搪玻璃釉在水箱中的应用分析

搪玻璃釉在太阳能热水器承压搪瓷水箱中的应用分析

摘要本文阐述了搪玻璃釉的生产配方及优势特点，指出搪玻璃釉可以有效提高太阳能热水器承压搪瓷水箱的使用寿命。

关键词搪玻璃釉承压搪瓷水箱

0前言

太阳能热水器在我国应用已很普遍，但这种热水器一般为真空玻璃管直插式太阳能热水器，这种热水器储水箱一般是开式结构，用304不锈钢制作就能满足使用寿命的要求。

1 搪瓷内胆特点分析

真空玻璃管直插式太阳能热水器由于诸多弊端，不适合于高层建筑，取而代之是阳台壁挂平板太阳能热水器。然而这种热水器对水箱内胆的要求较高，必须同时满足如下3个条件：

1.必须是闭式承压运行及耐高温；

2.内胆表面耐高温水的腐蚀；

3.能承受冷热水进出压力骤变及同时产生的温差骤变。

不锈钢水箱不能满足以上3条要求。首先不锈钢内胆最大的隐患是“焊缝”，内胆上有2条环形焊缝和一条直形焊缝，焊缝之间形成交叉点，该点处易受自来水及水中氯离子（Cl-）等有害离子的侵蚀，易产生水箱因腐蚀而穿孔漏水。原因是不锈钢在焊接后，焊缝处的成分及晶型等都已发生变化。其次不锈钢的成本比碳钢要贵很多，所以一般均采用较薄的板材（厚0.6mm～1.0mm）。这样耐压强度不够，同时也很容易吸瘪。

搪瓷内胆因采用较厚的BTC-340R专用钢板，有较大的屈服强度，搪瓷处理后具有承压耐用、耐腐蚀、防吸瘪及水质洁净等性能。所以搪瓷水箱用于承压太阳能热水器比较合适。

实际上，国内外很多厂家已广泛使用搪瓷水箱，在这一点上电热水器走在前面，国外品牌主要是以A·O·史密斯、阿里斯顿为代表，国内品牌主要是以海尔、美的为代表。这充分证明搪瓷内胆的可靠性。并且将搪瓷水箱冠上美称。如金圭、钛金、金刚三层、蓝钻、蓝金刚等。实际上无非含有3层意思：

1.指搪瓷层中含有氧化钴，是密着的主要成分，能使钢板与搪瓷层完美牢固结合。

2.指搪瓷的主体成分为二氧化硅，是耐酸、耐碱、耐高温水腐蚀的主要成分。

3.采用高屈服强度并且适合搪瓷工艺要求的专用钢板。

从以上3点可以看到热水器内胆所用的搪瓷釉的特点必须是耐酸、耐碱、耐高温水的腐蚀，其次是与钢板形成强力的结合，需要一种特殊的搪瓷釉，我们一般称之为热水器底面两用釉（也称热水器一次釉）。通常搪瓷内胆采用的是一次涂搪工艺。

2 一次釉生产工艺

硅普多年的研究表明，酸、碱对搪瓷表面是有腐蚀的，同样水对搪瓷表面也是有腐蚀的，并随着水的纯度增加而增加。腐蚀的速度也随着温度上升而增加，并且超过沸点时达到最大。水对瓷层的腐蚀首先是瓷层中的碱离子与氢离子的交换，从而造成表面脱碱。下面是酸、碱对搪瓷表面及水对搪瓷表面腐蚀性反应方程式。

≡SiO-Na + H+OH- ≡SiOH +NaOH

(搪瓷层) (水) (搪瓷层)(带碱性水)

随着反应的进行会在表面形成一层致密膜，有人称之为“保护膜层”。这层保护膜富含二氧化硅（SiO2）、氧化钛（TiO2）、氧化锆（ZrO2）等成分。使Na+与H+的离子扩散受到阻挡，使搪瓷釉具有耐水稳定性。

