电助熔氧化锡电极在液晶玻璃基板中的运用技术

范 勇,段美胜,王 健

(成都中光电科技有限公司,成都 610000)

在当今的玻璃行业中，电助熔作为熔炉加热技术越来越重要，采用电助熔对窑炉辅助加热或者全电助熔加热已经在越来越多的玻璃行业中使用。采用电助熔技术不仅对窑炉品质有较大幅度的提升，同时由于日趋严格的环保技术要求，也使各大厂家重视废弃排放问题，也采用了许多办法解决，但是最广泛的一种办法就是增加窑炉电助熔在窑炉热量使用的比重。我司电助熔在窑炉加热中的比重从以前的30%调整到70%，不仅提高了玻璃品质，也大大地降低了烟气排放。

1 采用氧化锡电极的原因

当今的电熔炉玻璃技术中，使用的电极材料主要有两种：钼和氧化锡，钼电极通常用在还原气氛的玻璃熔炉中,氧化锡电极通常用在高品质的氧化气氛的玻璃窑炉中，例如铅玻璃电熔炉，电极材料都用氧化锡。氧化锡作为玻璃熔炉的电极材料，有许多优点，氧化锡电极本身是一种陶瓷材料，属于N型半导体，当温度升高到800 ℃时，其电导率呈指数形式增加，在600 ℃以上就能成为一种良导体，高温时的导电性能比铅玻璃和电熔AZS砖都好，只是比钼稍差。氧化锡电极是通过静压成型后在高温下烧结而成的，外形一般根据不同要求做成块状或圆柱形状，具有其他耐火材料没有的导电性能[1]。在熔融的玻璃中，它具有很强的耐腐蚀能力。而氧化锡被还原出的金属锡对玻璃无着色作用，由于更换氧化锡电极相当困难，必须在停炉的情况下才能进行，且更换氧化锡电极的费用相对较高，因此除了设计窑炉时必须考虑到氧化锡电极的损耗最小外，在使用操作过程中，就需要维护好氧化锡电极。SnO2在不同温度下的电阻率曲线如图1所示。

2 在窑炉生产过程中推进氧化锡电极的原因

2.1 电极正常使用中寿命影响因素

电极在窑炉中会受到高温、化学及电化学反应等因素作用。合理选择电流密度可以减缓电极腐蚀速率，如果选择电极时截面积过小，电流密度就会过大，电极消耗量也就越大，同时还会造成玻璃液污染，气泡增多等不良问题。氧化锡电极表面温度是电极损耗的最重要因素，电极表面温度越高，电极损耗越快。电极表面温度主要受两个因素影响：电极表面的电流密度和电极区域的玻璃液温度即熔化池温度。

为了保护氧化锡电极，延长其使用寿命，氧化锡电极表面的电流密度承受最大为0.3 A/cm2。越过这个极限，氧化锡电极损耗加快，甚至开裂，熔化池温度控制在1 400～1 550 ℃之间。在操作过程中需要增加功率时，增加量不能一步到位，应缓慢进行，如果突然增加的幅度较大，电极表面的电流密度就突然增加，这样电极表面的温度就会急速上升，氧化锡电极不能适应就容易出现损坏。这一点在操作中应该切记[2](如图2)。

2.2 不推进电极对窑炉产生的影响

生产中窑炉高温玻璃液对氧化锡电极不断侵蚀，会增加耐火材料缺陷的隐患，会影响电助熔对玻璃液的加热效率和窑炉的安全，同时从电气角度来看，随着电极砖的腐蚀增加，电极之间玻璃液的长度增加[3,4]。根据公式R=ρ·L/S，在ρ值没有其他因素改变的情况下，L增加会导致R增大，在恒定电流模式下，就会使功率间接增大，既增加了耗电量又会使电极接触面温度升高，对电极以及四周的池壁砖寿命都有很大的影响。为确保窑炉安全和工艺生产稳定，因此需要定期(暂定3个月/次)对电极砖进行推进。推进数量根据不同窑炉结构进行确定。

3 推进氧化锡电极的措施

设计初期需要考虑到采用适宜推进辅助工具(机械底座，推进螺钉等)。提前一天对窑炉周围进行绝缘检测(立柱对地、钢构对地 、底板对地、大梁对地、加料机A、B对地等部位的绝缘情况，收集相关数据作为推进后的数据参考比对)。同时准备相关工具，劳保用品若干。推进过程中挤料、漏料应急措施准备：窑炉两侧各准备压缩空气冷却风管两根，窑炉两侧各准备消防水袋一根。当天推进前窑炉本体及附属结构检查(主要检查：池壁砖裂纹、电极砖、陶瓷绝缘块、螺杆是否紧固、水电气风管是否有干涉等)。进行推进电极前一小时相关操作，降加料机频率，降液位到一定范围，避免在推进过程中液位波动较大对后续工序产生不利影响。

为确保推进过程安全，采用左右两侧钢构接地。推进操作中需要带上绝缘手套，使用棘轮扳手先推电极底部两根顶丝前进，上部同时、同速度推进。如果阻力非常大，推进暂时停止，继续保温。当推进阻力较小时，开始继续推进。如果阻力还是比较大，则停止此电极砖推进作业，待查找原因后进行。在推进过程中，两人一定要基本同步同速度地进量，且采用先底部1/4圈，再上部跟进1/4圈，依次进行，不断重复上述过程，直至推到预定圈数。

在推进过程中，随时注意观察池壁砖与池壁砖缝、过桥砖缝等是否有明显的移位和砖缝异常变大的情况，防止砖炸裂发生漏液异常，推进过程中，及时用扳手拧紧池底和池壁砖所有顶紧绝缘块，防止掉落。控制室人员密切注意液位，根据液位变化情况，调整基准频率；同时注意控制碹顶温度、炉压及其它工艺。以每30 min 20%开度逐渐开启电极冷却风，至开度恢复原值，控制室维持冷却风总风压。重复上述步骤，依次完成各对电极的推进工作。

4 推进氧化锡电极后的效果分析

4.1 窑炉寿命提高分析

推进电极后由于电极砖与池壁砖墙面持续保持水平后，减少了玻璃液对池壁砖侧面的腐蚀情况，因此电极的电流多数从玻璃液内通过，不会有电流作用于池壁砖的侧面。如果不及时对电极进行推进，玻璃液会占据腐蚀电极的位置，从而对池壁砖侧面进行腐蚀，极大地加快池壁砖的腐蚀速度，从而缩短窑炉的使用寿命。

我司通过定期推进电极后，窑炉寿命从以前5年炉龄提高到6年左右，池壁砖的耐用性能得到充分的保护，不仅降低了设备投资成本，间接提高了生产效率，而且由于池壁砖腐蚀程度减小，玻璃液中杂质也相应减少，工艺情况也相当的稳定。

4.2 工艺能耗变化分析

推进电极后，根据公式R=ρ·L/S，由于L变小,会导致R变小，在恒定电流情况下，所需要的功率也会变小，从而节约了能源。

5 结 论

通过以上分析，在使用电极窑炉时，不仅在设计初期要考虑到电助熔的选型(电流密度计算)，在升温阶段也要保护电极的被氧化，最后阶段就是按照相应的步骤对电极进行定期推进，任何一项出现事故或故障，电助熔都不能正常工作，所以精益求精、按图施工，定期规范作业是窑炉良好运行的前提。