CN102951908A - 一种高强度高压电瓷氧化焰快速烧成方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电瓷烧成方法，指氧化焰快速烧成高压电路用瓷绝缘子、支柱、套管等电瓷产品，更具体涉及一种高强度高压电瓷氧化焰快速烧成方法。该方法在高压电瓷烧成过程中全程采用氧化焰烧成，并且升温速率较高，各阶段的终止温度均较传统烧成工艺略高，采用高温短时间来达到传统的低温长时间的效果；而在各特征温度下均进行短时间保温，而且采用微正压来避免窑炉外冷空气扰动，尽量达到瓷件内外温度一致。本发明是针对目前高压电瓷烧成技术中还原焰的存在的不利于提高电学性能、高耗能、高排放等不足，以及目前烧成制度普遍存在烧成周期长的特点，提出一种高强度高压电瓷氧化焰快速烧成方法。从而可以大大缩短烧成周期。

Description

一种高强度高压电瓷氧化焰快速烧成方法

技术领域

本发明涉及一种电瓷烧成方法，指氧化焰快速烧成高压电路用瓷绝缘子、支柱、套管等电瓷产品，更具体涉及一种高强度高压电瓷氧化焰快速烧成方法。

背景技术

高压电瓷是高电压条件下使用的电工陶瓷绝缘材料，由其制造而成的产品主要是瓷绝缘子，包括盘形悬式绝缘子、棒形悬式绝缘子、棒形支柱绝缘子、电器瓷套等，广泛用于输配电线路、电器设备和电站中，是电力工业发展不可缺少的重要绝缘材料。

随着我国国民经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，作为清洁能源的电力需求日益高涨。而对于电力发展和输送电过程中不可缺少的盘形悬式绝缘子、棒形悬式绝缘子、棒形支柱绝缘子、电器瓷套等高压电瓷产品需求伴随着电力发展也日益高涨，形成巨大市场空间。同时，东南亚、中东、非洲、南美洲等发展中国家随着经济的发展，电力工业正在兴起发展，使得国际市场高压电瓷的需求量也日益高涨，高压电瓷产品在国内外市场形成良好的发展空间。

目前国内外生产的高压电瓷根据强度的不同分为普通、中高强度和高强度高压电瓷。生产高压电瓷的主要原料为高岭土、长石、石英、铝矾土等天然矿物，烧成温度一般在1250-1330^oC。烧成是高压电瓷制备中关键工序，对其力学性能、电学性能和热学性能以及表观质量具有至关重要的影响。而且烧成是电瓷企业主要耗能环节，本质上决定了企业的能耗水平，很大程度上影响到企业的经济效益，并且不利于低碳社会的节能减排的要求。目前国内高压电瓷多采用还原焰烧成，这种烧成方法一方面不利于燃料的充分燃烧，降低了其燃烧值；另一方面，还原气氛下电瓷原料中Fe、Ti等元素的价态的降低，造成其抗击穿电场强度下降。另外，由于还原气氛下造成燃料的不完全燃烧，从而导致大量CO等有害气体的排放，不符合低碳和减排的可持续发展的趋势。目前不管是还原焰烧成高压电瓷，还是少数采用氧化焰烧成的高压电瓷，都存在烧成时间非常长的问题。传统的高压电瓷烧成制度包括小火升温阶段、氧化分解阶段、还原阶段、高火保温阶段和冷却阶段，其中小火升温阶段从室温到300^oC，通常需要20-30小时，氧化分解阶段从300^oC到990^oC需要20-28小时，还原阶段从990^oC到止火温度通常需要15-30小时，高火保温阶段则需要1-2小时，将温度从止火温度降低到室温的冷却阶段需要30-45小时。这样高压电瓷整个烧成过程通常需要约100小时。因此，也有一些在烧成制度的周期进行改进，如专利CN101439975A公布的“一种电瓷烧成方法”包括将还原阶段进行细化成1130-1190^oC缓慢升温需要4-6小时，然后1200-1240^oC需要2.5-3.5小时，而后1.5-2小时升到止火温度。而专利CN101811878公布的“一种用氧化焰烧成电瓷的方法”采用较快的升温速率和较短的保温时间，如从室温到到950^oC需要12-19小时，然后950^oC-1050^oC需要10-20小时，再花6-10小时到止火温度，最后在止火温度保温2-5小时。冷却需要12-25小时。虽然烧成周期有明显缩短，但是仍然需要42-79小时，而且还存在弱还原焰过程。

