CN117964238A - 一种超高压悬瓷专用头伞一次浸釉工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及瓷绝缘子技术领域，具体公开了一种超高压悬瓷专用头伞一次浸釉工艺，包括如下步骤：S1、将釉料制成釉浆，其中釉料由以下质量份数的原料制得：微斜长石10‑20份，钠长石10‑20份，高可塑性粘土5‑15份，高岭土7‑12份，煅滑石10‑14份，硅灰石4‑10份，石英粉15‑25份，硅酸锆6‑10份，氧化铝2‑6份；S2、将坯件的头部和伞部放入到釉浆中，采用浸釉方式实现坯件的头伞一次上釉。用于浸釉的釉浆盛放在浸釉槽中，浸釉时，坯件正放，坯件下方设置喷釉装置，喷釉装置用于将浸釉槽内的釉浆抽吸后喷向坯件内。本方案用以解决现有技术中瓷绝缘子采用头部、伞部分开上釉方式存在的工艺复杂、成本高的问题。
Description
技术领域
本发明涉及瓷绝缘子技术领域，具体涉及一种超高压悬瓷专用头伞一次浸釉工艺。
背景技术
随着国家经济的发展，电气化水平也在提高，电力在能源领域中的地位越发凸显，电力的安全保障电力安全保障已逐渐成为能源安全新战略的核心要素之一。由于用电量激增，电能在消费侧的比重将逐步提高，面对不断增长的电力需求，保障电力行业平稳供应的任务仍然繁重。我国的地理条件就海拔高度而言是西高东低，海拔高度大于1000m的地区占国土面积的比例大，而我国能源中心在西部，负荷中心在东部，高压输电工程线路都不可避免的要经过高海拔地区，因此为高海拔高压输电线路提供高质量绝缘子将尤为重要。
为满足高压输电工程的需求，对于瓷绝缘子也根据适用范围分为高压绝缘子和超高压绝缘子，现目前等级最高的超高压绝缘子为高强度铝质瓷绝缘子，因超高压的范围很广，对高强度铝质瓷绝缘子在上釉前的弯曲强度要求不低于140MPa，在上釉后需要弯曲强度不低于160MPa，然随着电气时代的发展，电瓷行业也在不断发展，对于超高压中压力更高的500千伏——1000千伏的高压输电工程，对于绝缘子的弯曲强度要求更高。
目前行业中对于绝缘子的研究也越来越多，本公司也在瓷绝缘子的研究上做了深入研究，对于上釉材料，能够做到瓷绝缘子上釉后弯曲强度超过200MPa，但是因瓷绝缘子需要固定安装，故而瓷绝缘子必须与金属件配合使用，比如悬式瓷绝缘子需要配合铁帽和钢脚使用，为提高铁帽、钢脚与瓷绝缘件的结合强度，往往会在安装铁帽和钢脚的绝缘子表面进行上砂处理，以增加瓷绝缘件的摩擦系数，从而提高铁帽、钢脚与瓷绝缘件的连接强度，但是因为砂的强度较低，热膨胀系数与瓷绝缘件差异较大，导致原本上釉后弯曲强度能够达200MPa以上的瓷绝缘子反而在热应力下整体弯曲强度降低，造成瓷绝缘子的机电性能的下降。
为解决上述问题，现有技术中，给瓷绝缘子进行分开上釉，用于与金属件(如铁帽或钢脚)连接的端头上一种釉，而在瓷绝缘子的伞部上另一种釉料，比如，悬式瓷绝缘子(本文简称悬瓷)有头部釉和伞部釉，通过改变头部釉的釉料，以与头部上的砂形成更好的匹配关系，从而确保瓷绝缘件上釉上砂后弯曲强度还能超过200MPa，但是这种方式因需要将头部和伞部分开上釉(为避免头部、伞部相接部位出现釉裂风险，需要头部釉中加入适量的保水剂、增塑剂，但是这也造成头部釉粘度相对更大，更容易出现送头部釉的管道出现“釉垢”，而降低流量甚至堵管的情况)，而无论是头部还是伞部均涉及到内表面上釉和外表面上釉，从而使得要达到高的弯曲强度的瓷绝缘子所耗费的成本非常高。
