具体实施方式

定义

“耐火部分”是指熔炉的由耐火材料制成的元件。耐火部分可以是块，也可以是块的组件，例如槽的侧壁或底板，特别是通过铸造形成的槽的侧壁或底板。耐火部分通常由熔融材料或由烧结材料制成。

通常，玻璃熔炉的耐火部分的“厚度”是在垂直于其热面的方向上测量的尺寸。例如，对于与熔融玻璃接触的槽的侧块，在针对熔融玻璃浴的基本上水平的方向上测量厚度。对于底板，厚度是在竖直方向上测量的。

“热面”是耐火部分的暴露于熔炉的在使用时容纳熔融玻璃或旨在容纳熔融玻璃的空间的面。热面可以与熔融玻璃和/或与在熔融玻璃上方延伸的气态环境接触或旨在与其接触。因此，热面是耐火部分的经受或旨在经受最高温度的面。玻璃熔化槽的侧壁的块的所有热面也可以引申开来一起称为“热面”。底板的上表面也可以称为“热面”。

为了清楚起见，使用形容词“热”。在熔炉投入使用之前，“热”面是投入使用后要经受最高温度的面。

除非另有说明，否则“深度”是垂直于热面朝向耐火部分的内部测量的。

“波导”是指不同于耐火部分的用于引导电磁波、特别是可见频率的波的任何装置。

为了评估两个测量部分是否相交，垂直于热面观察这些测量部分。

“包括”、“具有”或“包含”应以广义的非限制性方式来解释。

详细描述

块内的波导

如图1所示，根据本发明的熔炉包括熔炉耐火部分(在此情况下是耐火块10)、波导(在此情况下是光纤12)、以及询问器14。

耐火块可以是玻璃熔炉槽的侧块，但是本发明不限于这种侧块。

块的形状不受限制。在所示的实施方式中，它采取大体上矩形平行六面体的形状，并限定大的热面16_c和与热面16_c相对的大的冷面16_f。厚度“e”用于指热面和冷面之间的距离。

耐火块优选地由耐受高于500℃、或甚至600℃、或甚至1000℃的温度的材料制成。

可以使用常规玻璃熔炉中使用的任何耐火块。特别地，每个耐火块可以由熔融材料制成。

对于耐火块重量的超过90％，耐火块可以由一种或多种选自由ZrO₂、Al₂O₃、SiO₂、Cr₂O₃、Y₂O₃和CeO₂组成的组的氧化物组成。耐火块优选包含超过90％的ZrO₂、Al₂O₃和SiO₂。在一个实施方式中，该块具有超过15％的ZrO₂、优选地26％至95％的ZrO₂。对于总计超过90％、优选超过95％，其组成通常为：26％至40％的ZrO₂；40％至60％的Al₂O₃；5％至35％的SiO₂。玻璃相约占5％至50％、优选10％至40％。优选地，该玻璃相是硅酸盐相，其Na₂O的重量比例低于20％、优选地低于10％，和/或其Al₂O₃的重量比例低于30％。

通常，所有百分比均基于氧化物按重量计。优选地，氧化物占耐火块的重量的超过90％、优选地超过95％、优选地超过98％。

光纤12优选地由玻璃或蓝宝石制成。有利地，如果块10的腐蚀导致光纤暴露于槽的内部，则由玻璃制成的光纤的侵袭不导致熔融玻璃的污染。由蓝宝石制成的光纤非常适合高温区域。

光纤的直径优选小于200μm、优选小于150μm。有利地，光纤的存在基本上不影响块的机械性能。

光纤12在近端12_p和远端12_d之间延伸。光纤12的近端12_p或“输入端”连接至询问器14。

远端12_d优选在块10内部。特别地，远端12_d距离热面16_c优选小于10cm、小于5cm、小于2cm、小于1cm。

光纤12在近端12_p通过开口18离开块10、优选地经由冷面12_f通过开口18离开块10。

在一个优选实施方式中，如图所示，光纤12的在块10内部延伸的部分或“测量部分20”直线地延伸，优选地平行于块的厚度方向延伸。

然而，该实施方式不是限制性的。测量部分可以例如基本上平行于热面延伸。然而，如在说明书中关于应用于炉底的部分中将更详细地看到的，当布置在该位置的传感器停止运行时，则不再能够测量块的局部耗损。

