CN105734567B - 一种用于旋流器的搪瓷内衬及其制作方法 - Google Patents

Abstract

一种用于旋流器的搪瓷内衬，所述搪瓷内衬由底釉和面釉烧制而成，所述底釉由基料和辅料作为骨料，并添加18‑23份粒径为20‑50nm的二氧化钛微粉作为外加剂制成，按照重量份数，所述基料包括15‑25份氧化钴和8‑12份氧化锆，所述辅料包括4‑7份硼砂、6‑10份硝酸钠、9‑11份纯碱、3‑5份碳酸锂、1.2‑1.8份碳酸钙、3.6‑4.2份氧化镁、4.2‑5.2份氧化锌、4‑4.8份氧化锑、2‑3份二氧化硅、3.8‑4.6份氧化镍和1.5‑2.1份三氧化二铁；所述面釉为锑乳浊色的锑釉。本发明所述的内衬，将搪瓷工艺跨越性地运用在旋流器上，充分发挥无机玻璃质搪瓷材料耐磨、低吸水率及低摩擦系数的有点，解决了旋流器内衬磨损严重以及易粘料、吸水的缺点，优化了旋流器的分离分级效果，提高了工作效率，延长了旋流器的使用寿命。

Description

一种用于旋流器的搪瓷内衬及其制作方法

技术领域

本发明涉及分离分级设备中的旋流器，具体为一种用于旋流器的搪瓷内衬及其制作方法。

背景技术

旋流器作为一种常见的分离分级设备，其工作原理是离心沉降。当待分离的两相或三相混合液以一定压力从旋流器周边切向进入旋流器内后，产生强烈的三维椭圆形强旋转剪切湍流运动。由于粗颗粒或重相与细颗粒或轻相之间存在着粒度差或密度差，其受到的离心力、向心浮力、流体曳力等大小不同，受离心沉降作用，大部分粗颗粒或重相经旋流器流口排出，而大部分细颗粒或轻相由溢流管排出，从而达到分离分级的目的。由于其内部的颗粒、液体高速冲刷旋流器内壁，这些内衬材料一般为合金、水泥浇筑层、刚玉陶瓷或高分子复合材料，合金作为内衬的成本较高、且耐磨性能并不理想；水泥浇筑层虽然成本低廉，并且也兼具一定的耐磨性能，但其吸水率较高，制作工艺繁琐，使用寿命太短；刚玉陶瓷兼具高耐磨性与低吸水率，但刚玉的采购成本较高，用其作为内衬的成本比合金材料还要高出许多；高分子复合材料作为内衬最常见的是复合橡胶，这种复合橡胶需经过热硫化处理后掺入多种硬质材料后才能实现耐磨要求，有些还需要在复合橡胶表面通过强力胶粘贴一层陶瓷材料，制作工艺十分繁琐，且橡胶材料在长时间使用下腐蚀磨损严重，使用寿命并不长。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提出一种用于旋流器的搪瓷内衬及其制作方法，

本发明为了解决上述问题所采取的技术方案为：一种用于旋流器的搪瓷内衬，所述搪瓷内衬由底釉和面釉烧制而成，所述底釉由基料和辅料作为骨料，并添加18-23份粒径为20-50nm的二氧化钛微粉作为外加剂制成，按照重量份数，所述基料包括15-25份氧化钴和8-12份氧化锆，所述辅料包括4-7份硼砂、6-10份硝酸钠、9-11份纯碱、3-5份碳酸锂、1.2-1.8份碳酸钙、3.6-4.2份氧化镁、4.2-5.2份氧化锌、4-4.8份氧化锑、2-3份二氧化硅、3.8-4.6份氧化镍和1.5-2.1份三氧化二铁；所述面釉为锑乳浊色的锑釉。