发明内容
本发明意在提供一种超高压悬瓷专用头伞一次浸釉工艺，以解决现有技术中瓷绝缘子采用头部、伞部分开上釉方式存在的工艺复杂、成本高的问题。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种超高压悬瓷专用头伞一次浸釉工艺，包括如下步骤：
S1、将釉料制成釉浆，其中釉料由以下质量份数的原料制得：微斜长石10-20份，钠长石10-20份，高可塑性粘土5-15份，高岭土7-12份，煅滑石10-14份，硅灰石4-10份，石英粉15-25份，硅酸锆6-10份，氧化铝2-6份；
S2、将坯件的头部和伞部放入到釉浆中，采用浸釉方式实现坯件的头伞一次上釉。
优选的，作为一种改进，所述釉浆能够通过不低于360目的筛网。
优选的，作为一种改进，所述釉浆采用筛网过筛后，筛后余重占比为0.05％-0.18％，以保证釉浆能够具有良好的悬浮性能，确保头伞一次上釉后的釉层均匀性。
优选的，作为一种改进，所述头伞一次上釉完成后釉层厚度为0.25-0.6mm。
优选的，作为一种改进，用于浸釉的釉浆盛放在浸釉槽中，浸釉时，坯件正放，坯件下方设置喷釉装置，喷釉装置用于将浸釉槽内的釉浆抽吸后喷向坯件内孔；以避免坯件内表面尤其是头部内孔位置的釉浆流动性差而影响上釉质量的问题。
优选的，作为一种改进，所述浸釉的坯件通过吸盘吸住坯件头顶部，因悬瓷头顶部既不是受力面也不是瓷绝缘子的暴露面(会被钢帽罩住)，故而吸盘即便因吸附头顶部造成头顶部无法上釉或者上釉较少也不会影响到悬瓷的弯曲强度。
优选的，作为一种改进，所述坯件一次浸釉完成后用薄膜包好。
优选的，作为一种改进，所述上釉过程保持釉浆相对坯件流动，避免釉浆的釉料沉淀，确保上釉的釉层均匀性。
优选的，作为一种改进，所述斜长石为10-18份，钠长石为12-20份，本方案以使得釉料配方既能降低釉料的熔融温度、减少釉的高温粘度并增加釉的光亮度，也能尽量减少对釉料化学稳定性的影响，保证釉料的膨胀系数既能匹配坯件，又能匹配后续上砂的瓷砂，既确保头伞一次浸釉后的弯曲强度相对坯件大幅度提升，也能让釉料用于包裹在瓷砂上后，釉坯上砂后弯曲强度还能有很大幅度的提升。
优选的，作为一种改进，所述煅滑石为10-12份；通过对煅滑石的用量的控制，使得煅滑石能够提高釉料的机械强度和热稳定性，并有利于与其他原料配合而将釉料年度控制在合理的范围内，确保悬瓷烧成后釉面的优良质量。
优选的，作为一种改进，所述石英粉为17-22份，通过对石英粉的控制，使得釉玻璃中的二氧化硅含量增加，起到骨架作用，能够有助于降低釉的膨胀系数，并提高釉面的耐磨性、硬度、强度、白度、透明度及化学稳定性。
优选的，作为一种改进，所述釉料的整体化学成分包括：SiO2占比60-72％，AI2O3占比14-17％，Fe2O3占比小于0.7％，CaO占比3-4％，MgO占比3-5％，K2O占比2-3.5％，Na2O占比1.5-3％，ZrO占比4-7％。
