搪玻璃釉在熱水器承壓搪瓷水箱上的應(yīng)用

1、搪玻璃釉在熱水器承壓搪瓷水箱上的應(yīng)用太陽能聯(lián)盟網(wǎng) 時(shí)間:2013-09-28 11:29字號(hào): 大 中 小我要說兩句 內(nèi)容摘要：銹鋼承壓水箱是不能滿足耐腐蝕要求的。首先不銹鋼內(nèi)膽最大的隱患是“焊縫”，內(nèi)膽上有兩條環(huán)形焊縫和一條直形焊縫，焊縫之間又形成交叉點(diǎn)，該點(diǎn)處易受自來水本身及水中有害離子的侵蝕，從而產(chǎn)生水箱穿孔漏水        一、概述 太陽能熱水器在我國應(yīng)用已很普遍，但多數(shù)熱水器為真空玻璃管直插式太陽能熱水器，這種熱水器儲(chǔ)水箱一般是開式結(jié)構(gòu)，用304不銹鋼制作就能滿足使用壽命的要求。但從2009年開始，我國出現(xiàn)了土地政策和建筑

2、結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型，七層以下的住宅項(xiàng)目用地基本不批，而真空玻璃管直插式太陽能熱水器是不適合于高層建筑的，取而代之的當(dāng)然是陽臺(tái)壁掛平板太陽能熱水器。然而這種熱水器對(duì)水箱內(nèi)膽的要求較高，必須同時(shí)滿足如下三個(gè)條件： 1、必須是閉式承壓運(yùn)行及耐高溫。 2、內(nèi)膽表面耐高溫水的腐蝕。 3、能承受冷熱水進(jìn)出壓力驟變及同時(shí)產(chǎn)生的溫差急變。 不銹鋼承壓水箱是不能滿足耐腐蝕要求的。首先不銹鋼內(nèi)膽最大的隱患是“焊縫”，內(nèi)膽上有兩條環(huán)形焊縫和一條直形焊縫，焊縫之間又形成交叉點(diǎn)，該點(diǎn)處易受自來水本身及水中有害離子的侵蝕，從而產(chǎn)生水箱穿孔漏水。原因是不銹鋼在經(jīng)過高溫焊接后，焊縫處的成分及晶型等都已發(fā)生變化。其次不銹鋼的成本比碳鋼

3、要貴很多，所以一般均采用較薄的板材（0.6-1.0mm）。 而搪瓷內(nèi)膽因采用較厚的BTC-340R專用鋼板，有較大的屈服強(qiáng)度，搪瓷處理后具有承壓耐用、防腐蝕、防吸癟及水質(zhì)潔凈等性能。所以搪瓷水箱用于太陽能熱水器水箱是比較合適的。 實(shí)際上，國內(nèi)外很多廠家已開始用搪瓷水箱，這一點(diǎn)上電熱水器走在了前面，國外品牌主要是以A.O.史密斯、阿里斯頓為代表，而國內(nèi)的品牌主要是以海爾、美的為代表。這充分證明搪瓷內(nèi)膽應(yīng)用于電熱水器是可靠的。并且將搪瓷水箱冠上美稱，如金圭、鈦金、金剛?cè)龑?、藍(lán)鉆、藍(lán)金剛等。實(shí)際上以上美稱無非含有三層意思： 1、指搪瓷層中含有氧化鈷，使瓷面呈藍(lán)色，同時(shí)也是密著的主要成分，能使鋼板與搪

4、瓷層完美牢固結(jié)合。 2、指搪瓷的主體成分為二氧化硅，它是耐酸、耐堿、耐高溫水腐蝕的主要成分。 3、采用高屈服強(qiáng)度并且適合搪瓷工藝要求的專用鋼板。 從以上三點(diǎn)可以認(rèn)識(shí)到熱水器內(nèi)膽所用的搪瓷釉的特點(diǎn)必須是耐酸、耐堿、耐高溫水的腐蝕，其次是與鋼板形成強(qiáng)力的結(jié)合，是一種特殊的搪瓷釉，我們一般稱之為熱水器底面兩用釉（也稱熱水器一次釉）。通常搪瓷內(nèi)膽采用的是一次涂搪工藝。 二、普通搪瓷水箱的特點(diǎn) 多年的研究表明，酸、堿對(duì)搪瓷表面是有腐蝕的，同樣水對(duì)搪瓷表面也是有腐蝕的，并隨著水的純度增加而增加。腐蝕的速度也隨著溫度上升而增加，并且超過沸點(diǎn)時(shí)達(dá)到最大。水對(duì)瓷層的腐蝕首先是瓷層中的堿離子與氫離子的交換，從而造

