14 através da extremidade proximal da fibra óptica, cada grade de Bragg 22i retorna um sinal de resposta Ri que é específico para isso. Vantajosamente, uma grade de Bragg pode, portanto, servir como um meio para detectar a ocorrência de uma situação na qual a grade de Bragg é submetida a uma temperatura que excede um valor limiar, por exemplo,

causando sua destruição. Uma pluralidade de grades de Bragg de uma fibra óptica orientada de modo a se afastar da face quente de uma porção refratária, portanto, torna possível medir, em etapas, o desgaste desta porção refratária.

[0061] Uma grade de Bragg também tem a vantagem de enviar um sinal de resposta que depende da temperatura a que está submetida. Especificamente, cada grade de Bragg age como um refletor óptico em um comprimento de onda que é específico para isso. No entanto, o aquecimento da grade de Bragg faz com que esse comprimento de onda mude. É claro que os comprimentos de onda específicos às várias grades de Bragg são determinados de modo a evitar qualquer ambiguidade quanto à grade de Bragg na origem de um sinal de resposta. Após ter identificado essa grade de Bragg originada, o interrogador pode determinar a mudança no comprimento de onda, ou de modo equivalente a mudança na frequência, a fim de determinar a temperatura da grade de Bragg originada ou uma mudança nesta temperatura.

[0062] A Figura 3c ilustra o caso particular preferencial no qual os sensores são grades de Bragg. Em resposta ao sinal de interrogação, esses podem retornar sinais de resposta centrados nas frequências λi em temperatura ambiente (figura 2b) e em frequências λi' deslocadas em relação às frequências λi, respectivamente, o deslocamento sendo dependente da temperatura do sensor 22i. Na figura 3c, os picos centrados nas frequências λi são mostrados como linhas tracejadas e os picos centrados nas frequências λi' são mostrados como linhas sólidas.

[0063] O uso de uma fibra óptica com grades de Bragg é particularmente eficaz. Especificamente, tal fibra óptica não é volumosa, pode incorporar uma pluralidade de grades Bragg e, portanto, ser usada para medir temperaturas em locais diferentes, não é afetada pelo ambiente eletromagnético e, sendo feita, de maneira convencional, de um vidro, não contaminará o banho de vidro fundido se destruído.

[0064] Uma grade de Bragg pode, portanto, servir como um meio para medir a temperatura local ou a mudança nesta temperatura. Disposição dos guias de ondas

[0065] A porção de medição da fibra óptica pode se estender de maneira substancial paralela à face quente. Quando a porção refratária é a parede lateral do tanque, a porção de medição da fibra óptica pode, particularmente, se estender na direção da altura do tanque, preferencial e de maneira substancial verticalmente, mais preferencialmente ao longo de toda a altura do tanque de maneira substancial, como na figura 1.

[0066] Preferencialmente, há uma rede de fibras ópticas, preferencialmente na forma de um ou mais conjuntos de fibras, as porções de medição das quais são paralelas (figuras 1 e 4), por exemplo, na forma de dois conjuntos 32 e 34, as porções de medição das quais são orientadas em ângulos retos, conforme mostrado na figura 4.

[0067] Por uma questão de clareza, apenas uma fibra 12 foi ilustrada em detalhes na figura 1.

[0068] Preferencialmente, a densidade de sensores é mais alta que três, preferencialmente mais alta que 10, preferencialmente mais alta que 50, preferencialmente mais alta que 100 sensores por m² de face quente da porção refratária.

[0069] Em uma modalidade, a rede de fibras ópticas se estende por toda a volta da parede lateral do tanque, preferencialmente de um modo regular, de modo que as grades de Bragg de referidas fibras ópticas são distribuídas preferencialmente de um modo homogêneo de maneira substancial.

[0070] Preferencialmente, as porções de medição das fibras ópticas se estendem na forma de uma ou mais chapas, particularmente planas.

[0071] Em uma modalidade, os sensores são dispostos, em cada fibra óptica, nos cruzamentos entre as fibras ópticas. A rede de sensores, deste modo, tem redundância.

