JP2019504286A - Determination of electrode length in melting furnace - Google Patents
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Abstract
バッチ材料を溶融する装置用の電極の長さを示す方法が提供される。当該方法は、第一の温度センサを用いて前記電極に沿って位置決めされる第一の温度測定点における温度を示す第一の信号を提供するステップを備える。第二の温度センサを用いて、前記電極に沿って位置決めされる第二の温度測定点において、温度を示す第二の信号が提供される。前記第一および第二の信号に基づいて、前記電極の高温面に対して、電極長さが特定される。A method is provided for indicating the length of an electrode for an apparatus for melting batch material. The method comprises providing a first signal indicative of a temperature at a first temperature measurement point positioned along the electrode using a first temperature sensor. A second signal indicative of the temperature is provided at a second temperature measurement point positioned along the electrode using a second temperature sensor. Based on the first and second signals, an electrode length is specified for the hot surface of the electrode.
Description
本出願は、2015年11月5日に出願された米国仮出願第62/251223号の合衆国法典第35巻第119条に基づく優先権を主張し、当該出願の内容に依拠し、全体を参照によって本明細書に援用する。 This application claims priority under 35 USC 119 of US Provisional Application No. 62/251223, filed Nov. 5, 2015, relied on the contents of that application, and is incorporated by reference in its entirety Is incorporated herein by reference.
本開示は、バッチ材料を溶融する方法および装置に関し、特に、バッチ材料を溶融する方法および装置、およびかかる装置における電極長さを特定するための電極内の温度情報の使用法に関する。 The present disclosure relates to a method and apparatus for melting batch material, and more particularly to a method and apparatus for melting batch material and the use of temperature information in electrodes to determine electrode length in such apparatus.
溶融炉は、各種のバッチ材料、いくつか例を挙げるとすれば、ガラスバッチ材料および金属バッチ材料などを溶融するために用いることができる。バッチ材料を二つ以上の電極を有する容器に入れ、電極間に電圧を印加して当該バッチに電流を流してこのバッチを加熱および溶融することによって、当該バッチ材料を溶融することができる。溶融炉の寿命は、電極の損耗によって決まる場合がある。例えば、溶融過程で、電極は、溶融バッチ材料との接触により徐々に損耗する場合がある。ある時点で、電極が短くなりすぎる可能性があり、溶融炉の安全な運転を危うくする可能性がある。例えば、この電極が、運転中に所定の点を過ぎるまで損耗すると、バッチ材料は、このバッチを汚染する可能性のある溶融炉の部品に接触する可能性がある。例えば溶融ガラスの場合、このような接触により、この溶融ガラスまたは最終的なガラス製品に望ましくない混入物および/または色が取り込まれる可能性がある。さらに、この電極および/または溶融炉に開いた孔も、バッチ材料の漏出経路となる場合があり、溶融炉の運転安全性を危うくしかねない。 The melting furnace can be used to melt various batch materials, glass batch materials and metal batch materials, to name a few. The batch material can be melted by placing the batch material in a container having two or more electrodes and applying a voltage between the electrodes to pass current through the batch to heat and melt the batch. The life of the melting furnace may be determined by electrode wear. For example, during the melting process, the electrode may gradually wear out due to contact with the molten batch material. At some point, the electrodes can become too short and can compromise the safe operation of the melting furnace. For example, if the electrode wears out past a predetermined point during operation, the batch material can come into contact with melting furnace parts that can contaminate the batch. For example, in the case of molten glass, such contact can introduce undesirable contaminants and / or colors into the molten glass or final glass product. In addition, the holes opened in the electrode and / or the melting furnace may be a leakage path for the batch material, which may jeopardize the operational safety of the melting furnace.
溶融炉の寿命点を正確に予測することで、溶融炉の時期尚早な運転停止を回避することによって大幅にコストが削減できると同時に、運転安全性も維持することができる。しかし、溶融運転中は、容器内の電極長さを直接観察または測定することができない可能性がある。また、運転中は、バッチ材料の組成および/または運転温度などのいくつかの可変要素が電極の損耗速度に影響する場合があり、電極損耗の予測を複雑にする、または正確な予測の実現を困難にする可能性がある。 By accurately predicting the melting point of the melting furnace, it is possible to significantly reduce costs by avoiding premature shutdown of the melting furnace, while maintaining operational safety. However, during the melting operation, the electrode length in the container may not be directly observed or measured. Also, during operation, several variables, such as batch material composition and / or operating temperature, can affect the electrode wear rate, complicating the prediction of electrode wear or providing accurate predictions. May be difficult.
したがって、溶融炉に関する運転期間の延長および運転コストの削減につながり得る、溶融炉内の電極の長さを正確に推定する方法を提供することは有益であるだろう。さらに、電極長さの指標として電極内の温度情報を用いることができるバッチ材料を溶融する装置を提供することは有益だろう。 Therefore, it would be beneficial to provide a method for accurately estimating the length of electrodes in a melting furnace that can lead to extended operating periods and reduced operating costs for the melting furnace. Furthermore, it would be beneficial to provide an apparatus for melting batch material that can use temperature information within the electrode as an indicator of electrode length.
一実施形態によれば、バッチ材料を溶融する装置用の電極の長さを示す方法が提供される。当該方法は、第一の温度センサを用いて前記電極に沿って位置決めされる第一の温度測定点における温度を示す第一の信号を提供するステップを含む。第二の温度センサを用いて、前記電極に沿って位置決めされる第二の温度測定点において、温度を示す第二の信号が提供される。前記第一および第二の信号に基づいて、前記電極の高温面に対して、電極長さが特定される。 According to one embodiment, a method is provided for indicating the length of an electrode for an apparatus for melting batch material. The method includes providing a first signal indicative of a temperature at a first temperature measurement point positioned along the electrode using a first temperature sensor. A second signal indicative of the temperature is provided at a second temperature measurement point positioned along the electrode using a second temperature sensor. Based on the first and second signals, an electrode length is specified for the hot surface of the electrode.