5、成表面脫堿。SiO-Na+H+OH-SiOH+NaOH(搪瓷層)(水)(搪瓷層)(帶堿性水) 隨著反應(yīng)的進(jìn)行會(huì)在表面形成一層致密膜，有人稱之為“保護(hù)膜層”。這層保護(hù)膜富含二氧化硅（SiO2）、氧化鈦（TiO2）、氧化鋯（ZrO2）等成分。使Na+與H+的離子擴(kuò)散受到阻擋，使搪瓷釉具有耐水穩(wěn)定性。 從以上的分析可知，二氧化硅（SiO2）、氧化鈦（TiO2）、氧化鋯（ZrO2）等成分能提高熱水器一次釉的耐水性能。表-1為熱水器一次釉配方組成范圍。 從以上配方中可看出，首先它是一種底釉，所以三氧化二硼（B203）、氟（F）的成分應(yīng)高一些。這樣才具備底釉的特性即對(duì)鋼板有浸潤作用，產(chǎn)生強(qiáng)有力的密著，并且

6、透氣性好，但這些成分對(duì)耐水性是很不利的，必須合理調(diào)配好。所以，熱水器一次釉耐水性的提高還是有一定的局限性的。 電熱水器的溫度很容易控制，但太陽能熱水器水箱受自然條件的限制一般使用條件比較苛刻，如果溫控不好，在夏天較強(qiáng)烈的太陽光下使用溫度會(huì)達(dá)到近100的水溫甚至超過。所以，這對(duì)水箱的腐蝕性提出更高的要求。 三、搪玻璃水箱的優(yōu)點(diǎn) 為了進(jìn)一步提高熱水器的使用壽命我們可以嘗試用搪玻璃釉，所謂搪玻璃釉它是一種含硅量較高（SiO2>65），同時(shí)在配方中引入氧化鈦（TiO2）、氧化鋯（ZrO2）等耐腐蝕組分，含三氧化二硼（B2O3）、氟（F）較低的特種釉。具有耐酸、耐堿、耐高溫水的腐蝕，并且能抗溫差急

7、變。采用搪玻璃釉生產(chǎn)的搪玻璃設(shè)備廣泛應(yīng)用于化工、制藥領(lǐng)域，能夠承受高溫、高壓、強(qiáng)腐蝕等苛刻條件，搪玻璃釉配方組成范圍見表-2。 熱水器內(nèi)膽應(yīng)用搪玻璃涂層可通過兩次搪燒來實(shí)現(xiàn)，底釉層只考慮與鋼板密著及面釉的匹配性，而面釉層就可中國太陽能熱利用快訊門戶-太陽界手機(jī)報(bào)-30分鐘傳遍行業(yè)11以完全考慮提升釉料的抗腐蝕性。除了以上配方特點(diǎn)外，搪玻璃瓷層與熱水器一次搪瓷層相比還具有如下四大優(yōu)點(diǎn)： 1、表面形成致密保護(hù)層 搪瓷層是多氣泡結(jié)構(gòu)，良好的氣泡結(jié)構(gòu)對(duì)熱水器的使用壽命非常關(guān)鍵，衡量氣泡的合理性一般有如下的參數(shù)：氣泡的大小和氣泡的多少（用氣泡密度來表示，即:氣泡占瓷層空間的比率）。良好的氣泡結(jié)構(gòu)，應(yīng)該是

8、細(xì)小而又均勻，最好不能有超過40um的氣泡。理想狀態(tài)，好的搪瓷層中最好不存在氣泡，從而能保證耐水性能。但是，由于在熱水器一次釉粉中必須加入粘土，電解質(zhì)等材料才具備釉漿的涂搪性能，而這些物質(zhì)在加熱時(shí)會(huì)產(chǎn)生揮發(fā)性的氣體，如粘土中的結(jié)構(gòu)水、電解質(zhì)本身的分解。同時(shí)在搪燒時(shí)的鋼板也會(huì)產(chǎn)生脫碳反應(yīng)，產(chǎn)生一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、氫（H2）等氣體。在搪燒完成之前沒來得及跑離的氣體就固化在瓷層中，從而形成氣泡， 圖-1為熱水器一次釉搪瓷的氣泡結(jié)構(gòu)的放大圖。 圖-2為熱水器一次釉涂層的剖面示意圖，從圖中可看出，整個(gè)瓷層自上而下都充滿著氣泡，氣泡密度一般為30%-40%，而搪玻璃瓷層分兩次燒成，氣泡一

