CN109701839A - 超薄的电磁感应加热线圈防护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超薄的电磁感应加热线圈防护方法，属于钢铁制造领域基材防护领域，其特征在于：在预处理后的电磁感应加热线圈外依次刷涂表面活化剂、工作层料、缓热涂层胶和高温防水层。与现有技术相比较，本发明最终防护层厚度≤10mm，增加了工艺通道，且具备良好的高温绝缘性能及耐磨性，不开裂、抗热震，且不影响线圈加热效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种钢铁制造领域基材防护方法，特别是一种超薄的电磁感应加热线圈防护方法。
背景技术
ESP生产线无加热炉设计，为减少中间坯温降，保证轧制温度，设计采用电磁线圈感应加热的工艺设备。现有的常规电磁感应线圈使用的刚玉类耐材浇筑防护方法，但由于ESP工艺特性，产线电磁感应炉工作电压3000V、最大炉内温度达1200℃、单组功率3MW，升温速率高，刚玉类耐材在该种连续高热辐射、高电压、强热震、空气湿度大的工况环境下，存在寿命短、效果差、浇筑厚度大、容易开裂，维护困难等缺陷，严重制约正常生产需求。除此以外，由于空间受限，为保证正常工艺通道，浇筑耐材厚度要≤15mm，而刚玉耐材抗热震性能差，强度、抗侵蚀能力较差，当厚度小于15mm时，在热震、环境潮湿等综合作用下耐材易出现裂纹、脱落。耐材裂纹进入氧化铁后会导致线圈绝缘性能下降或发生线圈局部放电短路、脱落的耐材会划伤中间坯表面，影响产品质量。刚玉类耐材浇筑防护方法下，耐材使用寿命不稳定，仅为7-30天，故障率高、线圈修护任务繁重。
发明内容
本发明的技术任务是针对以上现有技术的不足，提供一种超薄的电磁感应加热线圈防护方法，以期在厚度≤10mm的情况下，提高对线圈本体的防护能力，减少线圈维修维护量，避免防护材料脱落、避免发生产品质量事故。
本发明解决其技术问题的技术方案是：一种超薄的电磁感应加热线圈防护方法，其特征在于：在预处理后的电磁感应加热线圈外依次刷涂表面活化剂、工作层料、缓热涂层胶和高温防水层，其步骤包括：
S1、线圈预处理：采用超净喷砂去除线圈表面杂物；
S2、线圈刷涂表面活化剂；
S3、刷涂工作层：工作层总厚度约为4～5mm；
S4、刷涂缓热涂层胶：厚度为2～2.5mm；
S5、刷涂高温防水层：厚度为2～2.5mm；
所述的S3～5步骤施工为多次刷涂，每次刷涂厚度为0.5～1mm，刷涂后采用烘干，烘干温度100-200℃，干后涂敷下一层。
上述S1处理后的线圈表面清洁度达到Sa3.0；表面粗糙度Rz≥100μm。
上述S2中选用PH值在6左右的弱酸性活化液。
上述S3工作层溶质成分包括氧化铝、莫来石、氧化硅。
上述S4缓热涂层胶的材料含氧化钛、钇系稀土氧化物。
上述S5高温防水层的成分包括氧化铝、氮化硅。
上述S1的超净喷砂工序之前，还包括铜线圈校正和水系统密封测试
与现有技术相比较，本发明具有以下突出的有益效果：
1、本发明工艺有效的提高了对线圈本体的防护能力，具备良好的常温绝缘性能及高温绝缘性能：绝缘温度1200℃以上，抗高温氧化能力强，耐压电压首尾为3000V，匝间电压1500V，并且不影响线圈加热效率；
2、本发明最终防护层厚度≤10mm，确保正常工艺通道；
3、本发明防护层导热系数低可以维持线圈持续加热作业，减少线圈维修维护量，改进后寿命提高至6个月，年节省备件费用138万元。
4、本发明防护层与线圈本体结合力强，具备一定的强度及耐磨性，不开裂、抗热震，可抵抗中间坯头尾刮蹭冲击，避免防护材料脱落、避免发生产品质量事故，年节省费用237万元。
具体实施方式
本发明为一种超薄的电磁感应加热线圈防护方法，下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
本发明的技术工艺步骤为：
S1、线圈预处理：采用超净喷砂去除线圈表面杂物，该步骤可以提高线圈表面积，使其表面清洁度达到Sa3.0；表面粗糙度Rz≥100μm。
S2、线圈刷涂表面活化剂：使用金属活化剂对线圈表面活化，利于增强胶粘剂的粘接。
S3、刷涂工作层：所谓的工作层可以绝缘耐高温，同时也起到物理牢固作用。工作层总厚度约为4～5mm。
