顶插电极在玻璃电熔炉中的应用

赵丽丽1，江鑫1，于建波2

（承德华富玻璃技术工程有限公司，河北  承德  067000）

[摘要]   由于顶插电极本体的电阻过大势必增大输电的损耗，所以本文主要介绍了通过实验，对不同结构、不同生产工艺的顶插电极本身电阻进行测量以及对比分析，证明可以在玻璃电熔炉中起到降低能耗的作用，并强调了顶插电极在未来电熔炉技术发展中的广阔前景。

关键词  电阻率  顶插电极水套  直流电阻  交流电阻  欧姆定律；阻抗压降

ZHAO Li-Li，JIANG xin，YU  jian-bo

0 引言

顶插电极加热，顾名思义即为加热电极从玻璃窑炉的顶部插入玻璃液中进行加热。目前，在（玻璃）电熔技术中，顶插电极由于便于操作且对窑炉寿命影响较小，更适用于冷炉顶的全电熔窑，并且由于顶插电极放电方式，电极间距等多种参数可以自由调节，所以适合多种玻璃种类的熔化。

随着顶插电极在电熔窑上应用的日益增多，顶插电极技术和应用也已经日渐成熟。近年来我公司一直对顶插电极的应用进行研究，生产多种适合不同料方的顶插电极结构，并衍生出配套的生产工艺。经过研究发现不同的结构、不同的加工工艺、不同的材质，对顶插电极本身电阻有很大的影响。而顶插电极是由钼电极和水冷?；?font face="Times New Roman">(以下简称水套)两部分组成，钼电极与水一般采用螺纹联接，钼电极的导电主要和钼的长度和截面积有关，钼截面积和长度是与窑炉配套设计的不可随意调整，水套的结构却是有很多种不同的设计，所以直接影响电极水套电阻的主要是水套的结构及材质，因此我们对不同结构水套进行本体电阻实验。

1 实验目的

电力通过顶插电极输入到玻璃液中，如果顶插电极本体的电阻过大势必造成电力的损耗，损耗越大耗电量越高。通过实验改变水套设计结构，降低顶插电极本体的电阻，达到节能的目的，从而在相应玻璃工厂进行推广。

2 实验大纲

3  直流电测试原理

直流电阻测试采用两家供电所分别进行测试，分别是承德市南郊供电所和承德市丰宁县供电所，采用直流电阻测试仪测量，并对结果进行比对。两地测量结果偏差5%，取二者均值作为测试结果。

4  交流电测试原理及电气系统配置方案

实验原理：欧姆定律：Z=U/I；

式中：Z——阻抗（毫欧）

      U——电压（伏）

      I——电流（毫安）

实验器材：

单相可控硅调压控制器1套；

单相隔离变压器1台；

电阻0.8欧姆硅碳棒12根；

六位半数显电压表；

六位半数显万用表；

数显单相电量表；

连接电缆若干。

实验方案：

（1）多支测试排除偶然性，测量结果取平均值。

（2）玻璃液的电阻通过12根硅碳棒并联方式模拟。顶插电极在玻璃窑炉中使用，等效电路为：玻璃液电阻和水套阻抗为串联连接电路。测试电路的等效电路见图1：

图1中电流为流过水套的电流；电压为水套的阻抗压降，根据欧姆定律：改变电流的大小，测量出一组与其对应的电压值，即可计算出水套在不同电流下的阻抗。

为获得不同的回路电流，是通过改变输入电压U的值实现的?？杀涞缪乖吹缏凡捎玫ハ嗑д⒐艿餮?，输出接单相干式变压器，变压器二次输出为可变的电压源。其电气原理图见图2：  

（3）其工作原理是通过调整触发器脉冲信号，来控制晶闸管的导通角从而调整变压器的输出电压。400V低压经晶闸管调压器调压后，再通过变压器变成较低的工作电压，与负载阻抗相匹配，以满足负载的低电压大电流特性。最终测试电路见图3： 

实验步骤：

（1）按图3上测试电路连接线路。

（2）调节调压器输出使水套通过不同的电流，分别使水套通过250A、500A、620A、750A、850A、1670A电流。测定记录其在不同电流下的PV值。

（3）计算在不同电流下的水套阻抗。

5 两种顶插电极水套结构

为了适应各种玻璃种类的熔化，经过多年的使用和完善现在我们公司常用的顶插电极水套有两种结构，分别如图4：

结构1：水套的尾管是双层的，外边一层管为耐高温的不锈钢材质，内层管是铜管。电极接电的卡具卡在铜管上。

结构2：水套的尾管是单层的耐高温不锈钢材质，电极接电的卡具卡在不锈钢管上。

6实验结果

7 实验总结

A、直流电阻测试时，在电流值小时，结构1(内部带铜管)的水套电阻较小，结构1与结构2水套的测试结果差距较大，但交流电测试时随着电流的增大电阻也在变化。交流电测试比较接近实际工况，因电流的集肤效应，单管与双管的测试结果的差距也是越来越小。所以我们认为以交流电测试结果为准。

B、交流电测试结构1与结构2两种水套的电阻数据分析，电流小时测的是电极接电卡具和卡具接触水套尾管的部分材质的电阻，但电流增大时，都是以电流通过的最大直径表面积导电，结构1的水套也是以最外层不锈钢管导过的电流最多。

8 结合实际运行的电熔炉，顶插电极的电流，核算结构1与结构2两种结构在实际窑炉运行时的费用。

9 应用与结论

水套头的材质与结构决定的是顶插电极水套的使用寿命，而水套尾管结构的设计则对降低能耗、节电等方面起到重要的作用。水套的整个加工过种及加工工艺也对降低能耗有重要影响。

所以正确的选择电极结构及加工艺对熔炉降低能耗起到很大的作用，每年节省电费的价值是可观的。

但是要注意的是结构1的制做成本要比结构2的制做成本高出1倍，所以需要根据所熔化的玻璃种类以及相关预计算运行电流来选择使用哪种结构的电极水套，还可以根据核算每年节省的费用，如果高于水套增加的成本时再考虑使用结构1。

当然，该实验还有不完善之处，还需要与诸多专家、学者及技术人员的共同探讨，进一步完善和提高顶插电极水套结果的完美设计。

参考文献：

《实用电工手册》上册————成都科技大学出版社