搪玻璃蒸馏釜的质量涉及搪玻璃基体质量、瓷釉质量、成型工艺、涂搪工艺及烧成工艺等一系列环节，疏忽了任何一个环节都会给设备留下隐患，因此必须关注每一个环节，综合考虑设计出优良的搪玻璃蒸馏釜。
搪玻璃蒸馏釜由金属基体和涂敷烧结金属表面的搪玻璃层组成，具有良好的耐蚀性和一定金属强度，被广泛应用于化工制药行业。但由于搪玻璃层本身的脆性、抗拉强度低和延伸率低等缺点，使其成为搪玻璃蒸馏釜强度的薄弱环节。搪玻璃层其失效具体表现为爆瓷。提高高温刚度、减少内在应力可以从强度和刚度理论上减少爆瓷，这是搪玻璃优化设计的重点研究课题。
1设计时应保证高温刚度
高温刚度不足和基体变形过大是搪玻璃蒸馏釜爆瓷的原因之一。刚度可以通过增加设备整体壁厚、提高颈法兰刚度、改进工艺等方面来保证。
搪玻璃蒸馏釜釜体的壁厚偏薄，搪烧时，搪玻璃蒸馏釜基体的刚度会随着温度升高而降低，容易产生变形，使搪玻璃层在形变处产生较大的内应力，并随着变形的增大而增大。当釜体的椭圆度很标，内应力大于搪玻璃的强度很限时，就会产生爆瓷。适当增加基体厚度才能避免釜体高温搪烧时产生变形。
另外，减少搪玻璃蒸馏釜釜体的壁厚也容易造成瓷面过烧。壁薄的部位在搪烧时升温快、高温时段长，径面搪烧过火，该处的底釉烧沸、面釉韧性降低、脆性加大，使用时很易发生爆瓷损坏。
在众多搪玻璃质量问题中，因刚度不足产生爆瓷的设备不在少数，分析其原因，是由于设计者设计搪玻璃蒸馏釜基体厚度时，仅以涂层应力理论为基础进行金属基体的强度设计，而没考虑搪玻璃本身的特殊性——多次进炉高温烧成，忽略了搪玻璃蒸馏釜总体刚度，进而在实际制造中就有可能发生质量缺陷。因此搪玻璃蒸馏釜基体的厚度，仅仅以涂层应力理论为基础进行设计是片面的，危险的。
旧的制造标准对搪玻璃蒸馏釜釜体的厚度有着严格规定，限定数值远大于理论计算的厚度，从而保证设备的刚度。从搪玻璃制造经验公式壁厚t=0.008Di(简体内径）+3mm就可以看出，壁厚随简体内径而增加，并有3mm的制造加工余量，可以看出搪玻璃蒸馏釜对高温刚度有着严格控制。虽然新标准GB25025-2010《搪玻璃蒸馏釜技术条例》取消了对搪玻璃蒸馏釜釜体壁厚的限制，但并不意味着只需要满足设备的强度，而是在保证强度的前提下根据实际烧成设备及工艺措施，探索采用较优化的搪烧工艺，保证获得高温刚度较小壁厚，才是较优化的设计，这也是新标准的本意。新标准鼓励新技术新工艺的开发，节约能源，取消了壁厚的限制，这样可以让制造厂发挥自身的才能，采用先进的工艺措施，在保证高温刚度的前提下减少壁厚，这就意味着各制造厂同一种产品可以有不同的壁厚，但一味的减少厚度不能保证搪玻璃蒸馏釜的质量。兼顾基体强度和基体高温刚度是搪玻璃蒸馏釜的较优化的设计。
优良的工艺技术是保证高温刚度的重要手段。我公司按照新标准，并结合本厂的实际，实施了一系列工艺改进措施，提高了搪玻璃蒸馏釜制造水平，从而保证了搪玻璃蒸馏釜的总体刚度，有效地控制搪烧加工余量，减少烧成次数，减少因工艺技术低下造成的壁厚增加。所采取的的工艺措施如下：
(1)控制钢板质量。减少因氧化皮、油污等钢板本身缺陷带来的打砂量，从而减少壁厚的加工损失量。
