专利名称：一种利用废瓷快速烧成制备的高压电瓷及方法
技术领域：
本发明所涉及高压电瓷的生产技术，具体是利用废瓷快速烧成制备高压电瓷及其方法，高压电瓷指高压电路用瓷绝缘子、支柱、套管等电瓷产品。
背景技术：
高压电瓷是高电压条件下使用的电工陶瓷绝缘材料，由其制造而成的产品主要是瓷绝缘子，包括盘形悬式绝缘子、棒形悬式绝缘子、棒形支柱绝缘子、电器瓷套等，广泛用于输配电线路、电器设备和电站中，是电力工业发展不可缺少的重要绝缘材料。随着经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，作为清洁能源的电力需求日益高涨。而对于电力发展和输送电过程中不可缺少的盘形悬式绝缘子、棒形悬式绝缘子、棒形支柱绝缘子、电器瓷套等高压电瓷产品需求伴随着电力发展也日益高涨，形成巨大市场空间。 目前国内外生产的高压电瓷根据强度的不同分为普通、中高强度和高强度高压电瓷。生产高压电瓷的主要原料为高岭土、长石、石英、铝矾土等天然矿物，烧成温度一般在1250-1330°C。烧成是高压电瓷制备中关键工序，也是主要耗能环节，并且对电瓷的力学性能、电学性能和热学性能以及表观质量具有至关重要的影响。因此，很大程度上决定了企业的能耗水平和经济效益。目前国内高压电瓷多采用还原焰烧成，这种烧成方法一方面不利于燃料的充分燃烧，降低了其燃烧值；另一方面，还原气氛下电瓷原料中Fe、Ti等元素的价态的降低，造成其抗击穿电场强度下降。另外，由于还原气氛下造成燃料的不完全燃烧，从而导致大量CO等有害气体的排放，不符合低碳和减排的可持续发展的趋势。目前不管是还原焰烧成高压电瓷，还是少数采用氧化焰烧成的高压电瓷，都存在烧成时间非常长的问题。传统的高压电瓷烧成制度包括小火升温阶段、氧化分解阶段、还原阶段、高火保温阶段和冷却阶段，其中小火升温阶段从室温到300°C，通常需要20-30小时，氧化分解阶段从300°C到990°C需要20-28小时，还原阶段从990°C到止火温度通常需要15-30小时，高火保温阶段则需要1-2小时，将温度从止火温度降低到室温的冷却阶段需要30-45小时。这样高压电瓷整个烧成过程通常需要100小时左右。尽管近年来有一些在烧成制度的周期进行改进方法，如专利CN101439975A公布的“一种电瓷烧成方法”包括将还原阶段进行细化成1130-1190°C缓慢升温需要4-6小时，然后1200-1240°C需要2. 5-3. 5小时，而后I. 5-2小时升到止火温度。而专利CN101811878公布的“一种氧化焰烧成电瓷的方法”采用较快的升温速率和较短的保温时间，如从室温到到950°C需要12-19小时，然后950°C-1050°C需要10-20小时，在花6-10小时到止火温度，最后在止火温度保温2-5小时。冷却需要12-25小时。虽然烧成周期有明显缩短，但是仍然需要42-79小时，而且还存在弱还原焰过程。在电瓷的生产过程中不可避免会出现废品，特别是高压电瓷需要逐个检测其耐压性能和拉伸性能，在检测过程中也经常出现产品的破坏。而且这种高温烧成的电瓷产品无法在自然降解，将其进行粉碎后再生利用，不但可以解决环境污染问题，而且高压电瓷中含有一定量的玻璃相，因此将废瓷粉碎后加入相当于添加低温烧结助剂，起到降低烧成温度和缩短烧结时间的作用。从而可以进一步降低能耗和成本，提高企业的经济效益和社会效.、r.
