《無機材料熱工設備》講述了無機非金屬材料(玻璃材料、陶瓷材料和其他無機材料)領域內熱工設備的結構、原理、設計計算和操作等方面的基礎知識,重點放在目前應用廣泛、新型高效、有發展前途的無機非金屬材料熱工設備與技術。在玻璃材料工業熱工設備中,主要介紹了玻璃工業窯爐概述、浮法玻璃熔窯、全氧燃燒玻璃熔窯、馬蹄焰池窯和電熔窯;在陶瓷材料工業熱工設備中,主要介紹了陶瓷工業窯爐概述、隧道窯和輥道窯;在其他無機材料熱工設備中,主要介紹了間歇窯和電熱窯爐、回轉窯以及窯爐熱工控制。書中對無機材料生產常用熱工設備結構尺寸的取值範圍及其依據做了*的闡述,尤其是目前推廣較快的全氧燃燒玻璃熔窯技術、計算機ANSYS應用、節能減排技術、新型纖維氈窯體、新型特種陶瓷燒結技術等新內容。

《無機材料熱工設備》配有大量極具參考價值的實際現場照片和數字化內容,包括教學PPT、玻璃窯爐設計圖紙、工廠現場視頻照片、ANSYS窯爐應用實例等,供讀者參考。

《無機材料熱工設備》內容豐富,文字簡練,技術信息量大,實用性強,不僅可作為無機材料專業本科和高職高專的教材使用,也可供無機材料領域的生產技術人員和操作人員參考。

第1篇 玻璃材料熱工設備

第1 章玻璃工業窯爐概述/ 2

1.1玻璃的熔制過程 2

1.2玻璃熔窯的分類 3

1.3池窯的結構與特點 6

1.3.1熔制部分 7

1.3.2熱源供給部分 15

1.3.3餘熱回收部分 17

1.3.4排煙供氣部分 18

1.3.5池窯的特點 20

1.4工作原理與作業制度 23

1.4.1工作原理 23

1.4.2作業制度 31

習題 40



第2 章浮法玻璃熔窯/ 42

2.1浮法玻璃熔窯的結構 43

2.1.1投料池 43

2.1.2熔化部 44

2.1.3卡脖、冷卻部 49

2.1.4小爐、蓄熱室 51

2.1.5煙道 55

2.1.6浮法玻璃熔窯設計方案 57

2.2浮法玻璃熔窯的生產操作 59

2.3浮法玻璃熔窯的煙氣處理 60

2.3.1玻璃熔窯煙氣特性 60

2.3.2玻璃熔窯煙氣處理技術 60

2.3.3玻璃熔窯煙氣排放處理技術路線及應用 61

習題 62



第3 章全氧燃燒玻璃熔窯/ 63

3.1全氧窯結構 63

3.1.1熔化池 63

3.1.2火焰空間 65

3.1.3全氧窯熱工分析 69

3.2氧槍及氧氣供給繫統 73

3.2.1氧槍的作用與類型 73

3.2.2氧氣供給繫統 75

3.3全氧窯的生產操作 80

3.3.1熔制制度 80

3.3.2原料的氧化還原控制 82

3.3.3熱工控制繫統 83

3.3.4氧氣使用安全規定 84

3.3.5純氧噴槍的安裝點火 85

3.4全氧窯的數值模擬研究 86

3.4.1數值模擬的概念與步驟 86

3.4.2ANSYS FLUENT 數值模擬的應用 87

習題 91



第4 章馬蹄焰池窯/ 93

4.1馬蹄焰池窯的結構 94

4.1.1窯池尺寸 94

4.1.2窯池結構形式 97

4.1.3火焰空間 100

4.1.4冷卻部 101

4.1.5小爐 103

4.1.6餘熱回收部分 110

4.1.7能耗計算及熱分析 114

4.1.8馬蹄焰池窯設計實例 117

4.2馬蹄焰池窯的生產操作 121

4.2.1烤窯 121

4.2.2加料、放料與洩料 124

4.2.3換料 125

4.3馬蹄焰池窯的砌築、冷修及熱風烤窯 126

4.3.1砌築 126

4.3.2冷修 129

4.3.3熱風烤窯 129

習題 132



第5 章電熔窯/ 134

5.1電熔窯的類型與結構 134

5.1.1電熔窯的類型 134

5.1.2窯爐形狀與結構 137

5.2電熔窯的生產操作 137

5.3電極及供電 141

5.3.1電極 141

5.3.2電源供電和電極連接 147

5.3.3供電裝置 150

習題 154



第2篇 陶瓷材料熱工設備

第6 章陶瓷工業窯爐概述/ 156

6.1陶瓷工業窯爐歷史與現狀 156

6.1.1陶瓷窯爐歷史 156

6.1.2陶瓷工業窯爐現狀與發展 159

6.2現代陶瓷窯爐分類與作業制度 160

習題 161



第7 章隧道窯/ 162

7.1隧道窯結構 162

7.1.1窯體結構 162

7.1.2燃燒設備 167

7.1.3排煙繫統 169

7.1.4氣幕裝置 171

7.1.5冷卻繫統 174

7.1.6鋼架結構和窯爐基礎 175

7.2隧道窯燒成制度 175

7.2.1氣體流動 175

7.2.2燃料燃燒和傳熱 178

7.3隧道窯烘烤、故障處理和檢修維護 179

7.3.1隧道窯烘烤 179