本方案的原理及优点是：本发明通过对釉料配方(微斜长石、钠长石、鄂尔多斯土、高岭土、煅滑石、硅灰石、石英粉、硅酸锆和氧化铝用量)的控制，使得到的釉料中二氧化铝、氧化钙、氧化镁、氧化钠、氧化锆等的含量控制在非常合适的范围内，并在原料协调作用下将各原料的优良的效果发挥到极致(兼具了釉料的粘度、高温流动性、悬浮性、光亮度、强度等)，使得综合效果最为理想，并使得本配方下制得的釉料既能在应用到坯件上后得到远超现有技术的弯曲强度，使得高强度铝质瓷绝缘子在坯件弯曲强度为170MPa的基础上，在头伞一次浸釉后，釉坯的弯曲强度就能够达到210MPa左右，无需采用像现有技术中为了达到超过200MPa的弯曲强度而对头伞分开上釉的方式，既降低了对上釉设备的数量要求，极大降低设备采购成本，又能极大减少上釉设备的维护/维修成本，此外，还能通过头伞一次浸釉极大提高生产效率。
此外，本发明所采用的釉料还能用于在后工序中用于给瓷砂上釉，将瓷砂表面裹有釉粉后形成包釉砂，最后包釉砂再以喷砂或者填砂方式上到悬瓷的头部内外表面，从而使得同一种釉料既能够用于悬瓷的头伞一次上釉，又能够用于上砂前的瓷砂处理，以确保悬瓷上釉上砂后的弯曲强度提高到220MPa-233MPa，既兼顾了成本的降低，又实现了悬瓷弯曲强度的一次突破，还使制得的悬瓷光滑平整、无色差并兼具良好的抗磨损和抗腐蚀性能。
附图说明
图1为本发明实施例一的超高压悬瓷专用头伞一次浸釉工艺的流程图。
图2为发明实施例一的悬瓷头伞一次浸釉时的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
实施例一
结合图1和图2，一种超高压悬瓷专用头伞一次浸釉工艺，包括如下步骤：
S1、配釉料，釉料由以下质量份数的原料制得：微斜长石10-20份，钠长石10-20份，高可塑性粘土5-15份，高岭土7-12份，煅滑石10-14份，硅灰石4-10份，石英粉15-25份，硅酸锆6-10份，氧化铝2-6份，将所有原料进行混合后采用湿法球磨，球磨之后得到的釉浆进行过筛并除铁，过筛的筛网为360目，筛后余重占比为0.05％-0.18％，然后将处理干净的釉浆盛入浸釉槽，该过程中对釉浆进行比重调整，使得釉浆比重达到1.45-1.55g/cm3后备用。
S2、将备用坯件头部放入到浸釉机的吸盘上(吸盘吸附在坯件头顶)，由浸釉机带动吸盘和正放的坯件移入到浸釉槽中进行头伞一次性上釉，使得坯件除了头顶以外部分全部浸入到釉浆中，在坯件放入到浸釉槽前，先让搅拌器将浸釉槽内的釉浆搅拌均匀并使得釉浆中的釉料均匀悬浮；浸釉过程中，浸釉槽内釉浆始终处于流动状态，同时，在浸釉槽内安装有喷釉装置，喷釉装置位于坯件的正下方，喷釉装置用于将浸釉槽内的釉浆抽吸后喷向坯件内孔；其中浸釉要求为：浸釉厚度控制在0.25～0.60mm，浸釉时间为5～7秒。
头伞一次上釉完成后，取出釉坯，并测量头、伞部釉层厚度，若釉层厚度数据达到标准要求，则将釉坯收坯上架，并采用薄膜将釉坯保护好，以为后续上砂备用。
若釉层厚度不达标，则重新调节釉浆比重或者浸釉时长，直至头、伞部釉层厚度达到标准。
上述工艺中所使用的釉料化学成分如下：
为验证本实施例的釉浆过筛情况对头伞一次浸釉效果的影响，下方试验组A至试验组H进行了筛后余重变化对实验结果影响情况的验证，试验组A至试验组H除了筛后余重不同，其余过程完全相同，包括釉料所采用的具体配方为：微斜长石15份、钠长石15份、鄂尔多斯土10份、高岭土9份、煅滑石12份、硅灰石7份、石英粉20份、硅酸锆8份、氧化铝4份，具体的实验数据和试验结论见表1：
