CN1028496C - 金属管道的涂布方法 - Google Patents

Abstract

以玻璃(釉)料作涂料，对金属管道内外表面进行涂布的方法，以及由此制得的防腐管道，该方法是将熔融态的玻璃(釉)料直接涂布于管道上。由此方法制得的防腐管道，比环氧类及聚乙烯涂料静电喷涂的管道性能好，涂布方法简单。

Description

本发明涉及金属管道的涂布方法及产品，更具体地说，是关于用玻璃（釉）涂布金属管道的方法以及由此得到的制品，用作石油、化工、医药、染料等工业管道和输油、供水、供气管道，以及埋入地下或安装在海底的各种防腐管道。这是一种防腐性能极佳、使用寿命极长的复合管道。

本申请是CN89107856.8的继续申请。

采用热沥青或煤焦油进行管道防腐，是目前我国管道防腐的主要方法，世界主要工业国家直到前不久，也主要采用这种方法。沥青防腐的寿命一般不超过十年，在腐蚀严重地区，使用寿命往往只有5-7年。采用这类防腐涂料存在不少缺点，如极限变形率小，温度较高时发生流淌，致使防腐层遭受破坏，阴极保护时所产生的碱，会破坏底漆的附着力，以及微生物的侵蚀破坏等。因此，管道防腐层的薄弱环节随时有遭受破坏的危险，这不但要付出巨额维护保养费，而且因维修管道造成停止输送的经济损失也非常惊人。另外沥青及煤焦油进行管道防腐，因有严重的环境污染问题，在使用上也受到限制。

近年来，国外大量采用环氧粉末喷涂方法进行管道防腐，这是沥青防腐的更新换代产品。西德在输气管线及水管的防腐中，90%采用聚乙烯粉末涂料。环氧粉末涂料在西欧及美国获得了广泛的应用。从1985年起，中国管道科学研究院已试验成功环氧粉末喷涂管道，并在逐步推广应用。这种钢塑复合管道的使用寿命由于提高了极限变形率，不会因变形、流淌产生破坏、比沥青涂层的使用寿命有所延长。但它毕竟与沥青一样是有机材料，存在着共同的难以克服的弱点，那就是涂层的老化问题，随着时间的延长、温度的高低变化、以及空气湿度、土壤中酸、碱、盐和水份的影响会促使老化加速。无论是聚乙烯还是环氧类涂料，其老化期一般不会超过20年。

中国专利申请号CN89107856.8公开了一种金属-玻璃（釉）热喷复合防腐管道，它是利用粉末喷涂技术，喷涂底釉和面釉的方法制得金属-玻璃（釉）复合防腐管道，制得的制品克服了已有的有机防腐涂层易老化的缺点，彻底改善了管道的防腐性能，大大延长了管道的使用寿命。但采用粉末喷涂方法;首先要制成粉料，然后利用氧乙炔等进行两次热喷涂;这样做，不但工艺过程比较繁锁，而且还需消耗大量能源。

本发明的目的是提供一种直接涂布熔融态玻璃（釉）料的方法，在保证管道的防腐性能及使用寿命的同时，简化工艺路线，节省能源（氧乙炔）。

本发明的另一个目的是提供一种由本发明方法制得的产品。

众所周知，化工搪瓷是防腐性能极好的无机材 料。目前，搪瓷产品都是用窑炉烧制的，而超长管道则窑炉不能烧制，本发明提供的利用热玻璃液的涂布方法，可以制做各种超长的管道（一般为12米），这种玻璃液涂布的管道完全可以和化工搪瓷媲美，与CN89107856.8相比，制得的产品的各种性能指标基本一致，甚至会有某些改进。

为使本发明得以实现，本专利申请提供了玻璃涂布液、以及为实施该方法的一些必要设备以及有关的操作方法和程序。下面将结合附图和流程予以说明;

熔制玻璃的方法和窑炉为现有技术，这对普通专业技术人员来说是显而易见的，在此不一一赘述。流程为：

（1）表示管道传送系统，

（2）表示管道除锈系统，

（3）表示管道预热系统，

（4）表示管道氮气保护系统，

（5）表示管道涂布涂层系统，

（6）表示涂层高频封孔系统，

（7）表示质量检测系统。

图1为实施本发明方法的示意图，其中所用的设备均为标准设备;当然，只要对实施本发明方法不产生不利的影响，也可以自制一些非标设备，例如，可以自制：热熔玻璃液入口（2），玻璃涂布槽（3），压平滚子（4），控制玻璃液厚度的刮板（5）等。

