從理論分析和生產(chǎn)經(jīng)驗得知,搪燒對搪玻璃反應釜的質(zhì)量,尤其是搪玻璃反應釜的穩(wěn)定性有著重要影響。搪燒主要有兩個過程:燒成過程(設備從室溫受熱升至瓷釉玻璃化的溫度)和降溫過程(設備從玻璃化溫度降至室溫)。一臺搪玻璃反應釜一般要噴1次~2次底釉,面釉若干次,搪燒若干次。
燒成工藝制度是指控制燒成過程中的溫度和時間的措施。燒成過程中瓷釉和鋼及爐窯內(nèi)空氣本身就有物理化學變化,更為重要的是它們之間有劇烈的物理化學變化,變化的結果直接影響釉層的缺陷、穩(wěn)定性、物理化學性能,升溫速率及保溫時間的長短,對獲得高質(zhì)量的搪玻璃反應釜起著重要作用。重要的物理參數(shù)有瓷釉的固化溫度(Ts)和軟化溫度(Tg)及融化溫度(Tt),它們將決定燒成制度的制定;反之,這些參數(shù)也是溫度速率的函數(shù),尤其是軟化溫度,燒成制度也影響它們的確定,這樣給工藝制度的制定帶來困難。以3000L搪玻璃反應釜為例,控制3℃/min的升溫速率,(Ts,Tg,Tt)為(435℃,480℃,532℃),而無控的10℃/min的升溫速率,(Ts,Tg,Tt)較(435℃,480℃,532℃)往后移動。
燒成工藝制度對產(chǎn)品質(zhì)量影響有以下幾方面。
在升溫的各溫度段內(nèi)主要化學反應有:
室溫至120℃,瓷粉表面水分蒸發(fā);
350℃至600℃,懸浮劑、粘土等化學結合水脫水;
700℃至730℃,鋼板脫碳,碳和空氣中氫發(fā)生反應,產(chǎn)生CO和C02;
750℃至燒成溫度,化學反應有
1.對再沸現(xiàn)象控制
為克服搪燒工藝中再沸現(xiàn)象(泡影、暗泡),需注意氫在鋼中有低溫析出、高溫溶解的特性,而氫主要來源于爐窯氣氛和粘土中的水。當搪每遍釉時,來不及熔進鋼中的氫就將面釉鼓成泡,這種現(xiàn)象主要通過底釉層擴散到面釉盡,底釉層突然鼓起泡的溫度稱為再沸臨界溫度,它越高,再沸現(xiàn)象傾向越小。反映底釉層搪燒過程重要參數(shù)是發(fā)泡溫度,底釉熔融溫度正是放氣激烈的階段,稱為發(fā)泡的臨界溫度,這個溫度越高或不明顯,底釉質(zhì)量就越好。因此,我們要有效地控制底釉的發(fā)泡臨界溫度和面釉的再沸臨界溫度,減少或避免搪燒工藝中的再沸現(xiàn)象。
2.對發(fā)紋現(xiàn)象的控制
搪玻璃反應釜中接孔外圓弧或下料口與下接圓環(huán)周圍的內(nèi)外圓弧及攪拌器漿葉頭等處易出現(xiàn)發(fā)紋,是由于材質(zhì)不均勻性應力集中所致。要防止應力集中拉裂出現(xiàn)所謂發(fā)紋,在升溫制度上要補償釉層與基材(鋼材)工件溫度差,使工件局部溫度差控制在一定范圍內(nèi)(如±100℃),即保證溫度的均勻性。所以,升溫速率是變化的,需選擇合適的燒成時間和溫度,使釉層產(chǎn)生適度的分流速度,才能提高表面的均勻性。即搪玻璃反應釜各處必須有不同的熱曲線,才能保證它的溫度均勻性。
3.對殘余應力的控制
由于瓷釉和基材鋼的熱膨脹系數(shù)差異較大,在搪燒過程中產(chǎn)生的張應力和壓應力如圖2所示。其中有三個重要物理參數(shù)(Ts,Tg,Tt)。升溫制度不同,對殘余應力形成影響很大。試驗方案采用不同的升溫制度,相同的冷卻制度,24組試驗,每組放3個80×80×6(mm3)基材鋼板施1mm厚的瓷釉的樣品進行搪燒。使用應力釋放電測法測量常溫下的殘余應力,見表1。其中σ1與σ2是兩個垂直方向的應值力。從表1看出,受控升溫(溫度速率在不同溫度段控制)比傳統(tǒng)工藝和較長時間工藝應力分別降低17%和10%,破壞性試驗殘余應就更大了。