別の実施形態では、バッチ材料を溶融する装置が、容器と、当該容器内にある電極であって、当該電極の高温面と低温面の間で軸に沿って測定される電極長さを有する電極とを含む。熱的長さ測定組立体が、前記電極に沿って位置決めされる第一の温度測定点における温度を示す第一の信号を提供するように配置および構成される第一の温度センサを含む。第二の温度センサが、前記電極に沿って位置決めされる第二の温度測定点における温度を示す第二の信号を提供するように配置および構成される。前記第一および第二の信号は、前記電極長さを特定するために使用される。 In another embodiment, an apparatus for melting batch material has a container and an electrode in the container, the electrode length being measured along an axis between the hot and cold surfaces of the electrode. Electrodes. A thermal length measurement assembly includes a first temperature sensor arranged and configured to provide a first signal indicative of a temperature at a first temperature measurement point positioned along the electrode. A second temperature sensor is arranged and configured to provide a second signal indicative of the temperature at a second temperature measurement point positioned along the electrode. The first and second signals are used to specify the electrode length.
別の実施形態では、バッチ材料を溶融する装置用の熱的長さ測定組立体が、電極に沿って位置決めされる温度測定点における温度を示す信号を提供するように配置および構成される温度センサを含む。測定モジュールは、前記温度測定点における温度を示す前記信号を受信するプロセッサを含む。前記測定モジュールは、温度を示す前記信号に基づいて前記電極の高温面に対する電極長さを特定する前記プロセッサによって実行可能な論理を含む。 In another embodiment, a temperature sensor is arranged and configured to provide a signal indicative of a temperature at a temperature measurement point positioned along an electrode, wherein a thermal length measurement assembly for an apparatus that melts batch material including. The measurement module includes a processor that receives the signal indicative of the temperature at the temperature measurement point. The measurement module includes logic executable by the processor to determine an electrode length for the hot surface of the electrode based on the signal indicative of temperature.
本明細書に記載のさらなる特徴および利点は、下記の詳細な説明において述べられ、部分的には、その説明から当業者にはすぐに明らかになり、または下記の詳細な説明、請求項、および添付の図面を含む、本明細書に記載の実施形態を実施することによって認識されるだろう。 Additional features and advantages described herein are set forth in the following detailed description, and in part are immediately apparent to those skilled in the art from that description, or are described in the detailed description, claims, and It will be appreciated by implementing the embodiments described herein, including the accompanying drawings.
上記概要および下記の詳細な説明は、様々な実施形態を説明するものであり、請求の主題の本質および特徴を理解するための概観および骨格を提供することを意図していると理解すべきである。添付の図面は、これらの様々な実施形態のさらなる理解をもたらすことを意図して含まれており、本明細書に援用され、その一部を構成する。これらの図面は、本明細書に記載の様々な実施形態を示し、その説明とともに、請求の主題の原理および作用の説明に役立つ。 It should be understood that the foregoing summary and the following detailed description set forth various embodiments and are intended to provide an overview and framework for understanding the nature and characteristics of the claimed subject matter. is there. The accompanying drawings are included to provide a further understanding of these various embodiments, and are incorporated in and constitute a part of this specification. These drawings illustrate the various embodiments described herein, and together with the description serve to explain the principles and operations of the claimed subject matter.
本開示の上記およびその他の特徴、態様および利点は、本開示の下記の詳細な説明が添付の図面を参照して読まれるときに、より深く理解される。 The above and other features, aspects and advantages of the present disclosure will be better understood when the following detailed description of the present disclosure is read with reference to the accompanying drawings.
本明細書に開示されるのは、バッチ材料を溶融する装置である。この装置は、容器と、電極を含む、当該容器内に配置される少なくとも一つの電極組立体とを含む。温度センサ組立体は、既知の箇所における前記電極内の温度の指標を提供するために当該電極に設けられる温度センサを含む。当該電極の高温面の位置は、測定モジュールによって、温度を示す信号、温度の関数としての電極材料の熱伝導率の知識、および当該電極の高温面における温度の推定値から特定することができる。 Disclosed herein is an apparatus for melting batch material. The apparatus includes a container and at least one electrode assembly disposed within the container that includes an electrode. The temperature sensor assembly includes a temperature sensor provided on the electrode to provide an indication of the temperature within the electrode at a known location. The position of the hot surface of the electrode can be determined by the measurement module from a signal indicating temperature, knowledge of the thermal conductivity of the electrode material as a function of temperature, and an estimate of the temperature at the hot surface of the electrode.
本明細書で用いる「高温面」という用語は、溶融炉内のバッチ材料に最も近いまたは接触している端面を指す。「低温面」という用語は、溶融炉内の溶融材料から最も遠い端面を指し、一般的に、バッチ材料から離れているために高温面よりも温度が低い。高温面と低温面の間の温度差により、電極中では高温面から低温面に向かう熱移動が生じる。 As used herein, the term “hot surface” refers to the end surface that is closest to or in contact with the batch material in the melting furnace. The term “cold surface” refers to the end surface farthest from the molten material in the melting furnace, and generally has a lower temperature than the hot surface because it is away from the batch material. Due to the temperature difference between the high temperature surface and the low temperature surface, heat transfer from the high temperature surface to the low temperature surface occurs in the electrode.