[0072] A redundância, vantajosamente, torna possível verificar se os sensores sobrepostos estão operando de maneira correta, comparando as medições que estes provêm.

[0073] Algumas fibras ópticas podem ser dispostas em diferentes profundidades, particularmente na forma de chapas de fibra óptica sobrepostas. A profundidade é medida de maneira convencional a partir da face quente, perpendicular à face quente.

[0074] O número de chapas sobrepostas não é limitante e a densidade das chapas pode ser mais alta que a uma, ou mesmo mais alta que duas chapas por 10 cm de espessura (medida na direção da profundidade) da porção refratária.

[0075] Em uma modalidade preferencial, a porção de medição se estende pelo menos parcial, preferencial e completamente, para fora da porção refratária e, preferencialmente, contra sua face fria. Pode, particularmente, ser intercalada entre a parede lateral do tanque e a camada de isolamento térmico 18, em contato com a face fria da parede lateral (figuras 2c e 2d).

[0076] Preferencialmente, ela está alojada em um recesso 23 (figura 2c), preferencialmente uma ranhura, feita na face fria da parede lateral ou na face quente da camada de isolamento 18 ou em uma das faces de uma camada de isolamento elementar, preferencialmente de modo a não se projetar dela.

[0077] A porção de medição 20 também pode passar através da camada de isolamento 18 (figura 2e).

[0078] Em uma modalidade preferencial, ela se estende intercalada entre duas camadas de isolamento elementares sucessivas de referida camada de isolamento 18, conforme mostrado na figura 5. Esta modalidade é particularmente vantajosa para aumentar a vida útil da porção de medição, enquanto permite medições confiáveis.

[0079] A porção de medição pode, particularmente, se estender dentro da camada de isolamento ou dentro de uma única camada de isolamento elementar, ou seja, exclusivamente nesta camada.

[0080] Em uma modalidade, a porção de medição 20 se estende pelo menos parcial, preferencial e completamente, dentro da porção refratária. Esta modalidade é bem adequada para quando a porção refratária é um bloco, por exemplo, um bloco lateral do tanque do forno.

[0081] Várias técnicas podem ser utilizadas para incorporar a porção de medição na porção refratária.

[0082] Em uma modalidade, a porção refratária ou a camada de isolamento 18, ou uma camada de isolamento elementar, é formada em torno da porção de medição. A resistência ao calor da fibra óptica é, no entanto, limitada. Este método é, portanto, bem adequado para quando a porção refratária ou a camada de isolamento 18, ou a camada de isolamento elementar, é produzida por sinterização, e particularmente por sinterização a baixa temperatura, tipicamente com temperaturas de manutenção mais baixas que 1200 °C. Tal método pode, particularmente, compreender as seguintes etapas: a) dispor a fibra óptica, de tal modo que uma porção de medição se estenda em um molde; b) preparar uma matéria prima inicial e introduzir referida matéria prima inicial no molde, de tal modo que referida porção de medição está embutida nele, e opcionalmente comprimir a matéria prima inicial, de modo a obter uma pré-forma; c) sinterizar a pré-forma a uma temperatura preferencialmente entre 400 ºC e 1200 °C.

[0083] Tal método permite vantajosamente o contato próximo entre a porção de medição e a porção refratária ou a camada de isolamento

18, ou a referida camada de isolamento elementar, o que permite uma boa troca de calor.

[0084] Em uma modalidade, a fibra óptica é inserida, após a produção da porção refratária ou da camada de isolamento 18, ou da camada de isolamento elementar, em um compartimento feito na referida porção refratária ou na referida camada de isolamento 18, ou na referida camada de isolamento elementar, respectivamente. O compartimento é preferencialmente um orifício alongado, que pode ser retilíneo ou não, ou tampado ou atravessar completamente, e preferencialmente tem um diâmetro interno que é de maneira substancial idêntico ao da fibra óptica, mas ligeiramente maior a fim de permitir a inserção da fibra óptica.