因此，研究开发一种全程氧化焰快速烧成高压电瓷方法，不仅节约能源，达到节能减排的效果；而且可以提高产品的力学性能和电学性能；更为重要的是提高了生产效率，大幅度降低了生产成本，显著提高企业的经济效益。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对目前高压电瓷烧成技术中还原焰的存在的不利于提高电学性能、高耗能、高排放等不足，以及目前烧成制度普遍存在烧成周期长的特点，提出一种高强度高压电瓷氧化焰快速烧成方法。

本发明采取的技术方案如下：

1）将成形的电瓷坯件装入烧成用窑炉，在氧化焰下以50-150^oC/小时升温至950^oC，并在950^oC保温1-1.5小时，炉内气氛氧含量2-6%，炉内保持正压50-100Pa；

2）再以20-50^oC/小时升温至1080^oC，并在1080^oC保温1-1.5小时，炉内气氛氧含量2-5%，炉内保持正压50-80Pa；

 3）继续以50-100^oC/小时升温至1280^oC-1350 ^oC后保温1-1.5小时，炉内气氛氧含量1-3%，保持微正压40-60Pa；

4）保温结束后，以200-500^oC/小时降温至1000 ^oC，再以100-200^oC/小时降温至200-300^oC，然后自然冷却至80^oC以下。

所述烧成用窑炉为隧道窑。

所述烧成用窑炉中采用的燃料为天然气或液化石油气。

所述成形的电瓷坯件中氧化铝含量为40-60%。

本发明的技术贡献：全程采用氧化焰烧成，并且升温速率较高，各阶段的终止温度均较传统烧成工艺略高，采用高温短时间来达到传统的低温长时间的效果；而在各特征温度下均进行短时间保温，而且采用微正压来避免窑炉外冷空气扰动，尽量达到瓷件内外温度一致。从而可以大大缩短烧成周期。另外，目前采用天然矿物中含较高的Fe₂O₃和TiO₂，在前期的除铁都工序中难以完全去除掉，在后续还原焰烧成中容易还原，从而恶化电瓷的电学性能，特别是电气绝缘强度。而本方法全程采用氧化焰烧成，可以避免Fe₂O₃和TiO₂还原，提高了高压电瓷的电学性能。因此，对于前期的除铁环节可以大大简化。总体来说，采用本方法制备高强度高压电瓷比传统烧成工艺缩短烧成时间20-40小时，节约烧成能耗20-40%，制备的高压电瓷产品单位能耗低于5500kJ/kg，产品成本降低15-25%。同时，制备的高压电瓷产品按照国家标准GB/T1001.1-2003(标称电压高压1000V的架空线路绝缘子)和GB/T7253-2005（称电压高压1000V的架空线路绝缘子-交流系统用瓷或玻璃绝缘子元件-盘形悬式绝缘子元件的特性）检查性能：机械强度>210MPa，电气绝缘强度>30kV/mm。

具体实施方式

实施例1：所述高强度高压电瓷（氧化铝含量40-60%，盘形悬式瓷绝缘子：盘径280mm, 高度140mm）氧化焰快速烧成方法是：

1）将成形的高压电瓷坯件（氧化铝含量40-60%， 二氧化硅30-40%，氧化钾与氧化钠合计3-5%，氧化铁与氧化钛合计2-5%）装入烧成窑炉，从室温以100^oC/小时升温至950^oC，并在950^oC保温1.5小时，炉内气氛氧含量2-6%，炉内保持正压50-100Pa；

2）再以25^oC/小时从950^oC升温至1080^oC，并在1080^oC保温1小时，炉内气氛氧含量2-5%，炉内保持正压50-80Pa；

3）继续以60^oC/小时从1080^oC升温至1350 ^oC后保温1.5小时，炉内气氛氧含量1-3%，保持微正压40-60Pa；

4）保温结束后，以200^oC/小时从1350 ^oC降温至1050 ^oC，再以120^oC/小时降温至200^oC，然后自然冷却至80^oC以下，整个烧成过程结束。

烧成后的高压电瓷-盘形悬式瓷绝缘子（盘径280mm, 含钢帽高度170mm）按照国家标准GB/T1001.1-2003(标称电压高压1000V的架空线路绝缘子)和GB/T7253-2005（称电压高压1000V的架空线路绝缘子-交流系统用瓷或玻璃绝缘子元件-盘形悬式绝缘子元件的特性）检查。经检验后，外观、尺寸偏差检查全部合格；拉伸负荷试验为105kN下10s均未破坏；工频击穿耐受实验施加电压130kV，时间3min，均未击穿；爬电距离均超过385mm；机电负荷均超过260kN；断面测试均未出现渗透现象；