本開示のいくつかの実施形態を、図1を参照して議論する。図1は、バッチ材料105を溶融する例示的な炉100を描いている。溶融炉100は容器110を含むことができ、容器110は、一部の実施形態では入口115および出口120を備えることができる。バッチ材料105は、入口115を通して容器110に導入することができる。バッチ材料は、次に、任意の適した方法またはそれらの組み合わせ、例えば、容器110内の燃焼バーナ(図示せず)によって加熱することができる当該容器の側壁125および/もしくは底部130との接触による、ならびに/または電極140との接触によるなどの従来の溶融技術によって、容器内で加熱して溶融することができる。溶融バッチ材料135は、さらなる処理のために出口120を通じて容器110から流出することができる。
Several embodiments of the present disclosure are discussed with reference to FIG. FIG. 1 depicts an
「バッチ材料」という用語およびその変形は、本明細書では、溶融すると反応および/または結合して、最終的な所望の材料組成を形成する前駆体成分の混合物を指すために使用する。バッチ材料は、例えば、いくつか例を挙げるとすれば、ガラス前駆体材料、または金属合金前駆体材料を含むことができる。バッチ材料は、前駆体材料を組み合わせる任意の既知の方法によって調製および/または混合してよい。例えば、特定の非限定的な実施形態において、バッチ材料は、例えば、溶剤すなわち液体を用いずに、前駆体粒子の乾燥した混合物または実質的に乾燥した混合物を含むことができる。他の実施形態では、バッチ材料は、スラリー状、例えば、液体すなわち溶剤の存在下での前駆体粒子の混合物でもよい。 The term “batch material” and variations thereof are used herein to refer to a mixture of precursor components that when reacted melt and / or combine to form the final desired material composition. The batch material can include, for example, a glass precursor material or a metal alloy precursor material, to name a few examples. The batch material may be prepared and / or mixed by any known method of combining the precursor materials. For example, in certain non-limiting embodiments, the batch material can comprise a dry or substantially dry mixture of precursor particles, for example, without the use of a solvent or liquid. In other embodiments, the batch material may be in a slurry form, eg, a mixture of precursor particles in the presence of a liquid or solvent.
様々な実施形態によれば、バッチ材料は、シリカ、アルミナ、および酸化ホウ素、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ナトリウム、酸化ストロンチウム、酸化スズ、および酸化チタンなどの様々な追加の酸化物などのガラス前駆体材料を含んでよい。例えば、ガラスバッチ材料は、シリカおよび/またはアルミナと一つ以上の追加の酸化物の混合物でもよい。様々な実施形態において、ガラスバッチ材料は、合計で約45重量%から約95重量%のアルミナおよび/またはシリカと、合計で約5重量%から約55重量%の、酸化ホウ素、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ナトリウム、酸化ストロンチウム、酸化スズ、および/または酸化チタンのうちの少なくとも一つの酸化物を含む。 According to various embodiments, the batch material is a glass precursor such as silica, alumina, and various additional oxides such as boron oxide, magnesium oxide, calcium oxide, sodium oxide, strontium oxide, tin oxide, and titanium oxide. Body material may be included. For example, the glass batch material may be a mixture of silica and / or alumina and one or more additional oxides. In various embodiments, the glass batch material comprises a total of about 45% to about 95% by weight alumina and / or silica and a total of about 5% to about 55% by weight boron oxide, magnesium oxide, oxidized It includes at least one oxide of calcium, sodium oxide, strontium oxide, tin oxide, and / or titanium oxide.
バッチ材料は、任意の適した方法、例えば、従来のガラスおよび/または金属溶融技術に従って溶融することができる。例えば、バッチ材料は、溶融容器に加えられ、約1200℃から約1650℃まで、約1250℃から約1600℃まで、約1300℃から約1550℃まで、約1350℃から約1500℃まで、または約1400℃から約1450℃までなどの、約1100℃から約1700℃までの温度であって、これらの間の全ての範囲および部分範囲を含む温度に加熱することができる。バッチ材料は、特定の実施形態では、運転温度およびバッチ体積、ならびにバッチ材料成分の粒径などの様々な可変要素次第で、数分から数時間、数日、またはそれ以上に及ぶ溶融容器での滞留時間を有する可能性がある。例えば、滞留時間は、約30分から約3日、約1時間から約2日、約2時間から約1日、約3時間から約12時間、約4時間から約10時間、または約6時間から約8時間に及ぶ可能性があり、それらの間の全ての範囲および部分範囲を含む可能性がある。 The batch material can be melted according to any suitable method, for example, conventional glass and / or metal melting techniques. For example, the batch material is added to a melting vessel and from about 1200 ° C to about 1650 ° C, from about 1250 ° C to about 1600 ° C, from about 1300 ° C to about 1550 ° C, from about 1350 ° C to about 1500 ° C, or about It can be heated to a temperature from about 1100 ° C. to about 1700 ° C., such as from 1400 ° C. to about 1450 ° C., including all ranges and subranges therebetween. The batch material, in certain embodiments, will remain in the melting vessel for minutes, hours, days, or more, depending on various variables such as operating temperature and batch volume, and the particle size of the batch material components. May have time. For example, the residence time can be from about 30 minutes to about 3 days, from about 1 hour to about 2 days, from about 2 hours to about 1 day, from about 3 hours to about 12 hours, from about 4 hours to about 10 hours, or from about 6 hours. It can last up to about 8 hours and can include all ranges and subranges between them.
ガラス処理の場合、溶融したガラスバッチ材料は、続いて、いくつか例を挙げるとすれば、気泡を除去するための清澄、および溶融ガラスを均質化するための攪拌を含む、様々なさらなる処理ステップを受けることができる。溶融ガラスは、次に、例えばガラスリボンを製造するために、フュージョンドロー技術、スロットドロー技術、およびフロート技術などの任意の既知の方法を用いて処理することができる。続いて、非限定的な実施形態において、このガラスリボンは、ガラスシートに形成、切断、研磨、および/またはその他の処理を行うことができる。 In the case of glass processing, the molten glass batch material is subsequently subjected to various further processing steps including fining to remove bubbles and stirring to homogenize the molten glass, to name a few examples. Can receive. The molten glass can then be processed using any known method, such as fusion draw technology, slot draw technology, and float technology, for example to produce a glass ribbon. Subsequently, in a non-limiting embodiment, the glass ribbon can be formed, cut, polished, and / or otherwise processed into a glass sheet.