测量部分包括一个、优选多个传感器22_i。沿着光纤12的两个连续的传感器22_i之间的距离可以是恒定的或可变的。该距离优选小于10cm、5cm、3cm或1cm。由此提高了询问器提供的信息的精度。

优选地，传感器、优选地每个传感器是光纤结构的局部修改，其反射从询问器接收的信号的至少一部分。

在一个实施方式中，光纤具有仅一个传感器，该传感器反射询问信号I的至少一部分。

在一个实施方式中，光纤包括多个传感器，每个传感器反射询问信号I的一部分并且允许另一部分通过，使其可以到达布置在下游的一个或多个其他传感器。每个运行的传感器因此响应询问信号，这使得可以使用单个光纤获得来自块的不同区域、特别是在不同深度的信息。具体地，如果传感器没有响应，则询问器可以由此推断该传感器由于更大的暴露于温度而被损坏，因此可以推断传感器和热面之间的剩余厚度已经减小。

如果传感器平行于热面延伸，则因此可以检测热面的不同区域中的耗损。

如果传感器垂直于热面延伸，则可以通过识别仍在运行中的传感器(即未因温度过高而损坏的传感器)来测量耗损水平。

为了确定响应信号的来源，询问器可以使用发射询问信号的时间与接收到响应信号的时间之差。

如图3所示，每个传感器还可以仅反射询问器14注入的询问信号I的频谱的一部分(图3a中的频率λ)(在图3a、图3b和图3c中，“P”表示信号强度)。因此，仅分析接收到的信号的频率就可以确定响应信号的来源。因此，在图3b中，每个传感器22_i返回以对其是特定的频率λ_i为中心的频谱。因此，以频率λ_i为中心的峰的存在使得询问器推断出传感器22_i的存在。

传感器可用于返回二进制响应、特别是指示其处于运行中或未处于运行中。则它充当检测器。

传感器可用于返回根据温度修改的响应信号。则它充当测量传感器。

传感器22_i、优选地每个传感器22_i是布拉格光栅。

带有布拉格光栅的光纤在不同于玻璃熔炉的应用中是已知的。

响应于询问器14经由光纤的近端注入的询问信号I，每个布拉格光栅22_i返回对其是特定的响应信号R_i。有利地，布拉格光栅因此可以作为用于检测布拉格光栅经受超过阈值的温度而导致其损坏的情况的出现的装置，从而充当检测器。因此，定向成从耐火部分的热面离开的光纤的多个布拉格光栅使得可以分阶段测量该耐火部分的耗损。

布拉格光栅还具有发送响应信号的优点，该响应信号依赖于布拉格光栅所经受的温度。更具体地，每个布拉格光栅充当在对其是特定的波长下的光反射器。然而，布拉格光栅的加热导致该波长改变。当然，确定特定于各个布拉格光栅的波长，以避免对响应信号的来源的任何不明确。在已识别该来源之后，询问器可以确定波长的变化，或者以等效方式确定频率的变化，以便确定所讨论的布拉格光栅的温度或该温度的精细变化。

图3c示出传感器是布拉格光栅的特定情况。响应于询问信号，传感器22_i可以分别返回在环境温度下的以频率λ_i为中心的响应信号(图2b)以及以相对于频率λ_i偏移的频率λ_i’为中心的响应信号，该偏移取决于传感器22_i的温度。在图3c中，以频率λ_i为中心的峰如虚线所示，以频率λ_i’为中心的峰如实线所示。

