搪玻璃反應釜諸多爆瓷原因中,魚鱗爆瓷是比較普遍的危害。魚鱗爆瓷主要是由基體金屬中的氫作用導致的爆瓷,會給搪玻璃反應釜制造企業及化工企業造成巨大的經濟損失,為此研究魚鱗爆瓷產生的機理、分析氫產生的時機以及制定相應的預防和應對措施至關重要。
一、魚鱗爆瓷的產生機理及危害
在胎體鋼板制造、儲運以及搪玻璃反應釜的制造、使用過程中,會因為各種原因產生氫,一部分氫擴散到空氣中,還有一部分氫滲透到鋼板內部,在鋼板內空穴積滯。另外高溫燒制過程中,鋼板也能大量吸收空氣中的氫。隨著積滯在鋼板空穴內氫的增加,將形成高達110個大氣壓或更高的內壓,致使鋼板表面出現鼓泡甚至破裂,以至搪玻璃瓷層出現魚鱗狀爆瓷,即魚鱗爆瓷。
魚鱗爆瓷通常在完整的瓷面上出現半月狀的深陷點,爆瓷部位有的保留底釉層,有的連底釉層一起脫落。隨著瓷層厚度與氫滲入鋼板空穴量的增加,爆瓷面積也隨之增大。搪玻璃反應釜在制造過程中,為彌補制造缺陷,需要增加搪燒次數,必然增大搪玻璃反應釜公差變形,使搪玻璃反應釜成品率降低。搪玻璃反應釜投入使用后,即便出現很小面積的魚鱗爆瓷,若不能及時發現并修復,輕者設備爆瓷穿孔,重者酸液進入換熱循環系統,致使整個生產線的所有搪玻璃反應釜產生魚鱗爆瓷。
二、氫的產生時機
1.水與碳或鐵高溫產生氫
搪玻璃反應釜制造過程中,為減少C0、C02、H2等氣體的產生,需要預燒鋼坯使其鋼板表面處于零碳狀態,而鋼板深層依然含碳。在以后多次涂搪中,游離的碳原子在高溫時會產生移動,即從含碳濃度高的一側向濃度低的一側擴散,內部的碳會逐漸擴散到已經脫碳的鋼板表面。在鋼材制造、搪玻璃反應釜胎體焊接以及燒成的高溫過程中,會有水蒸氣與鋼板表面的碳、鐵反應生成氫,一部分氫原子滲入到鋼鐵內部,在鋼鐵內部空穴內積滯形成氫氣。
(1)透水性是鋼材固有的特性,鋼材中的錳、硫含量增加,其透水性也相應增加,資料表明鋼材中錳含量>0.6%、硫含量>0.055%時其透水性急劇增加。由于鋼材具有透水性,在儲存、運輸以及搪玻璃反應釜制造時雨水、空氣中的水分、釉漿噴涂層中的水會進入鋼材,鋼材中的水在焊接、燒成時汽化成水蒸氣,水蒸氣與碳、鐵反應有氫生成。另外,胎體焊接時焊條未烘干,焊條中的水分在高溫下也會變成水蒸氣,使焊縫部位的滲氫量增加。
(2)熱軋鋼制造過程中,因為鋼板反復接觸水性高溫潤滑液,致使大量的水蒸氣與碳、鐵反應有氫生成。
(3)鋼板中氫的吸收量與燒成爐內水蒸氣分壓的平方根成正比、與燒成溫度有指數關系。燒成爐爐壁潮濕,釉漿噴涂層沒有徹底烘干就進入高溫燒成爐搪燒,使用煤、油做熱源的燒成爐預燒鐵坯和燒制搪玻璃反應釜,都能增加燒成爐內的水分含量,燒成爐內的水蒸氣與碳、鐵反應生成氫。
(4)為了促進釉漿的懸浮、克服沉淀,使釉漿噴涂層有一定的粘合強度,制造瓷釉時需要加入含有結構水的黏土。釉粉與水(酒精)混合配成的釉漿噴涂于鋼板上,釉漿噴涂層中的水分在烘干過程中基本可以除去,但黏土中的結構水要在450~700。C時才能大量釋放,到900。C時釋放完畢。黏土中的結構水在高溫燒成過程中,釋放出來的水形成水蒸氣與碳、鐵反應有氫生成。
2.鋼板與酸反應產生氫
鋼板儲運過程中遇有酸雨,搪玻璃反應釜胎體預處理時鋼板酸洗,釜壁穿孔酸液進入換熱循環系統,導熱媒介呈酸性、夾套除垢使用酸性除垢劑以及酸液滴撒到搪玻璃反應釜釜蓋外壁,都能產生大量的氫,一部分氫會滲入鋼鐵內部。
3.高溫過程中鋼板吸收氫