所述底釉由基料和辅料制成，按照重量份数，所述基料包括20份氧化钴和10份氧化锆，所述辅料包括5份硼砂、8份硝酸钠、10份纯碱、4份碳酸锂、1.5份碳酸钙、3.9份氧化镁、4.7份氧化锌、4.4份氧化锑、2.5份二氧化硅、4.2份氧化镍和1.8份三氧化二铁，所述外加剂为20份粒径为45nm的二氧化钛微粉。

一种用于旋流器的搪瓷内衬的制作方法，包括以下步骤：

一、制备底釉，底釉的制备过程如下：

1）按权利要求1所述的重量份数将组成底釉的基料和辅料搅拌混合均匀，置入1150-1250℃的恒温炉中熔融45min，得固液混合熔融态混合物；

2）在步骤1）所得的固液混合熔融态混合物中按权利要求1所述的重量份数加入外加剂，搅拌混合均匀，置入1150-1250℃的恒温炉中熔融15min，得熔融混合物；

3）将步骤2）所得的熔融混合物置入经室温下抽真空的真空箱中进行真空冷却，至熔融混合物自然形成粒状物或片状物，备用；

4）将步骤3）所得的粒状物或片状物研磨并筛选至粒径为0.25mm的粉状物，得干釉粉，备用；

5）向步骤4）所得的干釉粉中加入水，干釉粉与加入水的比例为5:1，搅拌混合至均匀浆状，得釉浆；

6）在旋流器的溢流弯管、筒体、锥体管和沉砂嘴各主体组件组装前，将步骤4）所得釉浆均匀涂敷在旋流器上述各组件的内壁，涂敷厚度为6mm，并将涂敷后的各旋流器组件置入300℃恒温箱式炉中恒温烧制25-38min，得初坯组，初坯组内壁烧制完成的釉层即为制备完成的底釉；

二、涂敷面釉以及制备成品

在步骤6）所得的初坯组内壁均匀涂敷锑乳浊色的锑釉，涂敷厚度为3mm，并将涂敷后的初坯组置入850-900℃的恒温箱式炉高温烧制32-35min，取出在室温下晾置并自然冷却，得成品内衬。

优选的，所述釉浆以及锑釉的涂敷方法采用浇注法。

需要特别提到的是，本发明所述旋流器采用的材质为Q235钢，根据金属学中Q235钢的热变形特性，当温度大于或等于900℃时，Q235钢才会发生奥氏体的动态再结晶，钢体的软化现象才会发生；

且众所周知，搪瓷面釉中锑釉的烧结温度为850-900℃，当且仅当锑釉的厚度大于5mm的情况下，锑釉的烧结温度才会达到900℃，根据搪瓷行业实践，锑釉作为面釉，众多情况下其涂敷厚度不超过4mm，平均烧结温度在865℃左右，故而，搪瓷的高烧结温度并不会对采用Q235材质的旋流器壳体造成影响，因此，在旋流器内壁涂敷搪瓷的跨领域实践在理论上是完全可行的。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

第一，本发明所述的一种用于旋流器的搪瓷内衬，结合现有技术中旋流器内衬磨损严重以及易粘料、吸水等缺点，并考虑到搪瓷材料具有高耐磨、耐冲击、耐腐蚀、表面光滑及低成本的特点，将搪瓷工艺跨越性地运用在旋流器上，充分发挥无机玻璃质搪瓷材料耐磨、低吸水率及低摩擦系数的优点，巧妙地解决了旋流器内衬磨损严重以及易粘料、吸水的缺点，优化了旋流器的分离分级效果，提高了工作效率，延长了旋流器的使用寿命。

第二，本发明所述的一种用于旋流器的搪瓷内衬，组成底釉的基料以氧化钴和氧化锆为主要原料，充分结合氧化钴和氧化锆的高耐磨性，使搪瓷内衬具备高耐磨性能，且氧化钴具有极强的密着性能，在烧制过程中可降低瓷釉熔体的表面张力，使瓷釉熔体能够强烈地浸润金属表面，促使瓷釉与金属中间层的生成，进而形成密着；