[0085] Em uma modalidade, o compartimento, que é preferencialmente tampado, não atravessa, na direção da espessura, a porção refratária ou a referida camada de isolamento 18, ou a referida camada de isolamento elementar. Após a inserção no compartimento, a extremidade distal 12d, portanto, não sai da referida porção refratária ou da referida camada de isolamento 18 ou da referida camada de isolamento elementar.

[0086] Em outra modalidade, o compartimento atravessa a porção refratária, entre duas faces, preferencialmente entre duas faces laterais (faces voltadas para blocos adjacentes quando a porção refratária é um bloco) ou entre a face superior e a face inferior da porção refratária.

[0087] O compartimento também pode atravessar a camada de isolamento 18 ou referida camada de isolamento elementar, entre suas duas faces amplas.

[0088] Preferencialmente, a diferença entre o diâmetro externo do compartimento e o diâmetro da fibra óptica é menos de 20%, preferencialmente menos de 10% do diâmetro da fibra óptica.

[0089] O compartimento pode ser feito de acordo com um método compreendendo as seguintes etapas:

a') dispor um fio dentro de um molde; b') formar a porção refratária no molde; c') remover o fio, o que deixa um compartimento.

[0090] Particularmente, na etapa b'), um banho de material fundido pode ser despejado no molde, para produzir um produto fundido.

[0091] O fio pode se estender através do molde de modo a formar, após ser removido da porção refratária produzida, a camada de isolamento ou a camada de isolamento elementar, um orifício tampado ou um orifício atravessável.

[0092] O fio pode, por exemplo, ser feito de molibdênio. Preferencialmente, é coberto com um revestimento da antiaderente, que facilita sua remoção da porção refratária ou da camada de isolamento, ou da camada de isolamento elementar, respectivamente.

[0093] Vantajosamente, quando a porção refratária é feita de um material fundido, ela contrai durante o seu resfriamento, o que facilita a potencial decomposição do fio.

[0094] O fio pode também ser “descartável”, ou seja, feito de um material que possa ser destruído após a produção da porção refratária ou da camada de isolamento, ou da camada de isolamento elementar, na qual foi disposta, por exemplo, de maneira mecânica ou pelo combate químico. Interrogador

[0095] Cada interrogador compreende de maneira um transceptor 26 e um módulo de controle 28 (figura 1).

[0096] O transceptor 26 é adequado para transmissão, como entrada para a fibra óptica 12, um sinal de interrogação I, por exemplo, um sinal de luz, e para receber os sinais de resposta Ri recebidos a partir do um ou mais sensores 22i.

[0097] O módulo de controle 28 compreende de maneira convencional um processador e uma memória na qual um programa de computador é carregado. Usando este programa de computador, o processador pode controlar a transmissão do sinal de interrogação e analisar os sinais recebidos a fim de identificar os sinais dos sensores que responderam.

[0098] Preferencialmente, o programa de computador também torna possível, quando os sensores são grades de Bragg, medir um deslocamento de frequência resultante da temperatura local de uma grade de Bragg, e, portanto, avaliar uma temperatura e/ou uma mudança de temperatura em relação às medições anteriores, e então, enviar uma mensagem M contendo informação sobre esta avaliação. Esta mensagem pode ser enviada para um computador central e/ou ser apresentada a um operador, por exemplo, em uma tela e/ou ativando uma luz e/ou emitindo um sinal sonoro.

[0099] Cada interrogador é preferencialmente disposto a uma distância a partir da face quente da porção refratária, mais preferencialmente em uma distância a partir da face fria da porção refratária. Pode, particularmente, estar disposto entre a face fria da porção refratária e a face quente da camada de isolamento 18, em contato com a face fria da porção refratária.

[00100] Em uma modalidade, cada interrogador está fora da camada de isolamento 18, ou seja, no lado da face fria da camada de isolamento que é oposta à face quente da camada de isolamento. Vantajosamente, o interrogador está, deste modo, bem protegido de altas temperaturas.

