陶瓷焊补技术在玻璃窑炉维修中的应用 | 技术前沿

发布时间：2023/9/20 17:36:54

一、陶瓷焊补技术概述

焊接技术如电焊、气焊、工程塑料焊等都是利用电能或热能将焊料和被焊工件熔化在一起的技术。陶瓷焊补技术和电焊、气焊一样也是一种焊接技术，不过是一种特殊的焊技术，它是使用粉状耐火材料和粉状金属可燃物的混合物作为焊料，以氧气为载体通过焊枪将焊料输送到修补区域，在窑炉内待修补区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体沉积到基底耐火材料的修补区，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燃烧的机理是不相同的。它是以金属粉末作可燃物，氧气作助燃剂，待修补区域的高温使金属粉末燃烧，发生热反应。另外，为了防止可燃物在焊枪内爆燃，还加入了少量的氮气。

二、焊补料成分

玻璃窑炉是由多种耐火材料组成的，如硅砖、AZS砖、镁砖、刚玉砖、耐火黏土砖等。按照焊接机理，焊料成分应该与母材成分相同或相近，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相同或相近的焊补材料。现在有些陶瓷焊补技术工程公司已经开发出可以适用于焊补硅砖、AZS砖、镁砖、刚玉砖的硅质、锆质、镁质、高铝质的焊补料。下面以硅质焊补料为例，对焊料成分进行分析。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。其中骨料是以含有鳞石英和方石英为主要成分的高纯度SiO2：作为主要原料，其含量占焊补料总量的85%以上，另外，焊补料中还含有下列成分：6%的Al2O3，2%的Fe2O3，1%-2.5%的CaO，0.1%的Na2O，0.4%-1%的K2O。添加的结合剂采用常见的硅酸盐、磷酸盐、聚磷酸盐等无机盐，固体金属粉末（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，形成体积稳定的整体致密结构，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：均料机、耐材切割锯、小型液压站、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

使用陶瓷焊补技术有以下优点：①采用特制的喷枪，可达到传统热修根本不能达到的部位，如窑炉内部碹角等。②维修时对生产影响很小，有时可以忽略。③维修人员的劳动强度和危险性大大降低。④可以在窑炉薄弱部位刚刚出现问题时就采取陶瓷焊补来修，消除安全隐患。

四、焊补操作及工艺参数的控制

陶瓷焊补技术是近几年在国内兴起的一种在热态下不停产修补窑炉的维修方法，在国外早已得到广泛应用。国外的工程专家在进行作业时摸索出了一套成熟的操作方法和工艺，在实际施工时由有经验的工程技术人员操作，对操作的工艺参数的控制尤为精确，人员也有明确的分工，各司其职。根据焊补部位和焊料成分的不同，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为助燃剂，又作为输送焊料的载体。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，就会在焊补区域形成结渣和气孔，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，尽管焊补区域的质量有保证但效率较低。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达到30-50Kg/h。当然。根据焊补部位和焊补料成分不同，该工艺参数可以随时进行调整。

五、焊补效果

2002年7月，河南某电子玻璃公司１#、２#窑炉碹顶部位出现或大或小的熔洞（又叫鼠洞），严重影响池炉安全。采用国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，炉龄延长了ｌ～２年。陶瓷焊补维修成为池炉寿命延长的一个关键因素，为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有效的方法，它也可以应用在其它工业窑炉上。在国外，利用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了大量的应用。对于生产商来说，延长窑炉的生产周期所产生的收益是相当可观的，而陶瓷焊补对于延长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国内兴起的原因。