奧氏體不銹鋼搪玻璃反應釜的研制和應用

    奧氏體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:

    211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>10mm。

    212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。

    213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。

    214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。

    3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)0100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111410≤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(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。

    4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(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。