贵金属料道加热装置及方法

摘要

本发明涉及一种在平板玻璃制造过程中使用的达到向成型区提供高品质的玻璃的贵金属料道加热装置及方法，包括玻璃液上提区、澄清区、搅拌区、冷却区、供料区、给各区加热的加热控制单元以及测量各区温度的测量装置，在搅拌区中设有直接电加热装置，直接电加热装置为连接在贵金属管壁上的直流低电压高电流的加热控制单元，在冷却区和供料区中设有间接电加热装置，间接电加热装置是指在贵金属料道管壁外部缠绕贵金属加热丝或者在贵金属料道管壁外部贴有碳化硅加热板，贵金属加热丝或碳化硅加热板与加热控制单元相连，在上提区和澄清区中设有混合电加热装置，具有减少污染、节省能源、提高生产效率、玻璃质量高的优点。

权利要求

1.一种贵金属料道的加热装置，包括与熔化池(1)相接通的玻璃液上提区(2)、与上提区(2)相接通的澄清区(3)、与澄清区(3)相接通的搅拌区(4)、与搅拌区(4)相接通的冷却区(5)、与冷却区(5)相接通的供料区(6)、负责给各区加热的加热控制单元(7)以及测量各区内温度的测量装置(8)，其特征在于：在搅拌区(4)中设置有直接电加热装置，直接电加热装置为直接连接在贵金属管壁上的直流低电压高电流的加热控制单元(7)，在冷却区(5)和供料区(6)中设置有间接电加热装置，间接电加热装置是指在贵金属料道管壁外部缠绕贵金属加热丝或者在贵金属料道管壁外部贴有碳化硅加热板，贵金属加热丝或碳化硅加热板与加热控制单元(7)相连接，在上提区(2)和澄清区(3)中设置有混合电加热装置，混合电加热装置是在贵金属料道管壁上同时设置上述的直接电加热装置和间接电加热装置。

2.根据权利要求1所述的贵金属料道的加热装置，其特征在于：所述的贵金属料道各加热区的被加热贵金属料道的管壁厚度不小于0.2mm。

3.根据权利要求1所述的贵金属料道的加热装置，其特征在于：所述的贵金属料道加热区由贵金属铂、钯中的一种或其合金中的任一种制作而成。

4.根据权利要求1所述的贵金属料道的加热装置，其特征在于：各区的加热控制单元(7)采用电加热可调节功率调节器控制方式，每个加热单元(7)和不少于一个的温度测量装置(8)共同组成加热闭环控制单元。

5.一种贵金属料道的加热方法，其特征在于：在该贵金属料道的不同区段采用不同的加热方式，具体如下：

1)、在与熔化池(1)相接通的玻璃液上提区(2)、与上提区(2)相接通的澄清区(3)中采用混合电加热方式，

2)、在与澄清区(3)相接通的搅拌区(4)中采用直接电加热方式，直接电加热方式是指直接给贵金属管壁通直流低电压高电流的方式来实现，

3)、在与搅拌区(4)相接通的冷却区(5)和与冷却区(5)相接通的供料区(6)中采用间接电加热方式，间接电加热方式是指在料道管壁外部缠绕贵金属加热丝或者在料道管壁外部贴有碳化硅加热板，并通直流低电压高电流来实现加热。

说明书

贵金属料道加热装置及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种在平板玻璃制造过程中使用的达到向成型区提供高品质的玻璃的目的的贵金属料道加热装置及方法。

背景技术

[0002] 料道是连接玻璃池炉与成型装置之间的通道，流通内部的玻璃液经过澄清、搅拌、冷却、再澄清、温度梯度调节控制后，而获得均匀的稳定的玻璃可供成型批量生产。料道的工作状况直接影响成型玻璃液流的质量和出料量，尤其是在生产特种玻璃，特别是在生产液晶平板玻璃时更为重要，如果没有理想的料道及可靠的加热工艺和方法要想获得稳定生产是不可能的。

