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不銹鋼搪玻璃反應釜的研制和應用
來源:vsfruqn.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 現狀
隨著生物、醫藥、食品等行業的迅速發展，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，現行標準規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℃) 下安全運行和對衛生要求較高的生物、醫藥、食品行業的需求。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年起研制開發奧氏體不銹鋼搪玻璃反應釜。
2 技術措施
根據設備應在低溫工況下安全運行和外表能保持潔凈衛生要求的特性，更新概念和突破傳統技術，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，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行標準中四項理化性能指標的規定外，還應滿足以下要求:
(1)應具有合適的線膨脹系數比值，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于現行標準的規定值。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處理直接循環使用，可節約長期運行成本。滿足國內目前生物、有機高分子、醫藥等行業對低溫工況下安全運行和外表衛生的要求。對促進上述行業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，且外表符合醫藥等特殊行業的衛生要求。