有利地，借助于布拉格光栅的温度测量对电磁干扰不敏感。

因此，布拉格光栅不仅可以用作确定温度是否已经超过阈值的检测器，而且还可以用作用于测量局部温度或该温度的变化的装置。

询问器14优选地布置在距耐火部分的热面的一定距离处，更优选地在距耐火部分的冷面的一定距离处。尤其可以将其布置成抵靠耐火部分的冷面。

在一个实施方式中，询问器在靠着耐火部分的冷面延伸的绝缘层的外侧。有利地，询问器因此被很好地保护免受高温。

询问器14是电子设备，其通常包括收发器26和控制模块28。

收发器26适合于将询问信号I(例如光信号)作为输入信息发送到光纤12，并且适合于接收从一个或多个传感器22_i接收到的一个或多个响应信号R_i。

控制模块28通常包括处理器和存储器，计算机程序被加载到该存储器中。使用该计算机程序，处理器可以控制询问信号的传输并分析接收到的信号，以识别已响应的传感器。

优选地，计算机程序还使得能够(特别是当传感器是布拉格光栅时)测量由布拉格光栅的局部温度引起的频移，并因此评估温度和/或相对于先前测量的温度的变化。

制造

可以使用各种技术将光纤12的测量部分结合到耐火部分中，尤其是结合到块10中。

在一个实施方式中，耐火部分围绕纤维12形成。然而，光纤的耐热性是有限的。因此，该方法很好地适合于当通过烧结、特别是通过在低温下(通常在低于1200℃的保持温度下)烧结来生产耐火部分时。这种方法尤其可以包括以下步骤：

a)布置光纤，使得测量部分延伸到模具中；

b)准备起始进料并将所述起始进料倒入模具中，使得所述测量部分嵌入所述起始进料中，并且任选地压缩所述起始进料，以获得预制件；

c)在优选400℃至1200℃的温度下烧结预制件。

这种方法有利地允许光纤和耐火部分之间的紧密接触，这允许良好的热交换，并且限制了当测量部分向槽内部敞开时熔融玻璃沿着测量部分渗入的风险。

作为步骤b)和步骤c)的替选，可以将熔融材料浴倒入模具中，以制造熔融产品。

在一个实施方式中，在制造块之后，将光纤插入到在制造耐火部分、特别是块的过程中形成的隔室中。

隔室优选地呈管状。

隔室(无论是直线的或不是直线的、或无论是一端不通的还是一直贯穿的)优选地具有与光纤基本相同的内径，但是为了允许插入光纤，隔室的内径稍大。

优选地，隔室的外径与光纤的直径之差小于光纤的直径的20％、优选地小于光纤的直径的10％。

在一个实施方式中，隔室(优选地是一端不通的隔室)被构造成在耐火部分的厚度的方向上不贯通耐火部分。因此，在插入到隔室中之后，远端12_d不到达热面16_c。

在另一个实施方式中，隔室贯通耐火部分以便在两个面之间延伸，优选在热面和冷面之间延伸。

隔室可以根据包括以下步骤的方法来制造：

A)在模具内布置临时部件，该临时部件被配置成在制造耐火部分并去除临时部件之后，为用于容纳波导的所述测量部分的隔室留出空间；

B)准备起始进料，并将所述起始进料引入模具中，使得所述临时部件独自地嵌入起始进料中，以获得预制件；

C)硬化所述预制件，以形成耐火部分；

D)去除临时部件，以在耐火部分中形成所述隔室；

E)将耐火部分与熔炉的其他组成元件组装在一起，并且在所述组装之前或之后，将测量部分引入隔室中并将询问器连接至波导的输入端。

模具可以是用于生产块(例如大于1kg和/或小于50kg的块)的模具。优选地，然后在至少部分地组装熔炉的包括块的部分之后、例如在组装熔炉的槽的侧壁之后，将测量部分插入到隔室中。