容器110は、所望の溶融工程での使用に適した任意の断熱材料または耐熱材料、例えば、ジルコン、ジルコニア、アルミナ、酸化マグネシウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、および酸窒化物ケイ素などの耐火材料、白金および白金合金などの貴金属、ならびにそれらの組み合わせから形成することができる。様々な実施形態によれば、容器110は、耐火材料または貴金属などの耐熱材料の内張りを有する外壁または外層を含むことができる。容器110は、所望の用途に応じて任意の適した形状および大きさを有することができ、特定の実施形態では、例えば、円形、オーバル形、正方形、または多角形の断面を有することができる。いくつか例を挙げるとすれば、長さ、高さ、幅、および深さを含む容器の寸法は、所望の用途に応じて変えることができる。寸法は、特定の製造工程または製造システムに応じて適切に選択することができる。
図1は、側壁125内に取り付けられた電極140を示しているが、これらの電極は、容器110内で任意の向きに構成することができ、容器110の天井または底部など、この容器の任意の壁に取り付けることができると理解すべきである。さらに、図1は三つの電極140を示しているが、特定の用途に対して必要に応じてまたは要望に応じて任意数の電極を使用してよいと理解すべきである。さらに、図1は、入口115および出口120を備える容器110であって、連続的な処理に適し得る容器110を示しているが、入口および/または出口を含んでも含まなくてもよくかつバッチ処理またはセミバッチ処理に用いることができるその他の容器を用いることができると理解すべきである。
Although FIG. 1 shows
電極140は、溶融炉における運転に適した任意の寸法および/または形状を有することができる。例えば、一部の実施形態では、電極140は、炉壁とほぼ面一である端面を有し、反対側の端面が炉壁の外側に位置し、これらの両側の端面間で電極140中に温度差を生じる、棒状またはブロック状にすることができる。電極140は、正方形、円形、または任意のその他の規則的な形状もしくは不規則な形状などの任意の適した断面形状を有することができる。さらに、電極140の最初の長さは、溶融容器の用途および/または大きさに応じて変えることができる。一部の非限定的な実施形態では、電極140は、約20cmから約175cm、約30cmから約150cm、約40cmから約125cm、約50cmから約100cm、または約60cmから約75cmなど、約5cmから約200cmに及ぶ最初の長さであって、それらの間の全ての範囲および部分範囲を含む最初の長さを有することができる。さらに、電極は、最初の長さよりも大きい幅および/または高さ、例えば約25cm以上、例えば約40cm以上、例えば約50cm以上の幅および/または高さを有してもよい。
The
電極140は、所望の溶融用途に適した任意の材料を含むことができる。例えば、電極材料は、運転中の電極140の通常の損耗または浸食がバッチ組成および/または最終製品に対する悪影響をほとんど有しない、または全く有しないように選択することができる。ガラス溶融運転などの様々な非限定的な実施形態において、電極は、最終的なガラス組成に存在することができる一つ以上の酸化物またはその他の材料を含むことができる。例えば、電極は、バッチ材料に既に存在する酸化物を含み(例えば、最終製品における当該酸化物の量を名目上増加する)、またはバッチ材料に存在しない酸化物を含む(例えば、少量または微量の酸化物を最終組成に取り込む)ことができる。非限定的な一例として、電極は、例えば、酸化スズ(IV)、酸化モリブデン、酸化ジルコニウム、タングステン、酸化ジルコニウムモリブデン、白金およびその他の貴金属、黒鉛、炭化ケイ素、およびその他の適した材料およびそれらの合金を含むことができる。
本開示の様々な実施形態によれば、容器110は、電極140を備える一つ以上の電極組立体と、この電極に結合した温度センサ組立体とを備えることができる。本明細書で用いる「温度センサ」、「温度プローブ」という用語およびそれらの変形は、温度を示す測定可能な信号または入力を生成する任意の部品を表すことを意図している。例えば、非限定的な実施形態において、温度センサ組立体は、熱電効果として知られる過程において、その温度測定点のうちの一つの温度が別の温度測定点の温度とは異なるときに電圧を生じる温度センサを含むことができる。
According to various embodiments of the present disclosure, the
本明細書で用いるように、「に結合した」という用語およびその変形は、温度センサ組立体が電極に物理的に接触していることを表すことを意図している。温度センサ組立体は、例えば電極内に、例えば、電極に穿設またはその他の方法で形成した孔またはチャネルの内側に位置する温度測定点を有することができる。 As used herein, the term “coupled to” and variations thereof are intended to indicate that the temperature sensor assembly is in physical contact with the electrode. The temperature sensor assembly may have temperature measurement points located, for example, in the electrode, for example, inside a hole or channel drilled or otherwise formed in the electrode.
