DE2756827A1

DE2756827A1 - Verfahren zur bestimmung der temperaturverteilung in glasbaedern

Info

Publication number: DE2756827A1
Application number: DE19772756827
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl Ing Pieper
Original assignee: Beteiligungen Sorg GmbH and Co KG
Current assignee: Beteiligungen Sorg GmbH and Co KG
Priority date: 1976-12-27
Filing date: 1977-12-20
Publication date: 1978-07-06
Also published as: US4107446A

Description

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Anmelder: Sorg GmbH & Co

Verfahren zur Bestimmung der Temperaturverteilung in Glasbädern

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Temperatur bzw. Temperaturverteilung eines elektrisch leitenden Massenbades, welches durch Eintauchen der Elektroden elektrisch beheizt wird, insbesondere Glasbad in Glasschmelzöfen und glasführenden Speisern, Speiserköpfen und Kanälen sowie eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens .

Es ist bereits ein Verfahren zur Bestimmung der Temperatur von Glasschmelzen durch Messen der elektrischen Leitfähigkeit der Glasschmelze bekannt, wobei die Glasschmelze von Strömen mit einer konstanten geringen Spannung durchströmt wird und die zur Aufrechterhaltung dieser Spannung benötig-

Ai e te Stromstärke als Maß für/ Glastemperatur bestimmt wird. Nachteilig ist bei diesem Verfahren aber, daß zusätzliche Meßelektroden mit dem Glasbad in Kontakt gebracht und gehalten werden müssen und daß weiterhin die konstante geringe Spannung, durch die Heizströme der Heizelektroden bedingt, nicht ohne weiteres oder gar nicht aufrechterhalten werden kann bzw. die Stromstärke nicht ohne weiteres oder gar nicht gemessen werden kann.

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Es ist weiterhin bekannt, eine Temperaturmessung mit Hilfe von Thermoelementen vorzunehmen, welche in das Glasbad eintauchen. Nachteilig ist hierbei, daß ein Auswechseln der Thermoelemente bei Bruch schwierig oder unmöglich ist und insbesondere, daß die Messung nur an jeweils einem Punkt in direkter Nähe einer Wandung möglich ist.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu finden, welches die vorgenannten Nachteile vermeidet und welches insbesondere eine Möglichkeit ergibt, nicht nur die Temperatur in einzelnen Punkten oder Meßstrecken innerhalb eines Glasbades zu messen, sondern ein genaues Bild von der Temperaturverteilung, also den Isothermen innerhalb des Glasbades ergibt.

Dieses Verfahren soll ohne die Verwendung von Zusatzelektroden oder Thermoelementen durchführbar sein, schnell arbeiten und insbesondere eine Information über die Temperatur von einzelnen Meßstrecken und der Temperaturverteilung im gesamten Ofen möglich machen.

Im weiteren ist Aufgabe der Erfindung ein Regel-

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verfahren zur Regelung eines im Betrieb befindlichen Glasschmelzofens unter Verwendung der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gemessenen Temperaturen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im kontinuierlichen Betrieb die den Heizelektroden zufließende elektrische Energie kurzzeitig abgeschaltet wird und während dieser Abschaltzeit über die Heizelektroden Meßströme durch das Bad geleitet werden, der elektrische Widerstand zwischen jeweils zwei Heizelektroden in dadurch gebildeten Meßstrecken bestimmt wird und aus den so ermittelten Widerstandswerten die Temperatur in den einzelnen Meßstrecken ermittelt werden, wobei aus den Temperaturen der einzelnen Meßstrecken die Isothermen (vertikal und horizontal) innerhalb des Bades berechnet werden können.

Die Messungen erfolgen vorteilhaft in periodischen Zeitabständen zur überwachung von zeitlichen Änderungen, und neben der Ermittlung von Isothermen können durch den Vergleich der Widerstände in den einzelnen Meßstrecken bzw. aus der Kenntnis der Verlagerung des Temperaturmaximums auch die Größenordnungen des Abbrandes der einzelnen Elektroden

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festgestellt werden.

Die Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kennzeichnet sich vorteilhaft durch einen Schnellschalter zum Ab- und Anschalten des Heizstromes, eine galvanisch leitende Verbindung von mindestens einem Meßgerät zu den zur Messung dienenden Elektroden, ein Steuergerat zum Ansteuern aller galvanisch leitenden Verbindungen und ein Speichergerät zum Speichern und Abrufen der gemessenen Werte, wobei ein Rechner zur Bestimmung und Ermittlung der Isothermen aufgrund der gemessenen und abgerufenen Werte eingesetzt sein kann.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Die Figuren der Zeichnung zeigen schematisch je

horizontale und eine vertikale einen Schnitt durch eineVEbene eines elektrisch beheizten Glasschmelzofens mit zwölf Elektroden, die von Dreiphasenwechselstrom gespeist werden, üblicherweise liegen mehrere Elektrodenebenen übereinander, wobei die Elektroden entweder im Stern, im Dreieck oder einphasig geschaltet sein können, öfen dieser Art sind z. B. in dem US-Patent 3 742 111 näher beschrieben.

