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不銹鋼搪玻璃反應釜的研制和應用
來源:junandaily.cn??日期:2015-09-17
不銹鋼搪玻璃反應釜的研制和應用，不銹鋼是由特定的搪燒工藝方法制成，耐低溫性強，因此廣泛被用作搪玻璃反應釜的受壓元件基體和設計的專用底軸。
1 現(xiàn)狀
隨著生物、醫(yī)藥、食品等行業(yè)的迅速發(fā)展，不僅要求搪玻璃反應釜內部具有抗腐蝕性和外表潔凈衛(wèi)生，而且有些反應生成物需在低溫下( ≤- 20℃) 保存。目前我國生產的搪玻璃反應釜的基體均為Q235系列或20R的碳鋼或低合金鋼，現(xiàn)行標 準HG2432[1 ]中雖允許選用09Mn系列的搪瓷專用鋼，市場上實際沒有，瓷釉也只有與碳鋼相匹配的底釉。所以，現(xiàn)行標準規(guī)定搪玻璃反應釜在一定設計壓力下的使用溫度為: > - 20℃～ ≤200℃，且外表油漆脫落后極易生銹。因此，目前的碳鋼基體搪玻璃反應釜不能滿足低溫工況( ≥- 40℃～ ≤- 20℃) 下安全運行和對衛(wèi)生要求較高的生物、醫(yī)藥、食品行業(yè)的需求。另外，由于不銹鋼對含氯離子或非氧化性酸的介質不耐腐蝕，還可能導致藥品等特殊物料的重金屬離子含量超標。為此某公司以市場為導向，自2001年起研制開發(fā)奧氏體不銹鋼搪玻璃反應釜。
2 技術措施
根據(jù)設備應在低溫工況下安全運行和外表能保持潔凈衛(wèi)生要求的特性，更新概念和突破傳統(tǒng)技術，選用奧氏體不銹鋼作為搪玻璃反應釜的受壓元件基體，并研制出能與奧氏體不銹鋼相匹配的專用底釉。由于奧氏體不銹鋼的線膨脹系數(shù)在20～200℃時，要比碳鋼的大約40 % ，高溫抗氧化性也好，另外，在加熱或冷卻中的相變不同[2、3 ]，所以需采取一些措施。其關鍵加工工藝為:
3 鋼坯成型和焊接
(1)受壓元件在冷成型過程中，應防止產生冷作硬化和鐵磁相含量過大[4 ]；
(2)熱成型時，應避免采用可能使工件表面被滲碳的加熱方法，防止降低其耐腐蝕性能；
(3)組焊時，除不允許采用強力組裝外，還須嚴格控制焊接工藝參數(shù)，并選用較小的線能量，以減小內應力和產生過燒組織的傾向；
(4)涂搪側所有轉角， R > 10 mm。
4 涂搪側基體的表面處理
奧氏體不銹鋼搪玻璃反應釜的鋼坯在涂搪底釉前可不進行預燒，只需對涂搪側表面進行噴砂(Sa3)或酸洗氧化處理。應優(yōu)先采用噴砂處理方法，以增加涂搪側基體的表面粗糙度和表面積，達到增強底釉與基體的粘結和機械密著力。如采用酸洗氧化處理，則必須制定合理的酸洗氧化處理工藝(如選擇:酸洗液的種類、組分比例、溫度、時間)，并在處理后應立即進行中和處理[5 ]，防止酸洗液滲入基體表層而影響搪瓷層的質量。
5 搪瓷燒成工藝
奧氏體不銹鋼與碳鋼，在線膨脹系數(shù)和加熱，冷卻中相變方面的差異，決定了奧氏體不銹鋼搪玻璃反應釜的燒成工藝也不同于碳鋼基體。據(jù)此，采用階梯加熱和冷卻方式的燒成工藝(見圖1) ，在這里應充分考慮基體和搪瓷層各自的相變特點，以及相變應力產生的不利因素。
6 專用底釉設計原則
在確保搪瓷釉符合現(xiàn)行標準中四項理化性能指標的規(guī)定外，還應滿足以下要求:
(1)應具有合適的線膨脹系數(shù)比值，本項目專用底釉以Na2O - B2O3- TiO2- SiO2{ (α瓷釉) / (α不銹鋼)> 65 %}[6 ]。以保證搪玻璃設備在燒成中，底釉與不銹鋼基體間具有良好的密著性；
(2)表面張力小，浸潤能力和粘性較好；
(3)燒成溫度低、范圍大，取880～940℃；
(4)有較高的彈性和良好的密著性。
7 產品性能及應用
本項目產品100L～1000L奧氏體不銹鋼搪玻璃反應釜，通過了江蘇省科技廳組織，有國內著名搪玻璃專家和化工機械專業(yè)的教授參加的鑒定會的鑒定，其主要性能檢測結果見表1、表2。從表1可看出本項目產品適用的工作溫度范圍大于現(xiàn)行標準產品，并且從基材的沖擊韌性(AK值) 可推知，在低溫工況下本項目產品的安全性較好。由表2可看出，專用底釉性能指標優(yōu)于現(xiàn)行標準的規(guī)定值。表1指標名稱 HG2432 —2001搪玻璃設備技術條件本項目產品釜內 夾套 釜內 夾套工作溫度( ℃)> - 20～≤200> - 20～≤200≥- 25～≤200≥- 40～≤220腐蝕裕度(mm) 0 1 0 0受壓元件材質Q235系列或20R奧氏體不銹鋼表2名稱耐鹽酸性(g/ m21d)耐氫氧化鈉性(g/ m21d)耐溫差急變性( ℃)耐機械沖擊性(J )檢測值111 410≤230 ≤286×10- 3
自2003年至今，已生產的多臺100～1000L奧氏體不銹鋼搪玻璃反應釜投入使用，實際運行情況證明本項目產品在 ≥- 40℃～ ≤220℃范圍內能安全運行，且夾套內的冷卻或加熱介質可不經(jīng)處理直接循環(huán)使用，可節(jié)約長期運行成本。滿足國內目前生物、有機高分子、醫(yī)藥等行業(yè)對低溫工況下安全運行和外表衛(wèi)生的要求。對促進上述行業(yè)的技術進步將起到積極作用，推廣使用后將產生較好的社會效益。
8 結論
(1)鋼坯所有轉角R應大于碳鋼基體，成型加工應避免產生冷作硬化和表層滲碳，涂搪側基體表面處理應達Sa3。
(2)底釉配方的設計，在兼顧到瓷釉四項理化性能指標的前提下，應考慮使搪瓷層的線膨脹系數(shù)盡可能大，保證α瓷釉/α不銹鋼> 65 %。
(3)搪燒過程中，應充分考慮奧氏體不銹鋼基體在加熱，冷卻過程中的相變特性，以減少成品設備中的殘余應力，維護不銹鋼的耐腐蝕性能。
(4)對已投入運行的設備跟蹤監(jiān)控表明，奧氏體不銹鋼搪玻璃反應釜完全能在一定的低溫工況( ≥- 40℃～ ≤- 20℃) 下安全進行，且外表符合醫(yī)藥等特殊行業(yè)的衛(wèi)生要求。