図2を参照すると、上記の方法で容器を加熱するのに使用する電極組立体200の一実施形態が示されており、溶融バッチ材料Mと接触する高温面214を有する電極212であって、高温面214を除く全ての側部を断熱材215、例えば、炉壁および/またはその他の断熱材料によって断熱させた電極212を含む。熱的長さ測定組立体202は、所定の箇所からの電極212の電極長さLEの指標を提供するように構成される。熱的長さ測定組立体202は、温度センサ組立体204を含んでもよい。少なくとも1500℃の温度、例えば少なくとも2000℃以上、さらには例えば少なくとも3000℃以上の温度に耐えるように構成されるセラミックシース熱電対またはその他のシース熱電対などの任意の適した温度センサ組立体を使用してよい。一部の実施形態では、温度センサ組立体204は、電極組立体200の電極212内に位置する温度測定点AおよびBをそれぞれ画定する温度センサ208および210を含む。温度測定点AおよびBは、電極212の長さLEに沿って既知の距離離れている。
Referring to FIG. 2, one embodiment of an
温度センサ208および210は、電極212(および断熱材215)の側部を通って設けられる、またはその他の方法で電極212内に設けられるなど、電極212内に配置できる。温度測定点AおよびBは、電極212のx軸に沿う箇所x1およびx2に対応する。x軸は、一般的に高温面214と低温面217の間に延在し、それらの面に対して実質的に垂直であり、x軸に沿って電極長さLEを測定してもよい。電極212の高温面214は箇所xgに対応し、その位置は、熱的長さ測定組立体202によって提供できる。高温面214における温度を代表する溶融バッチ材料Mの温度の指標を提供するために、温度測定点Gを画定する温度センサ218を含む、別の温度センサ組立体216または同一の温度センサ組立体204を設けることができる。
温度センサ組立体204、206(および216)は、それぞれ、箇所x1、x2およびxgの温度を示す信号を測定モジュール222に送るために使用される通信線220を含む。通信は、温度センサ組立体204と206と216の間で有線および/または無線で提供される可能性がある。さらに、通信は、例えば、インターネット(広域ネットワーク)および/またはWi‐Fi(登録商標)(ローカルエリアネットワーク)、Bluetooth(登録商標)、近距離無線通信(NFC)などにより、有線または無線のいずれかで、測定モジュール222からスマートフォンまたはコンピュータなどの測定モジュール222の外部の一つ以上のデバイスに提供される可能性がある。したがって、ネットワークにより、媒介デバイスを介して、または媒介デバイスを用いずに、すなわち、直接的に二つ以上のデバイスの間の通信が容易になる可能性がある。
The
測定モジュール222は、メモリ部品224およびプロセッサ部品226を含むことができる。メモリ部品224は、接触箇所、例えば、x1、x2およびxg、および/またはそれらの間の距離、所定の計測温度、所定の高温面測定値、メンテナンスルーチンなどの所定のデータを保存することができる。メモリ部品224は、電極長さLEの特定を行うためにプロセッサ部品226が実行できる論理も含むことができ、その詳細を以下で説明する。
The
電極長さの特定
温度が一つの座標xのみに依存すると仮定すると、熱流束は次式によって与えられる。
Assuming that the specific temperature of the electrode length depends only on one coordinate x, the heat flux is given by:
定常な場合、一次元系の状態は時間変化しない。エネルギー保存の法則から、熱流束jは定数であり、座標xに依存しない。式(1)とdxを掛け、xについての積分を行うと、次式が与えられる。 When stationary, the state of the one-dimensional system does not change with time. From the law of energy conservation, the heat flux j is a constant and does not depend on the coordinate x. Multiplying equation (1) and dx and integrating for x gives the following equation:
ここで、I(T)は、K(T)の積分関数である。 Here, I (T) is an integral function of K (T).
二点における温度を既知とする。すなわち、T(x1)=T1、かつT(x2)=T2のとき、式(2)は次のようになる。 The temperature at two points is known. That is, when T (x 1 ) = T 1 and T (x 2 ) = T 2 , Expression (2) is as follows.
既知の温度Tgを有する箇所xgの位置は、式(4)の次の形から分かる。 Position location x g having a known temperature The T g, can be seen from the following form of Equation (4).
式(5)は、任意の依存関係K(T)に対して有効である。なお、積分の熱伝導率I(T)は、差分比としてのみ式(5)に含められる。したがって、I(T)に任意定数を加えても、またはI(T)と任意定数因子を掛けても、高温面214(xg)の位置に関する距離の予測は変わらないだろう。 Equation (5) is valid for an arbitrary dependency K (T). The integral thermal conductivity I (T) is included in the equation (5) only as a difference ratio. Therefore, adding an arbitrary constant to I (T), or multiplying I (T) by an arbitrary constant factor, will not change the prediction of distance with respect to the location of the hot surface 214 (x g ).
熱伝導率の測定
実験から関数I(T)を得るために、式(2)は次のように書き換えられる。
In order to obtain the function I (T) from the thermal conductivity measurement experiment, the equation (2) is rewritten as follows.
ここで、AおよびBは任意定数であり、それらの値は電極長さの予測には無関係である。式(5)はI(T)の熱伝導率の不定積分の差のみを含むため、付加定数Bは引かれることになる。式(5)はI(T)の線形結合の比のみを含むため、乗法定数Aは約分できる。A=1・W/m2およびB=0を代入すると、次の結果が得られる。 Here, A and B are arbitrary constants, and their values are irrelevant to the prediction of the electrode length. Since equation (5) includes only the indefinite integral difference of the thermal conductivity of I (T), the additional constant B is subtracted. Since equation (5) includes only the ratio of the linear combination of I (T), the multiplicative constant A can be reduced. Substituting A = 1 · W / m 2 and B = 0, the following result is obtained.
したがって、関数I(T)は、T(x)の逆関数として式(7)を用いて電極内の複数の箇所の温度の測定値から内挿することができる。実際の熱流束の知識は必要ない。電極の側部は、一次元的な熱移動に近似させるためにしっかりと断熱すべきである。 Therefore, the function I (T) can be interpolated from the temperature measurements at multiple locations within the electrode using equation (7) as the inverse of T (x). No knowledge of actual heat flux is necessary. The sides of the electrode should be well insulated to approximate one-dimensional heat transfer.