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Gemäß den Zeichnungen, in denen im horizontalen Schnitt (Fig. 1) und vertikalen Schnitt (Fig. 2) ein Schaltbild schematisch dargestellt ist, wird der Strom für die Beheizung des Glasbades über drei Phasen R, S, T zugeführt und über Regeltransformatoren K zu den einzelnen Elektroden geleitet. Die Verbindungen zwischen den Transformatoren und den Elektroden weisen dabei sehr große Querschnitte auf, da die Stromstärke der zugeführten Ströme hoch ist.

In den drei Leitern, die primärseitig zu den Transformatoren K führen, sind Schnellschalter eingesetzt, die wegen der hohen Stromstärken vorzugsweise mechanisch sein können, wobei z. B. ölgefüllte Leistungsschalter den Vorzug haben. Mit Hilfe dieser Schnellschalter, die in der Figur als miteinander gekoppelte mechanische Schalter dargestellt sind, kann eine Stromabschaltung innerhalb kürzester Zeit, z. B. innerhalb von einem Zeitraum von weniger als 1/10 see vorgenommen werden. Gleiches gilt für die Zuschaltung nach einer Unterbrechung.

Ein Steuergerät 12 ist mit sämtlichen Elektroden E oder mit den Leitern zwischen den Sekundärspulen

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der speisenden Ofentransformatoren und den Elektroden E galvanisch verbunden und vermag nacheinander alle Elektroden über eine galvanische Leitung anzusteuern, d. h. es dient als Schalter, welcher nacheinander mit jeweils zwei Elektroden elektrisch verbunden ist und der die Auswahl der jeweils angesteuerten Elektroden beliebig gestalten kann. Dem Steuergerät wird über eine Stromquelle 14 Strom zugeführt, wobei sowohl Gleichstrom als auch Wechselstrom verwendet werden kann.

Mit dem Steuergerät ist ein Meßgerät 16 verbunden, welches in dem jeweils geschalteten Stromkreis die Stromstärke und Spannung mißt und den Widerstand zwischen den Elektrodenspitzen zu bestimmen vermag.

Die Ergebnisse des Meßgerätes werden auf einen Speicher 18 übertragen und danach kann das Steuergerät mindestens eine andere Elektrode ansteuern und einen erneuten Meßvorgang ermöglichen.

Der Speicher 18 speichert eine gewünschte Anzahl von Meßdaten und gibt diese dann einmal an einen Rechner 20 zur Kontrolle des Heizstromes und zum zweiten zu

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einem Ausgabegerät 22 weiter, welches ein Plotter oder ein Sichtgerät sein kann und die Information an das Bedienungspersonal weitergeben kann.

In dem gezeigten Beispiel kann der Meßvorgang jetzt so vor sich gehen, daß einmal der Widerstand zwischen den Elektroden E 2 und E 3, danach zwischen E 2 und E 6, dann zwischen E 2 und E 1 usw. festgestellt und in den Speicher eingegeben wird. Dann kann eine zweite Meßserie erfolgen, bei welcher der Widerstand zwsichen den Elektroden E 3 und E 6, E 3 und E 1, E 3 und E 4 sowie E 3 und E 5 gemessen wird. Die Meßreihe wiederholt sich dann mit einer anderen Elektrode als Hauptbezugselektrode, bis die Meßstrecken zwischen allen Elektroden einer Ebene durchgemessen worden sind.

Im weiteren Verlauf der Messung wird dann eine weitere Ebene eines Glasschmelzofens entsprechend durchgemessen und darauf dann noch räumlich der Widerstand zwischen den Elektroden der verschiedenen Ebenen bestimmt.

Da kontaktlose, elektronische Steuergeräte sowie Meßgeräte und Speichergeräte solche Messungen

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innerhalb kürzester Zeit vornehmen können, kann der gesamte Meßvorgang auf Sekunden oder maximal Minuten beschränkt werden und die Spannung wird dann durch Schließen des Schnellschalters wieder angelegt und der Ofenbetrieb geht weiter, ohne daß durch die kurzzeitige Unterbrechung eine merkbare Störung aufgetreten wäre.

Die in dem Speichergerät 16 gespeicherten Meßdaten bzw. Widerstandswerte der einzelnen ^.eßstrecken werden in den Rechner 20 mit einem dazu passend gestalteten Programm eingegeben, der einmal Daten über die einzelnen Meßstrecken und weiterhin eine Zeichnung der Isothermen innerhalb des Ofens erstellt.

Die gespeicherten Daten können aber auch bei entsprechender Programmgestaltung zur direkten Steuerung des Ofens verwendet werden.