7.3.2隧道窯故障及處理 179

7.3.3隧道窯檢修與維護 180

7.4隧道窯設計與計算 181

7.4.1原始資料收集 181

7.4.2窯體尺寸計算和工作繫統確定 181

7.4.3燃燒設備計算與設計 183

7.4.4熱平衡計算 184

習題 187



第8 章輥道窯/ 188

8.1輥道窯的分類與特點 188

8.2窯體結構 189

8.2.1窯牆 190

8.2.2弔頂結構 191

8.2.3輥道窯運載裝置 193

8.2.4燃燒繫統 198

8.2.5排煙繫統和其他通風結構 202

8.2.6冷卻繫統 204

8.2.7輥道窯風機選型 206

8.3輥道窯烘烤 207

8.4輥道窯設計與計算實例 208

8.4.1原始資料收集 208

8.4.2窯型選擇與窯體主要尺寸計算 209

8.4.3工作繫統 210

8.4.4窯體材料 212

8.4.5燃料燃燒計算 214

8.4.6熱平衡計算 215

8.4.7管道計算、阻力計算和風機選型 219

習題 223



第3篇 其他無機材料熱工設備

第9 章間歇窯和電熱窯爐/ 226

9.1間歇窯 226

9.1.1倒焰窯 226

9.1.2梭式窯 227

9.2電阻爐 229

9.2.1鎳鉻合金電阻爐和鐵鉻鋁合金電阻爐 229

9.2.2硅碳棒電阻爐 230

9.2.3硅鉬棒電阻爐 231

9.2.4電阻爐對所件的要求 233

9.3其他電熱窯爐 233

9.3.1電磁感應爐 233

9.3.2等離子體爐 234

9.3.3自蔓延高溫燒結設備 235

9.3.4微波燒結爐 235

9.3.5等離子體活化燒結爐 236

9.3.6激光燒結爐 236

9.3.7閃燒和冷燒結設備 237

9.3.8振蕩壓力燒結設備 238

習題 238



第10 章回轉窯/ 240

10.1回轉窯結構 240

10.1.1窯筒體和支撐裝置 240

10.1.2傳動繫統和密封裝置 241

10.2回轉窯工作原理 242

10.2.1物料運行 242

10.2.2氣體流動、燃料燃燒和傳熱 243

習題 246



第11 章窯爐熱工控制/ 247

11.1溫度控制 248

11.1.1玻璃工業窯爐溫度控制 248

11.1.2陶瓷工業窯爐溫度控制 251

11.2壓力控制 254

11.2.1玻璃工業窯爐壓力控制 254

11.2.2陶瓷工業窯爐壓力控制 256

11.3氣氛控制 258

11.3.1玻璃工業窯爐氣氛控制 258

11.3.2陶瓷工業窯爐氣氛控制 259

11.4玻璃工業窯爐液面控制 259

11.4.1液面測量 259

11.4.2液面控制 260

習題 261



參考文獻/ 262

無機材料熱工設備是無機材料(玻璃、陶瓷、水泥和耐火材料等) 生產的關鍵設備。近年來,隨著科學技術的不斷發展,無機材料熱工設備,尤其是玻璃窯爐和陶瓷窯爐發生了較大變化,結構更為合理,控制自動化程度越來越高,也越來越節能環保,為使技術進展和實際應用的內容反映在書中,我們編寫了本書。

《無機材料熱工設備》講述了無機非金屬材料(玻璃材料、陶瓷材料和其他無機材料等)領域內熱工設備的結構、原理、設計計算和操作等方面的基礎知識,重點放在目前應用廣泛、新型高效、有發展前途的無機非金屬材料熱工設備與技術。在玻璃材料工業熱工設備中,主要介紹了玻璃工業窯爐概述、浮法玻璃熔窯、全氧燃燒玻璃熔窯、馬蹄焰池窯和電熔窯;在陶瓷材料工業熱工設備中,主要介紹了陶瓷工業窯爐概述、隧道窯和輥道窯;在其他無機材料熱工設備中,主要介紹了間歇窯和電熱窯爐、回轉窯以及窯爐的熱工控制。書中對無機材料生產常用熱工設備結構尺寸的取值範圍及其依據做了的闡述,尤其是目前推廣較快的全氧燃燒玻璃熔窯技術、計算機ANSYS應用、節能減排技術、新型纖維氈窯體、新型特種陶瓷燒結技術等新內容。

為使讀者有直觀性的認識,書中配有大量的現場實際照片,幫助讀者理解學習。為了擴展讀者的視野和知識面,本書還附贈有數字化內容,包括教學PPT、玻璃窯爐設計圖紙、工廠現場視頻照片、ANSYS窯爐應用案例等極具參考價值的內容。

參加本書編寫的有陝西科技大學陳國平(第1、2、4、5章)、白建光(第6、7、8章),西安超碼科技有限責任公司代麗娜(第9、10、11章),秦皇島玻璃工業研究設計院有限公司趙恩錄(第3章)。全書由陳國平統稿。

中國中輕國際工程有限公司張占彪高工和西安超碼科技有限責任公司總經理程皓為本書提供了的設計參考資料,在此表示感謝。

由於本書是對傳統教材體繫的一種改革、探索和創新,加之編者水平所限,書中可能存在不妥之處,敬請專家和讀者批評指正。



編者

2020年4月