[0003] 到达成型玻璃液的工艺参数在很大程度上取决于料道中玻璃液的均匀致性，其中热均匀性可用玻璃液水平方向和垂直方向的温度梯度来表示。在普通的耐材料道中大多采用的是煤气和油加热方式，那么对于目前的高质量要求的特种玻璃在采用贵金属材质的料道的情况下，那些普通的加热方式并不能满足生产需求，长期的实践经验证明，对于高生产率、高质量玻璃制品的成型料道中玻璃液横截面的温度差必须控制在±1.5℃之内。显而易见，在煤气或油加热的料道中，这种要求是不可能达到的，随着平板薄膜制品玻璃的生产和机速的提高，料道的温度控制变得非常严格，为此就引入了电加热工艺方式。

[0004] 1.对料道的要求：

[0005] 1)、保证供料：玻璃液在料道内的流动的动力是靠池炉1和供料区6之间的液位差来提供的，当料道截面积越小，长度越长，玻璃液黏度越大，流速越高时，池炉1和供料区6之间的液面高度差越大。这一位差可由几十厘米到儿百厘米不等。一般情况前三种因素在玻璃品种不变的已经建设好的料道中是无法调节的，此时供料区中的玻璃量只与出料量有关。如果供料区中玻璃液存量太少时，成型装置不能正常得到玻璃液供应量，就不能保证生产的正常运行。

[0006] 2)、使供料区温度达到要求的成型温度：池炉1中玻璃液温度比成型温度要高的多，所以料道必须使玻璃液平衡降温。由于制品的生产效率不同，成型要求温差可达15℃左右，所以料道的降温能力应是可调节的。表1列出了不同速度的溢流下拉平板玻璃要求供料区提供的玻璃液温度。

[0007]

[0008] 3)、使供料温度稳定：供料区温度变化会直接使成型机溢流无法正常生产。对于高硼硅酸盐玻璃在1250℃时，温度变化2℃会造成黏度改变5％，出料量变化3％，这样会使所有产品成批报废。因此要求料道的温度必须保证稳定，一般要求供料温度在一个班之内的变化为±1.5℃。当然成型拉引速度越高，对料道温度稳定性要求越高。

[0009] 4)、使供料温度均匀：只有供料温度均匀才能保证产品制品均匀，当供料区处温差超过3℃时就会出现明显波纹、拉痕等玻璃缺陷形成。

[0010] 5)、使料道内的玻璃液进一步澄清：在特殊平板玻璃制品中，贵金属料道也有一个更加重要的功用，那就是进一步使玻璃液在内部澄清，有效排除玻璃液内的微泡，这样就需要在水平方向和施加一个温度梯度，让之按照一定的工艺要求进行进一步澄清、均化。

[0011] 6)、使料道内的玻璃液消除条纹：另外一个贵金属料道的功用就是通过增加搅拌区来使玻璃液进一步均匀，使很细小的条纹得以消除，这样就要求在此区玻璃液有一个垂直方向的温度梯度，它是靠此区的搅拌工艺、温度调节工艺来共同实现的。

[0012] 综上所述，制定一套高可靠性、高性能的贵金属料道加热装置及方法在平板玻璃基板的生产过程中是十分重要的。传统的加热方式并不能满足贵金属料道的生产要求。

发明内容

[0013] 本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足而提供一种可以满足特种平板玻璃特别是TFT-LCD玻璃生产工艺的高质量要求，达到减少污染、节省能源、提高生产效率的目的的贵金属料道加热装置及方法。

[0014] 本发明的目的是这样实现的：

[0015] 一种贵金属料道的加热装置，包括与熔化池相接通的玻璃液上提区、与上提区相接通的澄清区、与澄清区相接通的搅拌区、与搅拌区相接通的冷却区、与冷却区相接通的供料区、负责给各区加热的加热控制单元以及测量各区内温度的测量装置，其特征在于：

