專利名稱：白金通道中實現(xiàn)熔融態(tài)玻璃黏度精確控制的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種白金通道中實現(xiàn)熔融態(tài)玻璃黏度精確控制的方法，借助于電加熱 溫度控制的方法和設(shè)備在TFT-LED玻璃基板生產(chǎn)中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
在TFT-LCD玻璃基板生產(chǎn)制程中，為了減少熔融態(tài)的玻璃液與耐火材料接觸而導(dǎo)
致的組份非均一性和氣體夾雜物的產(chǎn)生，通常設(shè)置了鉑金通道連接在熔解池與成型設(shè)備之
間。鉑金通道擔(dān)負著對熔融態(tài)的玻璃液澄清、均化、攪拌和溫度調(diào)節(jié)的功能。對TFT-LCD玻
璃基板最后的成型和成型后的技術(shù)指標起著重要作用。鉑金通道的各個區(qū)段中要熔融態(tài)玻
璃黏度要求保持規(guī)范化的粘度，以實現(xiàn)其技術(shù)指標的規(guī)范特別是光學(xué)性能的優(yōu)越性和各個
方向上的一至性。與粘度指標對應(yīng)變化的是鉑金通道溫度的周圍的環(huán)境。 鉑金通道的溫度控制可以通過電加熱系統(tǒng)來實現(xiàn)。傳統(tǒng)的電加熱實施方式有間接
加熱法和直接加熱法。直接加熱法作為優(yōu)選的電加熱方法，具有熱效率高、時滯小和易于控
制等優(yōu)點，成為行業(yè)主流電加熱實現(xiàn)方法。該方法由于在低電壓、大電流下工作，并且使用
共用法蘭和部分使用共用鉑金通道段十分常見?，F(xiàn)有的控制方法中對白金通道的電加熱控
制中，僅僅考慮了滿足常規(guī)熱量耗散功率，沒有考慮電加熱回路的相序和共用法蘭的載流
量，從而設(shè)備是、熱耗散的偏離。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的關(guān)鍵，是提供一種對熔融態(tài)TFT-LED基板玻璃的黏度精確在線控制的方 法。該方法包括通對鉑金通道部件機構(gòu)的改進，和對工作交流電施的控制，依據(jù)規(guī)范化的步 驟，調(diào)整各回路電壓相序、回路電流，最終保證工藝的對進入基板成型工序時的溫度控制要 求。 在鉑金通道上安裝的法蘭，一般都是由一個以上的導(dǎo)電回路所共用。因而，法蘭上 通過的電流通常大于某一回路單獨的電流。所以，法蘭引出端的載流量要設(shè)計成能夠承擔(dān) 其上通過的電流的能力。 針對每段鉑金通道，進行熱量收支計算，從而完成電加熱功率計算。電加熱功率計
算，包含以下二個方面升溫時的功率、運行時的功率。以上計算要考慮系統(tǒng)散失的熱量、升
溫時系統(tǒng)吸收的熱量和運行時玻璃液帶來或帶走的熱量。
在理想狀態(tài)下，系統(tǒng)升溫時所需要的功率
—(Cl xn^+垂C2Xm2)X AT Q散熱 P升溫 §^5 _ + 2 X 1000 其中，P飛^ :系統(tǒng)升溫時加于鉑金通道上的電功率，kW ;
Cl :鉬金通道的比熱，kcal/kg °C ;
:鉑金通道的質(zhì)量，kg/h ; C2 :保溫材料的比熱，kcal/kg °C ; m2 :保溫材料的質(zhì)量，kg ; AT:每小時上升的溫度，°C ; Q散熱運行時每小時散熱量，W。 在理想狀態(tài)下，系統(tǒng)運行時所需要的功率
<formula>formula see original document page 4</formula>運行 860 1000
其中，Pgff :系統(tǒng)運行時加于鉑金通道上的電功率，kW ; c;玻璃液的比重，kcal/kg* °C ;
m3 :每小時玻璃液的流〗 AT:每小時上升的溫度， Q|ja :運行時每小時散熱j 對于通道表面散熱<formula>formula see original document page 4</formula>
其中，Q^j:通道表面散熱，W; AT:每小時的溫升，°C/h; 入保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)，W/m S :保溫材料的厚度，m;
S:系統(tǒng)的散熱面積，m2。
對于冷卻水散熱
