一种用氧化焰烧成电瓷的方法.pdf

一种用氧化焰烧成电瓷的方法，该方法在电瓷产品的烧成过程中，从室温到最高烧成温度，全部采用氧化焰烧成。用本发明技术烧成电瓷产品时，可比传统的还原焰烧成工艺缩短烧成时间3小时至8小时，节约烧成能耗15％-25％，减少二氧化碳排放量15％-25％。采用氧化焰烧成，避免了电瓷坯料中的Fe2O3和TiO2等可变价杂质被还原为具有半导体性的FeO和TiO2-x，从而可提高电瓷产品的机械强度6％-12％，提高电气绝缘强度5％-10％，提高烧成合格率3％-8％，降低产品的生产成本5％-10％。

权利要求书
1.  一种用氧化焰烧成电瓷的方法，其特征是，它的工艺步骤为：
(1)将用现有湿法或干法工艺生产的电瓷坯件装入烧成用窑炉，以氧化焰并按升温速率为30℃/小时-80℃/小时升温至950℃，炉内气氛O2含量2％-6％；
(2)再以升温速率5℃/小时-10℃/小时升温至1050℃，在该温度下进行氧化保温，炉内气氛O2含量2％-4％，保温时间2小时至8小时；
(3)氧化保温完成后，继续以氧化焰升温直至最高烧成温度1250℃-1330℃，此阶段的升温速率20℃/小时-50℃/小时，炉内气氛O2含量1％-3％；
(4)达到最高烧成温度后保温2小时至6小时，炉内气氛O2含量1％-2％；
(5)最高烧成温度保温结束后，以降温速度不小于每小时150℃快速冷却至1100℃，然后以每小时50℃-100℃的冷却速度使产品冷却到200℃以下，再自然冷却到50℃以下，整个烧成过程结束。

2.  根据权利要求1所述用氧化焰烧成电瓷的方法，其特征是，在上述步骤(4)中最高烧成温度保温结束前1小时将炉内烧成气氛转为弱还原焰，以弱还原焰保温1小时，炉内气氛CO含量0.5％-1.5％。