模具可以是旨在被填充以形成底板的区域。

优选地，临时部件采取线材的形式。

隔室可以根据包括以下步骤的方法来形成：

a’)在模具内布置线材；

b’)在模具中形成耐火部分；

c’)去除线材，留下隔室。

线材可以延伸穿过模具，以便在从所生产的耐火部分中去除之后形成盲孔或通孔。

线材例如可以由钼制成。优选地，线材覆盖有不粘涂层，例如六方氮化硼或石墨，这有助于将其从块中去除。

耐火部分可以由熔融材料或烧结材料制成。

有利地，当将耐火部分熔融时，它在其冷却过程中收缩，这有利于线材的剥离。

线材也可以是“牺牲性的”，即由在生产块之后可以例如机械地或通过化学侵蚀而被破坏的材料制成。

运行

运行直接根据以上描述进行。

在第一实施方式中，传感器充当检测器。

如图2a所示，每个传感器22_i(标识“i”是传感器的识别编号)最初(t＝t₀)处于其可以承受其所经受的温度的位置。响应于由询问器14的收发器26作为输入信息引入至光纤的询问信号I，传感器(例如通过反射一部分询问信号)返回响应信号R_i。

收发器26接收该响应信号并将其发送至控制模块28。

控制模型28分析接收到的信号，并且如果检测到所述响应信号，则从中推断出响应信号所起源的传感器22_i仍是运行的。

然后，控制模块28发送包含信息(根据该信息，传感器是运行的)的消息M。该消息可以被发送到中央计算机和/或被呈现给操作员，例如在屏幕上和/或通过激活光和/或通过发射声音信号来呈现给操作员。

在腐蚀作用下，块的厚度减小，直到在时间t＝t₁时达到厚度e₁(图2b)。传感器22₁被认为是最接近熔融玻璃V的传感器。在时间t₁，将传感器22₁与熔融玻璃V分开的块的材料厚度减小，使得传感器22₁经受造成其损坏的温度。

控制模块28注意到，响应于询问信号的发送，不存在传感器22₁的响应信号R₁。于是可以由此推断出该传感器已经被损坏，因此间接地推断出将该传感器与槽内部隔开的块的材料厚度已经减小。

然后，可以将相应的消息M发送到中央计算机和/或操作员，或者不发送消息。

传感器22₁的损坏时间t₁取决于该传感器的性质。在一个实施方式中，如图2b所示，传感器在暴露于熔融玻璃之前被损坏。在另一个实施方式中，传感器保持运行直到其暴露于槽的内部，特别是直到其与熔融玻璃接触。

在一个优选实施方式中，如图所示，光纤的测量部分20包括多个传感器22_i。未被损坏的传感器响应于询问信号I的传输，返回各自的响应信号。控制模块分析所有接收到的响应信号R_i，识别在这些响应信号的来源处的传感器22_i，检测没有响应的传感器，因此由此推断出块的腐蚀状态，即评估厚度减小的程度。

控制模块可以特别地评估自初始时间t₀以来已经去除的块的厚度。它也可以从传感器22_i停止响应询问信号I的时间t₁来测量块的耗损速率。

在一个优选实施方式中，传感器中的至少一些、优选地每个传感器22_i是测量传感器，能够在其返回的响应信号中提供对其所经受的温度的定量指示。特别地，传感器可以是布拉格光栅。由于腐蚀作用减小块的厚度，因此传感器返回的响应信号的频率改变。该改变有利地使得可以确定温度的局部变化。

布置在两个块之间的波导

光纤不一定要整合到块中，也可以整合在两个相邻块之间。优选地，它被容纳在形成在块的表面中的凹槽中，以便不突出。更优选地，将其固定在凹槽中、优选地使用耐火水泥、优选地通过水泥点将其固定在凹槽中，以便适应在其之间延伸有光纤的块中的膨胀变化。

