搪瓷设备由金属胚体及瓷釉层组成。胚体材料含碳量是主要考核指标,要求含碳量在0.2%以下。 钢板一般采用Q 235系列板:10号、15号、20号钢板及一些低合金钢,最近出现了钛合金钢板。瓷釉配方主要成分:二氧化硅50%-80%;三氧化二硼12%左右;氧化钠12%左右;氧化钴3%左右。华北制药股份有限公司稀硫酸配制工艺中采用了搪瓷设备。主要工艺:水由进水管注入搪瓷罐达到所需体积,浓硫酸由铅质进料管缓慢进入到罐底部,同时用压缩空气在罐底进行搅拌,使稀酸浓度尽量均匀,随时用pH试纸进行粗略检测,pH值达标后,再取样化验是否达到工艺要求。浓硫酸稀释过程中放出大量热,热量由夹套内-5 ℃冷盐水带走,稀酸温度控制在25 ℃以下,以满足后续工艺要求。设备运行一定时间后,出现搪瓷脱落现象,远低于正常使用寿命。本文从搪瓷设备的制造、运输、安装等方面分析脱瓷原因。
1、制造过程中脱瓷原因分析
1.1 金属胚体晶体的结构缺陷
空位及间隙原子的缺陷影响 空位及间隙原子的晶体结构缺陷是由原子的热运动形成空位和间隙,原子离开了平衡位置而形成的。可使金属的韧性、刚度降低,所以返工件尽可能不采用“红热制品冷水炸瓷”的工艺,否则在搪烧时增加制品的变形。
品界层的影响 品界层动能越高,金属材料熔点越低。因此,搪瓷设备用钢板在进行热冲压胚件前的加热过程有时会出现局部“过烧”缺陷,所以热加工件的温度一般控制在1000 ℃以下为宜。热处理过度则会出现渗碳,导致搪烧过程中,局部金属基材与瓷釉不结合;热处理欠火会导致钢板变形加工时,应力集中在圆弧部分,搪烧时局部爆瓷。
1.2 氢气对搪瓷工艺的影响
钢板中的氢对搪烧工艺极其不利,氢在酸洗和搪烧两个过程产生,钢板中吸收的氢并不进入晶体材料的稳定结构,在某些条件下氢气重新排出,烧成时形成气泡、发沸,从而形成鱼鳞爆瓷。
1.3 应力对搪瓷的影响
应力包括内应力和焊接应力,应力的存在对搪烧过程十分不利。主要表现在使制品容易变形;使玻璃层炸纹、爆瓷。所以,对胚体进行预烧或时效处理是必要的。
1.4 瓷釉对质量的影响
瓷釉是涂敷在金属胚体上多种无机物的混合物,经特殊工艺制得,主要以玻璃相为主体,且具有少量晶体。瓷釉是包括底釉层、面釉层等5种不同性能的结构总称。由于瓷层受本身缺陷及冷却时产生的热应力、内应力影响,表面瓷层的微裂纹是不可避免的,微裂纹产生后对瓷层的机械强度、化学稳定性和吸附性,都有较大影响,尤其是机械强度,资料表明,脆性材料的理论强度为其实际强度的几百倍。在搪烧工艺过程中,常见缺陷可归结为:爆瓷、瓷层裂纹和瓷层中气泡。
2、运输安装、使用过程中脱瓷原因分析及措施
搪瓷属脆性材料,在浓硫酸稀释的工艺单元中,虽然设备出厂前检测合格,但在运输、安装、使用过程中也可能造成损伤。
2.1 设备吊运、安装过程造成的搪瓷脱落现象
在吊运、安装绳索部位或附近出现搪瓷脱落,且脱落部位呈环状分布或管根部。原因分析:在设备自身重量下,吊运、安装绳索所系不正确,造成局部压力超过搪瓷罐胚体所能承受的压力而变形,搪瓷出现微裂纹,使用时间很短,搪瓷脱落。
措施:(1)设备吊运、安装过程中,绳索应套在裙座加强板部位。(2)就位过程底部滚杠上加木板或直接用排车。(3)法兰连接时,垫片必须平整,用力矩扳手对称均匀拧紧螺栓。(4)安装完毕,使用前用高压电火花检测仪进行检测。
2.2 设备质量造成的搪瓷脱落现象
一块或几块或大或小从胚体上脱落,脱落部位呈不规则形状,即爆瓷现象。原因分析:(1)面釉从底釉(或爆处看不到底釉)脱落,可能是烧成温度不当所致。(2)脱落的搪瓷面釉与底釉结合很好,底釉与胚体的密着程度有问题。
措施:出厂前及设备到货后,用高压电火花进行检测,对检测出的问题及时进行处理。
2.3 工艺管路或误操作造成的搪瓷脱落
现象:搪瓷自外部夹套与筒体焊接部位以下整体脱落。原因分析:管路串流或阀门泄漏或误操作,使硫酸进入到夹套内,对搪瓷的胚体造成很大影响。
措施:(1)对管路进行改造,使其不能串流。(2)加强工艺纪律管理,用pH试纸对夹套水检测。
2.4 使用工艺造成
浓硫酸进口部位搪瓷脱落。原因分析:浓硫酸稀释时放出大量热,造成局部温度很高,外部夹套-5 ℃度冷却水将热量带走,冷热交替进行,造成搪瓷设备的载荷突变,搪瓷疲劳而脱落。
措施:改变稀硫酸配制工艺,将浓硫酸与水按一定的比例通过石墨混合器进行混合,利用石墨混合器外部夹套内的冷盐水带走部分热量;热的稀硫酸液流入下部的石墨换热器进一步将热量带走,经过冷却的稀硫酸液体进入储罐,供工艺使用。
3、结论
我公司采用了新的浓硫酸配制工艺,并且加强了设备到货的检验,在设备安装前,对安装人员进行培训。搪瓷设备在使用过程中,加强了操作劳动纪律管理,定时对出口的稀硫酸观察、化验。定期对罐体进行检测,发现小块脱瓷后,及时用耐酸胶进行修补,以免大面积脱瓷的发生。
采取以上措施后,搪瓷设备寿命大大延长,不但节约了设备购置费用,而且避免了对正常生产的影响。

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