3.  根据权利要求1所述用氧化焰烧成电瓷的方法，其特征是，所述烧成用窑炉为梭式窑或隧道窑。

4.  根据权利要求1所述用氧化焰烧成电瓷的方法，其特征是，烧成用窑炉的燃料为天然气、液化石油气、发生炉煤气、轻油或重油。

说明书一种用氧化焰烧成电瓷的方法
技术领域
本发明涉及材料制备技术，进一步是指用氧化焰烧成电瓷产品，包括各种电压等级的瓷质线路绝缘子、空心绝缘子和套管。
背景技术
电瓷又称瓷绝缘子，是输变电线路和设备的关键元器件，主要起电气绝缘和支撑固定的作用。目前国内生产的电瓷产品主要是Al2O3-SiO2体系，Al2O3含量为20％-60％。根据Al2O3含量不同，可分为普通电瓷(Al2O3含量20％-30％)、中高强电瓷(Al2O3含量30％-50％)和高强度电瓷(Al2O3含量50％-60％)。生产电瓷的主要原料是铝矾土、高岭土和长石等天然矿物，烧成温度一般在1250℃-1330℃之间。主要生产工艺流程为：原料预粉碎→球磨→过筛→除铁→喷雾干燥(干法)/压滤、真空练泥(湿法)→成形(干法或湿法)→干燥→施釉→烧成→胶装。
烧成是电瓷制备的关键工序，对电瓷产品的机械强度、电气性能和表面质量等有重要影响。目前电瓷的烧成工艺多沿用日用陶瓷的烧成工艺，即采用950℃以前为氧化焰、950℃-1050℃氧化保温，然后转为还原焰直至最高烧成温度。采用还原焰烧成的目的是使原料中的Fe2O3还原为低价的FeO，使瓷质色彩由黄白色转为青白色，即所谓的“青瓷”。但对电瓷这一工业用途的产品来说，瓷质的机械强度和电气绝缘强度比外观更重要。为了提高电瓷产品的机械强度，通常采用煅烧铝矾土中的刚玉颗粒来强化电瓷材料的强度。由于天然的铝矾土中含有较多的Fe2O3和TiO2杂质，这些杂质在还原气氛下会转变为低电价的FeO和TiO2-x，对电瓷产品的电气性能是不利的。此外，采用还原焰火烧成时，需在窑炉气氛中保持1％-3％甚至更高的一氧化碳含量，大大增加了烧成过程中的燃料消耗及二氧化碳和一氧化碳的排放量，不符合节能减排、低碳经济和可持续发展的要求。因此，开发一种用氧化焰烧成电瓷的方法，不仅可提高电瓷产品的机械强度和电气绝缘强度，同时还具有节约烧成能源、减少二氧化碳排放、降低生产成本等多方面的优势。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有还原焰烧成技术存在的不足，提出一种用氧化焰烧成电瓷的方法，该方法在确保电瓷产品的机械强度和电气绝缘强度的前提下，能最大限度地降低烧成能耗，促进电瓷产品制备过程中的节能减排和清洁生产，有效提高电瓷产品的烧成合格率，降低生产成本。
本发明的技术方案为，所述用氧化焰烧成电瓷的方法包括以下步骤：
(1)将用现有湿法或干法工艺生产的电瓷坯件装入烧成用窑炉，以氧化焰并按升温速率为30℃/小时-80℃/小时升温至950℃，炉内气氛O2含量2％-6％。
(2)再以升温速率5℃/小时-10℃/小时升温至1050℃，在该温度下进行氧化保温，炉内气氛O2含量2％-4％，保温时间2小时至8小时；
(3)氧化保温完成后，继续以氧化焰升温直至最高烧成温度1250℃-1330℃，此阶段的升温速率20℃/小时-50℃/小时，炉内气氛O2含量1％-3％；
(4)达到最高烧成温度后保温2小时至6小时，炉内气氛O2含量1％-2％；
(5)最高烧成温度保温结束后，以降温速度不小于每小时150℃快速冷却至1100℃，然后以每小时50℃-100℃的冷却速度使产品冷却到200℃以下，再自然冷却到50℃以下，整个烧成过程结束。
所述烧成用窑炉一般为梭式窑或隧道窑；
所用燃料可以是以天然气或液化石油气、发生炉煤气、轻油或重油等；
升温制度和氧化保温时间可根据产品的形状和尺寸不同而异；
进一步地，为使用氧化焰烧成电瓷产品的釉面颜色达到与用传统的还原焰烧成的效果基本一致，可在上述步骤(4)中最高烧成温度保温结束前1小时将炉内烧成气氛转为弱还原焰，弱还原焰保温1小时，炉内气氛CO含量0.5％-1.5％，让产品的釉面出现均匀一致的轻度还原；如果对产品的颜色没有严格要求，则本过程可省略。
以下对本发明做出进一步说明。