[00101] Preferencialmente, o primeiro e segundo interrogadores 141 e 142 são dispostos na entrada e na saída de cada fibra, ou seja, em suas extremidades proximal 12p e distal 12d, respectivamente. Por uma questão de clareza, somente os primeiro e segundo interrogadores 14 1 e 142 da primeira fibra foram mostrados nas figuras 1 e 4.

[00102] O segundo interrogador recebe, portanto, as porções do sinal de interrogação I injetado pelo primeiro interrogador que não foram refletidas pelos vários sensores da fibra óptica. Por exemplo, se a fibra óptica for composta por somente três sensores e se o sinal de interrogação e os sinais de resposta forem aqueles das figuras 3a e 3b, o segundo interrogador recebe o sinal mostrado na figura 3d.

[00103] Os dois interrogadores, portanto, têm um sinal que torna possível identificar os sensores que responderam e, portanto, avaliar a temperatura ou a mudança na temperatura para cada sensor.

[00104] O segundo interrogador também pode enviar um sinal de interrogação. Particularmente, se a fibra óptica está danificada, de tal modo que o sinal do primeiro interrogador não consegue alcançar o segundo interrogador, por exemplo, porque a fibra foi rompida, o primeiro interrogador não recebe mais nenhuma informação a partir dos sensores a jusante do rompimento, ou seja, localizado entre o rompimento e o segundo interrogador. O segundo interrogador pode então interrogar esses sensores a jusante, injetando um sinal de interrogação e analisando o sinal retornado por esses sensores a jusante. O primeiro interrogador pode continuar a interrogar os sensores a montante, injetando um sinal de interrogação e analisando o sinal retornado por esses sensores a montante. A destruição de um sensor, portanto, tem um efeito limitado no funcionamento da fibra óptica.

[00105] A presença de dois interrogadores vantajosamente torna possível, no caso de um rompimento na fibra óptica, obter informações relativas aos sensores de ambos os lados da região do rompimento. Portanto, melhora a robustez do dispositivo.

[00106] Como agora é claramente aparente, a invenção provê uma solução que torna possível avaliar, precisamente e em tempo real, um grande número de temperaturas em um forno de vidro.

[00107] Obviamente, a invenção não está limitada às modalidades descritas e mostradas, providas apenas a título de ilustração.

[00108] Particularmente, a invenção não se limita a uma fibra óptica como guia de onda. Uma fibra óptica feita de vidro é preferencial porque exclui o risco de contaminar o vidro fundido. No entanto, outros guias de onda poderiam ser previstos. Preferencialmente, o guia de ondas toma a forma de uma fibra que, preferencialmente, tem um diâmetro menor que 200 micrômetros.

[00109] Todas as características aplicáveis a uma fibra óptica e descritos no presente relatório descritivo são aplicáveis a outro tipo de guia de onda.

[00110] O número de guias de ondas para uma porção refratária ou uma camada de isolamento, ou uma camada de isolamento elementar, o número de guias de ondas conectados a um interrogador e o formato da porção refratária, da camada de isolamento ou das camadas de isolamento elementares não são limitantes. Uma pluralidade de guias de ondas pode ser conectada ao mesmo interrogador.

[00111] A face quente do bloco não está necessariamente totalmente em contato com o banho de vidro fundido. Pode até mesmo não estar em contato com o vidro fundido, mas somente ser exposto ao ambiente gasoso acima deste banho.