底板中的波导

上面针对耐火块描述的特征适用于底板30。相反地，以下针对底板描述的特征适用于耐火块。

特别地，当耐火部分是底板时，波导、优选地光纤可以基本上平行于热面延伸，即基本上平行于底板的与熔融玻璃接触的面延伸(图4至图7)。

优选地，在底板中存在光纤网络，优选地以一组或多组平行光纤的形式，例如以两组32和34的形式在底板中存在光纤网络，其测量部分以直角定向(从上方看)，如图4所示。

所有的光纤可以在同一平面内延伸。替选地，一些光纤可以布置在底板的不同深度处，特别是以叠置的光纤片层(optical fiber sheet)的形式布置在底板的不同深度处(图5至图7)。

优选地，传感器的密度为每平方米底板热面大于3个传感器、优选地大于10个传感器、优选地大于50个传感器、优选地大于100个传感器。

优选地，第一询问器14₁和第二询问器14₂分别布置在每根光纤的输入端和输出端，即分别布置在它们的近端12_p和远端12_d。为了清楚起见，在图4中仅示出了第一光纤12的第一询问器14₁和第二询问器14₂。

因此，第二询问器接收由第一询问器注入的询问信号I的未被光纤的各个传感器反射的部分。例如，如果光纤仅包括三个传感器，并且如果询问信号和响应信号是图3a和图3b的那些，则第二询问器接收类似于图3d所示的信号。

因此，两个询问器具有使得可以识别已经响应的传感器的信号，并且如果传感器是测量传感器(例如布拉格光栅)，则两个询问器具有使得可以评估每个传感器的温度或温度变化的信号。

优选地，第二询问器也可以发送询问信号。

两个询问器的存在有利地使得在光纤断裂的情况下可以获得与断裂区域的任一侧上的传感器有关的信息。因此，提高了设备的稳健性。

该运行类似于描述用于耐火块的运行。

在一个实施方式中，传感器充当检测器，并且响应于由第一询问器14₁作为输入信息引入至光纤的询问信号I，每个传感器返回各自的响应信号。在底板腐蚀或裂缝出现的影响下，底板的厚度会减小，接近于传感器，这增加传感器所经受的温度，直到导致其停止运行的值为止。第一询问器和/或第二询问器注意到，响应于询问信号的传输，在它们接收的信号中不存在传感器的特征信号。于是询问器可以从中推断出该传感器已经损坏，因此间接地推断出将该传感器与槽内部隔开的块的底板材料的厚度已经减小。然后，询问器可以将相应的消息发送到中央计算机和/或操作员。

如果温度损坏了光纤，使得来自第一询问器的信号无法越过传感器，例如因为光纤已断裂，则第一询问器不再接收来自受损传感器下游(即位于该受损传感器和第二询问器之间)的传感器的任何信息。

则第二询问器可以通过注入询问信号并通过分析这些下游传感器返回的信号来询问这些下游传感器。第一询问器可以通过注入询问信号并通过分析上游传感器返回的信号来继续询问这些上游传感器。因此，传感器的损坏对光纤的运行具有有限的影响。

在一个优选的实施方式中，传感器中的至少一些、优选地每个传感器是测量传感器，能够在其返回的响应信号中提供对其所经受的温度的定量指示。特别地，传感器可以是布拉格光栅。随着底板厚度减小，传感器返回的响应信号的频率改变。该改变有利地使得可以确定温度的局部变化。有利地，因此特别地可以检测传感器温度的异常变化，并在传感器损坏之前可以进行干预。

在一个实施方式中，至少两个光纤或等效地两段光纤在不同的深度相交，该深度是垂直于热面从热面开始测量的。

如图5所示，上光纤12s的上传感器22s_i和下光纤12i的下传感器22i_i可以在底板的厚度方向上叠置，下光纤是比上光纤距离热面更远的光纤。

因此，在损坏上传感器之后，可以使用下传感器获得有关局部温度的信息。

在图5中，上片层40s包括上光纤12s_j，下片层40i包括下光纤12i_j’，标识j和j’分别表示上片层40s和下片层40i中的光纤数。上光纤12s_j和下光纤12i_j’分别在平行于底板的热面16_c的上平面P_s和下平面P_i中延伸，上平面P_s和下平面P_i的深度分别为p_s和p_i。

