頂插電極在玻璃電熔爐中的應用

趙麗麗1，江鑫1，于建波2

（承德華富玻璃技術工程有限公司，河北  承德  067000）

[摘要]   由于頂插電極本體的電阻過大勢必增大輸電的損耗，所以本文主要介紹了通過實驗，對不同結構、不同生產工藝的頂插電極本身電阻進行測量以及對比分析，證明可以在玻璃電熔爐中起到降低能耗的作用，并強調了頂插電極在未來電熔爐技術發展中的廣闊前景。

關鍵詞  電阻率  頂插電極水套  直流電阻  交流電阻  歐姆定律；阻抗壓降

ZHAO Li-Li，JIANG xin，YU  jian-bo

0 引言

頂插電極加熱，顧名思義即為加熱電極從玻璃窯爐的頂部插入玻璃液中進行加熱。目前，在（玻璃）電熔技術中，頂插電極由于便于操作且對窯爐壽命影響較小，更適用于冷爐頂的全電熔窯，并且由于頂插電極放電方式，電極間距等多種參數可以自由調節，所以適合多種玻璃種類的熔化。

隨著頂插電極在電熔窯上應用的日益增多，頂插電極技術和應用也已經日漸成熟。近年來我公司一直對頂插電極的應用進行研究，生產多種適合不同料方的頂插電極結構，并衍生出配套的生產工藝。經過研究發現不同的結構、不同的加工工藝、不同的材質，對頂插電極本身電阻有很大的影響。而頂插電極是由鉬電極和水冷保護(以下簡稱水套)兩部分組成，鉬電極與水一般采用螺紋聯接，鉬電極的導電主要和鉬的長度和截面積有關，鉬截面積和長度是與窯爐配套設計的不可隨意調整，水套的結構卻是有很多種不同的設計，所以直接影響電極水套電阻的主要是水套的結構及材質，因此我們對不同結構水套進行本體電阻實驗。

1 實驗目的

電力通過頂插電極輸入到玻璃液中，如果頂插電極本體的電阻過大勢必造成電力的損耗，損耗越大耗電量越高。通過實驗改變水套設計結構，降低頂插電極本體的電阻，達到節能的目的，從而在相應玻璃工廠進行推廣。

2 實驗大綱

3  直流電測試原理

直流電阻測試采用兩家供電所分別進行測試，分別是承德市南郊供電所和承德市豐寧縣供電所，采用直流電阻測試儀測量，并對結果進行比對。兩地測量結果偏差5%，取二者均值作為測試結果。

4  交流電測試原理及電氣系統配置方案

實驗原理：歐姆定律：Z=U/I；

式中：Z——阻抗（毫歐）

      U——電壓（伏）

      I——電流（毫安）

實驗器材：

單相可控硅調壓控制器1套；

單相隔離變壓器1臺；

電阻0.8歐姆硅碳棒12根；

六位半數顯電壓表；

六位半數顯萬用表；

數顯單相電量表；

連接電纜若干。

實驗方案：

（1）多支測試排除偶然性，測量結果取平均值。

（2）玻璃液的電阻通過12根硅碳棒并聯方式模擬。頂插電極在玻璃窯爐中使用，等效電路為：玻璃液電阻和水套阻抗為串聯連接電路。測試電路的等效電路見圖1：

圖1中電流為流過水套的電流；電壓為水套的阻抗壓降，根據歐姆定律：改變電流的大小，測量出一組與其對應的電壓值，即可計算出水套在不同電流下的阻抗。

為獲得不同的回路電流，是通過改變輸入電壓U的值實現的?？勺冸妷涸措娐凡捎脝蜗嗑чl管調壓，輸出接單相干式變壓器，變壓器二次輸出為可變的電壓源。其電氣原理圖見圖2：  

（3）其工作原理是通過調整觸發器脈沖信號，來控制晶閘管的導通角從而調整變壓器的輸出電壓。400V低壓經晶閘管調壓器調壓后，再通過變壓器變成較低的工作電壓，與負載阻抗相匹配，以滿足負載的低電壓大電流特性。最終測試電路見圖3： 

實驗步驟：

（1）按圖3上測試電路連接線路。

（2）調節調壓器輸出使水套通過不同的電流，分別使水套通過250A、500A、620A、750A、850A、1670A電流。測定記錄其在不同電流下的PV值。

（3）計算在不同電流下的水套阻抗。

5 兩種頂插電極水套結構

為了適應各種玻璃種類的熔化，經過多年的使用和完善現在我們公司常用的頂插電極水套有兩種結構，分別如圖4：

結構1：水套的尾管是雙層的，外邊一層管為耐高溫的不銹鋼材質，內層管是銅管。電極接電的卡具卡在銅管上。

結構2：水套的尾管是單層的耐高溫不銹鋼材質，電極接電的卡具卡在不銹鋼管上。

6實驗結果

7 實驗總結

A、直流電阻測試時，在電流值小時，結構1(內部帶銅管)的水套電阻較小，結構1與結構2水套的測試結果差距較大，但交流電測試時隨著電流的增大電阻也在變化。交流電測試比較接近實際工況，因電流的集膚效應，單管與雙管的測試結果的差距也是越來越小。所以我們認為以交流電測試結果為準。

B、交流電測試結構1與結構2兩種水套的電阻數據分析，電流小時測的是電極接電卡具和卡具接觸水套尾管的部分材質的電阻，但電流增大時，都是以電流通過的最大直徑表面積導電，結構1的水套也是以最外層不銹鋼管導過的電流最多。

8 結合實際運行的電熔爐，頂插電極的電流，核算結構1與結構2兩種結構在實際窯爐運行時的費用。

9 應用與結論

水套頭的材質與結構決定的是頂插電極水套的使用壽命，而水套尾管結構的設計則對降低能耗、節電等方面起到重要的作用。水套的整個加工過種及加工工藝也對降低能耗有重要影響。

所以正確的選擇電極結構及加工藝對熔爐降低能耗起到很大的作用，每年節省電費的價值是可觀的。

但是要注意的是結構1的制做成本要比結構2的制做成本高出1倍，所以需要根據所熔化的玻璃種類以及相關預計算運行電流來選擇使用哪種結構的電極水套，還可以根據核算每年節省的費用，如果高于水套增加的成本時再考慮使用結構1。

當然，該實驗還有不完善之處，還需要與諸多專家、學者及技術人員的共同探討，進一步完善和提高頂插電極水套結果的完美設計。

參考文獻：

《實用電工手冊》上冊————成都科技大學出版社