热工设备章ppt课件.ppt

无机非金属材料热工设备,武汉理工大学出版社,姜洪舟,“教”的理念：,Comprehension（广泛的知识）Openness（开放的意识）Clearness（清楚的概念）,姜洪舟,“学”的理念：R3=Reading（广泛地阅读）Research（认真地探索）Requesting（积极地提问）,姜洪舟,There is no royal road in science.Only those who do not dread their fatigue climbing on its steep paths have a chance of getting its luminous summit.Karl Marx 在科学的道路上是没有平坦的大路可走的，只有那些在崎岖小路的攀登上不畏劳苦的人们才有可能到达光辉的顶点。卡尔马克思,姜洪舟,路漫漫其修远兮，吾将上下而求索！屈原,姜洪舟,1 绪 论,无机非金属材料这个名称是从传统上的“陶瓷材料”、“硅酸盐材料”逐渐演变而来的。现在这个领域已经大大拓宽，参见教材的图1.1。它与有机（高分子）材料、金属材料并列为三大基础材料。除了这三种基础材料以外，材料的另一个重要分支就是基于这三大基础材料而发展迅速的复合材料。,姜洪舟,欧、美等国家习惯上仍用广义陶瓷（Ceramics）的概念来表示我们所称谓的无机非金属材料，它属于无机材料（Inorganic Material）的范畴（在无机材料中，由于金属材料为一个单独的材料体系，于是有人干脆将“无机非金属材料”简称为：无机材料）。图1.1所表示的就是无机非金属材料的基础学科分支与其主要产品之间的相互关系。,姜洪舟,绝大多数无非金属材料的制备与生产需要高温，而产生高温的根源是热量，因此无机非金属材料专业方向的本科教学就需要设置与“热工”相关的课程。产生热量、利用热量的设备叫做“热工设备”，热工设备的主要代表就是窑炉。它被形象地比拟为无机非金属材料生产时的“心脏”。,姜洪舟,窑炉是指这样一些高温结构空间，在这些结构空间内，能够用加热方法，按照工艺要求的烧成制度，使生料或生坯经过一系列物理、化学变化后成为产品或中间产品。,姜洪舟,加热所需热量主要来自燃料燃烧产生的热能或用电能产生的热能。热工设备的先进性主要体现在：在确保环保效益和社会效益的基础上，在保证稳定的产品质量及产量的前提下，具有最大的热效率，即最低热耗和最低电耗。,姜洪舟,窑炉只是材料制备的一个重要的中间工序设备，这个中间工序是材料的热制备工序（简称：烧制过程 或 烧成过程）。它的前一个工序是原料的前处理，主要包括：原料的精选、预均化、破碎、粉磨、混料（也叫：均化）以及坯体的成型等；它的后一个工序是烧制品的后处理（例如，水泥熟料的粉磨；玻璃液的成型、退火、深加工；普通陶瓷的装饰、烤花、艺术加工；高科技产品的精细加工等），最后经过测试、检验、包装后的合格产品被投入市场、社会来寻找其用途。,姜洪舟,窑炉与材料的制备或生产密切相关。必须掌握有关热工设备的规律，以达到正确设计、合理操作和制备稳定的优质产品之目的。这也符合我国古人所阐述的：工欲善其事，必先利其器这一哲理。,姜洪舟,1.1 无机非金属材料热工设备 的内涵与共性,各种类型无机非金属材料热工设备的内涵与共性包括：烧制过程的工艺过程特点与热工过程特点；热平衡计算；筑炉材料与窑炉的砌筑、窑炉的烘烤；燃烧设备以及热工设备的自动控制等。,姜洪舟,1.1.1 工艺过程的特点,无机非金属材料的热制备方法分为两大类：一类是普通烧制法；另一类是高技术制备法。,姜洪舟,前一类，主要包括固相烧结、液相烧结和熔化；后一类，尽管也涉及到固相烧结、液相烧结或熔化，但所用方法却是高技术方法，一般用于小批量、高附加值的无机非金属材料产品的高温制备。