9、般分布在底釉層中，在搪燒面釉時(shí)一般會(huì)降低搪燒溫度50-100，氣泡就不會(huì)向上跑，這樣就形成致密的面釉保護(hù)層，并且搪玻璃面層中一般很少加入粘土與電解質(zhì)，所以分解物質(zhì)很少，鋼板高溫反應(yīng)產(chǎn)生的一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、氫（H2）氣體在底釉層中不會(huì)向上排放，瓷層中幾乎沒有氣泡，見圖-3。 (1)69um(2)37um(3)53um(4)31um 2、膨脹系數(shù)更匹配 由于鋼材與搪瓷釉是兩種完全不同的材料，許多性能如：延伸率、彈性、抗拉強(qiáng)度等有較大差異，見表-3。 熱水器在使用時(shí)，隨著溫度的升高與壓力的上升筒體鋼板會(huì)膨脹，導(dǎo)致瓷層中殘留應(yīng)力會(huì)變小，如果這時(shí)沒有殘余壓應(yīng)力的存在，熱水器在受到壓力

10、或受熱膨脹，瓷層就會(huì)受到拉應(yīng)力，然而瓷層耐受拉應(yīng)力的能力很差，所以會(huì)很容易產(chǎn)生裂瓷現(xiàn)象。搪玻璃瓷層比熱水器一次搪瓷層的膨脹系數(shù)較小，這是因?yàn)橐淮斡栽谂c鋼板反應(yīng)時(shí)有一定量的氧化鐵（Fe2O3）溶入底釉中，增大了膨脹系數(shù)，所以搪玻璃瓷層的殘留應(yīng)力略大一些，從而提高耐溫差急變及耐壓的能力，保證了搪瓷層與鋼板同步伸縮不會(huì)產(chǎn)生裂紋。 3、能實(shí)現(xiàn)雙面搪瓷 太陽能熱水器換熱器有三種方式，即：夾套換熱、膽中膽換熱、盤管換熱。理想的情況下?lián)Q熱器與循環(huán)介質(zhì)接觸的一面最好進(jìn)行搪瓷，即雙面搪瓷。雖然在循環(huán)介質(zhì)中已添加了緩蝕劑，但腐蝕量還是會(huì)有的。一般來講BTC-340R專用鋼板對(duì)密著是非常有利的。但該鋼板雙面搪瓷還是

11、有困難的，必須用合適的雙面搪瓷底釉才能實(shí)現(xiàn)，雙面搪瓷對(duì)延長使用壽命還是非常有利的，同時(shí)可減少循環(huán)介質(zhì)中的雜質(zhì)含量。 4、瓷層厚度可靈活控制 熱水器一次釉一次搪最佳厚度是0.25mm-0.3mm之間，如果太厚易產(chǎn)生各種缺陷，如鱗爆、暗泡、燒生等。而搪玻璃瓷層是通過兩次搪瓷來實(shí)現(xiàn)的，底釉層厚度控制在0.1mm-0.15mm之間，面釉層控制在0.2mm-0.25mm之間，總瓷層厚度控制在0.3mm-0.4mm之間，這樣保證了有效的耐腐蝕瓷層厚度。 四、結(jié)論 從以上幾點(diǎn)分析太陽能熱水器內(nèi)膽用搪玻璃釉料是合理的，缺點(diǎn)是增加了成本，這點(diǎn)成本對(duì)于整套熱水器的成本來說，還是相當(dāng)少的。但能提高使用年限，超過一倍甚至更多的年限。表-4是搪玻璃釉耐水指標(biāo)，從數(shù)據(jù)中可看出：搪玻璃釉的耐水指標(biāo)是歐洲標(biāo)準(zhǔn)的約1/6。由此可見，如果達(dá)到歐洲標(biāo)準(zhǔn)的熱水器一次釉能用5-8年，則搪玻璃釉可用30-50年! 所以如果用了搪玻璃釉，那么太陽能熱水器內(nèi)膽使用壽命提高到10-15年完全是沒有問題的。一個(gè)典型的案例：A.O.史密斯熱水器使用壽命長達(dá)52年奇跡的故事也只有類似于搪玻璃釉這樣的材