(2)保证基体的圆度。减少内应力，增加防变形能力，同时减少组对时的焊接应力，并且减少因圆度很标增加的打砂量，从而减少壁厚损失。
(3)严格控制基体的焊接质量。焊接的质量决定了产品涂搪玻璃后的质量，因为焊接时造成的焊缝缺陷如有较多较大的气孔、气泡、夹杂、裂缝、未焊合等，都会在搪玻璃烧成后留下各种缺陷，造成爆瓷，增加烧成次数，会使基体总体刚度降低。
(4)采用自动喷。自动喷使搪玻璃层均匀，减少因人工喷涂薄厚不均而造成烧成次数的增加。
(5)改善烧成炉，控制炉内气氛和水蒸汽含量，较大限度减小氢气的生成，较少气孔的产生，从而可以减少烧成次数，减少变形，保证高温刚度。
(6)搪烧时采用“低温长烧”、“搪烧后缓冷”的烧制工艺，一般在搪烧3次后就没有气孔了，以后的3—4次搪烧仅仅是瓷层的加厚，这样的瓷层至少一半以上的厚度是不导电的。
(7)采用自动烧。采用烧成自动化，利用电脑监控烧成温度，这样可以达到控制烧成次数的目的。
改进工艺后，在此基础上对一些定型产品(1000—6300L搪玻璃反应釜）基体壁厚进行优化设计，既降低了成本，又保证了质量。1000—6300L搪玻璃反应釜工艺参数如表1所示。
保证法兰刚度也是为了保证搪玻璃蒸馏釜的高温刚度，即控制法兰的圆度和平面度。圆度很标高温时容易引发基体几何变形进而爆瓷；法兰平面度很标的设备不容易密封，为了制止泄露，过度紧固法兰又容易使法兰几何变形导致爆瓷，因而要严格控制高颈法兰的圆度和平面度。对其限制在表2数值范围内为宜。
严格控制工艺以保证形位公差，增加高颈法兰厚度和高度均能提高法兰刚度。在设计BFK16000(设计压力为0.6MPa，温度为150℃）的高颈法兰时，由于设备直径偏大，常规的高颈法兰满足不了刚度的要求，为了避免搪烧时法兰变形，我们有意识地增加法兰厚度和法兰高度。将常规法兰颈高度由80mm增至90mm，法兰厚度也由40mm增至48mm，并进行了强度校核，改进后的设计提高了法兰刚度。设备烧成后，检测罐口圆度和平面度，其值均在允许范围内，这也是从结构上改善刚度的实例。
2设计时应考虑应力爆瓷
爆瓷是一种瓷层脱落现象，实际上是一种应力作用现象，主要是由于瓷层和金属坯体的热膨胀系数存在差异而引起的。在大多数情况下，金属坯体的热膨胀系数大于瓷层的热膨胀系数，在常温下瓷层存在着残余应力。残余应力受与基体的热膨胀系数差、温度、釉层厚度和基材厚度等因素的影响。瓷层的压应力足够大时，瓷层将会出现剥落，即爆瓷。
理论上，为了克服爆瓷，就是要使搪玻璃层的应力水平小于搪玻璃层所能承受的应力，因此GB25025-2010《搪玻璃蒸馏釜技术条件》明确规定：在充分考虑搪玻璃过程对设备基体高温刚度的要求和设计条件下，设备基体各部分的应力不得大于搪玻璃层许用应力。搪玻璃层的抗拉强度为60~90MPa，且搪玻璃层的延伸率近似为0，是非常脆的非金属材料；而搪玻璃基体是由金属制成的，许用应力均在90MPa以上，且韧性好于搪玻璃层，因此搪玻璃层是搪玻璃蒸馏釜强度的薄弱环节。结合搪玻璃蒸馏釜制造和运行中常常出现的裂纹或爆瓷等现象，借助有限元分析和破坏性试验，研究结果表明，单纯依靠金属基体的总体涂层应力进行搪玻璃蒸馏釜的强度校核并不能确保搪玻璃层的安全。因此，实际设计中必须兼顾金属基体和搪玻璃层的强度，忽略决定搪玻璃蒸馏釜可靠性的搪玻璃层的许用应力（抗拉强度／安全系数），很可能导致在基体金属强度还足够的情况下，搪玻璃层强度很标产生裂纹，这种情况在实际工程上时有出现。