Da es auf die beschriebene Art und Weise möglich ist, praktisch die gesamte Temperaturverteilung im Ofen festzustellen, kann auch die Regelung des Ofens sehr viel besser als bei herkömmlichen Meßverfahren sein. Die Ofenleistung kann daher im

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Verhältnis zum Volumen erheblich gesteigert und die Glasqualität verbessert werden.

Durch die Verschiebung der Isothermen bzw. durch die Erhöhung des Widerstandes von bestimmten Meßstrecken kann weiterhin festgestellt werden, welche Elektroden besonders weit abgebrannt sind und diese können bei Bedarf, z. B. wenn es sich um Molybdänelektroden handelt, nachgeschoben werden.

Die vorgenannte Messung einzelner Meßstrecken quer durch den Ofen ermöglicht es auch, kalte oder zu heiße Stellen in dem Glasbad festzustellen und es kann dann für die entsprechende Meßstrecke bzw. für die beiden in Frage kommenden Elektroden eine Erhöhung bzw. Verringerung der Leistung vorgenommen werden. Um aber zur Erzielung eines optimalen Durchsatzes die bereits optimal hohe Gesamtleistung nicht zu beeinträchtigen, können dann die Leistungen der übrigen Elektroden mit umgekehrtem Vorzeichen entsprechend eingestellt werden.

Die Länge der Meßstrecke ist in dem Programm für die elektronische Datenverarbeitung zur Ermittlung der Glastemperatur selbstverständlich zu berücksichtigen.

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Die Messung wird weiterhin dadurch beeinflußt, daß Ströme durch nicht zu direkten Messung herangezogene Elektroden und die Sekundärseite der Transformatoren fließen. Diese Ströme haben im (JeBamtsystem einen festen Widerstand und können bei der Ermittlung des Programms berücksichtigt werden.

Eine Möglichkeit, die störenden Ströme über die anderen Elektroden zu vermeiden, besteht weiterhin darin, daß sämtliche nicht zur Messung herangezogenen Elektroden sekundärseitig abgeschaltet werden. Zu diesem Zweck sind zwischen den Elektroden und den Sekundärspulen Schalter 24 vorgesehen, die nach Betätigung des Schalters 10 auf der Primärseite der Transformatoren ebenfalls geöffnet werden können. Von der erneuten Energiezugabe werden diese Schalter dann geschlossen. Da die verwendeten Ströme aber hoch sind und die sekundärseitigen Schalter daher einen hohen Aufwand erfordern, ist der Berücksichtigung des Stromflusses durch die nicht direkt zur Messung herangezogenen Elektroden der Vorzug zu geben. Im einzelnen kann für den Fachmann selbstverständlich eine Ermittlung des Stromflusses durch jede der nicht zur Messung selbst herangezogenen Elektroden erfolgen und es

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kann dann für jede Meßstrecke eine Summierung der vorliegenden Stromleitungen außerhalb der eigentlichen Meßstrecke vorgenommen werden.

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Patentansprüche

♦ 1.!Verfahren zur Bestimmung der Temperatur bzw. Temperaturverteilung eines elektrisch leitenden Massenbades, welches durch Eintauchen der Elektroden elektrisch beheizt wird, insbesondere Glasbad in Glasschmelzofen und glasführenden Speisern, Speiserköpfen und Kanälen, dadurch gekennzeichnet, daß im kontinuierlichen Betrieb die den Heizelektroden zufließende elektrische Energie kurzzeitig abgeschaltet wird und während dieser Abschaltzeit über die Heizelektroden Meßströme durch das Bad geleitet werden, der elektrische Widerstand zwischen jeweils zwei Heizelektroden in dadurch gebildeten Meßstrecken bestimmt wird und aus den so ermittelten Widerstandswerten die Temperaturen in den einzelnen Meßstrecken ermittelt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Temperaturen der einzelnen Meßstrecken die Isothermen (vertikal und horizotal) innerhalb des Bades berechnet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn-

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zeichnet, daß die Messungen in periodischen Zeitabständen erfolgen.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß beim Vorliegen von mindestens sechs Elektroden in einer Ebene bei einer Messung zwischen zwei sich gegenüberliegenden Elektroden die Abweichungen vom Sollwert zu einer entsprechenden Korrektur des Heizstromes benutzt werden und eine Korrektur mit entsprechend umgekehrten Vorzeichen bei den übrigen Elektroden der gleichen Ebene vorgenommen wird.
5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Schnellschalter zum Ab- und Anschalten des Heizstromes, eine galvanisch leitende Verbindung von mindestens einem Meßgerät zu jeder der zur Messung dienenden Elektroden, ein Steuergerät (ST) zum Ansteuern aller galvanisch leitenden Verbindungen und ein Speichergerät (SP) zum Speichern und Abrufen der gemessenen Werte.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen Rechner (20) zur Bestimmung und Ermittlung der Isothermen.

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