实施例2：所述高强度高压电瓷（氧化铝含量40-60%，盘形悬式瓷绝缘子：盘径280mm,高度115mm）氧化焰快速烧成方法是：

1）将成形的高压电瓷坯件（氧化铝含量40-60%， 二氧化硅30-40%，氧化钾与氧化钠合计3-5%，氧化铁与氧化钛合计2-5%）装入烧成窑炉，从室温以120^oC/小时升温至950^oC，并在950^oC保温1.5小时，炉内气氛氧含量2-6%，炉内保持正压50-100Pa；

2）再以40^oC/小时从950^oC升温至1080^oC，并在1080^oC保温1小时，炉内气氛氧含量2-5%，炉内保持正压50-80Pa；

3）继续以80^oC/小时从1080^oC升温至1350 ^oC后保温1.5小时，炉内气氛氧含量1-3%，保持微正压40-60Pa；

4）保温结束后，以250^oC/小时从1350 ^oC降温至1050 ^oC，再以150^oC/小时降温至260^oC，然后自然冷却至80^oC以下，整个烧成过程结束。

烧成后的高压电瓷样品盘形悬式瓷绝缘子（盘径280mm, 含钢帽高度145mm）按照国家标准GB/T1001.1-2003(标称电压高压1000V的架空线路绝缘子)和GB/T7253-2005（称电压高压1000V的架空线路绝缘子-交流系统用瓷或玻璃绝缘子元件-盘形悬式绝缘子元件的特性）检查。经检验后，外观、尺寸偏差检查全部合格；拉伸负荷试验为80kN下10s均未破坏；工频击穿耐受实验施加电压130kV，时间3min，均未击穿；爬电距离均超过385mm；机电负荷均超过210kN；断面测试均未出现渗透现象；

实施例3：所述高强度高压电瓷（氧化铝含量40-60%，盘形悬式瓷绝缘子：盘径210mm,高度80mm）氧化焰快速烧成方法是：

1）将成形的高压电瓷坯件（氧化铝含量40-60%， 二氧化硅30-40%，氧化钾与氧化钠合计3-5%，氧化铁与氧化钛合计2-5%）装入烧成窑炉，从室温以150^oC/小时升温至950^oC，并在950^oC保温1.5小时，炉内气氛氧含量2-5%，炉内保持正压50-80Pa；

2）再以30-50^oC/小时从950^oC升温至1080^oC，并在1080^oC保温1小时，炉内气氛氧含量2-5%，炉内保持正压50-80Pa；

3）继续以50-100^oC/小时从1080^oC升温至1350 ^oC后保温1小时，炉内气氛氧含量1-3%，保持微正压40-60Pa；

4）保温结束后，以300^oC/小时从1350 ^oC降温至1050 ^oC，再以200^oC/小时降温至300^oC，然后自然冷却至80^oC以下，整个烧成过程结束。

烧成后的高压电瓷样品盘形悬式瓷绝缘子（盘径210mm,含钢帽高度110mm）按照国家标准GB/T1001.1-2003(标称电压高压1000V的架空线路绝缘子)和GB/T7253-2005（称电压高压1000V的架空线路绝缘子-交流系统用瓷或玻璃绝缘子元件-盘形悬式绝缘子元件的特性）检查。经检验后，外观、尺寸偏差检查全部合格；拉伸负荷试验为50kN下10s均未破坏；工频击穿耐受实验施加电压50kV，时间3min，均未击穿；爬电距离均超过470mm；断面测试均未出现渗透现象。

Claims (4)

1.一种电瓷氧化焰快速烧成方法，其特征在于：

1）将成形的电瓷坯件装入烧成用窑炉，在氧化焰下以50-150^oC/小时升温至950^oC，并在950^oC保温1-1.5小时，炉内气氛氧含量2-6%，炉内保持正压50-100Pa；

2）再以20-50^oC/小时升温至1080^oC，并在1080^oC保温1-1.5小时，炉内气氛氧含量2-5%，炉内保持正压50-80Pa；

 3）继续以50-100^oC/小时升温至1280^oC-1350 ^oC后保温1-1.5小时，炉内气氛氧含量1-3%，保持微正压40-60Pa；

4）保温结束后，以200-500^oC/小时降温至1000 ^oC，再以100-200^oC/小时降温至200-300^oC，然后自然冷却至80^oC以下。

2.根据权利要求1所述的电瓷氧化焰快速烧成方法，其特征在于：所述烧成用窑炉为隧道窑。

3.根据权利要求1所述的电瓷氧化焰快速烧成方法，其特征在于：所述烧成用窑炉中采用的燃料为天然气或液化石油气。

4.根据权利要求1所述的电瓷氧化焰快速烧成方法，其特征在于：所述成形的电瓷坯件中氧化铝含量为40-60%。