本发明方法的步骤(2)中，1050℃至最高烧成温度的升温过程中，采用的烧成气氛为氧化焰，O2含量：1％-3％，而传统烧成工艺在此阶段是用还原焰，CO含量：1％-3％；在最高烧成温度下的保温过程中，烧成气氛为氧化焰，O2含量：1％-2％，而传统烧成工艺在此阶段是用还原焰，CO含量：1％-2％。
本发明的技术贡献是，在电瓷产品的烧成过程中，除最后一小时为满足产品釉面颜色与传统工艺烧成的产品基本一致的要求而可采用弱还原焰外，其余全部采用氧化焰烧成。实施结果表明，用本发明技术烧成电瓷产品时，因不需要气氛转换，可比传统工艺缩短烧成时间3小时至8小时，节约烧成能耗15％-25％，减少二氧化碳排放量15％-25％，产品的机械强度提高6％-12％，电气绝缘强度提高5％-10％，烧成合格率提高3％-8％，产品生产成本降低5％-10％。
本发明与目前常用的还原焰烧成工艺相比，首先是可缩短氧化保温时间，从而显著缩短总烧成时间，大幅降低烧成能耗；其次，本发明在烧成的高温阶段仍采用氧化焰烧成，燃料燃烧完全，热效率高，进一步减少了烧成过程的燃料消耗，降低了二氧化碳和一氧化碳的排放量；第三，采用氧化焰烧成，避免了电瓷坯料中的Fe2O3和TiO2等可变价杂质被还原为具有半导体性质的FeO和TiO2-x，从而可提高产品的机械强度和电气绝缘强度。
由以上可知，本发明为一种用氧化焰烧成电瓷的方法，该方法能显著缩短电瓷产品的烧成时间，大幅降低烧成过程的燃料消耗，减少二氧化碳和一氧化碳排放，并能有效提高产品的机械强度、电气绝缘强度和烧成合格率，从而显著降低电瓷产品的生产成本。
具体实施方式
实施例1：所述用氧化焰烧成普通电瓷(Al2O3含量20％-30％)的方法是：
(1)室温-950℃：升温速率50℃/小时-80℃/小时，氧化焰，炉内气氛O2含量2％-6％；
(2)950℃-1050℃：升温速率5℃/小时-10℃/小时，氧化焰，炉内气氛O2含量2％-4％，氧化保温2小时-8小时；
(3)1050℃-最高烧成温度(1250℃-1330℃)：升温速率30℃/小时～50℃/小时，氧化焰，炉内气氛O2含量1％～3％；
(4)升温至最高烧成温度后，以弱氧化焰保温2小时至5小时，炉内气氛O2含量1％-2％；然后转弱还原焰保温0.5小时至1小时，CO含量0.5％-1.5％，止火；
(5)冷却阶段：从最高烧成温度至1100℃快速冷却，冷却速率大于每小时150℃；然后以每小时50℃至100℃的冷却速度使产品冷却到200℃以下，再自然冷却到50℃以下时，整个烧成过程结束。
实施例2：所述用氧化焰烧成中高强电瓷(Al2O3含量30％-50％)的方法是：
(1)室温-950℃：升温速率40℃/小时-60℃/小时，氧化焰，炉内气氛O2含量：2％-5％；
(2)950℃-1050℃：升温速率5℃/小时-10℃/小时，氧化焰，炉内气氛O2含量2％-4％，氧化保温2小时-8小时；
(3)1050℃-最高烧成温度(1250℃-1330℃)：升温速率20℃/小时-40℃/小时，氧化焰，炉内气氛O2含量1％-3％；
(4)升温至最高烧成温度后，以弱氧化焰保温3小时至5小时，炉内气氛O2含量1％-2％；然后转弱还原焰保温1小时，CO含量：0.5％-1.5％，止火；
(5)冷却阶段：从最高烧成温度至1100℃快速冷却，冷却速率大于每小时150℃；然后以每小时50℃至80℃的冷却速度使产品冷却到200℃以下，再自然冷却到50℃以下时，整个烧成过程结束。
实施例3：所述用氧化焰烧成高强度电瓷(Al2O3含量50％-60％)的方法是：
(1)室温-950℃：升温速率30℃/小时-50℃/小时，氧化焰，炉内气氛O2含量2％-5％；950℃-1050℃：
(2)升温速率5℃/小时-10℃/小时，氧化焰，炉内气氛O2含量2％-4％，氧化保温2小时-8小时；
(3)1050℃-最高烧成温度(1250℃-1330℃)：升温速率20℃/小时-40℃/小时，氧化焰，炉内气氛O2含量1％-3％；
(4)升温至最高烧成温度后，以弱氧化焰保温3小时至5小时，炉内气氛O2含量1％-2％；然后转弱还原焰保温1小时，CO含量：0.5％-1.5％，止火；
(5)冷却阶段：从最高烧成温度至1100℃快速冷却，冷却速率大于每小时150℃；然后以每小时40℃至60℃的冷却速度使产品冷却到200℃以下，再自然冷却到50℃以下时，整个烧成过程结束。产品冷却时间一般不少于20小时。