CN104807740B - 一种玻璃电熔炉用电极高温侵蚀性的测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种玻璃电熔炉用电极高温侵蚀性的测试装置及方法，属于玻璃制造领域，包括待测电极、可控式预热炉、设置在预热炉底部借助电机驱动的旋转底座、置于旋转底座上盛放侵蚀玻璃液的坩埚、及借助调节杆放置在预热炉上的炉盖，两根待测电极穿过炉盖插入坩埚中的侵蚀玻璃液中，每根待测电极位于炉盖上的端头设置有两个接线端子，待测电极A与待测电极B的一组接线端子A1、B1间并联电压表组成电压测量电路，另一组接线端子A2、B2间串联电流表、开关和可实现变压输出的动力电源组成电流测量电路。结构简单、实用方便、具有较高的可靠性和稳定性，填补了此类测量设备和测量方法的空白。
Description
技术领域
本发明属于玻璃制造领域，涉及玻璃电熔炉用电极的侵蚀性测试，具体的说是一种玻璃电熔炉用电极高温侵蚀性的测试装置及方法。
背景技术
玻璃电熔窑炉由于其高效、高品质、污染少以及易于自动控制等特点，近年来在我国得到了快速发展。现有的电熔炉根据熔融玻璃离子的导电特性，把电极浸入玻璃液中，利用焦耳效应，在载体内部使电能变成热能，实现对玻璃的熔制。玻璃电熔炉使用到中后期，因玻璃液的冲刷及氧化侵蚀，电极顶部变尖缩短，电极在玻璃液内的表面积变小，出现供电困难，从而造成熔化质量不稳定。而且当需要快速升温时，也无法保证升温速度和工作温度。
电极作为玻璃电熔窑炉上最重要的材料之一，电极材料耐高温玻璃液侵蚀性是考察其质量的一个重要指标，因此了解玻璃电熔电极材料的高温侵蚀性能对玻璃窑炉设计、玻璃熔炼工艺等具有十分重要的意义。对于玻璃电极材料加持工作电压下的耐高温玻璃液侵蚀性测试没有公开的报道，也没有相关测试方法可依，因此目前迫切需要一种测试电极材料高温侵蚀性的高可靠性测试装置和方法。
发明内容
为了测试玻璃电熔窑炉用电极耐高温玻璃液的侵蚀性，本发明设计了一种测试装置和测试方法，采用温控的硅钼棒加热炉加热玻璃液模拟电极熔融玻璃升温的过程、借助旋转底座实现玻璃液的均化、利用玻璃液电阻受温度影响的原理实现电极材料在1200℃-1600℃温度下抗高温玻璃液侵蚀性的测量，结构简单、实用方便、具有较高的可靠性和稳定性，填补了此类测量设备和测量方法的空白。
本发明的主要发明点是：采用温控的硅钼棒加热炉加热玻璃液模拟电极熔融玻璃升温的过程、借助旋转底座实现玻璃液的均化、利用玻璃液电阻受温度影响的原理实现电极材料在1200℃-1600℃温度下抗高温玻璃液侵蚀性的测量，从而获得电极材料在工作电压下抗高温玻璃液的侵蚀性能，便于正确估算电极的损耗，对玻璃窑炉设计、玻璃熔炼工艺等具有十分重要的意义；且本测试装置和方法结构简单、实用方便、具有较高的可靠性和稳定性，填补了此类测量设备和测量方法的空白。
本发明的技术方案是：一种玻璃电熔炉用电极高温侵蚀性的测试装置，结构中包括可控式预热炉，关键在于：所述测试装置中还包括设在预热炉内的可升降调节的旋转底座上、盛放玻璃液的坩埚，两根待测电极借助于定位在电极上端的铂金端子和导线连接在动力电源的输出端口上，两根待测电极定位在炉盖上。
两根待测电极穿过炉盖插入坩埚中的侵蚀玻璃液中，每根待测电极位于炉盖上的端头设置有两个接线端子，待测电极A与待测电极B的一组接线端子A1、B1间并联电压表组成电压测量电路，另一组接线端子A2、B2间串联电流表、开关和可实现变压输出的动力电源组成电流测量电路；通过温控的硅钼棒加热炉加热玻璃液模拟电极熔融玻璃升温的过程，利用玻璃液电阻受温度影响的原理，并借助电压、电流测量电路实现电极材料在1200℃-1600℃温度下抗高温玻璃液侵蚀性的测量。