如图1所示，在整个热涂布作业中，彼涂布的管道（1）同时进行两种运动，一是绕轴线旋转，一是沿轴线方向移动：管道涂布前必须除锈，采用空压机（9）喷砂进行管道除锈（10），接着（11）自发电或是供电，使中频机组（12）工作后，通过缠绕在预热区的感应线圈（6）加热管道，把氮气发生炉（17）产生的氮气引入氮气保护罩（8）内，将管道上的预热区和涂釉区保护起来，以免管道在高温下氧化，管道进入涂布区后，在涂布槽（3）内均匀地滚涂一层在热熔状态下的具有防腐性能的玻璃釉料，由于管道具有旋转和前进动作，所以整个涂布过程是均匀一致的。

涂布涂料的配方为：（重量百分比）：

锆英石2-5    纯碱20-30

钾长石30-50    钼矿粉5-10

白钨砂1-5    氧化镍0.5-2

锂辉石1-5    氧化钴0.5-2

硼砂10-20    黄土5-15

为防止管道涂层的缺陷，必须增加表涂层的流动性，所以，最后的工序是（13）自发电或供电使高频机组（14）工作，这时涂布后的管道进入高频感应加热区（7），使管道涂层表面进行加热封孔。

涂布完成的管道，接着要进行质量检测工序（15），电源（16）测厚仪及高压电火花检测仪，不合格的产品，再经过修补处理。这样利用玻璃（釉）涂装的管道生产过程到此全部完成。

当需要时，管道也可进行内壁的防腐;内壁防腐实际上是两层涂料的加工过程，首先利用外涂布时的热量，内外同步完成熔制内壁底釉的工作（底釉是预先涂好的釉粉浆料）。底釉完成后管道在原轨道倒退运行，这时管道有一定的倾斜度，从上端涂面釉，使面釉在感应区内熔敷于内壁，倒退至终点，供料停止，然后管道再向正转方向运行，当管道走出加热区即为涂布好内壁的防腐管道。

管道的预热温度，取决于玻璃（釉）料的熔融温度，一般与玻璃釉料的熔融温度相等，约为850-900℃，采用中频机感应加热线圈进行加热的方法，使被加热的管道形成电磁场，这时由于涡流和电磁滞的损耗而发热，这种方法速度快，控温准确，可提供热涂布较理想的温度场。利用玻璃釉涂布的管道涂层厚度一般为0.05-2.00毫米，但最好为0.4-0.8毫米;高频封孔的温度最好为900-950℃。（表见文后）

在涂布过程中，为了使涂布液具有足够的流动性能等，也可以在涂布液中加入一些对涂布有利的添加剂。

实验证明，MoO₃、WO₃在多无系的玻璃中能使未发育的潜在玻璃生成能力显著加强，同时钨、钼对玻璃的化学稳定性也发生影响。他们不但有助熔作用，而且对涂布制品的表面光泽具有良好的效果。

MoO₃、WO₃与碱形成易熔化合物-钼酸盐和钨酸盐，它们在涂布过程中与金属介面发生微弱的化学反应。如钼酸钡用于搪瓷底釉时可改善瓷釉对金属的润湿能力。

本发明的产品，玻璃液涂布的管道与热喷涂的管道一样，都具有良好的耐酸、碱、热，耐老化、 耐冲击等性能，与有机涂层不同，根本不存在老化问题，所以是一种能耐恶劣自然条件（如腐蚀性强的土壤、海底和恶劣气候条件）和人工条件（工业腐蚀介质）的优良防腐管道，其使用寿命预料比现有最好的有机涂层管道至少高3-5倍，实际上可能要高10倍、甚至几十倍（不同地区）。由此而产生的直接和间接经济效益不言而喻。

在CN89107856.8中列出的性能测试对于用本发明涂布方法得到的产品同样适合，在此不一一列举。本发明涂布方法得到的产品甚至在某些性能方面比前述申请的还好。另外，将由清华大学化学系做的《钢材表面涂布釉料结合性能测试报告》表述如下：实验方法