鋼材中氫氣排放和吸收的過程是隨著溫度的變化而變化的,3500C以內鋼材中的氫氣是排放的過程,很過350。C以后鋼材中的氫氣是吸收過程。350。C以后盡管鋼材也有氫氣排放,但吸收氫氣的量要大于排放的量,3500C以內氫氣的排放程度和350。C以上氫氣的吸收程度隨著溫度的增高而增高。在鋼材的冶煉、胎體焊接、搪玻璃反應釜燒成過程的高溫中,大氣中的氫會被鋼材大量吸收。
三、魚鱗爆瓷的預防與應對
搪玻璃反應釜魚鱗爆瓷給搪玻璃反應釜制造企業及用戶帶來的損失很大,預防和克服魚鱗爆瓷的關鍵是減小制品中氫的含量,盡可能杜絕氫的產生,制止滲入的氫在鋼中積聚和創造易于排除氫氣的條件。
1.搪玻璃反應釜胎體制作使用專用鋼
搪玻璃反應釜制造所用的鋼材應該使用搪玻璃專用鋼。在制造搪玻璃專用鋼時,應按標準控制鋼材中錳與硫的含量,使錳<0.6%、硫<0.04%,添加鈦元素使鈦與碳質量比例控制在4~8,降低鋼材的透水率及鋼材空穴內的積滯氫氣。鈦會在高溫時與碳生成TiC,大量減少了搪燒時金屬與非金屬界面上生成的CO、C02、H2氣體,同時TiC還能捕捉滲入鋼材中的氫原子,使鋼材界面生成氫原子、空穴內積滯氫氣的概率降低。
2.搪玻璃反應釜制作使用優質瓷釉
瓷釉作為搪玻璃反應釜制造的基礎材料,性能的優劣與搪玻璃反應釜的成品質量有著直接的關系。熔制瓷釉時在配料中加入降低瓷釉熔點的材料,將高溫瓷釉改變為低溫或中溫瓷釉可大大降低燒成溫度,減少搪玻璃反應釜燒成過程中釜體鋼板的吸氫量。另外,在瓷釉配方中加入阻氫劑,使瓷釉具有阻止氫生成的作用,也能降低鋼材內部的氫氣濃度。
3.降低胎體鋼板和焊條內的水分含量
鋼材的透水性是客觀存在的,調整鋼材中錳、硫含量能降低鋼材的透水性,但不能根本杜絕鋼材吸收水分。搪玻璃反應釜胎體焊接所用的焊條使用前完全烘干,使用乙醇替代水配制釉漿,燒成曲線升溫過程時在300~350度以內保溫一段時間,完全烘干釉漿噴涂層和胎體鋼板后再升高燒成溫度,都能釋放焊條和鋼板中的水分,減少制品魚鱗爆瓷的發生。
4.降低燒成爐內氣體水分的含量
搪玻璃反應釜制造所用的燒成爐內水蒸氣分壓的平方根與胎體鋼板吸氫量成正比,爐內水蒸氣應盡可能少,燒成爐還要保持氧化氣氛,使s02、C02、N02氣體控制在較小限度內,較大限度減少氫的生成。潮濕的燒成爐爐體完全干燥后再使用,使用電爐替代煤或油為燃料的燒成爐,都能大大降低燒成爐內氣體水分的含量,進而減少制品魚鱗爆瓷的發生。
5.搪燒過程中排放胎體鋼板中的氫鋼材內的氫氣排放在300~350度是較快的。搪玻璃反應釜瓷層應設計合理、厚度適當且均勻,設計燒成曲線時應有保溫脫氫階段,使鋼中大量吸附的氫氣逸出。國際上較先進的燒成技術“搪燒后緩冷”中的“緩冷”除去釋放應力溫度段保溫外,還要在300~350度保溫一段時間,較大限度釋放鋼板中的氫氣。
6.加強管理杜絕酸性物質接觸胎體鋼板
搪玻璃反應釜胎體鋼板在儲運、制造、使用中會因為接觸酸性物質導致魚鱗爆瓷的發生,應對措施一是在鋼板儲運時避免接觸酸雨以及鋼板預處理盡量避免酸洗。二是加強設備使用過程中的檢驗,對搪玻璃反應釜爆瓷做到早發現早處理,盡可能避免釜壁穿孔的發生。發現釜壁穿孔酸液進入夾套要立刻關停循環系統并放料,用堿性溶液清洗穿孔設備夾套和整個循環系統。三是循環系統加裝pH值檢測報警儀或定期人工檢測pH值,以防止導熱媒介呈酸性造成的大面積爆瓷。導熱媒介呈酸性時要加入少量的堿使pH>7,夾套除垢時應采用中性除垢,杜絕酸性除垢。四是從跑、冒、滴、漏抓起,杜絕酸液流淌、滴撒到釜蓋外壁,發現釜蓋有酸液要及時清洗。
在鋼材制造、儲運、設備胎體制作、預處理以及搪玻璃反應釜燒成和使用的各個階段,會因為各種原因導致搪玻璃反應釜產生魚鱗爆瓷,根據產生氫的時機,采取相應對策并加以實施,搪玻璃反應釜魚鱗爆瓷產生的概率就能大大減少或杜絕。