隨著我國化學(xué)、醫(yī)藥工業(yè)的高速發(fā)展，特別是世界500強(qiáng)，如美國杜邦公司、德國巴斯夫、拜耳、赫斯特等化工集團(tuán)大舉進(jìn)入中國，對(duì)搪玻璃反應(yīng)釜的需求，尤其是對(duì)大容積、高質(zhì)量搪玻璃反應(yīng)釜的需求與日俱增。這為我國搪玻璃企業(yè)提供了一個(gè)非常好的發(fā)展機(jī)遇，同時(shí)也是巨大的挑戰(zhàn)。到目前為止，國內(nèi)生產(chǎn)的大型搪玻璃反應(yīng)釜雖然一定程度上能夠滿足客戶的要求，但質(zhì)量的穩(wěn)定性、可靠性及使用壽命與發(fā)達(dá)國家企業(yè)（如法國的德地氏、美國法德爾、日本神鋼等）的產(chǎn)品相比仍有較大的差距。粗略估算我國搪玻璃反應(yīng)釜產(chǎn)品損壞率一般不低于3%，并且瓷釉耐腐蝕性能及設(shè)備其它使用性能與國外相比也有很大的距離。

1搪燒過程的主要缺陷類型

通過對(duì)國內(nèi)大型搪玻璃反應(yīng)釜生產(chǎn)及使用情況的深入了解和仔細(xì)分析得出以下結(jié)論：在搪燒過程中易產(chǎn)生銹點(diǎn)（指底釉），瓷層產(chǎn)生發(fā)紋、暗泡、鱗爆，小嘴法蘭R處易流釉（嚴(yán)重會(huì)引起爆瓷），鐵胎易變形。雖然國內(nèi)部分企業(yè)從宏觀上采取了相應(yīng)的工藝措施，如通過掉頭燒、翻身燒等方法但燒成遍數(shù)還是要達(dá)到7次以上，較多達(dá)到20遍，甚至返工。生產(chǎn)高質(zhì)量搪玻璃反應(yīng)釜包括很多工序，鋼材的選擇、鐵胎成形、焊接、磨光、打砂、制釉、燒成等。在諸多因素中，至關(guān)重要的是必須要用現(xiàn)代搪燒工藝的“受控搪燒技術(shù)”取代傳統(tǒng)的搪燒工藝。

“受控搪燒技術(shù)”是國外搪玻璃反應(yīng)釜公司的核心技術(shù)之一，這種技術(shù)是采用計(jì)算機(jī)程序的有效控制，使得搪玻璃反應(yīng)釜按照設(shè)定的非線性升、降溫曲線生產(chǎn)，通過控制曲線上的特征溫度或溫度段，防止缺陷的產(chǎn)生，改善瓷層質(zhì)量、降低殘余應(yīng)力，提高耐腐蝕、耐冷熱沖擊性能，從而提高搪玻璃反應(yīng)釜的可靠性和穩(wěn)定性。另外，為了更直觀地觀察工件各部位隨溫度變化而產(chǎn)生的現(xiàn)象，可在窯爐內(nèi)安裝帶耐高溫保護(hù)裝置的攝像頭，這樣對(duì)控制搪燒效果更佳。

搪燒過程是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過程，它包括瓷釉的變化、鋼材的變化以及它們之間的相互反應(yīng)。一般把這一過程分為兩個(gè)部分，一部分是工件從室溫進(jìn)爐后受熱升溫至搪玻璃釉完全玻璃化的溫度，稱為升溫過程；另一部分是工件從搪玻璃釉完全玻璃化的溫度降至室溫，稱為降溫過程。以底釉燒成為例，見表l。

對(duì)照表1可清楚地看出，傳統(tǒng)搪燒工藝主要控制的是搪燒過程的第4階段，即較低、較高搪燒溫度，工件低溫處表面有光澤，高溫處瓷釉不流動(dòng)，這是不科學(xué)的。對(duì)小型搪玻璃反應(yīng)釜還能基本滿足要求，而大型搪玻璃反應(yīng)釜由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，產(chǎn)品各部位受熱不均勻，溫差大，如仍用傳統(tǒng)工藝就會(huì)產(chǎn)生發(fā)紋、暗泡等一系列缺陷。

2缺陷產(chǎn)生的原因及受控搪燒的優(yōu)點(diǎn)

2.1對(duì)鱗爆及再沸（暗泡）的分析

搪玻璃反應(yīng)釜的鱗爆及搪燒過程中產(chǎn)生的暗泡均與鋼板中溶解的氫有關(guān)。氫在鋼板中有高溫溶解低溫析出的特性，在冷卻過程中氫向鋼釉界面轉(zhuǎn)移，就產(chǎn)生強(qiáng)烈擴(kuò)散，使瓷層受到主拉伸和切向彎曲力，這個(gè)應(yīng)力很過瓷層的強(qiáng)度，就會(huì)導(dǎo)致鱗爆。