利用光学显微镜和扫描电镜对样品抛光断面进行结构分析，研究涂布层性能，气孔分布和玻璃釉涂层与钢板的结合性能。

显微结构分析：

1、气孔分布：涂层的气孔主要分布在钢板与涂层的交界处，气孔呈规则的球形，其直径为20-200微米，大部分为90微米。如图2，图中所示气孔交界为52.5℃，此角的大小与玻璃釉对钢表面的湿润性有关，角度越小说明两者的湿润性越好。结合得也越好。

2、玻璃涂层的结构：显微结构分析表明，整个涂层分为两层，第一层称为过渡层，第2层为表面涂布层，过渡层是指与钢板表面相接的一层约50微米的玻璃釉涂层，这一过渡层玻化较好，为透明的或是半透明态，这种过渡层在高温涂布过程中，溶解一部分铁分，在涂层中形成富铁小球体，如图3所示，图中的亮斑为溶解的铁分析晶现象。过渡层以外350微米厚的涂布层也就是表面涂布层，它决定着整体涂布层的覆盖能力及装饰效果。

3、结合性能分析：光学显微镜下观察，钢板与玻璃釉料结合情况良好，未发现裂纹存在，在电镜扫描过程中还发现，在金属与非金属交界接合处所形成的低熔点化合物现象能谱分析表明，该化合物的主要元素为NaSFe其次含少量的SiAl，从而加强了结合强度，这种低熔点的化合物在金属表面上形成也很可能是一种金属玻璃成份。

需要指出的是，本发明公开的这些具体内容只是对本发明的说明，在不违背本发明的精神及范围下的一些变更也包括在本发明的范围内，本发明的范围将由权利要求来加以限定。

管道内壁防腐的涂料配方

釉    数据性能    含量（%）

Na₂O Al₂O₃B₂O₃SiO₂Co₂O₃MnO₂MoO₃WO₃NiO₂

15-    3-    5-    20-    -    0-    10-    1-    0.5-

底涂    含量范围

30    10    25    45    0.2    28    8    1.0

15-    3-    5-    15-    0.1-    0-    15-    1-    -

面涂    含量范围

30    10    25    37    5.0    0.2    30    8

Claims (6)

1、一种金属-玻璃(釉)料热复合管道的涂布方法，其特征在于：除锈后的管体在氮气保护下，进行中频预热管道，加热后的管体前进到玻璃涂布区后，由于旋转的热管体和流动状态的热玻璃液，在氮气保护下使金属外壁表面复合成一定厚度的玻璃涂层，为了保证质量在形成涂层的管体上利用感应同时加热使其涂层表面防止针孔的产生，管道内防腐是利用外涂层过程的热量完成内壁底釉的结合，底釉完成后管体在原轨道上倒退运行，使面釉在感应区内熔敷于管道内壁，然后管体再向正转方向运行，管体走出加热区后，即为涂布好的内防腐管道，从而完成内外防腐的目的。

2、根据权利要求1所述的涂布方法，其特征在于，其中玻璃（釉）料的重量百分组份为：锆英石2-5，钾长石30-50，白钨砂1-5，锂辉石1-5，硼砂10-20，纯碱20-30，钼矿粉5-10，氧化镍0.5-2，黄土5-15，氧化钴0.5-2。

3、根据权利要求1所述的涂布方法，其特征在于，其中的玻璃（釉）料的重量百分组份为：底涂层：Na₂O15-30，Al₂O₃3-10，B₂O₃5-25，SiO₂20-45，MnO₂0-0.2，MoO₃10-28，WO₃1-8NiO₂0.5-1.0;面涂层：Na₂O15-30，Al₂O₃3-10，B₂O₃5-25，SiO₂15-37，Co₂O₃0.1-5.0，MnO₂0-0.2，MoO₃15-30，WO₃1-8。

4、根据权利要求1、2或3的涂布方法，其特征在于：管道的中频预热温度为850-900℃。

5、根据权利要求1、2或3的涂布方法，其特征在于：管道的高频封孔温度为900-950℃。

6、根据权利要求4的涂布方法，其特征在于管道的高频封孔温度为900-950℃。

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