组成底釉的辅料中，常温平衡态下的二氧化硅中含有微量的硅酸，二氧化硅虽然不可溶解，但在长达45min的1200℃高温环境中，二氧化硅是可以流动的，其在纯碱的碱性环境下可与其他组分反应生产少量的硅酸盐，硅酸盐晶体结构中的基本构造单元是硅氧四面体，此时，作为外加剂的纳米二氧化钛微粉加入后，可与组分中硅酸盐的硅氧四面体产生牢固的化学交联点，在结构上由单相变成两相或多相结构，直接增加了分子间的健力，使形成的底釉中各组分间的分子结合更加牢固，表现为硬度的增加以及耐磨性能的提高；

另外，纳米二氧化钛微粉加入后，可降低烧制完成后的底釉的表面摩擦系数，同时，在高温下少量钛元素与其他化学组分作用生成的钛盐可提高底釉的韧性，在搪瓷内衬制成后，即使在切应力作用下，纳米级的二氧化钛粒子也能终止裂纹、分枝裂纹或诱导剪切变形，提高断裂韧性，耐磨性能也得到提高，进一步避免搪瓷内衬在应用过程中开裂。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。

实施例1

一种用于旋流器的搪瓷内衬，所述底釉由基料和辅料制成，按照重量份数，所述基料包括20份氧化钴和10份氧化锆，所述辅料包括5份硼砂、8份硝酸钠、10份纯碱、4份碳酸锂、1.5份碳酸钙、3.9份氧化镁、4.7份氧化锌、4.4份氧化锑、2.5份二氧化硅、4.2份氧化镍和1.8份三氧化二铁，所述外加剂为20份粒径为45nm的二氧化钛微粉。

该种用于旋流器的搪瓷内衬的制作方法，包括以下步骤：

一、制备底釉，底釉的制备过程如下：

1）按权利要求1所述的重量份数将组成底釉的基料和辅料搅拌混合均匀，置入1200℃的恒温炉中熔融45min，得固液混合熔融态混合物；

2）在步骤1）所得的固液混合熔融态混合物中按权利要求1所述的重量份数加入外加剂，搅拌混合均匀，置入1200℃的恒温炉中熔融15min，得熔融混合物；

3）将步骤2）所得的熔融混合物置入经室温下抽真空的真空箱中进行真空冷却，至熔融混合物自然形成粒状物或片状物，备用；

4）将步骤3）所得的粒状物或片状物研磨并筛选至粒径为0.25mm的粉状物，得干釉粉，备用；

5）向步骤4）所得的干釉粉中加入水，干釉粉与加入水的比例为5:1，搅拌混合至均匀浆状，得釉浆；

6）在旋流器的溢流弯管、筒体、锥体管和沉砂嘴各主体组件组装前，将步骤4）所得釉浆均匀涂敷在旋流器上述各组件的内壁，涂敷厚度为6mm，并将涂敷后的各旋流器组件置入300℃恒温箱式炉中恒温烧制30min，得初坯组，初坯组内壁烧制完成的釉层即为制备完成的底釉；

二、涂敷面釉以及制备成品

在步骤6）所得的初坯组内壁均匀涂敷锑乳浊色的锑釉，涂敷厚度为3mm，并将涂敷后的初坯组置入865℃的恒温箱式炉高温烧制30min，取出在室温下晾置并自然冷却，得成品内衬。

进一步的，所述釉浆以及锑釉的涂敷方法均采用浇注法。

实施例2

一种用于旋流器的搪瓷内衬，所述搪瓷内衬由底釉和面釉烧制而成，所述底釉由基料和辅料作为骨料，并添加18份粒径为30nm的二氧化钛微粉作为外加剂制成，按照重量份数，所述基料包括15份氧化钴和8份氧化锆，所述辅料包括4份硼砂、6份硝酸钠、9份纯碱、3份碳酸锂、1.2份碳酸钙、3.6份氧化镁、4.2份氧化锌、4份氧化锑、2份二氧化硅、3.8份氧化镍和1.5份三氧化二铁；所述面釉为锑乳浊色的锑釉。