0冷卻水=
其中，Q冷卻水冷卻水散熱，W C4 :冷卻水的比熱，kcal/kg <formula>formula see original document page 4</formula>m4 :每小時冷卻水的流量，kg/h ; A T :冷卻水的入水_出水溫差，°C 。
根據(jù)鉑金通道材料的電阻溫度系數(shù)a及其在攝氏0度時的電阻率P。，計算其在
升溫及工作溫度狀態(tài)下的電阻率P ，公式如下
<formula>formula see original document page 4</formula>
p。X (1+aT)
然后，根據(jù)電阻公式R二 p xi計算每段用于加熱的鉑金通道在升溫及運行狀
態(tài)下的電阻值R。 親坦力、
根據(jù)公式P
"XR，將之前計算的P力g和Pgff與在升溫與運行時的該段鉑金通道
比較
電阻R升g和R運行代入，即可分別計算出升溫和運行狀態(tài)下的電加熱電流I升溫和I運行。 兩個電流計算值的大小，取其中較大的一個，留出10% 50%的設(shè)計余量，并根據(jù)實驗及 實際運行數(shù)據(jù)進行必要的修正后的值1^+作為該段鉑金通道電加熱電流設(shè)計值。根據(jù)此電 流設(shè)計值即可確定用于電加熱控制的變壓器二次側(cè)電流值。根據(jù)U二 IXR，可以確定基于I設(shè)計的該段鉑金通道上的最大電壓，加上外圍電路上的電壓損耗可以確定變壓器二次側(cè)的 電壓設(shè)計值U^+。在此基礎(chǔ)上，具有一般設(shè)計能力的電氣設(shè)計人員可以按照一般設(shè)計方法 進行電加熱主回路的設(shè)計。 公共法蘭電極的電流值與相序的分布有密切關(guān)系。對于使用移相方式進行電流控 制的回路，對于公共電極的總電流I，根據(jù)不同的相序分布，有三種計算方法
(1)對于以類似R-S、 R-S相序分布的情況，公共電極的總電流I是加于兩個回路 電流的代數(shù)和，即I = I,I2或I = I「I2。 (2)對于以類似R-S、 S-T相序分布的情況，公共電極的總電流I在兩個回路可控 硅完全導(dǎo)通時，等于加于兩個回路電流的矢量和 t=i^+ij或r《- g 。
(3)對于以類似R-S、 S-T相序分布的情況，公共電極的總電流I的平方在兩個回 路可控硅導(dǎo)通角較小時，等于加于兩個回路電流的平方和，
艮卩I2 = iJ+工22 形成第三種電流計算方法的原因是在于兩個回路可控硅導(dǎo)通角較小時，二電流波 形在時域上不相交，故無法按照標準正弦波電流的矢量運算法則進行計算。假設(shè)公共電極 上電阻為R，則兩個回路電流在其上產(chǎn)生的功率分別為^:IX 1和1|:=贈X R ?？偣?br>
率p二 "XR，而同時p二p,P2，故^xR^y XR + If X魏，!2 = I|+I，。 這樣，對于兩個串聯(lián)的回路，作為不同相序設(shè)計的結(jié)果，我們有四種相序設(shè)計方
案。從節(jié)省法蘭材料的用量角度考慮，我們傾向于共用法蘭電流最小的設(shè)計。但由于金屬是
熱的良導(dǎo)體，加上法蘭冷卻水熱量的散失，致使法蘭安裝處成為鉑金通道的熱量散失最大
的地方。從穩(wěn)定通道溫度曲線，減少熱量散失角度考慮，用共用法蘭電流最大的設(shè)計較好。
但無論哪種設(shè)計，均以在升溫和運行中不會損壞或燒斷法蘭為基本原則。 對于攪拌、排氣或供料的區(qū)段，存在T形鉑金通道電加熱情況，干路和支路共用一
段鉑金通道。該段共用鉑金通道可以看作是共用法蘭的延伸，因而可以適用上述法蘭相序
設(shè)計原則。同時，根據(jù)工藝條件對這段鉑金通道溫度的要求，來確定該處的相序布局。 電氣控制回路的應(yīng)當滿足工藝要求，形式多樣，根據(jù)現(xiàn)場和擁護的應(yīng)用習(xí)慣可以
采用PAC、 DCS、基于PLC的過程控制集中或獨立管理電路設(shè)計。亦可通過工業(yè)以太網(wǎng)與工
廠管理網(wǎng)相連。 功率調(diào)節(jié)器與可控變壓器是實現(xiàn)電加熱控制系統(tǒng)的執(zhí)行器件，通過銅排和軟電線
連接接于鉑金通道的法蘭，構(gòu)成電加熱的主回路部分。控制系統(tǒng)是由鉑金通道電加熱的控