[0016] 在搅拌区中设置有直接电加热装置，直接电加热装置为直接连接在贵金属管壁上的直流低电压高电流的加热控制单元，

[0017] 在冷却区和供料区中设置有间接电加热装置，间接电加热装置是指在贵金属料道管壁外部缠绕贵金属加热丝或者在贵金属料道管壁外部贴有碳化硅加热板，贵金属加热丝或碳化硅加热板与加热控制单元(7)相连接，

[0018] 在上提区和澄清区中设置有混合电加热装置，混合电加热装置是在贵金属料道管壁上同时设置上述的直接电加热装置和间接电加热装置。

[0019] 所述的贵金属料道各加热区的被加热贵金属料道的管壁厚度不小于0.2mm。

[0020] 所述的贵金属料道加热区由贵金属铂、钯、钌、铑、铱中的一种或其合金中的任一种制作而成。

[0021] 各区的加热控制单元采用电加热可调节功率调节器控制方式，每个加热单元和不少于一个的温度测量装置共同组成加热闭环控制单元。

[0022] 一种贵金属料道的加热方法，其特征在于：在该贵金属料道的不同区段采用不同的加热方式，具体如下：

[0023] 1)、在与熔化池相接通的玻璃液上提区、与上提区相接通的澄清区中采用混合电加热方式，

[0024] 2)、在与澄清区相接通的搅拌区中采用直接电加热方式，直接电加热方式是指直接给贵金属管壁通直流低电压高电流的方式来实现，

[0025] 3)、在与搅拌区相接通的冷却区和与冷却区相接通的供料区中采用间接电加热方式，间接电加热方式是指在料道管壁外部缠绕贵金属加热丝或者在料道管壁外部贴有碳化硅加热板，并通直流低电压高电流来实现加热。

[0026] 本发明具有如下积极效果：

[0027] 1、本发明一项重要作用就是在平板玻璃料道领域创造出一套混合电加热装置及方法，在此料道里面使从池炉来的玻璃液可加热至1500℃而再次澄清、搅拌、冷却、温度梯度调节、温度工艺更加优化，最终达到向成型提供优质玻璃熔液的目的。

[0028] 2、本发明的另外一个方面就是在温度梯度调解过程中的电加热闭环控制调解功能强大，众所周知在液晶平板玻璃制造过程中在贵金属料道段玻璃液的温度梯度工艺要求复杂多变，而且温度控制范围较大可以从1250℃——1550℃之间进行调解；为此也对电功调解单元提出较高的技术要求，使在24VDC稳压控制的情况下要求调解电流可高达3000A。

[0029] 3、采用电加热工艺可以解决传统方式的缺陷，在节约生产成本，减少能耗，降低污染的情况下满足了生产需求。随着电助熔技术的发展，贵金属料道也完全可以采用完全电熔技术。

附图说明

[0030] 图1为本发明的贵金属料道的加热装置的结构示意图。

[0031] 图2为本发明的贵金属料道的混合电加热装置的结构示意图。

[0032] 图3为本发明的贵金属料道的间接电加热装置的结构示意图。

具体实施方式

[0033] 下面结合图1、2、3举例说明本发明的实施方法。

[0034] 一种贵金属料道的加热装置，包括与熔化池1相接通的玻璃液上提区2、与上提区2相接通的澄清区3、与澄清区3相接通的搅拌区4、与搅拌区4相接通的冷却区5、与冷却区5相接通的供料区6、负责给各区加热的加热控制单元7以及测量各区内温度的测量装置
8，其特征在于：

[0035] 在搅拌区4中设置有直接电加热装置，直接电加热装置为直接连接在贵金属管壁上的直流低电压高电流的加热控制单元7，

[0036] 在冷却区5和供料区6中设置有间接电加热装置，间接电加热装置是指在贵金属料道管壁外部缠绕贵金属加热丝或者在贵金属料道管壁外部贴有碳化硅加热板，贵金属加热丝或碳化硅加热板与加热控制单元7相连接，