本发明还提供了一种玻璃电熔炉用电极高温侵蚀性的测试方法，该方法基于以下测试装置：在预热炉内设置可升降调节的旋转底座、旋转底座上设置盛放玻璃液的坩埚，将两根待测电极定位在炉盖上、并借助于定位在待测电极上端的接线端子和导线连接在动力电源的输出端口上，所述方法包括以下步骤：
a、组装测试电路：在两个待测电极之间分别并联电压表、串联电流表；
b、测试：将预热炉升温至玻璃熔化温度T2，升高旋转底座使待测电极插入玻璃液内30-40mm，在待测电极上加7-24V交流电压，记录电压表和电流表的测量值UT2和IT2，计算出温度T2时玻璃液电阻RT2= UT2/ IT2；然后将预热炉的炉温调整至玻璃的工作点温度T1，在待测电极上加持220-380V交流电压，分别记录电压表和电流表测量值UT1、IT1，计算出此时玻璃液电阻RT1= UT1/IT1，通过微调整炉温使RT1≈ RT2，在此种状态下保持所需的实验时间t；
c、将旋转底座降低，待测电极升至玻璃液液面以上，预热炉自然降至室温，取出待测电极，分别测量液面处厚度g2和液面下1/2处厚度h2，按照下式计算待测电极的高温侵蚀量：
液面线处侵蚀量 （I）
式中，Gc为液面线处的侵蚀量，单位mm，
g1为实验前待测电极液面处的厚度，单位mm，
g2为实验后待测电极液面处的厚度，单位mm，
液面线下二分之一处的侵蚀量 （II）
式中，Hc为液面线下二分之一处的侵蚀量，mm，
h1为实验前待测电极液面线下二分之一处的厚度，mm，
h2为实验后待测电极液面线下二分之一处的厚度，mm。
本发明的有益效果是：1、采用温控的硅钼棒加热炉加热玻璃液模拟电极熔融玻璃升温的过程、借助旋转底座实现玻璃液的均化、利用玻璃液电阻受温度影响的原理实现电极材料在1200℃-1600℃温度下抗高温玻璃液侵蚀性的测量，结构简单、实用方便、具有较高的可靠性和稳定性。2、采用铂接线端子，不容易被高温玻璃液腐蚀、稳定性好，可有效避免对测量的影响，减少误差，测量精度高。3、借助调节杆带动的炉盖将待测电极置入侵蚀玻璃液中，操作方便。4、借助旋转底座实现玻璃液的均化，避免玻璃液不均匀对电阻的影响，提高测量精度。5、借助升降机构升降调节旋转底座，以调整坩埚内玻璃液与待测电极的相对位置，便于重复测量，提高测量精度。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
附图中，1是预热炉，1-2是旋转底座，1-3是坩埚，1-4是炉盖，1-5是温度控制器，1-6是电机，1-7-1是丝母座，1-7-2是旋转丝杠，1-7-3是手轮，2-1是待测电极A，2-4是待测电极B，2-1-1是接线端子A1，2-1-2是接线端子A2，2-4-1是接线端子B1，2-4-2是接线端子B2，2-2是电压表，2-3是电流表，3是电源，3-1是动力电源。
具体实施方式
一种玻璃电熔炉用电极高温侵蚀性的测试装置，结构中包括可控式预热炉1，关键在于：所述测试装置中还包括设在预热炉1内的可升降调节的旋转底座1-2上、盛放玻璃液的坩埚1-3，两根待测电极借助于定位在电极上端的铂金端子和导线连接在动力电源3-1的输出端口上，两根待测电极定位在炉盖1-4上。
所述可升降调节的旋转底座1-2的自由度是借助驱动电机1-6和升降机构实现的，该升降机构包括丝母座1-7-1、旋转丝杠1-7-2及置于旋转丝杠1-7-2上的手轮1-7-3，驱动电机1-6设置在丝母座1-7-1上。转动手轮1-7-3，旋转丝杠1-7-2驱动丝母座1-7-1带动电机1-6和旋转底座1-2升降。