从以上的分析可知，二氧化硅（SiO2）、氧化钛（TiO2）、氧化锆（ZrO2）等成分能提高热水器一次釉的耐水性能。表1为热水器一次釉配方组成范围。

表1 一次釉配方组成范围

成网组分二氧化硅（SiO 2）60～50

三氧化二硼（B2O3）8～15

中间体氧化钛（TiO2）+氧化铝（Al2O3）+ 氧化锆（ZrO2）

+氧化锡（SnO2）5～10

助熔组分氧化钠（Na2O）+氧化钾（K2O）+氧化锂（Li2O）15～20

氧化钙（CaO）+氧化镁（MgO）+氧化锌（ZnO）

+氧化钡（BaO）3～5

氟（F）4～6

密着剂、着色组分二氧化锰（MnO2）+氧化铜（CUO）+（ NiO）+氧化钴（COO）1～2

从以上配方中可看出，首先它是一种底釉，所以三氧化二硼（B203）、氟（F）的成分应高一些。这样才具备底釉的特性即对钢板有浸润作用，产生强有力的密着，并且透气性好，但这些成分对耐水性很不利，必须合理调配好。所以，热水器一次釉耐水性的提高有一定的局限性。

3 搪玻璃釉生产工艺

电热水器的温度很容易控制，但太阳能热水器水箱受自然条件的限制一般使用条件比较苛刻，如果温度控制不好，在夏天较强烈的太阳光下使用温度会达到近100℃的水温甚至超过100℃，水箱设计承受温度为80℃。所以，这对水箱的腐蚀性提出更高的要求。

为了进一步提高热水器的使用寿命我们可以尝试用搪玻璃釉，所谓搪玻璃釉是一种含硅量较高（SiO2>65%），同时在配方中引入氧化钛（TiO2 ）、氧化锆（ZrO2）等耐腐蚀组分，含三氧化二硼（B2O3 ）、氟（F）较低的特种釉。具有耐酸、耐碱、耐高温水的腐蚀，并且能抗温差急变。采用搪玻璃釉生产的搪玻璃设备广泛应用于化工、制药领域，能够承受高温、高压、强腐蚀等苛刻条件，搪玻璃釉配方组成范围见表2。

表 2 搪玻璃釉配方组成范围

成网组分二氧化硅（SiO 2）75～65

三氧化二硼（B2O3）2～3

中间体氧化钛（TiO2）+氧化铝（Al2O3）+ 氧化锆（ZrO2）

+氧化锡（SnO2）5～10

助熔组分氧化钠（Na2O）+氧化钾（K2O）+氧化锂（Li2O）15～20

氧化钙（CaO）+氧化镁（MgO）+氧化锌（ZnO）

+氧化钡（BaO）3～5

氟（F）0～1

密着剂、着色组分二氧化锰（MnO2）+氧化铜（CUO）+（ NiO）+氧化钴（COO）1～2

热水器内胆应用搪玻璃涂层可通过两次搪烧结实现，底釉层只考虑与钢板密着及面釉的匹配性，而面釉层就可以完全考虑提升釉料的腐蚀性。

4 搪玻璃搪玻璃瓷层优点分析

搪玻璃瓷层与热水器一次搪瓷层相比具有如下4大优点：

4.1表面形成致密保护层

搪瓷层是多气泡结构，良好的气泡结构对热水器的使用寿命非常关键，衡量气泡的合理性一般有如下参数：气泡的大小和气泡的多少（用气泡密度来表示，即:气泡占瓷层空间的比率）。良好的气泡结构，应该是细小而又均匀，最好不能有超过40um的气泡。理想状态，好的搪瓷层中最好不存在气泡，从而能保证耐水性能。但是，由于在热水器一次釉粉中必须加入粘土，电解质等材料才具备釉浆的涂搪性能，而这些物质在加热时会产生挥发性的气体，如粘土中的结构水、电解质本身的分解。同时在搪烧时的钢板也会产生脱碳反应，产生一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、氢（H2）等气体。在搪烧完成之前没来得及跑离的气体就固化在瓷层中，从而形成气泡，请参照图1。