本文關鍵詞：可連續(xù)生產(chǎn)的節(jié)能型石英熔融爐的設計

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【摘要】：目前屬于高能耗的石英熔融爐存在一些共性問題：加熱不均勻導致熔融石英一級品率低、間歇性生產(chǎn)產(chǎn)量低、一次性石墨電極的使用導致生產(chǎn)成本高、外表面溫度高導致能源浪費。本文針對這些問題,提出了一種可連續(xù)生產(chǎn)的節(jié)能型石英熔融爐,并展開相關研究工作。具體工作如下：1)對可連續(xù)生產(chǎn)的節(jié)能型石英熔融爐的生產(chǎn)原料的粒徑進行了優(yōu)化研究,同時對可能用到的石英容器原材料進行了選擇。從材料的導熱性能、熔點、價格等方面考慮,選定石墨作為石英容器的材料。應用中頻爐電磁感應爐加熱不同粒徑的石英砂原料,觀察石英溫度隨時間的變化曲線,得到結論：粒徑越小,熔融所需要的時間越長。對比不同粒徑的熔融石英品質,得到結論：當石英原料粒徑在5-7mm范圍內,熔融石英品質最高。2)設計可連續(xù)生產(chǎn)的節(jié)能型石英熔融爐的加熱系統(tǒng)、保溫系統(tǒng)、進出料系統(tǒng)。選擇電阻加熱的加熱方式,將熱源設計在石英原料的外圍,以石墨作為加熱體材料,設計方形石墨加熱體,設計加熱系統(tǒng)與外界電源之間的連接件；從節(jié)能、降低成本等目的出發(fā),設計三層保溫層結構,選擇各保溫層材料,確定三層保溫材料的尺寸厚度；根據(jù)石英原料特點,選擇螺旋給料機、絲桿升降機作為進出料設備,并對進出料設備進行選型設計。3)運用數(shù)值仿真技術,分別對一、二、三層加熱系統(tǒng)在各種進出料速度為下生產(chǎn)優(yōu)劣性進行比較,選擇雙層加熱結構以進出料速度0.7mm/s為石英熔融爐的最佳運行工況。
【關鍵詞】：熔融石英 加熱 石墨 保溫 連續(xù)生產(chǎn)
【學位授予單位】：南京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ054;TQ127.2
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-18
• 1.1 研究背景及意義10-15
• 1.1.1 熔融石英的應用前景10-11
• 1.1.2 熔融石英原料介紹11-13
• 1.1.2.1 石英砂作為原料的工業(yè)要求12-13
• 1.1.2.2 石英砂的提純13
• 1.1.3 常用石英熔融爐背景簡介13-15
• 1.1.3.1 電阻加熱型高溫熔爐13
• 1.1.3.2 電弧加熱型高溫熔爐13-14
• 1.1.3.3 電磁感應加熱型高溫熔爐14
• 1.1.3.4 氣煉型高溫熔爐14
• 1.1.3.5 連續(xù)加熱型熔爐14-15
• 1.2 國內石英熔融爐發(fā)展現(xiàn)狀15-16
• 1.3 本文擬研究的主要工作內容16-18
• 2 石英砂粒徑對熔融石英品質的影響分析18-30
• 2.1 超高溫環(huán)境下石英砂容器材料的選擇18-19
• 2.2 不同粒徑石英砂原料的分選19-22
• 2.2.1 鄂式破碎機19-20
• 2.2.2 磨粉機20-21
• 2.2.3 振篩機21-22
• 2.3 石英熔融實驗22-25
• 2.3.1 石英熔融實驗設備22-24
• 2.3.1.1 中頻電磁感應爐22-24
• 2.3.1.2 真空泵24
• 2.3.1.3 紅外線測溫儀24
• 2.3.1.4 儲氣鋼瓶24
• 2.3.1.5 冷卻水箱24
• 2.3.2 中頻電磁感應爐的實驗步驟24-25
• 2.4 粒徑對石英熔融質量影響的實驗結果分析25-29
• 2.5 本章小結29-30
• 3 可連續(xù)生產(chǎn)的節(jié)能型石英熔融爐的設計30-68
• 3.1 熔爐加熱熱源部分的設計30-46
• 3.1.1 加熱方式的選擇30
• 3.1.2 電阻加熱熱源材料的選擇30-32
• 3.1.3 加熱組件位置的確定32-36
• 3.1.3.1 對于傳統(tǒng)加熱組件加熱位置的改進32-33
• 3.1.3.2 驗證加熱組件加熱源位置的合理性33-35
• 3.1.3.3 石墨料筒尺寸的設計35-36
• 3.1.4. 石墨加熱組件尺寸的設計36-46
• 3.1.4.1 石墨加熱組件加熱體部分設計36-39
• 3.1.4.2 石墨加熱組件連接件部分設計39-42
• 3.1.4.3 石英熔融爐供電電源參數(shù)設計42-43
• 3.1.4.4 石墨加熱組件連接件部分水冷盤管散熱設計43-46
• 3.2 保溫部分的設計46-52
• 3.2.1 保溫層的結構設計46-47
• 3.2.2 保溫材料的選擇47-50
• 3.2.2.1 高溫保溫材料的選擇47-48
• 3.2.2.2 中溫保溫材料的選擇48-49
• 3.2.2.3 低溫保溫材料的選擇49-50
• 3.2.3 石英熔融爐保溫層參數(shù)設計50-52
• 3.3 加熱系統(tǒng)與進出料速度的匹配設計52-62
• 3.3.1 數(shù)值仿真技術52-57
• 3.3.1.1 物理模型53-54
• 3.3.1.2 ANSYS-ICEM網(wǎng)格劃分54-55
• 3.3.1.3 ANSYS-FLUENT求解器設置55-57
• 3.3.2 數(shù)值仿真結果分析57-62
• 3.3.2.1 單層,雙層,三層加熱結構石英熔融爐加熱過程仿真分析57-60
• 3.3.2.2 雙層熱源結構在不同進出料速度下仿真結果分析60-62
• 3.4 進出料系統(tǒng)設計62-67
• 3.4.1 給料機的種類選擇62-63
• 3.4.2 升降機的種類選擇63-64
• 3.4.3 螺旋給料機的選型設計64-66
• 3.4.3.1 螺旋直徑的設計64-65
• 3.4.3.2 螺旋軸轉速的計算65
• 3.4.3.3 螺距的計算65-66
• 3.4.3.4 電動機功率的計算66
• 3.4.4 升降機的選型66-67
• 3.5 本章小結67-68
• 4 石英熔融爐實驗平臺搭建68-75
• 4.1 實驗加熱系統(tǒng)的搭建68-69
• 4.2 進出料系統(tǒng)的安裝69-70
• 4.3 爐體保溫層填充70-71
• 4.4 測溫監(jiān)控系統(tǒng)的搭建71-74
• 4.5 本章小結74-75
• 5 工作總結及展望75-77
• 5.1 本文結論75-76
• 5.2 后續(xù)工作及展望76-77
• 致謝77-78
• 參考文獻78-81

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本文編號：590567