図3は、上記した方法と類似の方法で温度センサ組立体を用いて個別の箇所xi(i=1、2、…、n)で測定した温度に関する関数I(T)の近似を示す。温度の関数として点xを内挿することにより、電極長さLEを特定するために測定モジュール222(図2)が使用することができる関数I(T)の近似が与えられる。図2に示すように電極212内部の二つの温度測定点AおよびBのみを用いるとき、箇所x2を超えた外挿による端点特定の精度を支援するためにx軸に沿う箇所x1とx2の間の距離を大きくすることは利益となり得る。しかし、x軸に沿う箇所x1とx2の間の距離は、未知でありかつ減っていく箇所xgによって制限される。一部の実施形態では、三つ以上の温度測定点および対応する温度センサ組立体が用いられてもよい。電極212の全ての側部の断熱材215により、さらに一次元的な温度分布を作成することができる。システムの部品間の可能性のある相互作用に応じて、任意の適した断熱材215が用いられてよい。断熱材料の例としては、セラミック材料およびガラス材料などの非導電材料、例えば、ガラス、アルミナ、溶融シリカなどが挙げられる。
FIG. 3 shows an approximation of the function I (T) for temperature measured at individual points x i (i = 1, 2,..., N) using a temperature sensor assembly in a manner similar to that described above. By interpolating the point x as a function of temperature, the approximation of the
測定モジュール222(図2)は、所定の最小電極長さに近づく電極長さLEの監視も行ってよい。例えば、測定モジュール222は、電極長さLEが一つ以上の所定の最小電極長さに到達した場合、アラームを鳴らす、視覚的な指標を提供する、かつ/または運転の停止さえ行ってよい。一部の実施形態では、音声、視覚および/もしくは運転によるアラーム条件は異なっていてもよく、または所定の最小電極長さが検出されるときに異なる段階で発生してもよい。例示的な最小電極長さとしては約100mm以下でもよく、例えば約75mm以下、例えば約60mm以下、例えば約50mm以下、例えば約50mm以下でもよく、これらの間の全ての範囲および部分範囲を含んでよい。
Measurement module 222 (FIG. 2) may be carried out monitoring of the electrode length L E which approaches a predetermined minimum electrode length. For example, the
図4を参照すると、図2および図3が単一の電極ブロックを描いているのに対し、集合体250を形成する複数の電極ブロック240が設けられてもよく、各電極ブロックは、本明細書に記載のように、温度センサ組立体および接触箇所を有する。さらに、これらの複数の電極ブロックの電極長さを検出するために、図2の測定モジュール222または複数の測定モジュールを用いてもよい。
Referring to FIG. 4, whereas FIGS. 2 and 3 depict a single electrode block, a plurality of electrode blocks 240 forming an
電極の中を主に軸方向に熱が流れる一次元の温度分布が上記で議論されている。しかし、電極が比較的長い場合、例えば、電極使用の初期では、熱の流れは、一次元モデルでは正確に表されない可能性がある。コンピュータモデリングの数値計算を用いれば、電極長さLEの特定は、温度値および高温面の温度の推定値を用いて行うことができる。 The one-dimensional temperature distribution in which heat flows mainly in the electrode in the axial direction has been discussed above. However, if the electrodes are relatively long, for example, at the beginning of electrode use, the heat flow may not be accurately represented in the one-dimensional model. The use of numerical computer modeling, particular electrode length L E can be carried out using the estimated value of the temperature of the temperature value and a hot surface.
熱伝導率が、関数K(T)=K0exp(−α*T)(K0=39.4W/mK、α=0.0019K−1)によって近似することができる場合を考える。この場合、I(T)はK(T)に比例する。説明のため図5を参照すると、第一の温度センサは低温面から25mmの箇所にあり、第二のセンサは低温面から53mmの箇所にある。第一の温度センサがT1=580℃、第二の温度センサがT2=921℃を測定し、ガラス温度がTg=1525℃であれば、式(5)により、電極の長さは74mmになるだろう。 Consider the case where the thermal conductivity can be approximated by the function K (T) = K 0 exp (−α * T) (K 0 = 39.4 W / mK, α = 0.0001K −1 ). In this case, I (T) is proportional to K (T). For illustration purposes, referring to FIG. 5, the first temperature sensor is located 25 mm from the cold surface and the second sensor is located 53 mm from the cold surface. If the first temperature sensor measures T 1 = 580 ° C., the second temperature sensor measures T 2 = 921 ° C., and the glass temperature is T g = 1525 ° C., the length of the electrode is Will be 74mm.
上記の熱的長さ測定組立体および関連の方法は、電極の長さに沿って検出された温度値、温度の関数としての電極材料の熱伝導率の知識、および電極長さの指標としての電極の高温面の温度の推定値を利用することができる。有利なことに、電極長さが減少するにつれ、本明細書に記載の熱的長さ測定法の精度は向上させることができる。電極長さのオンライン測定は、溶融材料を排出して溶融運転を停止することなく監視することができる。熱的長さ測定組立体は、現在利用可能なメルタで使用されている電極に組み込むことができる。上記の熱的長さ測定組立体および関連の方法は、例えば、生成されたガラスを汚染または溶融物の性質を変化しかねない材料を溶融物に取り込むことなく電極長さを検出することができる。上記の熱的長さ測定組立体および関連の方法は、様々な種類の電極および溶融物に適用可能である。 The thermal length measurement assembly and associated method described above provides a temperature value detected along the length of the electrode, knowledge of the thermal conductivity of the electrode material as a function of temperature, and as an indicator of electrode length. An estimate of the temperature of the hot surface of the electrode can be used. Advantageously, the accuracy of the thermal length measurement method described herein can be improved as the electrode length is reduced. On-line measurement of electrode length can be monitored without discharging the molten material and stopping the melting operation. The thermal length measurement assembly can be incorporated into the electrodes used in currently available melters. The thermal length measurement assembly and associated method described above can detect electrode length without, for example, incorporating into the melt materials that can contaminate the produced glass or change the properties of the melt. . The thermal length measurement assembly and associated methods described above are applicable to various types of electrodes and melts.
本明細書に記載の実施形態には、請求の主題の精神および範囲から逸脱することなく様々な修正および変更を行うことができることは当業者には明らかであろう。したがって、かかる修正および変更が、添付の請求項およびそれらの均等物の範囲内であれば、本明細書は、本明細書に記載の様々な実施形態の当該修正および変更を包含することを意図している。 It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made to the embodiments described herein without departing from the spirit and scope of the claimed subject matter. Thus, if such modifications and changes are within the scope of the appended claims and their equivalents, this specification is intended to cover such modifications and changes of the various embodiments described herein. doing.
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。 Hereinafter, preferable embodiments of the present invention will be described in terms of items.
実施形態1
バッチ材料を溶融する装置用の電極の長さを示す方法であって、
第一の温度センサを用いて前記電極に沿って位置決めされる第一の温度測定点における温度を示す第一の信号を提供するステップと、
第二の温度センサを用いて前記電極に沿って位置決めされる第二の温度測定点における温度を示す第二の信号を提供するステップと、
前記第一および第二の信号に基づき前記電極の高温面に対する電極の長さを特定するステップと
を備える方法。
A method for indicating the length of an electrode for an apparatus for melting batch material,
Providing a first signal indicative of a temperature at a first temperature measurement point positioned along the electrode using a first temperature sensor;
Providing a second signal indicative of a temperature at a second temperature measurement point positioned along the electrode using a second temperature sensor;
Determining the length of the electrode relative to the hot surface of the electrode based on the first and second signals.