Mo目前在建材行业存在一些废瓷的再利用，但是在电瓷中还没有相关报道。因此，研究开发一种利用废瓷快速烧成制备高压电瓷及其方法，不仅节约能源和资源，达到节能减排、环保的效果；而且可以提高产品的力学性能和电学性能；更为重要的是加快烧成速度，提高了生产效率，大幅度降低了生产成本，显著提高 企业的经济效益和社会效益。
发明内容
针对目前高压电瓷制备中上述问题，本发明提供一种利用废瓷快速烧成制备的高压电瓷及方法。本发明首先提供了一种高强度高压电瓷，所述高强度高压电瓷由废高压电瓷粉、高岭土、铝矾土、石英和长石粉组成，各组分的质量百分比为
废闻压电瓷粉5-30%,闻岭土 30-45%,招帆土 30-50%,石英7-12%,长石粉1-3%。其实提供了上述高强度高压电瓷的快速烧成制备方法将高压电瓷废品或破坏的次品清洗后粉碎，过100目筛，得到废高压电瓷粉，然后按照比例与其他原料一起装入球磨机中混合球磨，过300-400目筛，再按照除铁一压滤一真空练泥一成形一干燥一施釉一烧成一胶装工艺制备。所述烧成步骤如下
(I)将成形的高压电瓷坯件装入烧成窑炉，在氧化焰下以80-180°C/小时升温至880°C-920°C，然后保温0. 5-1小时，炉内气氛氧含量2_6%，炉内保持正压50_100Pa ；
2)再以30-50°C/小时升温至1000°C-1050°C，然后保温1-1.5小时，炉内气氛氧含量2-5%，炉内保持正压50-80Pa ；
3)继续以50-100°C/小时升温至1250°C-1300°C后保温1-1. 5小时，炉内气氛氧含量
1-3%，保持微正压40-60Pa ；
4)保温结束后，以200-500°C/小时降温至1000°C-1050°C，再以50_200°C/小时降温至200-300°C，然后自然冷却至80°C以下。所述高压电瓷废品或破坏的次品的原料组分的质量百分比为铝矾土 40-60%，高岭土 25-40%，石英 10-15%，长石粉 2-6%。所述高强度高压电瓷氧化焰快速烧成方法，烧成过程中全程采用氧化焰烧成，炉内氧含量1%以上；所述烧成用窑炉为隧道窑；所述烧成用燃料为天然气或液化石油气。本发明的技术贡献全程采用氧化焰烧成，并且升温速率较高，而废瓷在其中起到一定的烧结助剂作用，从而大大缩短烧成周期，达到快速烧成效果。另外，目前采用天然矿物中含较高的Fe2O3和TiO2，在前期的除铁都工序中难以完全去除掉，在后续还原焰烧成中容易还原，从而恶化电瓷的电学性能，特别是电气绝缘强度。而本方法全程采用氧化焰烧成，可以避免Fe2O3和TiO2还原，提高了高压电瓷的电学性能。因此，对于前期的除铁环节可以大大简化。总体来说，采用本方法制备高强度高压电瓷比传统烧成工艺缩短烧成时间20-40小时，烧成温度下降20-50°C，节约烧成能耗30-50%，制备的高压电瓷产品单位能耗低于5000kJ/kg，产品成本降低20-30%。同时制备的高压电瓷产品制备的高压电瓷产品按照国家标准GB/T1001. 1-2003(标称电压高压1000V的架空线路绝缘子)和GB/T7253-2005(称电压高压1000V的架空线路绝缘子-交流系统用瓷或玻璃绝缘子元件-盘形悬式绝缘子元件的特性)机械强度>210MPa，电气绝缘强度>30kV/mm。
具体实施例方式实施例I :所述高强度高压电瓷(盘形悬式瓷绝缘子盘径280mm，高度140mm)氧化焰快速烧成方法是，其中高压电瓷废瓷添加量5%。I)将高压电瓷废瓷清洗后粉碎，过100目筛，然后按照比例与其他原料一起混合球磨，在进行相应的成形施釉干燥；
2)将干燥后的高压电瓷坯件装入烧成窑炉，然后从室温以100°C/小时升温至920°C，然后保温I小时，炉内气氛氧含量2-6%，炉内保持正压50-100Pa ；
3)再以50°C/小时从920°C升温至1050°C，然后保温I小时，炉内气氛氧含量2_5%，炉内保持正压50-80Pa ； 4)继续以80°C/小时从1050°C升温至1300°C后保温I. 5小时，炉内气氛氧含量1_3%，保持微正压40-60Pa ；
5)保温结束后，以300°C/小时从13000C降温至1050 °C，再以80°C/小时降温至260°C，然后自然冷却至80°C以下，整个烧成过程结束。烧成后的高压电瓷样品制备成盘形悬式瓷绝缘子(盘径280mm，含钢帽高度170mm)按照国家标准GB/T1001. 1-2003 (标称电压高压1000V的架空线路绝缘子)和GB/T7253-2005(称电压高压1000V的架空线路绝缘子_交流系统用瓷或玻璃绝缘子元件_盘形悬式绝缘子元件的特性)经检验后，外观、尺寸偏差检查全部合格；拉伸负荷试验为105kN下IOs均未破坏；工频击穿耐受实验施加电压130kV,时间3min,均未击穿；爬电距离均超过385_ ;机电负荷均超过270kN ;断面测试均未出现渗透现象。实施例2 :所述高强度高压电瓷(盘形悬式瓷绝缘子盘径280mm，高度140mm)氧化焰快速烧成方法是，其中高压电瓷废瓷添加量10%
1)将高压电瓷废瓷清洗后粉碎，过100目筛，然后按照比例与其他原料一起混合球磨，在进行相应的成形施釉干燥；
2)将干燥后的高压电瓷坯件装入烧成窑炉，从室温以110°C/小时升温至900°C，并在900°C保温I小时，炉内气氛氧含量2-6%，炉内保持正压50-100Pa ；
