可连续生产的节能型石英熔融炉的设计

发布时间：2017-07-29 18:34

  本文关键词：可连续生产的节能型石英熔融炉的设计

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【摘要】：目前属于高能耗的石英熔融炉存在一些共性问题：加热不均匀导致熔融石英一级品率低、间歇性生产产量低、一次性石墨电极的使用导致生产成本高、外表面温度高导致能源浪费。本文针对这些问题,提出了一种可连续生产的节能型石英熔融炉,并展开相关研究工作。具体工作如下：1)对可连续生产的节能型石英熔融炉的生产原料的粒径进行了优化研究,同时对可能用到的石英容器原材料进行了选择。从材料的导热性能、熔点、价格等方面考虑,选定石墨作为石英容器的材料。应用中频炉电磁感应炉加热不同粒径的石英砂原料,观察石英温度随时间的变化曲线,得到结论：粒径越小,熔融所需要的时间越长。对比不同粒径的熔融石英品质,得到结论：当石英原料粒径在5-7mm范围内,熔融石英品质最高。2)设计可连续生产的节能型石英熔融炉的加热系统、保温系统、进出料系统。选择电阻加热的加热方式,将热源设计在石英原料的外围,以石墨作为加热体材料,设计方形石墨加热体,设计加热系统与外界电源之间的连接件；从节能、降低成本等目的出发,设计三层保温层结构,选择各保温层材料,确定三层保温材料的尺寸厚度；根据石英原料特点,选择螺旋给料机、丝杆升降机作为进出料设备,并对进出料设备进行选型设计。3)运用数值仿真技术,分别对一、二、三层加热系统在各种进出料速度为下生产优劣性进行比较,选择双层加热结构以进出料速度0.7mm/s为石英熔融炉的最佳运行工况。
【关键词】：熔融石英 加热 石墨 保温 连续生产
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ054;TQ127.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 研究背景及意义10-15
• 1.1.1 熔融石英的应用前景10-11
• 1.1.2 熔融石英原料介绍11-13
• 1.1.2.1 石英砂作为原料的工业要求12-13
• 1.1.2.2 石英砂的提纯13
• 1.1.3 常用石英熔融炉背景简介13-15
• 1.1.3.1 电阻加热型高温熔炉13
• 1.1.3.2 电弧加热型高温熔炉13-14
• 1.1.3.3 电磁感应加热型高温熔炉14
• 1.1.3.4 气炼型高温熔炉14
• 1.1.3.5 连续加热型熔炉14-15
• 1.2 国内石英熔融炉发展现状15-16
• 1.3 本文拟研究的主要工作内容16-18
• 2 石英砂粒径对熔融石英品质的影响分析18-30
• 2.1 超高温环境下石英砂容器材料的选择18-19
• 2.2 不同粒径石英砂原料的分选19-22
• 2.2.1 鄂式破碎机19-20
• 2.2.2 磨粉机20-21
• 2.2.3 振筛机21-22
• 2.3 石英熔融实验22-25
• 2.3.1 石英熔融实验设备22-24
• 2.3.1.1 中频电磁感应炉22-24
• 2.3.1.2 真空泵24
• 2.3.1.3 红外线测温仪24
• 2.3.1.4 储气钢瓶24
• 2.3.1.5 冷却水箱24
• 2.3.2 中频电磁感应炉的实验步骤24-25
• 2.4 粒径对石英熔融质量影响的实验结果分析25-29
• 2.5 本章小结29-30
• 3 可连续生产的节能型石英熔融炉的设计30-68
• 3.1 熔炉加热热源部分的设计30-46
• 3.1.1 加热方式的选择30
• 3.1.2 电阻加热热源材料的选择30-32
• 3.1.3 加热组件位置的确定32-36
• 3.1.3.1 对于传统加热组件加热位置的改进32-33
• 3.1.3.2 验证加热组件加热源位置的合理性33-35
• 3.1.3.3 石墨料筒尺寸的设计35-36
• 3.1.4. 石墨加热组件尺寸的设计36-46
• 3.1.4.1 石墨加热组件加热体部分设计36-39
• 3.1.4.2 石墨加热组件连接件部分设计39-42
• 3.1.4.3 石英熔融炉供电电源参数设计42-43
• 3.1.4.4 石墨加热组件连接件部分水冷盘管散热设计43-46
• 3.2 保温部分的设计46-52
• 3.2.1 保温层的结构设计46-47
• 3.2.2 保温材料的选择47-50
• 3.2.2.1 高温保温材料的选择47-48
• 3.2.2.2 中温保温材料的选择48-49
• 3.2.2.3 低温保温材料的选择49-50
• 3.2.3 石英熔融炉保温层参数设计50-52
• 3.3 加热系统与进出料速度的匹配设计52-62
• 3.3.1 数值仿真技术52-57
• 3.3.1.1 物理模型53-54
• 3.3.1.2 ANSYS-ICEM网格划分54-55
• 3.3.1.3 ANSYS-FLUENT求解器设置55-57
• 3.3.2 数值仿真结果分析57-62
• 3.3.2.1 单层,双层,三层加热结构石英熔融炉加热过程仿真分析57-60
• 3.3.2.2 双层热源结构在不同进出料速度下仿真结果分析60-62
• 3.4 进出料系统设计62-67
• 3.4.1 给料机的种类选择62-63
• 3.4.2 升降机的种类选择63-64
• 3.4.3 螺旋给料机的选型设计64-66
• 3.4.3.1 螺旋直径的设计64-65
• 3.4.3.2 螺旋轴转速的计算65
• 3.4.3.3 螺距的计算65-66
• 3.4.3.4 电动机功率的计算66
• 3.4.4 升降机的选型66-67
• 3.5 本章小结67-68
• 4 石英熔融炉实验平台搭建68-75
• 4.1 实验加热系统的搭建68-69
• 4.2 进出料系统的安装69-70
• 4.3 炉体保温层填充70-71
• 4.4 测温监控系统的搭建71-74
• 4.5 本章小结74-75
• 5 工作总结及展望75-77
• 5.1 本文结论75-76
• 5.2 后续工作及展望76-77
• 致谢77-78
• 参考文献78-81

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本文编号：590567