每根待测电极上端头设置两个连线用的铂金端子，测试电路包括待测电极A 2-1与待测电极B 2-4的一组接线端子A1、B1 2-1-1、2-4-1间并联电压表2-2组成的电压测量电路、及另一组接线端子A2、B2 2-1-2、2-4-2间串联电流表2-3、开关和动力电源3-1组成的电流测量电路。
为了便于控制和调节测试温度，可控式预热炉1采用设置有温度控制器1-5的硅钼棒加热炉。
为了便于控制和调节测试电压，动力电源3-1借助变压器可输出7-24V和220-380V电压。
所述坩埚1-3制造材料为99%以上的氧化铝，其1200℃-1600℃之间的电阻率大于1×104Ω·cm。
所述待测电极A 2-1与待测电极B 2-4尺寸为3-5×25-30×80-90mm。
所述炉盖1-4沿其径向设置有两个孔，两孔之间的间距为55-60mm，待测电极A 2-1与待测电极B 2-4分别插入两孔中，下端伸出50-60mm。
利用上述测试系统进行玻璃电熔炉用电极高温侵蚀性的测试方法， 具体测试的步骤为：
a、组装测试电路：在两个待测电极之间分别并联电压表2-2、串联电流表2-3；待测电极A 2-1与待测电极B 2-4尺寸为3-5×25-30×80-90mm，分别在待测电极A 2-1与B 2-4的一端钻Φ2-4mm的圆孔，将铂接线端子A1、接线端子B1、接线端子A2、接线端子B2紧配合置于圆孔内；待测电极A 2-1与待测电极B 2-4的另一端分别插入炉盖1-4上的两个孔中，下端伸出50-60mm。
将盛放有玻璃液的坩埚1-3放置在旋转底座1-2上，借助升降机构使旋转底座1-2上升，待测电极A 2-1与待测电极B 2-4的下端插入坩埚1-3口部上方；在所述的接线端子A1和接线端子B1间并联电压表2-2，接线端子A2与接线端子B2之间串联电流表。
b、测量：将预热炉1升温至玻璃熔化温度T2，升高旋转底座1-2使待测电极插入玻璃液内30-40mm，在待测电极上加7-24V交流电压，记录电压表2-2和电流表2-3的测量值UT2和IT2，计算出温度T2时玻璃液电阻RT2= UT2/ IT2；然后将预热炉1的炉温调整至玻璃的工作点温度T1，在待测电极上加持220-380V交流电压，分别记录电压表2-2和电流表2-3测量值UT1、IT1，计算出此时玻璃液电阻RT1= UT1/IT1，通过微调整炉温使RT1≈ RT2，在此种状态下保持所需的实验时间t；
c、将旋转底座1-2降低，待测电极升至玻璃液液面以上，预热炉1自然降至室温，取出待测电极，分别测量液面处厚度g2和液面下1/2处厚度h2，按照下式计算待测电极的高温侵蚀量：
液面线处侵蚀量 （I）
式中，Gc为液面线处的侵蚀量，单位mm，
g1为实验前待测电极液面处的厚度，单位mm，
g2为实验后待测电极液面处的厚度，单位mm，
液面线下二分之一处的侵蚀量 （II）
式中，Hc为液面线下二分之一处的侵蚀量，mm，
h1为实验前待测电极液面线下二分之一处的厚度，mm，
h2为实验后待测电极液面线下二分之一处的厚度，mm。
完成上述步骤后，还可以调节旋转底座1-2，变换坩埚1-3内玻璃液与待测电极的相对位置，重复步骤c测量过程，并辅以加权平均法计算侵蚀量；该测试方法中的测试温度为1200℃~1600℃。
Claims (7)