表1-试验组A至试验组H的实验数据和实验结果
由上述表1数据可知，经360目筛网过筛后，筛后余重越低，越有利于上釉后釉坯的弯曲强度的提高，但是当釉浆中的釉料颗粒度过细时(对应试验组E)，过筛余重极低，虽弯曲强度高，但是却带来了釉裂的情况，而釉裂的存在，会极大提高悬瓷表面污染物停留的概率，从而增大悬瓷发生闪络的概率，从而大大降低悬瓷的品质，并非越细小越好；而当筛后余重过大，说明釉浆中的粗颗粒增多，粗颗粒的增多，不仅弯曲强度无法更好地提升，同时在釉面平整度、厚薄均匀性上均会变差。故而，釉浆过筛余重的控制极其关键。
实施例二
实施例二在实施例一的基础上对实施例一的釉料进行验证，同时为了说明釉料能够用于悬瓷上釉之后的上砂，并在上砂后达到悬瓷弯曲强度220-233MPa，在悬瓷上进行了如下上砂工艺：
I、制备釉粉并将釉粉与瓷砂混合均匀：将本发明的釉料磨成粉末状得到细度小于80微米的干釉粉，然后取瓷砂，瓷砂为C130瓷，颗粒度为0.8～1.5mm，将瓷砂和釉粉搅拌均匀，部分釉粉会附在瓷砂表面，本步骤中瓷砂与釉粉的质量比控制在1:(0.6～0.9)。
II、在瓷砂和釉粉搅拌均匀的状态下，一边继续搅拌一边加入胶水，使得胶水将釉粉包裹在瓷砂上，形成内层为瓷砂，中层主要为釉粉，外层主要为胶水的包釉砂(外层的胶水中会混合有釉粉)，该步骤得到颗颗分明的具有一定粘性的、外包釉料的包釉砂，包釉砂的颗粒度为1.4～1.8mm，包釉砂制备过程中胶水质量为釉粉质量的1/4倍～1/3倍。
包釉砂制备完成后，将合格的包釉砂装入到专用容器中备用，以防止水分流失而包釉砂的表层胶水变干，确保备用包釉砂处于具有粘性的状态。
III、取完成实施例一头伞一次浸釉的釉坯，并在釉坯的头部内外刷含釉胶水，所刷含釉胶水为掺有釉浆的胶水(釉料制作过程中过筛除铁后的釉浆)，该含釉胶水中釉浆与胶水本体的质量比控制在1:(0.8～1.1)，其中所使用的釉浆与头伞一次浸釉所使用的釉浆相同，本步骤所使用的胶水与包釉砂中所使用的胶水均采用行业常用上砂用胶水，比如CMC胶水；之后将包釉砂以填砂或喷砂方式上到釉坯的头部外表面和内表面；该步骤中，包釉砂本身具有粘性，胶水也具有粘性，使得包釉砂能够均匀粘附在釉坯头部表面，得到上釉上砂坯。
IV、将上釉上砂坯置于抽屉窑中进行釉烧，然后冷却至室温，制得高等级悬瓷，该高等级悬瓷能够用于超高压甚至特高压输电工程中。
根据以上工艺，采用不同的原料配方所得到的试验效果并不相同，本实施例采用的具体原料如下：
微斜长石采用陕西微斜长石，其化学分析主控指标如下：
| SiO2 | AI2O3 | Fe2O3 | K2O | Na2O |
| 66.5％ | 17.0％ | 0.3％ | 10.5％ | 3.1％ |
钠长石采用临湘钠长石，其化学分析主控指标如下：
| SiO2 | AI2O3 | Fe2O3 | K2O | Na2O |
| 70.5％ | 15.2％ | 0.3％ | 3.1％ | 10.4％ |
鄂尔多斯土是一种高水化率的粘土，其平均水化率为95％，也是高可塑性粘土，其结合力平均在5.0MPa左右，其化学分析主控指标如下：
| SiO2 | AI2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | K2O | Na2O |