具体包括：放电等离子体烧结（简称：SPS技术）、微波烧结、激光烧结、热压烧结和热等静压制备（简称：HIP技术）、反应烧结（尤其是“自蔓延高温合成”，简称：SHS技术）、活化烧结与活化热压烧结、真空烧结与气氛烧结、爆炸烧结等。,姜洪舟,我们本课程的重点是放在工业规模的热工设备上，因此以下将重点介绍前一类（即烧制方法）。对于后一类（即高技术制备方法）只作一般性简介。,姜洪舟,无机非金属材料热制备工艺过程的特点之一是：不管使用哪一种热制备方法，如果除去原料的前处理和烧制品的后处理阶段，则从生料或生坯变为产品或中间产品，大体上都要经过预热、烧成和冷却这三个阶段。参见教材的表1.1。,姜洪舟,1.1.2 热工过程的特点,应该记住：热工设备是为材料热制备过程服务的，因此无机非金属材料热制备热工过程的特点之一是：热工设备必须在设备结构和热工制度上满足产品热制备工艺过程的要求。,姜洪舟,于是，这样就有了两种类型的热工设备：间歇式（同一空间，不同时间域来满足不同阶段的工艺要求）；连续式（同一时间，不同区域来满足不同阶段的工艺要求）。连续式热工设备的废气余热可以被所利用。半连续式介于二者之间。,姜洪舟,1.1.3 热平衡计算,对于热工设备的设计来说，热平衡结果可以 计算出一个待确定的量。对于热工设备的测量来说，热平衡结果可以 验证测试数据的可靠性。对于热工设备操作、控制和管理来说，热平衡结果 可以知道在热工设备内热量分配是否合理，如果 不合理，如何及时和合理地去调整。,热平衡（对于稳定系统）:输入热量之和=输出热量之和,热平衡计算，主要有以下三个目的：,附：平衡的概念简介（自学内容）,姜洪舟,1.1.4 筑炉材料、窑炉砌筑和窑炉烘烤,筑炉材料应当包括：耐火材料（也叫：耐火衬料 或 窑衬）保温材料建筑材料（像建筑红砖、金属钢材）耐火材料耐高温 保温材料隔热 建筑红砖耐压 金属钢材抗拉与抗折,姜洪舟,窑炉是特殊的建筑结构：（1）要预留膨胀缝；（2）也要设置工艺所需要的孔位：测温孔、测压孔、气氛测试孔、观察孔等。,姜洪舟,砌筑窑炉所预留的膨胀缝,砌筑窑炉时所设置的孔位,姜洪舟,姜洪舟,烘烤窑炉（简称：烘窑 或称：烤窑）：新砌筑热工设备耐火材料的砌体含有很多水分。随着加热升温，水分会逐渐排除，砌体体积也要随之收缩。一些耐火材料在某些温度范围还会发生晶型转变（某些晶型转变会伴随体积变化）。生产过程是按照产品工艺所需的加热速度升温。这个加热速度很难刚好适应砌体的上述体积变化，从而会在砌体内造成较大的应力（如果应力超过耐火材料能够承受的最大应力，就会造成砌体破坏）。,姜洪舟,所以，新建窑炉在正式生产之前都要按照能够适应耐火材料砌体体积变化的加热速度升温，以排除耐火材料砌体中的水分和适应相应的晶型转变，从而为窑炉的安全稳定生产打下基础。不同的窑炉有着不同的“烘窑曲线”（也被称为：烘烤曲线）。采取某些措施能够使烤窑过程更快一些，例如，热风烤窑技术。,姜洪舟,1.1.5 燃烧设备,（1）固体燃料的燃烧设备 重点介绍：多通道喷煤管，参见教材上第2.6；（2）液体燃料的燃烧设备重点介绍：燃油的雾化烧嘴，参见教材上第3.9；（3）气体燃料的燃烧设备重点介绍：高速调温烧嘴、脉冲烧嘴，参见教材上 第4.5。,姜洪舟,1.1.6 热工设备的自动控制,为了能够生产优质、高效、低消耗且品质稳定、合格率高的产品，除了要有先进且成熟的工艺，高效且可靠的热工设备之外，还应有现代化的自动控制技术，使热工设备能够严格地按照工艺所规定的热工制度长期、安全、稳定地优化运行。,姜洪舟,下面再来讨论无机非金属材料热工设备的外延。