[0037] 在上提区2和澄清区3中设置有混合电加热装置，混合电加热装置是在贵金属料道管壁上同时设置上述的直接电加热装置和间接电加热装置。

[0038] 所述的贵金属料道各加热区的被加热贵金属料道的管壁厚度不小于0.2mm。

[0039] 所述的贵金属料道加热区由贵金属铂、钯、钌、铑、铱中的一种或其合金中的任一种制作而成。

[0040] 各区的加热控制单元7采用电加热可调节功率调节器控制方式，每个加热单元7和不少于一个的温度测量装置8共同组成加热闭环控制单元。

[0041] 一种贵金属料道的加热方法，其特征在于：在该贵金属料道的不同区段采用不同的加热方式，具体如下：

[0042] 1)、在与熔化池1相接通的玻璃液上提区2、与上提区2相接通的澄清区3中采用混合电加热方式，

[0043] 2)、在与澄清区3相接通的搅拌区4中采用直接电加热方式，直接电加热方式是指直接给贵金属管壁通直流低电压高电流的方式来实现，

[0044] 3)、在与搅拌区4相接通的冷却区5和与冷却区5相接通的供料区6中采用间接电加热方式，间接电加热方式是指在料道管壁外部缠绕贵金属加热丝或者在料道管壁外部贴有碳化硅加热板，并通直流低电压高电流来实现加热。

[0045] 1.电加热方式的选择：

[0046] 本发明的直接电加热方式是采用直接给贵金属管壁通直流低电压高电流的方式来实现(如图2)所示的加热单元01和02部分；间接加热方式采用贵金属外围缠绕贵金属丝05(如图2所示的加热单元03和04部分)或管壁(001)外贴碳化硅板(002)而通直流低电压高电流来实现加热(图3所示)。

[0047] 如图1所示，在池炉出口到澄清区之间的玻璃液上体区有如下特殊要求：

[0048] (1)在贵金属料道维修时需要大幅度降温

[0049] (2)在正常生产时需要大幅度升温

[0050] 由于以上两点要求就决定了在此区域必须采用调解范围较大的混合电加热方式，它在降温时可以保证玻璃液可以黏度增加直道人为控制不流动为止，当它升温时必须保证可将池炉来的1400℃左右的玻璃液加热到1500℃左右。

[0051] 在澄清区3区域，由于要求玻璃温度梯度调节控制范围大以利于玻璃液内微泡的排出。特在此区域也适用了混合电加热方式。

[0052] 在搅拌区4由于此处玻璃液垂直分布较密集，同时有搅拌机构作用，考虑到此区域温度工艺要求为了便于维护，特只是采用直接电加热方式。

[0053] 在冷却区5，工艺要求在此区域必须将玻璃液温度可以从1350℃降到1250℃左右，所以就直接采用了间接电加热方式，本发明是直接使用料道管壁外部缠绕贵金属加热丝(图2)和碳化硅加热板(图3)共同来实现。

[0054] 在供料区6，由于此处温度工艺变化较小且以稳定为主，特只采用了碳化硅板外围加热保温(图3)的间接加热方式。

[0055] 2.电加热的实现

[0056] 如上图所示采用加热单元7来完成各个区电加热的调解和控制。

[0057] 采用温度测量点8与加热单元7共同完成各个加热单元的闭环控制，从而来组成料道的玻璃液温度工艺控制。

[0058] 2.电加热技术：料道电加热按照加热方式可以分为：间接式电加热、直接式电加热和混合式电加热。

[0059] 1)、直接式、间接式和混合式电加热：

[0060] 间接式电加热：采用硅碳棒、硅钼棒和铂金丝等加热元件在料道外围进行加热，其热交换靠辐射而进入玻璃液。这种电加热方式可防止料道局部过热，且料道纵向及横向热均匀性好。然而，由于玻璃液外围有贵金属管道包围，所以热量吸收受到一定影响，热能损失很严重，间接式电加热的热效率较低，一般为30-50％。