搪燒工藝中的再沸（暗泡）產(chǎn)生主要與底釉層的質(zhì)量有關(guān)。反應(yīng)底釉層質(zhì)量的兩個(gè)重要參數(shù)是底釉的再沸臨界溫度和發(fā)泡溫度。這兩個(gè)參數(shù)對(duì)升溫曲線的制定有重要意義。在搪面釉時(shí)，來不及溶進(jìn)鋼中的氫（俗稱二次氣體）將面釉鼓成泡，這主要是通過底釉層擴(kuò)散到面釉層而形成的。加熱時(shí)底釉層突然鼓起泡的溫度稱為再沸臨界溫度，其值越高，再沸傾向就越小。發(fā)泡溫度是在搪燒的第3階段，在該溫度產(chǎn)生氣體（俗稱一次氣體）較多，放氣較激烈。這主要是在升溫過程中，鋼中的碳化物（Fe3C等）要分解，生成的CO、C02、H2及N2、02、H20等氣體析出而形成的。這個(gè)溫度高或不明顯，底釉層的質(zhì)量就好。

氫主要來源于窯爐氣氛和粘土中的水，所以在搪燒的第2升溫階段，粘土結(jié)構(gòu)水釋放的溫度范圍要采取緩慢升溫措施，目的是讓結(jié)構(gòu)水在瓷層軟化之前充分排放，這樣就有效地減少了氫的產(chǎn)生。在升溫的第4階段，底釉的加熱溫度一定要很過鋼材的相變（α鐵一γ鐵）溫度，這樣就讓氫充分地溶解在鋼板中，對(duì)控制暗泡等缺陷有積很的意義。

22發(fā)紋的產(chǎn)生原因

發(fā)紋的產(chǎn)生主要是在擋火部位如搪玻璃反應(yīng)罐燒架、吊具部位，搪玻璃反應(yīng)罐的上下節(jié)環(huán)處等，是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)復(fù)雜、受熱不均勻引起，同樣發(fā)生在搪燒過程的第3階段。在升溫時(shí)要充分考慮擋火部位的局部溫差，必須控制在一定的范圍內(nèi)(±10℃)使得鋼材熱膨脹差距縮小，瓷層的玻璃相同步增加，從而提高瓷面的均勻性。

23面釉棕眼、針孔的產(chǎn)生原因

面釉層在加熱之前是松散狀的顆粒堆積，粉體中有空氣、水氣的存在，如在瓷釉粘彈狀前氣體跑不凈就會(huì)造成棕眼、針孔。這就要求嚴(yán)格控制升溫速率，使瓷釉在熔化前氣體能夠充分排出。這與釉層的粘度在106P時(shí)的溫度（開始玻璃化溫度以前）有關(guān)。

24殘余應(yīng)力的產(chǎn)生原因

搪玻璃出爐冷卻的過程也是殘余應(yīng)力產(chǎn)生的過程。由于鋼材與瓷釉具有不同的熱脹冷縮特性，在冷卻時(shí)，兩種物質(zhì)由于其本身固有的特性，發(fā)生不同的收縮。從圖1中可以看出在軟化溫度Tf點(diǎn)應(yīng)力為0，隨著溫度的逐步降低，產(chǎn)生張應(yīng)力，到轉(zhuǎn)變溫度Tg點(diǎn)，張應(yīng)力為較大。隨著溫度的降低，到固化點(diǎn)開始產(chǎn)生壓應(yīng)力，由于鋼材的膨脹系數(shù)比瓷釉的膨脹系數(shù)大，產(chǎn)生的壓應(yīng)力也隨之增大。釉層中的殘余應(yīng)力很過玻璃釉的強(qiáng)度時(shí)就形成爆瓷。一般殘余應(yīng)力控制在80～100MPa，這樣的瓷釉層才是穩(wěn)定的。如果應(yīng)力值很過120MPa就容易引起爆瓷。

北京工業(yè)大學(xué)在這方面做過試驗(yàn)，結(jié)果見表2其中σ1、σ2是兩個(gè)垂直方向的應(yīng)力值。從表2可知，受控搪燒工藝較傳統(tǒng)工藝降低殘余應(yīng)力39%。
 

通過受控搪燒能夠改變膨脹曲線上特征溫度點(diǎn)（固化溫度Ts、轉(zhuǎn)變溫度Tg、軟化溫度Tf），使得這些溫度點(diǎn)有不同程度的降低，所以這些參數(shù)決定搪燒過程的制定，同時(shí)也是升、降溫速率的函數(shù)。從這一點(diǎn)也可看出通過受控搪燒能夠降低搪燒溫度，這些參數(shù)的改變直接影響設(shè)備的殘余應(yīng)力、抗熱沖擊性能、耐腐蝕性能和表面均勻性等。