无机非金属材料的外延非常丰富，参见教材上的图1.1。但是，人们习惯上将无机非金属材料的外延归纳为：水泥、玻璃、陶瓷、耐火材料、砖瓦、高科技的无机非金属材料与其他特殊的无机非金属材料等。与此相对应，这里将无机非金属材料热工设备的外延分为水泥工业热工设备、玻璃工业热工设备、陶瓷工业热工设备、高科技的热工设备和其他专用的热工设备。其中，烧结型耐火材料的烧制过程以及砖瓦等建筑材料的烧制过程现在也是多用隧道窑来完成，所以，我们把它归结到陶瓷工业热工设备一类。,姜洪舟,（1）重点介绍新型的、热效率高的和有发展前 途的无机非金属材料热工设备。（2）水泥工业热工设备主要是指水泥窑。水泥窑有“回转窑”和“立窑”之分。立窑要逐渐被淘汰！传统回转窑又有“干法回转窑”、“湿法回转窑”和“半干法（或半湿法）回转窑”之分。目前，以悬浮预热和窑外分解技术为核心的“新型干法水泥回转窑系统”已经淘汰了传统的干法中空窑、湿法回转窑、半干法的立波尔窑，在水泥生产中取得优势地位。,1.2 无机非全属材料热工设备的外延及概况,姜洪舟,新型干法水泥回转窑系统再配以其他一些现代化技术，已经实现水泥的文明化生产方式。这些其他的现代化技术包括：原料预均化技术、生料均化技术 新型粉磨技术、新型熟料冷却技术 新型燃烧技术 新型耐热、耐磨、耐火、隔热材料 自动检测与自动控制技术 先进管理技术 现代信息与网络技术等,姜洪舟,（3）玻璃工业热工设备主要是指“玻璃窑炉”，也称：玻璃熔窑。玻璃熔窑分为“玻璃池窑”和“玻璃坩埚窑”。玻璃池窑又分为：平板玻璃池窑 日用玻璃池窑 二者的根本区别主要在于熔化部与冷却部之间的玻璃液分隔装置上：前者为浅层分隔，后者为深层分隔（具体为流液洞）坩埚窑主要用于一些特殊玻璃产品的熔制，不是先进的窑型！,姜洪舟,平板玻璃的成型方法又分为：传统工艺 浮法工艺 传统工艺包括：早期的冠形制板法 圆筒法及其两种改进型：Sieverts和Lubbers法 后来的：有槽法、无槽法、对辊法 平拉法 压延法 这些传统成型方法因其工艺落后、玻璃制品质量相对较差，被逐渐淘汰。,姜洪舟,与之相反，用锡槽进行平板玻璃成型的浮法工艺却显示出强大的生产力。成型后的玻璃产品需要退火才能成为高质量的玻璃产品，这是玻璃生产的一大特色。某些特种玻璃也需要进行一些深加工。因此，关于玻璃工业热工设备，我们将重点介绍：浮法玻璃池窑（包括锡槽）；日用玻璃池窑；退火窑；某些玻璃深加工设备。,姜洪舟,（4）关于陶瓷工业热工设备，重点介绍：隧道窑辊道窑,（5）在教材的第5章为有高科技含量的 热工设备与高科技的材料热制备技术，其闪光点是：高科技，具体内容包括：梭式窑 电热窑炉 高科技的材料热制备技术 能源材料 余热锅炉,姜洪舟,（7）对于无机非金属材料热工设备 的学习应该是一个动态学习过程。为了及时了解相关领域内最新 的技术进步信息和发展动态，希望能 够阅读教材的第7章与及时上网查阅 教材上每章后面列出的Internet网站。,（6）教材的第6章中简单介绍：在无机非金属材料领域内 其他专用的热工设备,姜洪舟,以上就是绪论内容，然而正如教材的图1.1所示，无机非金属材料领域是一个外延很大的体系。由于体系之大、科技发展之快，所以要想详尽无遗地讲解无机非金属材料领域热工设备所有的内容是不现实的。因此希望有意识、有目的、有重点地学习各章节（特别是要阅读好每一章最先的“本章提要”和每一章最后的“本章小结”），从而为以后的学习和工作打下牢固的基础。,姜洪舟,当然，更多的知识，还需在具体工作中积累与丰富，从而使自己逐步成为专家。具体来说，就是：一看图片 二看文字 三看公式 四看数据 五查资料（参考各章的网站与参考文献）,姜洪舟,谢谢你，谢谢你的听讲！,姜洪舟,