趙龍江 楊威 王答成 徐劍 徐莉華

（彩虹顯示器件股份有限公司 咸陽 712000）

0 引言

隨著高世代基板玻璃引出量增大，氣電混合窯爐預熔前區(qū)的熔化壓力也隨之增加，在正常生產(chǎn)條件下，氧化錫電極使用的電流密度應控制在0.1 A/cm2以下，超過這個使用極限就會造成電極局部過熱，加劇電極損壞速率［1-3］。同時隨著投料量的增加，窯爐預熔前區(qū)高度方向上的溫差分布差異也會隨之增加，造成局部阻值過小、電流分布不均現(xiàn)象。這種截面高度方向上的電參數(shù)分布不均就會嚴重影響窯爐中上部的導電性能［4］，再加之玻璃液電阻的負溫度特性，惡性循環(huán)就會加劇，久而久之電流就會越發(fā)往阻值小的回路流動，造成預熔前區(qū)電極正常回路上的電壓出現(xiàn)異常下降，即為“電極失壓現(xiàn)象”，電極失壓現(xiàn)象的產(chǎn)生會嚴重影響窯爐正常的熔化工藝，造成玻璃基板缺陷產(chǎn)生，對正常生產(chǎn)造成嚴重損失，因此，研究電極失壓的電場機理，探究一種新的預熔前區(qū)功率分配是解決電極失壓問題的關(guān)鍵措施。

本文通過建立氣電混合窯爐預熔前區(qū)電極截面高度方向上的等效電場模型，研究在線工藝條件下加載電流后截面高度方向上的電流及阻值分布變化，結(jié)合預熔前區(qū)功率調(diào)整后仿真模擬驗證，為解決預熔前區(qū)電極失壓問題提供理論基礎和解決思路。

1 電極等效電場模型分析

為了研究大投料量氣電混合窯爐預熔前區(qū)1#電極截面高度方向上的電流及阻值分布，建立1#電極截面高度方向上的等效電場模型，根據(jù)歐姆定律計算不同高度位置對應的阻值和電流，如圖1所示。

圖1 電極截面高度等效模型示意圖

根據(jù)不同溫度下對應的玻璃液電阻率分別得出T1、T2、T3溫 度 所 對應的玻璃液 電 阻 率，如圖2所示。根據(jù)歐姆定律及并聯(lián)電路計算原理：

圖2 截面不同溫度對應玻璃液電阻率

當1#電極加載電流221 A，對應電壓為940 V時為基礎理論模型數(shù)據(jù)，1#電極加載電流226 A，對應電壓為916 V時為對比理論模型，1#電極加載電流180 A，對應電壓為900 V時為探索理論模型，三種理論模型參數(shù)的計算結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同模型參數(shù)下電參數(shù)計算結(jié)果

從計算結(jié)果可以看到，當加載221 A電流時，R1/I1、R2/I2、R3/I3在阻值及電流的分配已經(jīng)出現(xiàn)中間溫度高阻值小電流大的不均現(xiàn)象，隨著電流加載 至226 A，R1/I1、R2/I2、R3/I3在阻 值及 電流 的分配出現(xiàn)了加劇現(xiàn)象，電流越發(fā)往中間流動，中間玻璃液產(chǎn)生的焦耳熱更多，導致電極芯部過熱，兩端與芯部溫度及阻值差異更大的現(xiàn)象，因此，隨著加載電流過程的進行，電流大部分作用于芯部，阻值差異化更大，因此，1#電極總功率反而下降，電壓也隨之下降，就出現(xiàn)了“電極失壓問題”。隨著電流降低，R1/I1、R2/I2、R3/I3在阻值及電流的分配出現(xiàn)差異逐漸變小，是后續(xù)解決失壓問題的探索思路。

2 預熔前區(qū)功率分配模擬研究

基于電極截面高度方向上的等效電場模型分析，制定了仿真模擬方案，未調(diào)整之前記作Normal，調(diào)整后記作Case。在保持窯爐燃氣量及熔化量不變的條件下，將1#、 2#電極功率下調(diào)20%，分別由203 kW、191 kW下調(diào)至163 kW和153 kW，3#、 4#電極功率提升20%，分別由166 kW、145 kW上調(diào)至206 kW和183 kW，仿真結(jié)果如圖4所示。

圖4 調(diào)整后前區(qū)料山及中心流速變化

從窯爐預熔前區(qū)功率調(diào)整后仿真結(jié)果可以看到，調(diào)整后左右兩側(cè)料山間距由140 mm增加至430 mm，有效改善了兩側(cè)料山向中間牽手造成池底溫度異常波動的現(xiàn)象，料山中心玻璃液流速也由1.39 mm/s提 升 至3.56 mm/s，3#、 4#電 極 位 置 玻璃液上方溫度小幅上升，流場第一循環(huán)流速率明顯提升，加快了預熔前區(qū)的循環(huán)速率，有效改善了窯爐預熔前區(qū)高度方向分布不均勻問題。

3 結(jié)論

（1）通過對窯爐預熔前區(qū)1#電極截面高度方向上建立等效電場模型，進行3種不同電參數(shù)計算分析，結(jié)果表明截面高度方向本身就存在中間溫度高、阻值小電流大的不均現(xiàn)象，隨著繼續(xù)加載電流，電流越發(fā)往中間流動，中間玻璃液產(chǎn)生的焦耳熱更多，導致芯部過熱，兩端與芯部差異更大的現(xiàn)象，因此隨著加載電流過程的進行，電流大部分作用于芯部，阻值差異化更大，1#電極總功率反而下降，電壓也隨之下降，就出現(xiàn)了“預熔前區(qū)電極失壓現(xiàn)象”。

（2）保持窯爐燃氣量不變，將1#、 2#電極功率下調(diào)20%，3#、 4#電極功率上調(diào)20%，仿真結(jié)果表明料山間距由140 mm增加至430 mm，可以有效解決兩側(cè)料山向中間牽手造成的池底溫度波動問題。

（3）保持窯爐燃氣量不變，將1#、 2#電極功率下調(diào)20%，3#、 4#電極功率上調(diào)20%，仿真結(jié)果表明料山中心玻璃液流速顯著提升，3#、 4#電極位置玻璃液上方溫度小幅上升，第一循環(huán)流速率明顯提升，有效改善了窯爐預熔前區(qū)高度方向電參數(shù)分布不均勻問題，為解決預熔前區(qū)電極失壓問題提供了解決思路。