在一个实施方式中，上光纤12s_j在上方向Ds上彼此平行。

在一个实施方式中，下光纤12i_j’在下方向Di上彼此平行。

上方向和下方向可以彼此垂直。从上方看，上光纤12s_j和下光纤12i_j’因此形成如图4所示的正方形网格或矩形网格。“上传感器”22s_i是并入到上光纤中的那些传感器，“下传感器”22i_i’是并入到下光纤中的那些传感器。

从上方看，在每个相交处，在上光纤和下光纤之间，上传感器(图5中的空心三角形)布置在上光纤上，下传感器(图5中的实心三角形)布置在下光纤上。因此，在每个相交处，在基本上垂直于热面的方向上，即基本竖直的方向(虚线)上，对齐多个传感器。

图5的实施方式的运行类似于其中光纤包括多个传感器并且垂直于热面延伸的实施方式的运行。但是，必须利用由多个光纤反射的信号。

在一个实施方式中，传感器充当检测器，并且每个传感器最初处于其可以承受其所经受的温度的位置。响应于由询问器作为输入信息引入至包含传感器的光纤的询问信号，该传感器返回响应信号，例如通过反射一部分询问信号来返回响应信号。询问器分析接收到的信号，并且如果检测到所述响应信号，则从中推断出响应信号所源自的传感器仍在运行。

在耗损的影响下，底板的厚度减小，直到达到使传感器停止运行的厚度。询问器可以据此推断出将传感器与槽的内部隔开的底板的材料厚度已经减小。

但是，在处于停用状态的传感器下方的传感器仍处于运行状态，并将响应信号返回给对其进行询问的询问器。

底板的耗损会继续。随着耗损增加，叠置的传感器逐渐停止运行。由于知道叠置的传感器的身份，因此有利地可以评估在热面(在该热面下方叠置有多个传感器)的每个点处底板厚度减小的程度。出于此目的，中央计算机可以收集来自各个询问器的消息，并且在知道传感器的空间分布的情况下，由此推断出底板的耗损概况。

在一个优选实施方式中，传感器中的至少一些、优选地每个传感器是测量传感器，能够在其返回的响应信号中提供对其所经受的温度的定量指示。特别地，传感器可以是布拉格光栅。由于腐蚀作用减小底板的厚度，因此传感器返回的响应信号的频率改变。该改变有利地使得可以精确地确定温度的局部变化。

片层的数量没有限制。优选地，片层的密度为每10厘米底板厚度超过1个片层、优选超过2个片层、优选超过3个片层。

上纤维可以与下纤维形成任何角度。

例如，在图6中，所有纤维都彼此平行定向。

叠置的传感器可属于自身折叠的同一光纤，如图7所示。这些则是同一光纤的可以在不同深度的段。

针对底板所描述的实施方式可适用于熔炉的其他部分，并且尤其适用于熔炉的槽的侧壁。

显而易见，本发明提供了一种解决方案，其使得可以更精确地且实时地评估玻璃熔炉的耐火部分的剩余厚度。

当然，本发明不限于仅以举例说明的方式提供的所描述和示出的实施方式。

特别地，本发明不限于作为波导的光纤。由玻璃制成的光纤是优选的，因为它排除了污染熔融玻璃的风险。然而，可以设想其他波导。然而，优选地，波导采用纤维的形式，该纤维的直径优选地小于200微米。

适用于光纤并在本说明书中描述的所有特征均适用于另一种类型的波导。

适用于耐火块并在本说明书中描述的所有特征均适用于另一种类型的耐火部分。

耐火部分中的波导的数量、其布置、连接至询问器的波导的数量、以及耐火部分的形状没有限制。

块的热面不必与熔融玻璃浴完全接触。块的热面甚至可以不与熔融玻璃接触，而仅暴露于该浴上方的气态环境。

本发明也不仅限于玻璃熔炉的槽。耐火部分可以例如是进料器的块、上部结构部件(充填砖、顶部块等)、成形部件(边缘部等)或喉块。