铂金通道电加热设计方法

摘要

铂金通道电加热设计方法，铂金通道区域是液晶显示面板玻璃制造过程中实现除泡、均化、搅拌和调温的区段。为实现液晶显示面板玻璃要求的特定工艺曲线，特定的保温与电加热设计是必须的。本发明就是针对铂系贵金属合金在室温至1600℃之间，通过电加热用调功器、变压器，根据不同的外部条件进行加热电特性(包括：电压、电流、功率)设定，在满足各种精密计算的条件下，通过公式进行必要的修正，最大限度延长铂金通道使用寿命的前提下，合理配置电气设备，实现该区段高精度温度控制的工艺要求。

说明书

技术领域

本发明涉及一种电加热的设计方法，具体涉及一种铂金通道电加热设计方法。

背景技术

液晶显示面板玻璃是平板显示设备，包括扁平玻璃基板或玻璃板。溢流法是制造液晶显示面板玻璃所用玻璃板的优选方式。因为使用溢流法生产的玻璃板相对其它方法制备的平板，其表面具有精良的平直度和光滑性。在美国专利3338696和3682609中详细表述该熔融工序。许多应用于平板显示屏制造的玻璃，特别是那些使用溢流法成型的玻璃，使用难熔金属部件进行均化、搅拌与调温，例如铂金或含铂金属组成的合金。此时使用难熔金属来尽可能减少由于玻璃液接触氧化物组成的耐火材料而带来的组分非均一性和气体夹杂物的产生。

生产工艺对调温的需求是通过对难熔金属部件的加热与散热/保温来实现的。加热的方式主要是电加热，分为直接加热与间接加热两种方式。直接加热是将受控交流电直接接在铂金通道上，通过加热铂金，再由铂金传导至玻璃液的加热方式。间接加热是在铂金通道外部制作加热板，安装加热元件(一般是纯铂金)。加热元件发热传导至铂金通道，再传导至玻璃液。另外，还有将加热元件插入铂金通道内部，直接加热玻璃液的方式。由于加热的不均匀性以及密封问题，已经很少有人使用。

间接加热由于通过传导将热量传递至铂金通道，因而热量分布均匀。缺点是能量利用率较低。直接加热能量利用率高，难点是对加热的控制。加热控制的基础是对加热回路的设计。设计的基础是对负载在从常温至工作温度电特性的计算。一些公司由于计算上存在几倍于实际情况的偏差，以及缺乏对行业Know How的了解，因而出现计算失误。或是计算正确，但缺乏必要的参数修正。这样的后果，在严重时出现烧坏铂金通道。次之，加热量不足以满足工艺需求。再次，功率设计值偏大几倍，造成设备上的浪费，并且此时可控硅导通角过小，谐波污染过大，控制精度达不到工艺要求。以上三种情况皆属于设计失败。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对不同温度的不同材料制成的不同形状的铂金通道电加热设计方法，该设计方法能够在最大限度延长铂金通道使用寿命的前提下，根据温度曲线设定，实现该区段高精度温度控制的工艺要求。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

1)首先，根据使用材料的标准电阻温度系数α(T.C.R.)表，由公式ρ₂＝ρ₁×(1+α(T₂-T₁))计算设备在工作温度T₂下的电阻率ρ₂值，其中：

ρ₁：温度T₁状态下的电阻率

α：常温状态下该材料的电阻温度系数

T₁：温度0℃

T₂：设备的工作温度

ρ₂：温度T₂状态下的电阻率

2)其次，由ρ₂计算工作温度下的电阻R；

R_铂金＝ρ₂×L/S

ρ₂：温度T₂状态下的电阻率

L：导体长度

S：导体截面积

3)然后，根据材料特性及使用温度选取该材料在从常温升温至工作温度T₂时的电流密度J，J＝1～20A/mm²；

4)然后，计算工作状态下该段通道上产生的最大工作电流：

I_最大＝S×J

5)然后，计算工作状态下该段通道上产生的最大工作电压及最大功率：U_最大＝I_最大×R＝S×J×R

P_最大＝U²_最大/R

6)然后，根据公式R_铜排＝L×0.005Ω/m计算铜排电阻，其中L：铜排长度m，铜排接触电阻R_接触＝0.001Ω/处，变压器二次侧电阻总计：

R_总＝R_铜排+R_铂金+R_接触；

7)输出电压U2等于铜排电压、接触电压与铂金电压之和，变压器二次侧电压在此基础上乘以系数1.1；

U_二次侧＝1.1×(U_铜排+U_铂金+U_接触)＝1.1×I_总×R_总

变压器功率：P＝U_二次侧×I_最大

8)变压器功率大于铂金电加热最大功率；

9)调功器电流大于变压器电流，调功器功率大于变压器功率，从而得到加热用调功器与变压器的技术参数，即完成了电加热硬件的设计。

本发明根据不同的外部条件进行加热电特性(包括：电压、电流、功率)设定，在满足各种精密计算的条件下，通过公式进行必要的修正，最大限度延长铂金通道使用寿命的前提下，合理配置电气设备，实现该区段高精度温度控制的工艺要求。

具体实施方式

对于一段由PtRh40Ru10Ir7Au5％制成的铂金通道，若其从0℃至2000℃电阻温度系数α＝1.3×10^-3(℃^-1)，工作温度T＝1450℃，电阻率ρ(0℃)＝76μΩ·cm，截面积S＝1000mm²，长度L(Pt)＝800mm，工作温度下电流密度J＝12A/mm²，铜排长度L(Cu)＝12m。则可根据以上条件进行如下计算：

工作温度下电阻率ρ(1450℃)＝76×10^-6×(1+1.3×10^-3×1450)

                          ＝219×10^-6Ω·cm

工作温度下电阻R_铂金＝219×10^-6×800×10^-3/1000×10^-6

                       ＝1.75×10^-3Ω

工作温度下电流密度J取2.2A/mm²

工作温度下最大电流I_最大＝1000×2.2＝2200A

该段最大工作电压U_最大＝2200×1.75×10^-3＝3.85V

该段最大铂金电加热功率P_最大＝U²_最大/R＝3.85²/1.75×10^-3＝8470(W)

铜排电阻R_铜排＝12×0.005＝0.06Ω

每处接触电阻0.001Ω，共有六处。R_接触＝0.001×6＝0.006Ω

变压器二次侧电阻总计R_总＝1.75×10^-3+0.06+0.006＝0.0678Ω

变压器二次侧总负载电压U_二次侧＝1.1×2200×0.0678

                                  ＝164V

变压器功率P＝U_二次侧×I最大＝164×2200/1000＝360.8kVA

调功器功率选取400kVA。