[0061] 直接式电加热：直接给贵金属管壁分段通电，直接加热贵金属管壁将热直接提供给玻璃液，其交换方式以热传导形式为主。这种加热方式，不仅料道纵向和横向的温度梯度很小，垂直方向的温度梯度也较小，但是这样对温度的调节控制要求严格，避免出现局部过热，严重时会对贵金属料道的寿命造成严重影响。直接式电加热热效率利用较高，可以达到80-85％。

[0062] 混合式电加热：将间接式和直接式电加热的长处综合在一起。

[0063] 在料道加热方式的选择上采用了直接和间接电加热并行的混合电加热方式，具体情况如下：

[0064] 在料道的温度工艺要求较高的部位(例如：澄清区3)采用了直接加热方式。

[0065] 在料道的工艺要求较低，需要热量较少的部位(例如：供料区6)采用间接加热方式。

[0066] 在料道的工艺要求较复杂的部位(例如：搅拌区4)采用直接间接并用的混合电加热方式。

[0067] 料道电加热能耗的计算和变压器功率确定：

[0068] 变压器功率的数值依赖于玻璃液的热工参数：比热C、出料量M和温升△t。玻璃液每分钟吸取的热量为：

[0069] Q玻＝GC△t＝GC(t2-t1)

[0070] 并等效电加热产生的焦耳热量：

[0071] Q电＝0.24P×60＝14.4P

[0072] 即GC△t＝14.4P

[0073] G-----出料量Kg/min

[0074] △t---温升℃

[0075] C-----比热Kcal/Kg.℃，不同的玻璃液温度对应不同的玻璃比热C·电加热能耗计算：电加热能耗是指料道正常生产时需要补充的热量。玻璃液在料道中是一个降温过程，因此理想的情况是不需要补充热量。但是由于流入料道的玻璃液有温差，而且玻璃液在料道中冷却还会产生温差，再加上玻璃液在料道中澄清时需要热量进行加热等。为了以上因素考虑就需要外加热量。

[0076] 料道热平衡如下：

[0077] Qi+Ql＝Ql+Qo+Qo+Qd

[0078] Qi------进入料道的玻璃也带入的热量

[0079] Ql------电加热带入热量

[0080] Ql------料道散热损失

[0081] Qo------成型玻璃液带走的热量

[0082] Qo------冷却带走的热量

[0083] Qd------克服玻璃温差所需热量

[0084] 电加热料道所需能耗与很多因素有关，很难用一个准确数据来概括。包括玻璃本身特性、贵金属管道壁厚、现场环境影响、加热器件本身损耗等等。

[0085] 变压器功率确定：电加热所需功率主要取决于料道所需补偿的能耗及使玻璃液再次澄清时所需要的热量。在决定变压器容量时，还需要考虑到：

[0086] (1)因变压器阻抗匹配而需富于的容量；

[0087] (2)首次启动和中修时二次启动的情况；

[0088] (3)停电后，由于温度降低幅度大为了尽快恢复生产时情况(大热量加热)；

[0089] 各区电加热方式的确定：

[0090] 一般情况下应按照如下规律配置：

[0091] (1)首先按照料道结构及生产工艺需求确定各区域特性；

[0092] (2)需要补偿或加热热量大的区域应该使用直接方式；

[0093] (3)在热量补充较少的地方可以采用间接方式加热；

[0094] (4)在温度梯度范围需求较大的区域应适用混合电加热方式；

[0095] 下面举例说明如下：

[0096] 例如在澄清区3部分，由于玻璃液在此区域需要澄清，所以本区域的温度梯度较大，单独的直接加热或间接加热方式并不能满足工艺需求，就需要采取混合电加热方式，具体如图2所示：其中在需要玻璃液加热到高温下澄清部分即为管径较粗的部分采用了直接加热01、02两个单元，并且采用了间接加热03单元；而在管径较细部分需要保温处只是适用了间接加热04单元就可以满足工艺要求了。