Производство стекла — очень энергозатратный процесс за счёт необходимости поддержания высоких температур. Вдобавок нежелательные изменения температуры материала в процессе производства приводят к браку. Поэтому важно точно измерять температуру стекла на каждом этапе производственного цикла, чтобы вовремя среагировать на возможные трещины, пузырьки или пятна в стекле. Измерение температуры помогает повысить эффективность стекольных заводов за счет поддержания однородного качества и сокращения брака стеклопродукции.
Наиболее удобный способ контроля температуры стекла при высоких температурах — это использование бесконтактных инфракрасных пирометров. Они имеют широкий диапазон измерения, высоккую точность и быстрый отклик на изменения. Но самое главное — они не требуют контакта со стеклом и могут работать в жестких условиях окружающей среды.
Инфракрасные пирометры и высокотемпературные камеры AST измеряют температуру стеклянных поверхностей и расплавов стекла в специальных спектральных диапазонах, чтобы свести к минимуму влияние коэффициента излучения и, таким образом, получить правильные результаты измерений.
Что такое инфракрасный пирометр?
Инфракрасный пирометр — это тип термометра дистанционного зондирования, используемый для измерения температуры удаленных объектов. Исторически существовали различные формы пирометров. В современном использовании это устройство, которое на расстоянии определяет температуру поверхности по количеству испускаемого ею теплового излучения, процесс, известный как пирометрия, а иногда и радиометрия.
Пирометр состоит из оптической системы и детектора. Оптическая система фокусирует энергию, излучаемую тестируемым продуктом, на детекторе, который реагирует на излучение. Выходной сигнал детектора соответствует количеству энергии, излучаемой тестируемым продуктом, и реакции детектора на определенные длины волн излучения. По этому выходному сигналу можно определить температуру объектов. Коэффициент излучения объекта является важной переменной при преобразовании выходных данных детектора в точный температурный сигнал. Физика, лежащая в основе излучения, известна как закон теплового излучения Планка. ИК-диапазон находится между видимой частью спектра и радиоволнами. Длины волн ИК-излучения обычно выражаются в микронах, при этом ИК-спектр простирается от 0,7 до 1000 микрон. Для ИК-измерения температуры используется только диапазон 0,7-14 микрон.
Преимущества использования инфракрасных пирометров в стекольной промышленности
Инфракрасные пирометры играют решающую роль в процессах производства стекла, предлагая ряд преимуществ:
- Бесконтактное измерение температуры:
Инфракрасные пирометры позволяют проводить бесконтактное измерение температуры, что означает, что они могут измерять температуру стекла, не прикасаясь к нему физически. Это важно при производстве стекла, поскольку контактные методы могут нарушить производственный процесс или привести к загрязнению. - Измерение высокой температуры:
Производство стекла связано с чрезвычайно высокими температурами. Инфракрасные пирометры способны точно измерять температуру в этих экстремальных условиях, предоставляя надежные данные для управления технологическим процессом. - Быстрое время отклика:
Инфракрасные пирометры имеют быстрое время отклика, что позволяет им измерять температуру в режиме реального времени. Такая быстрая реакция имеет решающее значение для поддержания точного контроля над производственным процессом и обеспечения качества продукции. - Высокая точность измерений:
Современные инфракрасные пирометры обеспечивают высокую точность измерения температуры. Это гарантирует, что стекло нагревается или охлаждается в точном соответствии со спецификациями, требуемыми для желаемого продукта, сводя к минимуму отходы и повышая эффективность. - Универсальность:
Инфракрасные пирометры универсальны и могут использоваться на различных стадиях процесса производства стекла, включая плавку, формовку и отжиг. Они могут быть адаптированы к различным типам стекла и методам производства. - Снижение энергопотребления:
Благодаря точному измерению и контролю температуры инфракрасные пирометры способствуют повышению энергоэффективности при производстве стекла. Высокая точность помогает оптимизировать процессы нагрева и охлаждения, снижая потребление энергии и эксплуатационные расходы. - Оптимизация процесса:
Данные, предоставляемые инфракрасными пирометрами, позволяют производителям оптимизировать свои процессы для повышения качества и выхода продукции. Постоянный и точный контроль температуры необходим для достижения желаемых свойств и характеристик материала. - Контроль качества:
Инфракрасные пирометры помогают поддерживать стабильное качество продукции, обеспечивая нагрев или охлаждение стекла в заданных температурных диапазонах. Это помогает выявлять и устранять проблемы в режиме реального времени, предотвращая дефекты и обеспечивая однородность продукта. - Дистанционное зондирование:
Инфракрасные пирометры могут использоваться в системах дистанционного зондирования, позволяя измерять температуру в сложных или труднодоступных местах. Эта функция может быть особенно полезна на крупномасштабных предприятиях по производству стекла. - Безопасность:
Бесконтактное измерение температуры повышает безопасность за счет снижения риска повреждения оборудования и сведения к минимуму вероятности несчастных случаев, связанных с ручными методами контроля температуры.