実施形態2
前記第一の温度測定点における温度を示す前記第一の信号および前記第二の温度測定点における温度を示す前記第二の信号を受信する測定モジュールであって、前記第一および第二の信号に基づいて前記電極の前記高温面に対する前記電極長さを特定する測定モジュールをさらに備える、実施形態1記載の方法。
Embodiment 2
A measurement module for receiving the first signal indicating the temperature at the first temperature measurement point and the second signal indicating the temperature at the second temperature measurement point, wherein the first and second signals 2. The method of
実施形態3
前記測定モジュールが、前記第一の温度測定点および前記第二の温度測定点の箇所情報に基づいて前記電極の前記高温面に対する前記電極長さを測定する、実施形態2記載の方法。
The method according to embodiment 2, wherein the measurement module measures the electrode length with respect to the high temperature surface of the electrode based on the location information of the first temperature measurement point and the second temperature measurement point.
実施形態4
前記測定モジュールが、前記電極の前記高温面における温度情報に基づいて当該電極の当該高温面に対する前記電極長さを測定する、実施形態3記載の方法。
Embodiment 4
4. The method of
実施形態5
前記測定モジュールが、前記電極を形成する材料の、温度の関数としての熱伝導率情報に基づいて当該電極の前記高温面に対する前記電極長さを測定する、実施形態4記載の方法。
Embodiment 5
5. The method of embodiment 4, wherein the measurement module measures the electrode length relative to the hot surface of the electrode based on thermal conductivity information as a function of temperature of the material forming the electrode.
実施形態6
前記第一の温度測定点および前記第二の温度測定点の箇所情報を前記測定モジュールのメモリに入力するステップをさらに備える、実施形態2記載の方法。
Embodiment 6
3. The method of embodiment 2, further comprising inputting location information of the first temperature measurement point and the second temperature measurement point into a memory of the measurement module.
実施形態7
前記第一の温度測定点を画定するために前記第一の温度センサを前記電極に挿入するステップと、
前記第二の温度測定点を画定するために前記第二の温度センサを前記電極に挿入するステップと
をさらに備える、実施形態1記載の方法。
Embodiment 7
Inserting the first temperature sensor into the electrode to define the first temperature measurement point;
The method of
実施形態8
第三の温度センサを用いて前記電極に沿って位置決めされる第三の温度測定点における温度を示す第三の信号を提供するステップと、
前記第一、第二および第三の信号に基づいて前記電極の前記高温面に対する前記電極長さを特定するステップと
をさらに備える、実施形態1記載の方法。
Embodiment 8
Providing a third signal indicative of a temperature at a third temperature measurement point positioned along the electrode using a third temperature sensor;
The method of
実施形態9
前記第一および第二の信号に基づいて前記電極の前記高温面に対する前記電極長さを特定する前記ステップは、当該電極を形成する材料の熱伝導率を用いる、実施形態1記載の方法。
Embodiment 9
The method of
実施形態10
容器と、
当該容器内にある電極であって、当該電極の高温面と低温面の間に軸に沿って測定される電極長さを有する電極と、
熱的長さ測定組立体と
を備えるバッチ材料を溶融する装置であって、前記熱的長さ測定組立体が、
前記電極に沿って位置決めされる第一の温度測定点における温度を示す第一の信号を提供するように配置および構成される第一の温度センサと、
前記電極に沿って位置決めされる第二の温度測定点における温度を示す第二の信号を提供するように配置および構成される第二の温度センサと
を備え、前記第一および第二の信号が、前記電極長さを特定するために使用される、装置。
A container,
An electrode in the container having an electrode length measured along the axis between the hot and cold surfaces of the electrode; and
An apparatus for melting batch material comprising a thermal length measurement assembly, wherein the thermal length measurement assembly comprises:
A first temperature sensor arranged and configured to provide a first signal indicative of a temperature at a first temperature measurement point positioned along the electrode;
A second temperature sensor arranged and configured to provide a second signal indicative of a temperature at a second temperature measurement point positioned along the electrode, wherein the first and second signals are A device used to determine the electrode length.
実施形態11
前記第一および第二の温度測定点における温度を示す前記第一および第二の信号を受信するプロセッサを含む測定モジュールであって、温度を示す前記第一および第二の信号に基づいて前記電極長さを特定する前記プロセッサによって実行可能な論理を含む測定モジュールをさらに備える、実施形態10記載の装置。
Embodiment 11
A measurement module including a processor for receiving said first and second signals indicative of temperatures at said first and second temperature measurement points, said electrodes based on said first and second signals indicative of temperature 11. The apparatus of
実施形態12
前記測定モジュールが、前記第一の温度測定点および前記第二の温度測定点の位置情報をメモリに保存するメモリ部品を備える、実施形態11記載の装置。
Embodiment 12
12. The apparatus of embodiment 11, wherein the measurement module comprises a memory component that stores location information of the first temperature measurement point and the second temperature measurement point in a memory.
