钢玻面爆裂和嵌入式、台式灶防腐分析

嵌入式燃气灶钢化玻璃面板爆裂问题分析

1. 概述

嵌入式燃气灶(以下简称“嵌入灶”)的外形新颖，燃气燃烧器的设计先进，采用了封闭型的灶壳构造，台面选用了钢化玻璃面板(以下简称“钢玻面”)、搪瓷面板、耐热陶瓷面板、不锈钢面板等不同材质的面板，而具备色彩艳丽，花型独特，易于清洁特点的钢玻面，更是受到市场欢迎和青睐。但是，有极少数钢玻灶面在使用过程中发生爆裂，不仅对用户人身安全造成伤害，而且对钢玻面嵌入灶的正常发展带来影响，下面对钢玻面爆裂和燃气灶防腐问题分析探讨，并对燃气灶设计结构和使用方法提出改进建议。

2. 燃气灶钢玻面爆裂原因分析

嵌入式燃气灶在使用过程中钢玻面※2发生爆裂现象，虽然故障诱因多种多样，但归纳起来可分为内因：玻璃本身质量；外因：灶具设计、加工缺陷，安装缺陷，使用不当及缺少维护等因素。以下针对内因和外因作一具体分析：

2.1.内因

钢玻面自身质量问题引起爆裂约占破裂总数的3.0% 左右。首先介绍钢玻面的热处理工艺※3：钢玻面的一次热处理，是将玻璃加热至低于软化温度(20—30)℃，用空气或其它冷却介质进行突然冷却制成。在冷却过程中因钢玻面的外表面突然收缩而形成压应力层，钢玻面内部冷却滞后于外表面，因此是张应力层。压应力层的存在影响了玻璃的机械强度和抗热强度，造成钢玻面受到冲击和高温时应力分布不均匀引起爆裂。钢玻面再经过回火处理，也称为二次热处理。而经过二次热处理后在一次热处理中产生缺陷的钢玻面会产生裂纹报废，合格钢玻面消除了表面压应力，增强了抗热强度和机械强度，耐冲击和耐高温等性能得到加强，其质量比一次热处理的钢玻面得到很大提高。

为了解决钢玻面爆裂飞溅现象，钢玻面底部有的贴了金属薄膜(有益于散热)，有的粘了金属薄板，还有的在钢玻面内压入了金属网，粘了防爆胶条。这些措施可以使钢玻面爆裂碎片不宜飞溅，但解决钢玻面爆裂的主要问题必须从选择玻璃原料和改革加工工艺入手，制造出嵌入式燃气灶适用的优质灶面。钢玻面制造厂生产的产品应印上防伪标记，防止假冒的劣质钢玻灶面产品流入市场。

有的钢玻灶面用普通玻璃面板冒充，普通玻璃受热、受震动冲击的时候，极容易破碎飞溅；还有的钢玻面质量低劣，这种钢玻面受热、受震动冲击的时候，很容易爆裂，但破裂的比例与普通玻璃面比较要少得多。

钢玻面贴防爆金属膜、金属薄板爆裂时可防止飞溅。由于铝在吸热、传热及经济性等综合因素上具有比其它材料更突出优势，建议用薄铝板作为钢玻面防爆隔热材料。

2.2.外因

灶具设计、加工、组装缺陷；灶具安装错误或使用不当，发生故障引起的爆裂，约占破裂总数的97.0%左右。质量好的钢玻面装在有设计加工缺陷或有安装缺陷及使用不当的燃气灶上，也会造成破裂。玻璃爆裂时外层的应力起着决定作用。急热时玻璃内部产生压应力，表面产生张应力；冷却时内部产生张应力，表面产生压应力。所以玻璃耐热性能要好于耐冷性能。这也是玻璃受热后在冷却过程中爆裂的原因。钢化玻璃灶面周期性反复受热冲击，易形成热疲劳，使热稳定性下降，强度下降。玻璃强度在-200℃—200℃时随着温度升高而下降，在200℃—500℃时随着温度的升高而上升，低点在200℃附近。要根据这个特点设计灶具结构，防止灶面过热。针对爆裂原因归类、分析并提出改进内容详见表3—6 外界条件影响钢玻面爆裂原因及改进方法，经表3—6分析，可以看出嵌入灶漏气爆炸故障引起的钢玻面爆裂危害性最大；回火爆裂占爆裂比例大，是引起钢玻面爆裂主要原因；通风孔小、灶下壳体积小，引起钢玻面局部过热，是嵌入灶存在较多的现象，下面就引起钢玻面爆裂的主要问题分析如下：

2.2.1.局部过热

引起钢玻面局部过热原因有：燃烧器热负荷大，火盖设计位置偏低，火焰距离钢玻面过近，灶壳通风孔小，灶壳体积小，锅架低，回火等。这些问题造成嵌入灶的通风差，散热慢，尤其是回火火焰从下面烧烤灶面，使玻璃局部受热后，应力分布不均匀，产生爆裂。应按表3—5介绍方法进行改进，研制出灶面温度较低的钢玻面嵌入灶。