3)再以40°C/小时从900°C升温至1020°C，并在1020°C保温I小时，炉内气氛氧含量2-5%，炉内保持正压50-80Pa ；
4)继续以100°C/小时从1020°C升温至1280°C后保温I.5小时，炉内气氛氧含量1_3%，保持微正压40-60Pa ；
5)保温结束后，以300°C/小时从1280°C降温至1020°C，再以100°C/小时降温至220°C，然后自然冷却至80°C以下，整个烧成过程结束。烧成后的高压电瓷样品制备成盘形悬式瓷绝缘子(盘径280mm，含钢帽高度170mm)按照国家标准GB/T1001. 1-2003 (标称电压高压1000V的架空线路绝缘子)和GB/T7253-2005(称电压高压1000V的架空线路绝缘子_交流系统用瓷或玻璃绝缘子元件_盘形悬式绝缘子元件的特性)经检验后，外观、尺寸偏差检查全部合格；拉伸负荷试验为105kN下IOs均未破坏；工频击穿耐受实验施加电压130kV,时间3min,均未击穿；爬电距离均超过385_ ;机电负荷均超过260kN ;断面测试均未出现渗透现象。
实施例3 :所述高强度高压电瓷(盘形悬式瓷绝缘子盘径280mm，高度140mm)氧化焰快速烧成方法是，其中高压电瓷废瓷添加量20%
1)将高压电瓷废瓷清洗后粉碎，过100目筛，然后按照比例与其他原料一起混合球磨，在进行相应的成形施釉干燥；
2)将干燥后的高压电瓷坯件装入烧成窑炉，从室温以120°C/小时升温至880°C，并在880°C保温I小时，炉内气氛氧含量2-6%，炉内保持正压50-100Pa ；
3)再以35°C/小时从880°C升温至1000°C，并在1000°C保温I小时，炉内气氛氧含量2-5%，炉内保持正压50-80Pa ；
4)继续以100°C/小时从1050°C升温至1250°C后保温I.5小时，炉内气氛氧含量1_3%，保持微正压40-60Pa ；
5)保温结束后，以300°C/小时从最高烧成温度降温至1000°C，再以110°C/小时降温至200°C，然后自然冷却至80°C以下，整个烧成过程结束。烧成后的高压电瓷样品制备成盘形悬式瓷绝缘子(盘径280mm，含钢帽高度170mm)按照国家标准GB/T1001. 1-2003 (标称电压高压1000V的架空线路绝缘子)和GB/T7253-2005(称电压高压1000V的架空线路绝缘子_交流系统用瓷或玻璃绝缘子元件_盘形悬式绝缘子元件的特性)经检验后，外观、尺寸偏差检查全部合格；拉伸负荷试验为105kN下IOs均未破坏；工频击穿耐受实验施加电压130kV,时间3min,均未击穿；爬电距离均超过385_ ;机电负荷均超过260kN ;断面测试均未出现渗透现象。
权利要求
1.一种高强度高压电瓷，其特征在于所述高强度高压电瓷由废高压电瓷粉、高岭土、铝矾土、石英和长石粉组成，各组分的质量百分比为 废闻压电瓷粉5-30%,闻岭土 30-45%,招帆土 30-50%,石英7-12%,长石粉1-3%。
2.一种如权利要求I所述的高强度高压电瓷的快速烧成制备方法，其特征在于 将高压电瓷废品或破坏的次品清洗后粉碎，过100目筛，得到废高压电瓷粉，然后按照比例与其他原料一起装入球磨机中混合球磨，过300-400目筛，再按照除铁一压滤一真空练泥一成形一干燥一施釉一烧成一胶装工艺制备。
3.根据权利要求2所述的高强度高压电瓷的快速烧成制备方法，其特征在于所述烧成步骤如下 (O将成形的高压电瓷坯件装入烧成窑炉，在氧化焰下以80-180°C/小时升温至880°C-920°C，然后保温O. 5-1小时，炉内气氛氧含量2_6%，炉内保持正压50_100Pa ； 2)再以30-50°C/小时升温至1000°C-1050°C，然后保温1-1.5小时，炉内气氛氧含量2-5%，炉内保持正压50-80Pa ； 3)继续以50-100°C/小时升温至1250°C-1300°C后保温1-1. 5小时，炉内气氛氧含量1-3%，保持微正压40-60Pa ； 4)保温结束后，以200-500°C/小时降温至1000°C-1050°C，再以50_200°C/小时降温至200-300°C，然后自然冷却至80°C以下。
4.根据权利要求2所述的高强度高压电瓷的快速烧成制备方法，其特征在于所述高压电瓷废品或破坏的次品的原料组分的质量百分比为铝矾土 40-60%，高岭土 25-40%，石英10-15%，长石粉2-6%。
全文摘要
本发明公开一种利用废瓷快速烧成制备的高压电瓷及方法。本发明制备的高压电瓷的组成如下(质量百分比)废高压电瓷粉5-30%，高岭土30-45%，铝矾土30-50%，石英7-12%，长石粉1-3%。制备的高压电瓷产品单位烧成能耗低于5000kJ/kg。制备的高压电瓷产品的机械强度>210MPa，电气绝缘强度>30kV/mm，产品成本降低20-30%。本发明利用废瓷进行再生产，达到了资源再利用。与不添加废瓷粉相比，烧成温度下降20-50oC，烧成周期缩短5-10小时，起到了明显的节能环保效果。
文档编号C04B35/64GK102951897SQ20121046323
公开日2013年3月6日 申请日期2012年11月17日 优先权日2012年11月17日
发明者严增容, 郑兴华, 康明山 申请人:严增容, 郑兴华, 康明山