该种用于旋流器的搪瓷内衬的制作方法，包括以下步骤：

一、制备底釉，底釉的制备过程如下：

1）按权利要求1所述的重量份数将组成底釉的基料和辅料搅拌混合均匀，置入1150℃的恒温炉中熔融45min，得固液混合熔融态混合物；

2）在步骤1）所得的固液混合熔融态混合物中按权利要求1所述的重量份数加入外加剂，搅拌混合均匀，置入1150℃的恒温炉中熔融15min，得熔融混合物；

3）将步骤2）所得的熔融混合物置入经室温下抽真空的真空箱中进行真空冷却，至熔融混合物自然形成粒状物或片状物，备用；

4）将步骤3）所得的粒状物或片状物研磨并筛选至粒径为0.25mm的粉状物，得干釉粉，备用；

5）向步骤4）所得的干釉粉中加入水，干釉粉与加入水的比例为5:1，搅拌混合至均匀浆状，得釉浆；

6）在旋流器的溢流弯管、筒体、锥体管和沉砂嘴各主体组件组装前，将步骤4）所得釉浆均匀涂敷在旋流器上述各组件的内壁，涂敷厚度为6mm，并将涂敷后的各旋流器组件置入300℃恒温箱式炉中恒温烧制25min，得初坯组，初坯组内壁烧制完成的釉层即为制备完成的底釉；

二、涂敷面釉以及制备成品

在步骤6）所得的初坯组内壁均匀涂敷锑乳浊色的锑釉，涂敷厚度为3mm，并将涂敷后的初坯组置入850℃的恒温箱式炉高温烧制32min，取出在室温下晾置并自然冷却，得成品内衬。

进一步的，所述釉浆以及锑釉的涂敷方法采用浇注法。

实施例3

一种用于旋流器的搪瓷内衬，所述搪瓷内衬由底釉和面釉烧制而成，所述底釉由基料和辅料作为骨料，并添加23份粒径为50nm的二氧化钛微粉作为外加剂制成，按照重量份数，所述基料包括25份氧化钴和12份氧化锆，所述辅料包括7份硼砂、10份硝酸钠、11份纯碱、5份碳酸锂、1.8份碳酸钙、4.2份氧化镁、5.2份氧化锌、4.8份氧化锑、3份二氧化硅、4.6份氧化镍和2.1份三氧化二铁；所述面釉为锑乳浊色的锑釉。

该种用于旋流器的搪瓷内衬的制作方法，包括以下步骤：

一、制备底釉，底釉的制备过程如下：

1）按权利要求1所述的重量份数将组成底釉的基料和辅料搅拌混合均匀，置入1250℃的恒温炉中熔融45min，得固液混合熔融态混合物；

2）在步骤1）所得的固液混合熔融态混合物中按权利要求1所述的重量份数加入外加剂，搅拌混合均匀，置入1250℃的恒温炉中熔融15min，得熔融混合物；

3）将步骤2）所得的熔融混合物置入经室温下抽真空的真空箱中进行真空冷却，至熔融混合物自然形成粒状物或片状物，备用；

4）将步骤3）所得的粒状物或片状物研磨并筛选至粒径为0.25mm的粉状物，得干釉粉，备用；

5）向步骤4）所得的干釉粉中加入水，干釉粉与加入水的比例为5:1，搅拌混合至均匀浆状，得釉浆；

6）在旋流器的溢流弯管、筒体、锥体管和沉砂嘴各主体组件组装前，将步骤4）所得釉浆均匀涂敷在旋流器上述各组件的内壁，涂敷厚度为6mm，并将涂敷后的各旋流器组件置入300℃恒温箱式炉中恒温烧制38min，得初坯组，初坯组内壁烧制完成的釉层即为制备完成的底釉；

二、涂敷面釉以及制备成品

在步骤6）所得的初坯组内壁均匀涂敷锑乳浊色的锑釉，涂敷厚度为3mm，并将涂敷后的初坯组置入880℃的恒温箱式炉高温烧制35min，取出在室温下晾置并自然冷却，得成品内衬。