下面着重分析灶具局部过热后引起钢玻面爆裂的原因：

(1) 燃烧器的火焰出口(火孔)与灶面距离过小；承液盘传热过多引起过热爆裂

因燃烧器的火焰在加热食品的同时也向灶面及灶内散热。提高火焰出口(火孔)处与灶面距离，即高出灶面16.0mm—35.0mm，可减少火焰对灶面和灶体的散热。承液盘不仅受火焰直接烧烤，还因与燃烧器连接，燃烧器散热时将大部分热量传给承液盘。增大承液盘尺寸，增大胶垫密封面积，钢玻面承液盘与钢玻面间隙大于1.0mm，可加快承液盘对外散热，减少承液盘向钢玻面散热，降低灶面温度。

(2) 通风孔小，灶下壳体积小，引起过热爆裂

国内有些嵌入灶盲目模仿国外产品，通风孔小、超薄下壳，灶面及灶内的散热效果很差。灶下壳体积设计要符合散热的要求，在灶下壳设计大于火孔总面积20倍的通风孔，灶柜设计大于火孔总面积80倍的通风孔，可设计百叶门等通风形式。因为国外钢玻面质量好，燃烧器设计热负荷较低(国外烹炸较少，火力要求小)，使用时间短，灶面温度较低。国内钢玻面起步晚，质量比国外产品有些差距。再加上燃烧器热负荷较高，长时间反复使用，使玻璃内部应力分布不均匀，造成玻璃机械强度降低，引起爆裂。

(3) 锅架高度设计过低

锅架高度过低，通风效果差，压火，使火焰向灶面散热比例增大，灶面温度升高。锅架高度过低，还影响二次空气流通，使火焰燃烧不充分，烟气中有害气体增加；解决灶面温度升高过快，需要更换高锅架(锅底至火盖上表面距离18.0mm—38.0mm 之间)根据热负荷大小计算锅架高度(参考经验公式5—1， 5—2， 5—3，5—4)。

(4) 回火的火焰烧烤灶面，引起过热爆裂

回火是燃气成分比例、压力发生改变、灶具设计、加工、装配不合理，使用维护不当引起的现象，燃气的成分比例发生变化，使燃气成分中燃烧速度加快的组分增加；压力过低使燃气流速过慢，这两者都使燃烧速度大于气流速度，造成回火。如果燃气灶设计合理，用户及时调整风门、定期清除火孔和喷孔积碳等杂质，在气源太差的时间段不使用灶具，是可以避免回火的。燃气灶的回火现象主要发生在人工煤气灶。我们就燃气灶回火现象的主要设计原因进行分类并提出对燃气灶的改进建议：

原因1.火孔热强度不符合设计要求，有的火盖火孔总面积大，单火孔面积大，使火孔热强度低于气源设计要求范围，回火；有的火孔总面积小，单火孔面积小；还有的火孔在使用中被杂质堵塞，使火孔热强度高于气源设计要求范围，由于火孔孔径小，供气后压力高，燃气自压力低的引射器吸气口流出被引燃，造成回火。

改进：喷嘴孔径和火孔个数应按照灶具使用气源的火孔热强度设计计算。建议采用外环圆火孔孔径Φ2.5—3.0mm；条型火孔(1.02×15.0)mm 和长方火孔(1.6×2.2)mm；内环圆火孔孔径Φ2.0—2.6mm。

原因2.燃烧器下壳的引射器部分喉部面积、吸气口结构不合理或以液化气、天然气燃烧器下壳代替人工煤气燃烧器下壳，引风量过大，引起回火。

改进：设计专一燃气气源燃烧器的引射器；喉部面积、吸气口为设计重点。

2.2.2.搬运碰撞

钢玻面的侧面及边角是抗击冲击力薄弱位置，受碰撞极易破裂，应设计防碰撞的灶具结构及防碰撞包装，搬运中要小心轻放。

2.2.3.漏气爆炸引起的钢玻面爆裂

※1. 试验方法：1.使被测燃气阀门为关闭状态，其余阀门打开(自动控制阀门：关闭自动控制阀门，其余阀门打开)逐道检测，在燃气入口连接检测仪，通入4.2kPa空气，检查其泄漏量。2.从燃气入口到燃烧器火孔点燃全部燃烧器，用检漏液或试验火检查燃气入口至燃烧器火孔前各部位泄漏量。

※2. 钢化玻璃面板按《细则》附件8零部件装配前检验要求逐件检验项目产品标识：表明生产单位，外观：表面应无明显的划痕、爆边、色差、色斑、霉斑、和针孔，印刷图案应字样清晰，不应有端线、毛边及锯齿形；抽检项目耐热冲击无破裂、耐重力冲击无破裂，结构尺寸应符合标准规定。

※3. 钢玻面热处理工艺内容参考西北工业大学主编的《玻璃工艺学》，1983年轻工业出版社出版。