[00112] A invenção também não se limita apenas ao tanque do forno de vidro. A porção refratária pode, por exemplo, ser um alimentador, uma parte de superestrutura (tijolo refratário, bloco de coroa, etc.), uma parte formadora (borda, etc.) ou um bloco de gargalo.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Forno de vidro, caracterizado pelo fato de que compreende: - uma porção refratária definindo uma face quente (16c) em contato ou destinada a estar em contato com vidro fundido ou com um ambiente gasoso em contato com vidro fundido e uma face fria (16f) a uma distância da referida face quente, e - um dispositivo de medição de temperatura compreendendo: - um guia de ondas (12) compreendendo uma porção de medição (20) compreendendo pelo menos um sensor de medição de temperatura (22i) configurado para enviar um sinal de resposta em resposta à injeção de um sinal de interrogação para o guia de ondas; e - um interrogador (14) conectado a uma entrada do guia de ondas e configurado para injetar o sinal de interrogação (I) na referida entrada, para receber o referido sinal de resposta (Ri) retornado pelo sensor em resposta à injeção de referido sinal de interrogação, para analisar o sinal de resposta recebido e para transmitir uma mensagem de acordo com a referida análise; em cujo forno a porção de medição (20) se estende intercalado entre a referida face fria e uma camada de isolamento térmico (18), ou através da referida camada de isolamento térmico (18).

2. Forno, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a porção de medição (20) está acomodada em um compartimento feito sobre a face fria e/ou em um compartimento feito sobre ou na camada de isolamento térmico (18) em contato com a face fria.

3. Forno, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a camada de isolamento térmico (18) compreende duas camadas de isolamento elementares (181, 182) entre as quais, ou dentro de uma das quais, a porção de medição (20) se estende.

4. Forno, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a porção de medição (20) está presa à porção refratária e/ou à camada de isolamento térmico (18), por pelo menos um ponto de fixação (21), referido ponto de fixação tendo um comprimento, ao longo da porção de medição, inferior a 5 cm.

5. Forno, de acordo com a reivindicação imediatamente anterior, caracterizado pelo fato de que o comprimento da fibra óptica entre dois pontos de fixação sucessivos é maior do que 1,05 vezes a distância entre referidos pontos de fixação.

6. Forno, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o guia de ondas é uma fibra óptica e o sensor é uma grade de Bragg.

7. Forno, de acordo com a reivindicação imediatamente anterior, caracterizado pelo fato de que o guia de ondas tem um diâmetro inferior a 200 micrômetros.

8. Forno, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a porção refratária é uma parede lateral de um tanque de fusão de vidro, ou um piso, ou um alimentador, ou uma parte de superestrutura, ou uma parte formadora ou um bloco de gargalo.

9. Forno, de acordo com a reivindicação imediatamente anterior, caracterizado pelo fato de que compreende uma chapa que consiste em um conjunto de porções de medição de referidos guias de ondas e se estendendo ao longo de uma superfície paralela à face quente e/ou à face fria.

10. Forno, de acordo com a reivindicação imediatamente anterior, caracterizado pelo fato de que compreende um tanque de fusão de vidro compreendendo uma parede lateral e um piso, e em que a chapa circunda a parede lateral do tanque e/ou em que a chapa se estende em uma camada de concreto que se estende abaixo do piso.

11. Forno, de acordo com qualquer uma das duas reivindicações imediatamente anteriores, caracterizado pelo fato de que a densidade dos sensores na referida chapa é mais alta do que três sensores por m² de face quente da porção refratária.

12. Forno, de acordo com qualquer uma das três reivindicações imediatamente anteriores, caracterizado pelo fato de que primeira e segunda referidas chapas que se estendem paralelamente uma à outra, a distância entre a primeira e a segunda chapas sendo superior a 1 cm, as referidas porções de medição da primeira chapa cruzando as referidas porções de medição da segunda chapa quando as referidas primeira e segunda chapas são vistas em uma direção normal a pelo menos uma dentre as referidas primeira e segunda chapas, um sensor sendo disposto, na primeira chapa e/ou na segunda chapa, em mais do que 50% dos cruzamentos.

13. Forno, de acordo com qualquer uma das quatro reivindicações imediatamente anteriores, caracterizado pelo fato de que, em cada cruzamento entre as porções de medição, os sensores são dispostos em cada porção de medição.

14. Forno, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que compreende uma pluralidade de referidos sensores, que podem estar em contato ou não estar em contato, sobrepostos ao longo de uma direção perpendicular à face quente.

15. Forno, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que cada extremidade do guia de ondas está conectada a um respectivo interrogador.