実施形態13
前記電極の周りに設けられる断熱材をさらに備える、実施形態10記載の装置。
Embodiment 13
The apparatus of
実施形態14
前記電極が、当該電極の最初の長さよりも大きな幅を有する、実施形態10記載の装置。
Embodiment 14
The apparatus of
実施形態15
前記電極が、当該電極の最初の長さよりも大きな高さを有する実施形態10記載の装置。
Embodiment 15
The apparatus of
実施形態16
前記電極に沿って位置決めされる第三の温度測定点における温度を示す第三の信号を提供するように配置および構成される第三の温度センサをさらに備える実施形態10記載の装置であって、前記第一、第二および第三の信号が、前記電極長さを特定するために使用される、装置。
Embodiment 16
The apparatus of
実施形態17
バッチ材料を溶融する装置用の熱的長さ測定組立体であって、
電極に沿って位置決めされる温度測定点における温度を示す信号を提供するように配置および構成される温度センサと、
前記温度測定点における温度を示す前記信号を受信するプロセッサを含む測定モジュールであって、温度を示す前記信号に基づいて前記電極の高温面に対する電極長さを特定する前記プロセッサによって実行可能な論理を含む測定モジュールと
を備える熱的長さ測定組立体。
Embodiment 17
A thermal length measurement assembly for an apparatus for melting batch material,
A temperature sensor arranged and configured to provide a signal indicative of the temperature at a temperature measurement point positioned along the electrode;
A measurement module including a processor for receiving the signal indicative of the temperature at the temperature measurement point, the logic being executable by the processor to determine an electrode length relative to a hot surface of the electrode based on the signal indicative of temperature; A thermal length measurement assembly comprising a measurement module including.
実施形態18
前記温度センサが第一の温度センサであり、前記温度測定点が第一の温度測定点であり、前記装置が、前記電極に沿って位置決めされる第二の温度測定点における温度を示す信号を提供するように配置および構成される第二の温度センサをさらに備える、実施形態17記載の熱的長さ測定組立体。
Embodiment 18
The temperature sensor is a first temperature sensor, the temperature measurement point is a first temperature measurement point, and the device has a signal indicating a temperature at a second temperature measurement point positioned along the electrode. Embodiment 18. The thermal length measurement assembly of embodiment 17, further comprising a second temperature sensor arranged and configured to provide.
実施形態19
前記測定モジュールが、前記第一の温度測定点および前記第二の温度測定点の位置情報をメモリに保存するメモリ部品を備える、実施形態17記載の熱的長さ測定組立体。
Embodiment 19
18. The thermal length measurement assembly according to embodiment 17, wherein the measurement module comprises a memory component that stores positional information of the first temperature measurement point and the second temperature measurement point in a memory.
実施形態20
温度を示す前記信号に基づいて当該電極の前記高温面に対する前記電極長さを特定する前記プロセッサによって実行可能な前記論理が、前記電極を形成する材料の熱伝導率を用いる、実施形態17記載の熱的長さ測定組立体。
Embodiment 18 according to embodiment 17, wherein the logic executable by the processor to determine the electrode length relative to the hot surface of the electrode based on the signal indicative of temperature uses the thermal conductivity of the material forming the electrode. Thermal length measurement assembly.
100 溶融炉
105 バッチ材料
110 容器
115 入口
120 出口
125 側壁
130 底部
135、M 溶融バッチ材料
140、212 電極
200 電極組立体
202 熱的長さ測定組立体
204、206、216 温度センサ組立体
208、210、218 温度センサ
214 高温面
215 断熱材
217 低温面
220 通信線
222 測定モジュール
224 メモリ部品
226 プロセッサ部品
240 電極ブロック
250 集合体
LE 電極長さ
A、B、G 温度測定点
DESCRIPTION OF
Claims (15)
第一の温度センサを用いて前記電極に沿って位置決めされる第一の温度測定点における温度を示す第一の信号を提供するステップと、
第二の温度センサを用いて前記電極に沿って位置決めされる第二の温度測定点における温度を示す第二の信号を提供するステップと、
前記第一および第二の信号に基づき前記電極の高温面に対する電極の長さを特定するステップと
を備える方法。 A method for indicating the length of an electrode for an apparatus for melting batch material,
Providing a first signal indicative of a temperature at a first temperature measurement point positioned along the electrode using a first temperature sensor;
Providing a second signal indicative of a temperature at a second temperature measurement point positioned along the electrode using a second temperature sensor;
Determining the length of the electrode relative to the hot surface of the electrode based on the first and second signals.
前記第一、第二および第三の信号に基づいて前記電極の前記高温面に対する前記電極長さを特定するステップと
をさらに備える請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。 Providing a third signal indicative of a temperature at a third temperature measurement point positioned along the electrode using a third temperature sensor;
7. The method according to claim 1, further comprising: determining the electrode length relative to the hot surface of the electrode based on the first, second and third signals.
該容器内にある電極であって、該電極の高温面と低温面の間に軸に沿って測定される電極長さを有する電極と、
熱的長さ測定組立体と
を備えるバッチ材料を溶融する装置であって、前記熱的長さ測定組立体が、
前記電極に沿って位置決めされる第一の温度測定点における温度を示す第一の信号を提供するように配置および構成される第一の温度センサと、
前記電極に沿って位置決めされる第二の温度測定点における温度を示す第二の信号を提供するように配置および構成される第二の温度センサと
を備え、前記第一および第二の信号が、前記電極長さを特定するために使用される、装置。 A container,
An electrode in the container, the electrode having an electrode length measured along an axis between a hot surface and a cold surface of the electrode;
An apparatus for melting batch material comprising a thermal length measurement assembly, wherein the thermal length measurement assembly comprises:
A first temperature sensor arranged and configured to provide a first signal indicative of a temperature at a first temperature measurement point positioned along the electrode;
A second temperature sensor arranged and configured to provide a second signal indicative of a temperature at a second temperature measurement point positioned along the electrode, wherein the first and second signals are A device used to determine the electrode length.
電極に沿って位置決めされる温度測定点における温度を示す信号を提供するように配置および構成される温度センサと、
前記温度測定点における温度を示す前記信号を受信するプロセッサを含む測定モジュールであって、温度を示す前記信号に基づいて前記電極の高温面に対する電極長さを特定する前記プロセッサによって実行可能な論理を含む測定モジュールと
を備える熱的長さ測定組立体。 A thermal length measurement assembly for an apparatus for melting batch material,
A temperature sensor arranged and configured to provide a signal indicative of the temperature at a temperature measurement point positioned along the electrode;
A measurement module including a processor for receiving the signal indicative of the temperature at the temperature measurement point, the logic being executable by the processor to determine an electrode length relative to a hot surface of the electrode based on the signal indicative of temperature; A thermal length measurement assembly comprising a measurement module including.
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