1.一种玻璃电熔炉用电极高温侵蚀性的测试方法，该方法基于以下测试装置：在预热炉（1）内设置可升降调节的旋转底座（1-2）、旋转底座（1-2）上设置盛放玻璃液的坩埚（1-3），将两根待测电极定位在炉盖（1-4）上、并借助于定位在待测电极上端的接线端子和导线连接在动力电源（3-1）的输出端口上，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
a、组装测试电路：在两个待测电极之间分别并联电压表（2-2）、串联电流表（2-3）；
b、测试：将预热炉（1）升温至玻璃熔化温度T2，升高旋转底座（1-2）使待测电极插入玻璃液内30-40mm，在待测电极上加7-24V交流电压，记录电压表（2-2）和电流表（2-3）的测量值UT2和IT2，计算出温度T2时玻璃液电阻RT2= UT2/ IT2；然后将预热炉（1）的炉温调整至玻璃的工作点温度T1，在待测电极上加持220-380V交流电压，分别记录电压表（2-2）和电流表（2-3）测量值UT1、IT1，计算出此时玻璃液电阻RT1= UT1/IT1，通过微调整炉温使RT1≈ RT2，在此种状态下保持所需的实验时间t；
c、将旋转底座（1-2）降低，待测电极升至玻璃液液面以上，预热炉（1）自然降至室温，取出待测电极，分别测量液面处厚度g2和液面下1/2处厚度h2，按照下式计算待测电极的高温侵蚀量：
液面线处侵蚀量
（I）
式中，Gc为液面线处的侵蚀量，单位mm，
g1为实验前待测电极液面处的厚度，单位mm，
g2为实验后待测电极液面处的厚度，单位mm，
液面线下二分之一处的侵蚀量
（II）
式中，Hc为液面线下二分之一处的侵蚀量，mm，
h1为实验前待测电极液面线下二分之一处的厚度，mm，
h2为实验后待测电极液面线下二分之一处的厚度，mm。
2.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于：测试装置中所述预热炉为可控式预热炉，两根待测电极借助于定位在电极上端的铂金端子和导线连接在动力电源（3-1）的输出端口上；两根待测电极上端头分别设置两个连线用的接线端子，测试电路包括待测电极A（2-1）与B（2-4）的一组接线端子A1（2-1-1）和B1（2-4-1）间并联电压表（2-2）组成的电压测量电路，及另一组接线端子A2（2-1-2）和B2（2-4-2）间串联电流表（2-3）、开关和动力电源（3-1）组成的电流测量电路；所述动力电源（3-1）借助变压器可输出7-24V和220-380V的交流电压。
3.根据权利要求1或2所述的测试方法，其特征在于：所述可升降调节的旋转底座（1-2）的自由度是借助驱动电机（1-6）和升降机构实现的，该升降机构包括丝母座（1-7-1）、旋转丝杠（1-7-2）及置于旋转丝杠（1-7-2）上的手轮（1-7-3），驱动电机（1-6）设置在丝母座（1-7-1）上。
4.根据权利要求2所述的测试方法，其特征在于：所述可控式预热炉（1）是设置有温度控制器（1-5）的硅钼棒加热炉。
5.根据权利要求1或2所述的测试方法，其特征在于：所述坩埚（1-3）制造材料为99%以上的氧化铝，其1200℃-1600℃之间的电阻率大于1×104Ω·cm。
6.根据权利要求2所述的测试方法，其特征在于：所述待测电极A（2-1）与B（2-4）的尺寸为3-5×25-30×80-90mm。
7.根据权利要求2所述的测试方法，其特征在于：所述炉盖（1-4）沿其径向设置有两个孔，两孔之间的间距为55-60mm，待测电极A（2-1）与B（2-4）分别插入两孔中，下端伸出50-60mm。
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