Таким образом, инфракрасные пирометры являются ценными инструментами в производстве стекла, предлагая бесконтактные, точные и универсальные возможности измерения температуры, которые способствуют повышению эффективности, качества продукции и безопасности производственного процесса.
Почему длина волны или спектральный диапазон важны при выборе инфракрасного пирометра?
Длина волны или спектральный диапазон является критическим фактором при выборе инфракрасного пирометра, поскольку различные материалы излучают и поглощают инфракрасное излучение на определенных длинах волн. Способность инфракрасного пирометра точно измерять температуру зависит от его чувствительности к длинам волн, излучаемым материалом-мишенью. Вот основные причины, по которым важна длина волны или спектральный диапазон:
- Специфичность материала:
Различные материалы излучают и поглощают инфракрасное излучение с различными длинами волн. Наилучший диапазон для измерения температуры стекла составляет 5…5,14 мкм. В данном диапазоне излучение максимальное, а отражение минимально. Это позволяет стабильно и точно проводить измерения температуры поверхности. Рекомендуем использовать инфракрасный пирометр AST AL514 для данной данного типа задач, например, для измерения термополированного стекла. - Согласование коэффициента излучения:
Излучательная способность — это свойство материала, которое влияет на то, насколько эффективно объект излучает инфракрасное излучение. Инфракрасные пирометры калибруются на основе предполагаемой излучательной способности материала мишени. К примеру, стекло полностью прозрачно в диапазоне от 8 до 14 мкм. При этом отражеается порядка 20% излучения. Это позволяет использовать данный спектральный диапазон, настроив пирометр на коэффициент излучения равным 8, для контроля температуры тонких листов стекла или тары. - Предотвращение помех:
В промышленных условиях могут существовать другие источники инфракрасного излучения, которые могут создавать помехи при измерении температуры. Выбор определенного спектрального диапазона помогает свести к минимуму помехи от фонового излучения, позволяя пирометру фокусироваться на длинах волн, соответствующих целевому материалу. - Глубина проникновения:
Различные длины волн имеют различную глубину проникновения в материалы. К примеру, для измерения температуры расплавленного стекла подойдут пирометры, работающие на длине волны 1 мкм. В данном спектре свет проникает немного вглудь расплава, что позволяет узнать температуру на сантиметр ниже поверхности стекла. - Сенсорная технология:
В инфракрасных пирометрах используются различные сенсорные технологии, такие как термоэлементы или полупроводниковые детекторы, которые могут иметь различные характеристики отклика на определенные длины волн. При выборе соответствующего спектрального диапазона следует учитывать сенсорную технологию, используемую в пирометре.
Особенности применения и диапазоны температур
Интересующий температурный диапазон также влияет на выбор рабочего спектра и самого пирометра. Некоторые материалы излучают с определенными длинами волн только при определенной температуре. Важно подобрать пирометр с соответствующим спектральным диапазоном под ожидаемый диапазон температур целевого материала. Это существенно влияет на точность измерений. Для различных областей применений подходят определенные пирометры со своими рабочими спектрами в зависимости от типа измеряемых предметов. Рассмотрим несколько наиболее распространённых областей применения пирометров в стекольной промышленности.
Пирометры для термополированного стекла
Флоат-стекло (термополированное стекло) — это разновидность стекла, которое производится с помощью флоат-способа, который является наиболее широко используемым методом производства высококачественного листового стекла. Процесса производства флоат-стекла состоит из нескольких этапов, на каждом из которых важно точное измерение температуры:
Сырье
Основным сырьем для производства флоат-стекла являются кварцевый песок, кальцинированная сода, известняк и другие незначительные добавки. Эти материалы тщательно отбираются для обеспечения желаемых свойств стекла.
Плавка и рафинирование
Сырье смешивается, а затем плавится в печи при высоких температурах (около 1500-1700 °C). Это расплавленное стекло тщательно очищается от примесей.
