陶瓷焊补技术在玻璃窑炉维修中的应用(yòng) | 技术前沿
2023-09-20 17:37:58 点击：
一、陶瓷焊补技术概述
焊接技术如電(diàn)焊、气焊、工程塑料焊等都是利用(yòng)電(diàn)能(néng)或热能(néng)将焊料和被焊工件熔化在一起的技术。陶瓷焊补技术和電(diàn)焊、气焊一样也是一种焊接技术，不过是一种特殊的焊技术，它是使用(yòng)粉状耐火材料和粉状金属可(kě)燃物(wù)的混合物(wù)作為(wèi)焊料，以氧气為(wèi)载體(tǐ)通过焊枪将焊料输送到修补區(qū)域，在窑炉内待修补區(qū)域的炽热气氛下金属和氧气之间发生剧烈氧化放热反应，将焊料熔融产生一种陶瓷类黏合體(tǐ)沉积到基底耐火材料的修补區(qū)，直至达到所需的厚度。它是一种修补工业窑炉中耐火材料的方法。由于该技术是利用(yòng)金属和氧气之间发生氧化的放热反应，所以与一般意义上的碳氢化合物(wù)燃烧的机理(lǐ)是不相同的。它是以金属粉末作可(kě)燃物(wù)，氧气作助燃剂，待修补區(qū)域的高温使金属粉末燃烧，发生热反应。另外，為(wèi)了防止可(kě)燃物(wù)在焊枪内爆燃，还加入了少量的氮气。
二、焊补料成分(fēn)
玻璃窑炉是由多(duō)种耐火材料组成的，如硅砖、AZS砖、镁砖、刚玉砖、耐火黏土砖等。按照焊接机理(lǐ)，焊料成分(fēn)应该与母材成分(fēn)相同或相近，所以在选择玻璃窑炉焊补料时，应选择与玻璃窑炉焊补部位耐火材料基质成分(fēn)相同或相近的焊补材料。现在有(yǒu)些陶瓷焊补技术工程公司已经开发出可(kě)以适用(yòng)于焊补硅砖、AZS砖、镁砖、刚玉砖的硅质、锆质、镁质、高铝质的焊补料。下面以硅质焊补料為(wèi)例，对焊料成分(fēn)进行分(fēn)析。硅质焊补料也是一种不定型耐火喷补材料，由一定颗粒级配后的致密耐火骨料、结合剂组成。其中骨料是以含有(yǒu)鳞石英和方石英為(wèi)主要成分(fēn)的高纯度SiO2：作為(wèi)主要原料，其含量占焊补料总量的85%以上，另外，焊补料中还含有(yǒu)下列成分(fēn)：6%的Al2O3，2%的Fe2O3，1%-2.5%的CaO，0.1%的Na2O，0.4%-1%的K2O。添加的结合剂采用(yòng)常见的硅酸盐、磷酸盐、聚磷酸盐等无机盐，固體(tǐ)金属粉末（如铝）的含量在2%-4%之间。该焊补料的特点是组织致密、抗震性能(néng)强。金属粉末和氧气发生剧烈氧化反应后放出的热量（温度达到2000℃以上）使其迅速熔化。与硅砖（母材）牢固地黏接在一起，形成體(tǐ)积稳定的整體(tǐ)致密结构，并且不会由于SiO2晶型转化产生胀裂而损坏修补结构。
三、陶瓷焊补设备的组成和技术优点
焊补设备主要由焊枪、混料机、操作控制盘、冷却水加压泵、高压橡胶管组成。辅助设备有(yǒu)：均料机、耐材切割锯、小(xiǎo)型液压站、冷却设备等。工作条件要求：0.4MPa以上的纯氧，0.02MPa的氮气，1MPa的水压。焊补工作示意图见图1。
图1 陶瓷焊补装置示意图
使用(yòng)陶瓷焊补技术有(yǒu)以下优点：①采用(yòng)特制的喷枪，可(kě)达到传统热修根本不能(néng)达到的部位，如窑炉内部碹角等。②维修时对生产影响很(hěn)小(xiǎo)，有(yǒu)时可(kě)以忽略。③维修人员的劳动强度和危险性大大降低。④可(kě)以在窑炉薄弱部位刚刚出现问题时就采取陶瓷焊补来修，消除隐患。
四、焊补操作及工艺参数的控制
陶瓷焊补技术是近几年在國(guó)内兴起的一种在热态下不停产修补窑炉的维修方法，在國(guó)外早已得到广泛应用(yòng)。國(guó)外的工程在进行作业时摸索出了一套成熟的操作方法和工艺，在实际施工时由有(yǒu)经验的工程技术人员操作，对操作的工艺参数的控制尤為(wèi)，人员也有(yǒu)明确的分(fēn)工，各司其职。根据焊补部位和焊料成分(fēn)的不同，混料机以一定的速度给料，以保证焊缝质量，在此过程中氧气既作為(wèi)助燃剂，又(yòu)作為(wèi)输送焊料的载體(tǐ)。压力和流量是否稳定，将直接影响焊接质量和效率，若压力太高，焊补料流速太快，不易完全熔化，就会在焊补區(qū)域形成结渣和气孔，与母材的结合强度不够，焊补质量差；若压力太低，焊补料流速太慢，尽管焊补區(qū)域的质量有(yǒu)保证但效率较低。在维修硅质大碹时，一般纯氧压力稳定在0.4MPa，氮气压力稳定在0.02MPa。在此状态下焊接速度能(néng)达到30-50Kg/h。当然。根据焊补部位和焊补料成分(fēn)不同，该工艺参数可(kě)以随时进行调整。
五、焊补效果
2002年7月，河南某電(diàn)子玻璃公司１#、２#窑炉碹顶部位出现或大或小(xiǎo)的熔洞（又(yòu)叫鼠洞），严重影响池炉。采用(yòng)國(guó)外某公司的陶瓷焊补技术进行维修，取得了成功。图２、图３是２#炉右侧碹角焊补前后的照片。两张照片对比，明显看到焊补后被侵蚀的熔洞和大面积侵蚀部位被喷涂平整，这样大碹的结构强度得到较大提高。经过陶瓷焊补维修，该公司ｌ#炉运行了７年８个月、２#炉运行了８年1个月，炉龄延長(cháng)了ｌ～２年。陶瓷焊补维修成為(wèi)池炉寿命延長(cháng)的一个关键因素，為(wèi)该公司带来了显著的经济效益。
图2 焊补前2#炉右侧碹角示意图
图3 焊补后2#炉右侧碹角示意图
六、结语
陶瓷焊补是玻璃池炉中后期维修的一种很(hěn)有(yǒu)效的方法，它也可(kě)以应用(yòng)在其它工业窑炉上。在國(guó)外，利用(yòng)陶质焊补技术对玻璃窑、焦炉进行不中断生产的热态修补已经有(yǒu)了大量的应用(yòng)。对于生产商(shāng)来说，延長(cháng)窑炉的生产周期所产生的收益是相当可(kě)观的，而陶瓷焊补对于延長(cháng)生产周期所需要付出的成本是微不足道的，这也正是该项技术近几年在國(guó)内兴起的原因。