制回路與用于控制、操作與管理的程序與工作站組態(tài)組成。 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案包括以下步驟 ①按照工藝路線將鉑金通道分區(qū)、段加裝通電用法蘭， ②根據(jù)每段鉑金通道所處的位置和電加熱過程中所需最大電流量確定電功率；
③將可控交流電壓通過法蘭加在每段鉑金通道上；
④選擇匹配每個共用法蘭上的配套的電流相序； ⑤計算確定各區(qū)、段標準溫度值區(qū)間，以及對應(yīng)標準溫度區(qū)間的鉑金通道在該段 的電流量區(qū)間，
⑥設(shè)置一個對各段在線溫度采樣，對加載區(qū)、段電壓實施閉環(huán)控制的管理電路。
以上的方法可以實現(xiàn)對白金通道中熔融態(tài)玻璃黏度精確控制，明顯的降低能耗， 有效的提高玻璃基板的質(zhì)量，自動化程度高、操作簡單。
圖1是鉑金通道與安裝于其上的法蘭示意圖。
圖2是鉑金通道的線性串聯(lián)和T型連接示意圖。
圖3是鉑金通道電加熱管理電路的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖1所示是用于實施根據(jù)本發(fā)明鉑金通道中的法蘭及安裝示意圖。鉑金通道1上 安裝有用于電加熱連接的法蘭。法蘭結(jié)構(gòu)中具有用于向鉑金通道輸送電流的電流導(dǎo)入內(nèi)圈 3和均流外圈4。有用于接線的電流導(dǎo)引端5。法蘭與鉑金通道相連處有用于焊接的翻邊結(jié) 構(gòu)6。翻邊結(jié)構(gòu)6的內(nèi)徑略大于鉑金通道外徑。法蘭可以設(shè)置冷卻水管路的結(jié)構(gòu)。
圖2所示實施方式中鉑金通道的涉及線性串聯(lián)和T型連接的示意圖。干路鉑金通 道7上安裝有法蘭9、法蘭10和法蘭11。支路鉑金通道8安裝于干路鉑金通道7的法蘭10 和法蘭11之間，與干路鉑金通道7成直角T型連接。支路鉑金通道8的端頭安裝有法蘭 12。每個法蘭均有用于電流導(dǎo)入內(nèi)圈14和均流外圈13的結(jié)構(gòu)。 圖3所示是用于實施方式中鉑金通道電加熱管理電路的功能結(jié)構(gòu)框圖。干路鉑金 通道15上安裝有法蘭17、法蘭18和法蘭19。支路鉑金通道16的端頭安裝有法蘭20。管 理電路中的采樣熱電偶21安裝于干路鉑金通道15的法蘭18與法蘭19之間、支路熱電偶 22安裝于支路鉑金通道16上。管理電路中包括控制器23與功率調(diào)節(jié)器24、支路功率調(diào)節(jié) 器25和配套的可控變壓器26以及支路可控變壓器27。同時還包括反饋至控制器23的熱 電偶21、熱電偶22的信號線，接在可控變壓器26至法蘭18、法蘭19間的銅排與軟連接28 與29將干路變壓器26的輸出連接至干路鉑金通道負載。接于可控變壓器27至法蘭18、法 蘭20間的銅排與軟連接30、31將支路可控變壓器27的輸出連接至支路鉑金通道上。干路 與支路共用法蘭18。
具體實施例方式
所述鉑金通道是根據(jù)工藝條件進行劃分區(qū)、段，并在各區(qū)端頭加裝通電用的法蘭， 各區(qū)之間采用法蘭與法蘭對接的連接方式，各區(qū)內(nèi)通過加裝分流法蘭分為段，所有用于分 段的不在端部的法蘭和部分位于端部的法蘭，至少為兩個電加熱回路所共用同時流過至少 兩個回路的電流。 法蘭的結(jié)構(gòu)中包括均流外圈4，電流導(dǎo)入內(nèi)圈3，用于焊接定位的翻邊結(jié)構(gòu)6，電流 導(dǎo)引端5。 發(fā)蘭結(jié)構(gòu)中還包括冷卻水通道，冷卻水通道連接的是受管理電路調(diào)控的冷卻水循 環(huán)系統(tǒng)。 以上所說的管理電路中包括配套的調(diào)壓式功率調(diào)節(jié)器，將調(diào)控后的電壓通過法蘭
加在對應(yīng)區(qū)、段鉑金通道上。 上述管理電路結(jié)構(gòu)中包括 ①安裝于鉑金通道上的熱電偶；
②用于電加熱輸出的功率調(diào)節(jié)器與可控變壓器；