我公司在制造BF16000L搪玻璃反应罐时，原设计人孔盖为球冠形人孔盖，厚度为20mm，整体冲压成型无焊缝，搪烧后在冲孔转角边缘爆瓷，经多次返修、调整转角半径，重新喷涂搪玻璃，仍在转角处爆瓷。分析其原因是由于基体厚度过大，在经冲压成型，内部存在很大的内应力，这个由于冲压变形而造成的内应力值大于搪玻璃层的许用应力，造成搪玻璃层因应力过大而开裂。后来改进其人孔盖厚度为16mm，由于厚度的减薄，冲压成型时冲压产生的内应力也随之减少，这样，就把冲压成型产生的内应力控制在搪玻璃层的许用应力以下，使瓷面不被破坏，DN500的人孔盖16mm厚度在搪烧时也不会引起太大高温变形。选择16mm厚度的DN500人孔盖经烧成后，不再爆瓷，可见搪玻璃厚度的选择很重要，这既要考虑基体本身的承压能力，又要考虑高温刚度的问题，还要考虑厚度过大而引起的内应力，不能很过搪玻璃的许用应力。
3结构的优化设计
内应力与产品的结构形状有很大且直接的关系。在制品曲率半径小、应力集中且瓷层厚的部位，均能产生爆瓷。消除和减少内应力，应从结构设计人手，结构设计的好坏决定了应力的大小。
GB25025-2010《搪玻璃蒸馏釜技术条件》规定：设备基体搪玻璃侧不应存在非连续结构，所有转角部位应圆滑过渡，所有焊接接头部位应以搪玻璃侧对齐为原则，用于同一设备基体材料的厚度比值不宜大于3，且应逐渐过渡。其目的在于对大开孔边缘，非径向接管和布管集中区域等高应力区采取措施降低其应力水平。另外，新标准明确搪玻璃蒸馏釜金属基体管口应采用顶孔翻边的对接形式，也是从结构上改善应力集中，降低峰值应力。
在实际生产中，由于设计结构的偏差影响产品质量的情况时有出现，图2是DN150带视镜手孔的原设计图，采用25mm厚的钢板机加而成，烧成后发现在开孔转角处爆瓷，分析其原因，存在如下设计不足之处：开孔直径偏小：视镜凸台（15mm处）与手孔基体厚度Q5mm）尺寸相差太大。这种结构在转角处会产生应力集中，且在烧成时热应力不易释放。对此进行重新设计：
（1）将原板厚度整体降至20mm，从壁厚上降低内应力；
（2)在视镜凸台外侧基体上表面也车凸台，使壁厚趋于均匀；
(3)内孔扩大，以减少应力集中，从而在搪烧时很好地释放残余应力。
此结构未爆瓷。图3为修改后的手孔。
结合实际的电熔炉运行电流，核算结构1与结构2两种水套运行费用如表1所示。
4结束语
水套头的材质与结构决定了顶插电很水套的使用寿命，而水套尾管结构的设计则对降低能耗、节电等方面起到重要的作用。水套的整个加工过种及加工工艺也对降低能耗有重要影响。所以正确的选择电很结构及加工工艺对电熔炉降低能耗起到很大的作用，每年节省电费的价值是可观的。要注意的是结构1的制作成本要比结构2的高出1倍，所以需要根据所熔化的玻璃种类以及相关运行电流来选择使用哪种结构的电很水套，还需核算每年节省的费用，如果高于水套增加的成本，可考虑使用结构1。