S4、刷涂缓热涂层胶：作用是减缓高温对工作层的热冲击，使工作层的升温速度大大放缓，可以减小升温速度过快而产生的应力。缓热层总厚度约为2～2.5mm。
S5、刷涂高温防水层：防止工作中高温水汽侵入。高温防水层总厚度约为2～2.5mm。
所述的S3～5步骤施工中涂层分多次刷涂，每次刷涂厚度约为0.5～1mm，刷涂后采用烘干，有利于释放涂料固化过程中产生的内应力，可以增强抗热震性能。
实施例1
本发明实施例1的技术工艺步骤为：
S1、线圈预处理：采用超净喷砂去除线圈表面杂物，该步骤可以提高线圈表面积，使其表面清洁度达到Sa3.0；表面粗糙度Rz≥100μm。
优化方案中，在所述的超净喷砂工序之前，还包括：
(1)铜线圈校正，根据设计图纸要求，对线圈外形进行校正，保证各尺寸符合设计标准。
(2)水系统密封测试：用试水泵检查铜线圈是否漏水，测试压力为10bar。
S2、线圈刷涂表面活化剂：本步骤中的活化液是指具有较强的去除金属表面氧化膜的作用的液体，其目的在于使用活化液对线圈表面活化，利于增强胶粘剂的粘接。具体可以选用PH值在6左右的弱酸性活化液，只要适合于基体铜表面活化的均可以使用，离子钯、胶体钯或者非钯类活化液都可以。
S3、刷涂工作层：所谓的工作层具有绝缘耐高温作用，其目的为减缓高温对线圈的热冲击，可以减小升温速度过快而产生的应力。所述的工作层为包括氧化铝、莫来石、氧化硅的复合物。具体来讲，实施例1中粉料包括氧化铝、莫来石、氧化硅微粉。氧化硅微粉为烟尘粉，粒度＜1um，莫来石微粉＜5um，氧化铝为＜5um的粉料，混合后研磨均匀，然后干燥，得到混合粉料。粉料中氧化铝：莫来石：氧化硅＝6:14:15。由预合成的莫来石、Al2O3、SiO2混合粉料为基础配方的涂料，其物理性能和高温力学性能优于刚玉类耐材。将混合粉料中加入溶剂，本实施例中所述的溶剂为水，粉料与溶剂质量比为3:1，置入混料机中进行湿混6～10分钟，充分混合得到浆状涂料。在刷涂施工中涂层分多次刷涂，由于成分简单因此每次刷涂厚度不大于0.8mm，第一层要压实，各层刷涂后采用烘干，烘干温度100～200℃，具体时间根据烘干温度而定，干后涂敷下一层，最终工作层总厚度约为5mm，末次烘干温度为200℃，烘干时间为24～48小时。逐层烘干热处理，有利于释放涂料固化过程中产生的内应力，可以增强抗热震性能。电磁感应加热线圈在工作电压3000V、最大炉内温度达1200℃、单组功率3MW，升温速率高的工况下，Al2O3、SiO2莫来石化形成莫来石，预合成的莫来石和次合成的莫来石晶须形成力学性能更优异，抗氧化性更好的耐高温导热材料体系。
S4、刷涂缓热涂层胶：实施例1使用主要含氧化钛、钇系稀土氧化物的绝缘高温胶。
S5、刷涂高温防水层：所述的高温防水层成分主要含氧化铝、氮化硅。
所述的S4、5步骤施工中涂层分多次刷涂，每次刷涂厚度约为0.5～1mm，刷涂后采用烘干(烘干温度100-200℃、48小时)，有利于释放涂料固化过程中产生的内应力，可以增强抗热震性能。
实施例2
本发明实施例2与实施例1的区别在于S3工作层的施工工艺，具体为：采用的是湿法喷涂，每次刷涂厚度不大于0.8mm，各层刷涂后采用烘干，烘干温度150℃，时间为1h，当工作层喷涂累积厚度分别为2mm和5mm时进行高温处理，所述的高温处理具体为以5～7℃/分钟的速度升温，最终加热到1000℃，保温1小时。而后以3～4℃/分钟速度降温到室温进行后续工序处理。该工艺逐层热处理，在干燥处理的温度范围内Al2O3、SiO2并不会发生莫来石化反应，首层与表面活化后的基体铜线圈产生良好附着，两次1000℃下加热，并不会改变其显微结构，而仅仅是促进Si4+和Al3+在莫来石层晶格内的互扩散，通过控制煅烧时间来控制扩散速度，有助于后期工作层耐高温和增强导热性，增加了强度和抗热震能力。所述的高温处理需要气氛保护，本实施例具体保护气氛为氩气。
实施例3
本发明实施例3与实施例1的区别在于S3工作层溶质粉料组分和施工工艺。