③連接在法蘭與可控變壓器的之間的銅排，或軟連線； ④接受鉑金通道上的熱電偶的采樣信號的，并存儲有鉑金通道各區(qū)、段的標準工 藝參數(shù)的、設(shè)置了對采樣信號進行比對處理后向功率調(diào)節(jié)器發(fā)出指令的管理軟件的工業(yè)過 程控制機。 本發(fā)明中的法蘭結(jié)構(gòu)中的均流外圈4采用鈀、或鎳材料制成，電流導(dǎo)入內(nèi)圈3采用 鉑金制成，均流外圈4的內(nèi)徑是電流導(dǎo)入內(nèi)圈3的內(nèi)徑的1. 2 1. 5倍，電流導(dǎo)入內(nèi)圈3的 厚度是安裝處白金通道管壁厚度的1-3倍，以上所說的法蘭外圈的直徑是法蘭內(nèi)圈外徑的 1. 2 1. 8倍、厚度與該法蘭上通過的最大電流配套。 以上管理電路的結(jié)構(gòu)④中的工業(yè)過程控制機是使用DCS、或PLC過程控制器、或 PAC自動化過程控制器。 以上管理電路的結(jié)構(gòu)④中的工業(yè)過程控制機為核心組成白金通道整個系統(tǒng)的控
制電路單元、或組成白金通道的某個區(qū)段相對獨立的控制電路分單元。 下面給出具體的計算實施例 對于一段內(nèi)徑為200mm，長度為lm，厚度為lmm，由純鉑制成的鉑金通道，如果其工 作溫度為150(TC，保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)為1W/m K，保溫厚度
為lm，保溫外表面積為6m2，可計算平面散熱量如下 9平面=ATX A + S XS =1500X1 + 1X6 = 9000W
如果每個法蘭每小時冷卻水流量是300kg，出、進水溫差是l(TC，則每個法蘭冷卻 散失為
水熱i
:X:3聽X 10 X
飾
^t饊水「C4 X m4 X ATX i柳o= 3鄉(xiāng)W 假如該段鉑金通道如圖3中法蘭18 法蘭19間情況，由于法蘭18被兩個回路所 共用，故該段鉑金通道冷卻水散熱相當于1. 5個法蘭冷卻水的量。所以，9^卩*= 1. 5X3488 =5232W。 Q:Q平面+Q冷卻水 = 9000+5232 == 14232W 鉑金通道的質(zhì)量 mi = P iXVi = 21. 45X 103X0. 2X3. 1416X0. 001X1
= 13. 48kg 鉑金的比熱Cl = 0. 0314kcal/kg °C 。如果保溫材料的質(zhì)量m2 = 1000kg, 比熱c2 = 0. 39kcal/kg °C ，每小時溫升20°C ，則升溫功率:<formula>formula see original document page 8</formula>
如果玻璃每小時的流量是333. 3kg，玻璃的比熱是0. 24kcal/kg 。C，每小時最大 20。C，則運行功率
<formula>formula see original document page 8</formula>
留出一定的功率余量，加熱功率選擇20kW。
鉑金在150(TC下的電阻率為P = 53. 2ii Q cm，其電阻如下
<formula>formula see original document page 8</formula>
由公式P = I2XR = 8. 467X 10—4Q 可得:20， 000 = I2X0. 0008467 I = 4860. 2A
變壓器二次側(cè)設(shè)計5000A。
鉑金上電壓U = I X R = 4860. 2X0. 0008467 = 4. 12V。 留出外圍電路壓降余量，變壓器二次側(cè)電壓設(shè)計8. 0V。 若支路電流設(shè)計3000A，共用法蘭18上采用矢量運算，那么
<formula>formula see original document page 8</formula>
由以上計算可知，由于電壓相序的合理選擇，共用法蘭18上通過的電流并沒有比 蘭19上通過的電流更大，因而共用法蘭18不必采用更大尺寸的設(shè)計。
權(quán)利要求
一種白金通道中實現(xiàn)熔融態(tài)玻璃黏度精確控制的方法，該方法包括以下步驟①按照工藝路線將鉑金通道分區(qū)、段加裝通電用法蘭，②根據(jù)每段鉑金通道所處的位置和電加熱過程中所需最大電流量確定電功率；③將可控交流電壓通過法蘭加在每段鉑金通道上；④選擇匹配每個共用法蘭上的配套的電流相序；⑤計算確定各區(qū)、段標準溫度值區(qū)間，以及對應(yīng)標準溫度區(qū)間的鉑金通道在該段的電流量區(qū)間，⑥設(shè)置一個對各段在線溫度采樣，對加載區(qū)、段電壓實施閉環(huán)控制的管理電路。