Пирометр для измерения температуры стекла в стеклоплавильной печи: AST 450 G2
Канал
После стекловаренной печи расплавленная стеклянная масса подаётся по каналу. Важно, чтобы стекло сильно не остыло перед следующим этапом. Минимальная температура для подачи в оловянную ванну составляет 1100 °C.
Наилучшим решением для измерения температуры стекла в канале будет пирометр AST 450 G2
Плавильная оловянная ванна
Затем расплавленное стекло подается в ванну с расплавленным оловом при контролируемой температуре. Этот процесс позволяет стеклу получить равномерную толщину и высокую степень ровности. Постепенно температура стекла падает с 1100 °C на входе в ванну до 600 °C. Такой значительный перепад температур требует использования быстрых средств измерения температуры.
Поэтому рекомендуем использовать для этой задачи пирометр AST AL390 с быстрым временем отклика.
Отжиг в лер-печи
После выхода из флотационной ванны стеклянная лента проходит через лер отжига, представляющий собой длинную печь, где она медленно охлаждается до комнатной температуры. Этот процесс отжига снимает внутренние напряжения в стекле, повышая его прочность и долговечность.
Инфракрасные пирометры устанавливаются сверху по всей поверхности лер-печи в одинаковых местах для полного контроля. Рекомендуем использовать модлеь AST AL514.
Процесс производства флоат-стекла высокоэффективен и позволяет производить большие высококачественные листы стекла постоянной толщины и с превосходными оптическими качествами. Полученное стекло используется в широком спектре применений, включая окна, двери, архитектурное стекло, автомобильное стекло и различные другие изделия в строительной и обрабатывающей промышленности.
Но данный процесс требует тщательного контроля температуры, чтобы сохранить стабильное качество продукциии и повысить энергоэффективность.
Пирометры для производства тарного стекла
Тарным стеклом называют стеклянные полые изделия, предназначенные для разлива, упаковки, хранения и транспортировки различных продуктов в пищевой, химической, медицинской и парфюмерной промышленности. Это один из самых распространенных видов стеклянных изделий.
Процесс производства тарного стекла также включает несколько этапов. Ниже мы рассмотрим основные этапы, на которых важно измерять температуру стекла. А также обратим внимание в каких местах это критически важно, потому что как мы знаем, изменение температуры имеет решающее значение для вязкости стекла. Даже небольшое изменение приводит к изменению вязкости, а следовательно и к иному качеству продукции.
Плавление в печи
Как и в случае с флоат-стеклом стекольная шихта подается в печь и плавится при высоких температурах, обычно около 1700°C. Интенсивное нагревание приводит к расплавлению сырья в виде стекла. Расплавленное стекло подвергается рафинированию для удаления примесей и пузырьков. На этом этапе критически важно поддержить однородную температуру стеклянной массы.
Для этого рекомендуем применять пирометр модели AST 450 G2.
Процесс формования: дозатор (питатель)
После печи расплавленное стекло попадает в дозатор или питатель. Это также является одним из критичных мест контроля температуры, чтобы не допустить чрезмерное охлаждение стекла или неравномерности нагрева.
Рекомендуем использовать пирометр AST 450 G2 со специальным охлаждающим кожухом для защиты электроники. Его небольшая измерительная головка отлично подходит для подобных применений.
Процесс формования: стеклянная капля
Из питателя в форму подаётся капля расплавленного стекла. Далее при помощи выдувания (и/или прессования) этой капле придают желаемую форму тары. И тут также требуется контроль температуры капли, чтобы быть уверенными в толщине стенки готового изделия.
Рекомендуем двухцветный пирометр AST A450C с быстрым откликом для контроля температуры капли стекла.
Процесс формования: форма
Для данного применения рекомендуем использовать общепромышленный пирометр AST A250
Отжиг
Сформованные стеклянные изделия подвергаются процессу отжига для постепенного их охлаждения. Это контролируемое охлаждение помогает снять внутренние напряжения в стекле, повышая его прочность и долговечность.
Таким образом, понимание спектральных характеристик материала-мишени и учет таких факторов, как коэффициент излучения, помехи, глубина проникновения и атмосферные условия, необходимы при выборе спектрального диапазона для инфракрасного пирометра. Это обеспечивает точные и надежные измерения температуры в конкретных промышленных применениях.
Прокситэк обладает обширными знаниями и опытом в области контроля температуры и управления технологическими процессами. Мы предоставляем консультации, проектируем, ремонтируем и изготавливаем для наших клиентов оборудование для систем мониторинга промышленных процессов по широкому спектру отраслей промышленности.