进一步的，所述釉浆以及锑釉的涂敷方法采用浇注法。

性能对比试验

取本发明各实施例的搪瓷内衬分别编做1、2、3号样品，选取市售的复合橡胶内衬为4号样品，水泥浇筑层内衬为5号样品，分别将1至5号样品制成内衬应用于旋流器中，在相同的应用环境下，采用相同的水流以及水质条件测定其使用寿命，实验结果为：

1、2、3号样品制成的内衬在使用84天后其表面开始出现被水流冲刷的缺陷，且旋流器停止运行后，该组样品内衬表面无明显的残留水迹；

4号样品制成的内衬在使用62天后其表面开始出现被水流冲刷的缺陷，且旋流器停止运行后，该组样品内衬表面有明显的较多的残留水迹；

5号样品制成的内衬在使用21天后其表面开始出现被水流冲刷的缺陷，且旋流器停止运行后，该组样品内衬表面虽无明显水迹，但浸水严重；

由此可知，本发明的搪瓷内衬相比较于现有的多种内衬来说，具备良好的耐磨、耐侵蚀性能以及低吸水率，因此，在其用作旋流器内衬时，能够大幅度提高旋流器的使用寿命；另外，由于合金内衬以及刚玉陶瓷内衬的成本较高，在此不做单独的实验对比。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例描述如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述所述技术内容作出的些许更动或修饰均为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (3)

1.一种用于旋流器的搪瓷内衬，所述搪瓷内衬由底釉和面釉烧制而成，其特征在于：所述底釉由基料和辅料作为骨料，并添加20份粒径为45nm的二氧化钛微粉作为外加剂制成，按照重量份数，所述基料包括20份氧化钴和10份氧化锆，所述辅料包括5份硼砂、8份硝酸钠、10份纯碱、4份碳酸锂、1.5份碳酸钙、3.9份氧化镁、4.7份氧化锌、4.4份氧化锑、2.5份二氧化硅、4.2份氧化镍和1.8份三氧化二铁；所述面釉为锑乳浊色的锑釉。

2.如权利要求1所述的一种用于旋流器的搪瓷内衬的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

一、制备底釉，底釉的制备过程如下：

1）按权利要求1所述的重量份数将组成底釉的基料和辅料搅拌混合均匀，置入1150-1250℃的恒温炉中熔融45min，得固液混合熔融态混合物；

2）在步骤1）所得的固液混合熔融态混合物中按权利要求1所述的重量份数加入外加剂，搅拌混合均匀，置入1150-1250℃的恒温炉中熔融15min，得熔融混合物；

3）将步骤2）所得的熔融混合物置入经室温下抽真空的真空箱中进行真空冷却，至熔融混合物自然形成粒状物或片状物，备用；

4）将步骤3）所得的粒状物或片状物研磨并筛选至粒径为0.25mm的粉状物，得干釉粉，备用；

5）向步骤4）所得的干釉粉中加入水，干釉粉与加入水的比例为5:1，搅拌混合至均匀浆状，得釉浆；

6）在旋流器的溢流弯管、筒体、锥体管和沉砂嘴各主体组件组装前，将步骤4）所得釉浆均匀涂敷在旋流器上述各组件的内壁，涂敷厚度为6mm，并将涂敷后的各旋流器组件置入300℃恒温箱式炉中恒温烧制25-38min，得初坯组，初坯组内壁烧制完成的釉层即为制备完成的底釉；

二、涂敷面釉以及制备成品

在步骤6）所得的初坯组内壁均匀涂敷锑乳浊色的锑釉，涂敷厚度为3mm，并将涂敷后的初坯组置入850-900℃的恒温箱式炉高温烧制32-35min，取出在室温下晾置并自然冷却，得成品内衬。

3.如权利要求2所述的一种用于旋流器的搪瓷内衬的制作方法，其特征在于：所述釉浆以及锑釉的涂敷方法采用浇注法。