| 61.4％ | 26.3％ | 1.25％ | 0.72％ | 0.45％ | 1.21％ | 0.22％ |
高岭土采用咸阳高岭土，是中等偏下的可塑性粘土，其结合力平均在0.5MPa左右，其化学分析主控指标如下：
| SiO2 | AI2O3 | Fe2O3 |
| 46.5％ | 41.2％ | 0.6％ |
煅滑石采用淄川煅滑石，其化学分析主控指标如下：
| SiO2 | Fe2O3 | CaO | MgO |
| 66.02％ | 0.1％ | 0.9％ | 31.52％ |
硅灰石采用芦洲硅灰石，其化学分析主控指标如下：
| SiO2 | Fe2O3 | CaO | MgO |
| 51.65％ | 0.15％ | 44.85％ | 0.9％ |
石英粉采用江西石英粉，其化学分析主控指标如下：
| SiO2 | Fe2O3 | K2O |
| 98.54％ | 0.10％ | 0.15％ |
硅酸锆采用华安硅酸锆，其化学分析主控指标如下：
| SiO2 | AI2O3 | Fe2O3 | TiO2 | ZrO2 |
| 32.67％ | 1.12％ | 0.07％ | 0.15％ | 64.69％ |
氧化铝采用铠源氧化铝，其化学分析主控指标如下：
| AI2O3 | Fe2O3 | Na2O |
| 99.8％ | 0.01％ | 0.02％ |
详细的实验数据和实验结果如下：
表2-针对微斜长石用量变化前后的对比实验数据
表3-针对微斜长石用量变化前后的对比实验结果
结合表2和表3可知，在微斜长石与钠长石的用量变化后，既会降低悬瓷的整体弯曲强度，还会带来光滑平整度差、有针孔的问题。
表4-针对煅滑石用量变化前后的对比实验数据
表5-针对煅滑石用量变化前后的对比实验结果
结合表4和表5可知，在煅滑石含量过多或者过少都会造成高温流动性不足，从而使得上釉上砂后的悬瓷除了强度在200MPa以下和光滑平整度差外，还会因煅滑石含量过高而带来晶体变多且重叠，使得釉面无光而带来色差。
表6-针对硅灰石用量变化前后的对比实验数据
表7-针对硅灰石用量变化前后的对比实验结果
结合表6和表7可知，在硅灰石含量过少、粘土用量过大时，会使得釉料的相对粘度过高，而高温流动性又过低，造成烧成后的悬瓷存在既不光滑又还存在针孔的问题；而在硅灰石含量过高后，相对粘度大幅降低，高温流动性也大幅增加，解决了不光滑和有针孔的问题，容易产生釉泡而致使抗磨损、抗腐蚀能力大幅下降，且烧成后的悬瓷弯曲强度最高仅能达到约194MPa，没有突破现有的悬瓷的弯曲强度。
表8-针对石英粉用量变化前后的对比实验数据
表9-针对石英粉用量变化前后的对比实验结果
结合表8和表9可知，当石英粉含量过低时，釉料的相对粘度提高，在下火位的高温流动性变差，导致烧成后的悬瓷光滑平整度差还存在针孔的问题，同时弯曲强度也得不到突破；而在石英粉含量过高、黏土过少时，虽伞部釉面质量光滑平整、无针孔、抗磨损和抗腐蚀性能好，但是其弯曲强度才刚刚突破200MPa，弯曲强度并没有得到突破性的提升，且且因黏土过少，造成釉浆悬浮性能差，从而影响到了釉坯的釉料均匀度，进而带来色差问题。
表10-针对硅酸锆用量变化前后的对比实验数据
表11-针对硅酸锆用量变化前后的对比实验结果