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述鉑金通道是根據(jù)工藝條件進行劃分 區(qū)、段，并在各區(qū)端頭加裝通電用的法蘭，各區(qū)之間采用法蘭與法蘭對接的連接方法，各區(qū) 內(nèi)通過加裝分流法蘭分為段，所有用于分段的不在端部的法蘭和部分位于端部的法蘭，至 少為兩個電加熱回路所共用，同時流過至少兩個回路的電流。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于其特征在于法蘭的結(jié)構(gòu)中包括均流外圈 (4)，電流導(dǎo)入內(nèi)圈(3)，用于焊接定位的翻邊結(jié)構(gòu)(6)，電流導(dǎo)引端(5)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于其特征在于發(fā)蘭結(jié)構(gòu)中還包括冷卻水通 道，冷卻水通道連接的是受管理電路調(diào)控的冷卻水循環(huán)系統(tǒng)。
5 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于其特征在于管理電路中包括配套的調(diào)壓式 功率調(diào)節(jié)器，將調(diào)控電壓通過法蘭加在對應(yīng)區(qū)、段鉑金通道上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于管理電路結(jié)構(gòu)中包括① 安裝于鉑金通道上的熱電偶；② 用于電加熱輸出的功率調(diào)節(jié)器與可控變壓器；③ 連接在法蘭與可控變壓器的之間的銅排，或軟連線；④ 接受鉑金通道上的熱電偶的采樣信號的，并存儲有鉑金通道各區(qū)、段的標準工藝參 數(shù)的、設(shè)置了對采樣信號進行比對處理后向功率調(diào)節(jié)器發(fā)出指令的管理軟件的工業(yè)過程控 制機。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于法蘭結(jié)構(gòu)中的均流外圈(4)采用鈀、或鎳材 料制成，電流導(dǎo)入內(nèi)圈(3)采用鉑金制成，均流外圈(4)的內(nèi)徑是電流導(dǎo)入內(nèi)圈(3)的內(nèi)徑 的1.2 1.5倍，電流導(dǎo)入內(nèi)圈(3)的厚度是安裝處白金通道管壁厚度的l-3倍，以上所說 的法蘭外圈的直徑是法蘭內(nèi)圈外徑的1. 2 1. 8倍、厚度與該法蘭上通過的最大電流配套。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于結(jié)構(gòu)④中的工業(yè)過程控制.機是使用DCS、 或PLC過程控制器、或PAC自動化過程控制器。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于結(jié)構(gòu)④中的工業(yè)過程控制機為核心組成 白金通道整個系統(tǒng)的控制電路單元、或組成白金通道的某個區(qū)段相對獨立的控制電路分單 元。
全文摘要
本發(fā)明是在白金通道中實現(xiàn)熔融態(tài)玻璃黏度精確控制的方法。用于TFT-LED玻璃基板生產(chǎn)過程中的質(zhì)量控制。具體的技術(shù)方案包括以下步驟①按照工藝路線將鉑金通道分區(qū)、段加裝通電用法蘭，②根據(jù)每段鉑金通道所處的位置和電加熱過程中所需最大電流量確定電功率；③將可控交流電壓通過法蘭加在每段鉑金通道上；④選擇匹配每個共用法蘭上的配套的電流相序；⑤計算確定各區(qū)、段標準溫度值區(qū)間，以及對應(yīng)標準溫度區(qū)間的鉑金通道在該段的電流量區(qū)間，⑥設(shè)置一個對各段在線溫度采樣，對加載區(qū)、段電壓實施閉環(huán)控制的管理電路。本方法可以保證熔融態(tài)玻璃進入成型工序的技術(shù)指標、節(jié)約能源，操作全自動。
文檔編號G05D23/19GK101708945SQ20091007431
公開日2010年5月19日 申請日期2009年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月8日
發(fā)明者劉文泰, 宋金虎, 斯沿陽, 李兆廷 申請人:河北東旭投資集團有限公司