通過以上分析可知受控搪燒的必要性，要生產(chǎn)高質(zhì)量的搪玻璃反應(yīng)釜就必須考慮用現(xiàn)代搪燒工藝代替?zhèn)鹘y(tǒng)搪燒工藝。受控搪燒的特點(diǎn)就是根據(jù)產(chǎn)品的形狀（尺寸、厚度、曲率）、瓷釉（底釉、面釉）及鋼材的物化參數(shù)（熱膨脹系數(shù)、金相變化、彈性模量、泊松比、密度等），通過多目標(biāo)規(guī)劃方法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)：將產(chǎn)生缺陷的因素作為目標(biāo)函數(shù)值(y),各溫度段升、降溫速率作為變化因素(x),建立數(shù)學(xué)模型y=f（x），應(yīng)用計(jì)算機(jī)控制窯爐內(nèi)部溫度場(chǎng)的變化，使工件在窯爐內(nèi)的加熱、冷卻過程變成人為可以調(diào)整的過程，從而達(dá)到(1）控制搪燒過程中搪玻璃釉與鋼材的物理化學(xué)變化；(2）促進(jìn)底釉和基體金屬密著；(3）加強(qiáng)面釉與底釉間的浸潤和擴(kuò)散程度；(4）使搪玻璃釉與基體金屬之間應(yīng)力合理；(5)防止出現(xiàn)“再沸”、“發(fā)紋”、“爆瓷”等缺陷，較終生產(chǎn)出高質(zhì)量的搪玻璃產(chǎn)品。

目前國外搪玻璃企業(yè)已經(jīng)全部使用受控搪燒工藝生產(chǎn)搪玻璃反應(yīng)釜。圖2為某國外企業(yè)大型搪玻璃反應(yīng)釜升、降溫曲線示意圖，從圖中可以看出，傳統(tǒng)搪燒是線性快速升降溫，而受控搪燒升降溫曲線是非線性的，而且速度較慢，在特征溫度段采取恒溫。

3大型搪玻璃反應(yīng)釜對(duì)瓷釉的要求

31對(duì)底釉的要求

燒成幅度寬，不易產(chǎn)生銹點(diǎn)；密著性能達(dá)到2級(jí)以上（絲網(wǎng)狀），尤其低溫(800～850℃)密著性能優(yōu)良；抗鱗爆性強(qiáng)；再沸（暗泡、泡影）傾向低；氣泡結(jié)構(gòu)合理、細(xì)小而均勻，一般不大于40μm（如果在R處氣泡達(dá)到100～200μm,且比較集中，即使殘余應(yīng)力不大，也會(huì)引起爆瓷）。圖3為瓷層剖面圖。

32對(duì)面釉的要求

由于大型搪玻璃反應(yīng)釜價(jià)格昂貴，附加值高，要求用耐腐蝕性能好的釉，這類釉含硅、鋯量高，在玻璃化過程中粘度變化小；瓷釉層中的氣泡、氣孔不易長大，小而少；燒成幅度寬，局部高溫區(qū)瓷釉不會(huì)流動(dòng)。

4結(jié)束語

通過以上分析，我們知道受控搪燒工藝涵蓋了數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、電子自動(dòng)化、搪燒工藝等學(xué)科知識(shí)，是現(xiàn)代高科技技術(shù)。

采用該技術(shù)不但是搪玻璃生產(chǎn)企業(yè)的要求，也是產(chǎn)品競爭和社會(huì)發(fā)展的需要。由于生產(chǎn)技術(shù)的提高，每件產(chǎn)品的平均搪燒遍數(shù)將下降到7遍以下，產(chǎn)品的廢品率將大大減小。產(chǎn)品質(zhì)量提高后，相應(yīng)的價(jià)格也可以提高，國外高質(zhì)量產(chǎn)品的價(jià)格一般為國內(nèi)價(jià)格的6～7倍甚至更高。這充分說明我們國產(chǎn)搪玻璃反應(yīng)釜質(zhì)量提高以后在國際市場(chǎng)上將有較強(qiáng)的競爭力，完全有出口創(chuàng)匯的能力。

在創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，該項(xiàng)技術(shù)也能帶來社會(huì)和環(huán)境效應(yīng)，不但提高了搪玻璃生產(chǎn)技術(shù)水平，提高了產(chǎn)品檔次，替代進(jìn)口，而且也能減少環(huán)境污染，改變傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的落后面貌。