结合表10和表11可知，当硅酸锆含量过低时，釉料的相对粘度过高而在下火位的高温流动性过低，造成烧成后的悬瓷，出现强度不足200MPa、有针孔、有色差和抗磨性及耐腐蚀性均差的问题；而当硅酸锆含量过高时，虽然表面无色差且抗磨性及耐腐蚀性均还不错，但是却出现了不光滑、有针孔甚至缩釉等问题，且弯曲强度也不足210MPa，无法实现弯曲强度的突破。
需要说明的是，因试验数据过多，并未一一呈列，经研究对比，氧化铝含量控制在2-6份，能够在其他成分不变的情况下对整体效果基本无影响，能保证釉面的质量并确保弯曲强度；但氧化铝若过小，会降低釉料的硬度，而用量过大，会降低釉料高温流动性，从而使釉面质量降低。
综合上述的实验数据可知，本发明的配方，通过对微斜长石、钠长石、鄂尔多斯土、高岭土、煅滑石、硅灰石、石英粉、硅酸锆和氧化铝用量的控制，使得本配方下制得的釉料既能在应用到坯件上后得到远超现有技术的弯曲强度，使得高强度铝质瓷绝缘子在坯件弯曲强度为170MPa的基础上，上釉上砂后能够达到220MPa，甚至233.7MPa，极大提高了上砂后的悬瓷弯曲强度，且还能够使得在坯件第一次上釉时实现头伞一次浸釉，极大简化了上釉的工艺流程，降低了企业生产成本；此外，制得的悬瓷还能保证光滑平整、无色差以及兼具良好的抗磨损和抗腐蚀性能。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (10)
1.一种超高压悬瓷专用头伞一次浸釉工艺，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将釉料制成釉浆，其中釉料由以下质量份数的原料制得：微斜长石10-20份，钠长石10-20份，高可塑性粘土5-15份，高岭土7-12份，煅滑石10-14份，硅灰石4-10份，石英粉15-25份，硅酸锆6-10份，氧化铝2-6份；
S2、将坯件的头部和伞部放入到釉浆中，采用浸釉方式实现坯件的头伞一次上釉。
2.根据权利要求1所述的超高压悬瓷专用头伞一次浸釉工艺，其特征在于：所述釉浆能够通过不低于360目的筛网。
3.根据权利要求2所述的超高压悬瓷专用头伞一次浸釉工艺，其特征在于：所述釉浆采用筛网过筛后，筛后余重占比为0.05％-0.18％。
4.根据权利要求2所述的超高压悬瓷专用头伞一次浸釉工艺，其特征在于：所述头伞一次上釉完成后釉层厚度为0.25-0.6mm。
5.根据权利要求1-4任一项所述的超高压悬瓷专用头伞一次浸釉工艺，其特征在于：用于浸釉的釉浆盛放在浸釉槽中，浸釉时，坯件正放，坯件下方设置喷釉装置，喷釉装置用于将浸釉槽内的釉浆抽吸后喷向坯件内孔。
6.根据权利要求5所述的超高压悬瓷专用头伞一次浸釉工艺，其特征在于：所述浸釉的坯件通过吸盘吸住坯件头顶部。
7.根据权利要求1-4、6任一项所述的超高压悬瓷专用头伞一次浸釉工艺，其特征在于：所述坯件一次浸釉完成后用薄膜包好。
8.根据权利要求1-4、6任一项所述的超高压悬瓷专用头伞一次浸釉工艺，其特征在于：所述上釉过程保持釉浆相对坯件流动。
9.根据权利要求1-4、6任一项所述的超高压悬瓷专用头伞一次浸釉工艺，其特征在于：所述斜长石为10-18份，钠长石为12-20份。
10.根据权利要求9所述的超高压悬瓷专用头伞一次浸釉工艺，其特征在于：所述煅滑石为10-12份。
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