S3工作层溶质粉料组分具体为：包括氧化铝、莫来石、氧化硅微粉、石墨烯微粉。氧化硅微粉、石墨烯微粉，粒度＜1um，莫来石微粉、氧化铝，粒度＜5um的粉料。粉料中氧化铝：莫来石：氧化硅：石墨烯＝6：10：15：2。中高温下，石墨烯的电子结构可以调变预合成莫来石表面的空间形式，促进了Si4+和Al3+在莫来石层晶格内原位共生反应，并且石墨烯导热性能极佳，热稳定性好。石墨烯的导电性存在各向异性，其面向导电性好，垂直面向的导电性相对较差，而基质中与莫来石能形成网状的结合相，破坏了石墨烯本身的面相导电性，在氧化铝：莫来石：氧化硅：石墨烯＝6：10：15：2的比例情况下，不会影响工作层的绝缘性。
本实施例S3工作层施工工艺具体为：采用的是湿法喷涂，每次刷涂厚度不大于0.8mm，各层刷涂后采用烘干，烘干温度150℃，时间为1h，当工作层厚度分别为2mm和累积为4mm时进行高温处理，所述的高温处理具体为以5～7℃/分钟的速度升温，最终加热到1000℃，保温1小时。而后以3～4℃/分钟速度降温到室温进行后续工序处理。石墨烯与莫来石中高温下形成网状的结合相，并且有助于提高复合材料的致密度，提高了同样厚度下的力学性能。因此实施例3强度大、体积稳定性好和抗热震性高，厚度小于实施例1～2，可以提供更大的工作空间。所述的高温处理需要气氛保护，本实施例具体保护气氛为氩气。
经由实施例1～3防护处理后的电磁感应加热线圈和20mm浇筑耐材(刚玉)、10mm浇筑耐材(刚玉)防护比较。在温度1200～1300℃，电压首尾为3000V，匝间电压1500V的工况下，可以实现原有厚度20mm浇筑耐材(刚玉)的绝缘耐压性能，但是线圈加热效率明显优于20mm浇筑耐材(刚玉)。在高热震条件下(1400℃)10mm浇筑耐材(刚玉)防护方法有效循环仅为4次，20mm浇筑耐材(刚玉)为11次，实施例1～3分别为28、36、34次。实际工作中，经由实施例1～3防护处理后的电磁感应加热线圈均能够抵抗中间坯头尾刮蹭冲击，使用寿命大大延长，尤其是实施例2、3处理后的电磁感应加热线圈可以实现6个月零维修，使用寿命远远高于现有技术的7-30天。
上述各实施例步骤中所述的含氧化钛、钇系稀土氧化物的绝缘高温胶和含有氧化铝、氮化硅的高温防水层，以及湿法喷涂料中粉料制备涂料液中优化加入的常规外加剂(如固化剂、粘结剂或结合剂等)，均为现有技术，涂料为可通过市购获得的常规产品，具体的涂布操作可以按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行，并不特殊说明之处。
需要说明的是，本发明的特定实施方案已经对本发明进行了详细描述，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下对它进行的各种显而易见的改变都在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种超薄的电磁感应加热线圈防护方法，其特征在于：在预处理后的电磁感应加热线圈外依次刷涂表面活化剂、工作层料、缓热涂层胶和高温防水层，其步骤包括：
S1、线圈预处理：采用超净喷砂去除线圈表面杂物；
S2、线圈刷涂表面活化剂；
S3、刷涂工作层：工作层总厚度约为4～5mm；
S4、刷涂缓热涂层胶：厚度为2～2.5mm；
S5、刷涂高温防水层：厚度为2～2.5mm；
所述的S3～5步骤施工为多次刷涂，每次刷涂厚度为0.5～1mm，刷涂后采用烘干，干后涂敷下一层。
2.根据权利要求1所述的超薄的电磁感应加热线圈防护方法，其特征在于：所述S1处理后的线圈表面清洁度达到Sa3.0；表面粗糙度Rz≥100μm。
3.根据权利要求1所述的超薄的电磁感应加热线圈防护方法，其特征在于：所述S2中选用PH值在6左右的弱酸性活化液。
4.根据权利要求1所述的超薄的电磁感应加热线圈防护方法，其特征在于：所述S3工作层溶质成分包括氧化铝、莫来石、氧化硅。
5.根据权利要求1所述的超薄的电磁感应加热线圈防护方法，其特征在于：所述S4缓热涂层胶的材料含氧化钛、钇系稀土氧化物。
6.根据权利要求1所述的超薄的电磁感应加热线圈防护方法，其特征在于：所述S5高温防水层的成分包括氧化铝、氮化硅。
7.根据权利要求1所述的超薄的电磁感应加热线圈防护方法，其特征在于：所述S1的超净喷砂工序之前，还包括铜线圈校正和水系统密封测试。
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