武理工热工设备教案

热工设备教案模块1绪论课程模块1是本课程的绪论，本模块重点介绍本课程的整体概所以本章的教学纲领是：科学布局、整体展开、逐层深入、简洁明了、回味无穷。本章的主要内容是：(1)材料、无机非金属材料、热工设备之间的关系。(2)材料热制备过程与热工设备之间炉与热工设备的隶属关系。课程模块1概要：关于本模块的概要，如下所述：教学要求是：本模块的教学要求是要讲清楚"无机非金属材料的同学为什们要学习本课程?",也就是说，材料、无机非金属材料与热工设备之间的关系要在讲课过程中讲清楚。从而让同学们树立对于本课程的兴趣，进而认识到学习本课程的重要意义所在，认识到热工设备的内涵与共性所在，认识到本课程讲课内容的总体概况所在。重点难点：本模块的重点在于让同学们弄清楚无机非金属材料的内涵与共性所在。本模块的难点在于怎样让同学们全面地理解几种无机非金属材料产品烧制过程中所遵循的工艺规律与热工规律所在以及进行热工设备热平衡计算的真正目的所在。教学设计：我们课程团队将本章的教学内容设计为按照以下的思路来进行讲解：从总体(材料科学与基础)到具体(无机非金属材料热工设备),从材料制备或生产(规模化的材料制备与加工便是生产过程)所用热工设备的内涵到无机非金属材料热工设备的外延，从热工设备的共性到无机非金属材料热工设备的整体概况。这种从总体到具体的逐渐由浅入深的教学设计思路，能够看到本课程在材料科学与工程这个大环境之中的具体”坐标",这样学习起来就能够有的放矢，有规律可寻，有奋斗的目标。评价考核：本模块教学效果的评价考核主要是考察同学们对于本课程与无机非金属材料专业方向的具体联系弄清楚了没有?同学们对于无机非金属材料热工设备的内涵、外延、共性、总体概况弄清楚了没有?无机非金属材料生产过程中所用的窑炉与热工设备之间的隶属关系弄清楚了没有?教材内容：本课程所选用的教材是由武汉理工大学出版社出版的《无机非金属材料热工设备(第5版)》这本国家级规划教材。本模块具体讲课的内容就体现在该教材的第1章之中。—料是"可塑之物"(也就是人们常说的原料),材为"有用之物"(也就是人们常说的产品)。从"料"到"材"就需要制备与加工过程。所以，材料的本质就是指将配置好的优选原料再通过人们的制备与加工过程而得到的那些有用物质，也就是人们常说的材料产品(材料会以制品、元件、器件等多种形式存在)。材料被人类用于制造各种建筑物、设施、机器、装备、器具等能够被人们使用的各它构成了现代社会科技发展与文明进步的物质基础。无机非金属材料—无机非金属材料与金属材料、有机高分子材料并列为三大基础材料，构成了材料的三大支点。基于这三大基础材料的复合材料也发展迅速，从而构成了材料的另一个重要体系。无机非金属材料在英语中叫做Ceramics,该词汇来源于古希腊语，意味"火之物"。这也就是说无机非金属材料的制备需要高温，高温能够破坏原料中原有的化学键而形成新的化学键(共价键或离子键或两者的混合键)。当然，在汉语中，无机非金属材料这个名称也是逐渐演变而来。陶瓷曾经是这类材料的典型代表，火、硅氧四面体结构的曾经是这类材料的重要标志，所以这类材料在历史上的名称曾经有陶瓷材料、窑业材料、硅酸盐材料。后来，随着其涵盖范围的不断扩大，现在将这类材料统称为"无机非金属材料",它属于无机材料的范畴。在无机材料中，由于金属材料单列为一个材料体系，因此人们又常常将无机非金属材料简称为"无机材料"。材料热工设备—由材料的本质可知，由原料变成为材料需要制备与加工过程(规模化的制备、加工过程便是生产过程)。原料的制备与核心制备阶段；三是制成物的后处理阶段。对于无机非金属材料而言，其核心制备阶段便是热制备阶段，而且往往是高温制备阶段。要产生高温就需要有热量，产生热量、传递热量、利用热量的装置或设备就叫做热工设备。窑炉—在材料领域中，热工设备的典型代表便是窑炉。窑炉实际上就是指这样一些高温结构空间，在这些结构空间内，能够用加热的方法，按照工艺要求的烧成制度，使优选后原料的混合体或坯体经过一系列的物理、化学变化后成为烧制品。所以窑炉的三窑素是空间、高温与物理化学变化，注意：窑炉注重高温与化学变化，没有高温或化学变化的热工设备还有其它的称谓。只有一个教学单元。关于该教学单元的内容如下所述：演示文稿：请点击模块工热工设备.ppt教学录像：本次课的教学录像参见本网站的【讲课录像】栏目习题作业：本次课的习题作业参见本网站的【拓展资源】>作业系统栏目中的相应内容。试卷：本次课的试卷参见本网站【拓展资源】>试题库栏目中的相应内容。名词解释：热制备方法分类一无机非金属材料热制备方法分的烧制方法主要包括固相烧结、液相烧结、熔化；高科热技制备方法尽管也涉及到固相烧结、液相烧结与熔化，但是，所用的方法却是高科技的材料制备方法。工艺过程特点一不管使用哪种热制备方法，无机非金属材料的热制备过程大体上都要经过预热、烧成与冷却这三个阶段。热工过程特点一热工设备必需在设备结构与热工制度上满足所制备品热制备工艺过程不同阶段的要求。于是就有了三种类型的热工设备：间歇式(同一空间在不同时刻满足);连续式(同一时刻在不同的区域满足);半连续式(介于间歇式与连续式之间)。热平衡计算一根据能量守恒的原理，对于一个稳定的系统，输入热量之和应该等于输出热量之和，这就是热平衡计算的基本原理。对于热工设备来说，进行热平衡计算有三个目的：第一，对于热工设备的设计来说，利用热平衡这个等式可以计算出一个(设计时所需的)待确定量。第二，对于一个热工设备的测量来说，进行热平衡计算可以验证测试数据的可靠性如何。第三，对于一个热工设备的操作、控制与管理来说，进行热平衡计算可以知道热工设备内的热量分配是不是合理。若不合理，如何调整?一个新技术实施后热量分配是否更合理?筑炉材料一热工设备主要是指窑炉，而窑炉是一个能够产生高温的空间，构成这个空间的窑体材料就叫做"筑炉材料"。筑炉材料包括耐火材料、保温材料与普通建筑材料，当然，也有合二为一的情况，例如，保温耐火材料。利用利用筑炉材料新建的窑炉在正式生产之前换窑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以及适应相应的晶型转变，从而为窑炉的安全稳定生产大下基础。这一过程便被称为烘烤窑炉，简称：烘窑或烤窑。燃烧设备一能够有效组织燃料燃烧的设备被称为"燃烧设备"。各种燃烧设备尽管其工作目的都相同，单其结构却随着燃料的不同而差别很大，一般来说，人们是按照燃料形态的不同来分类一固体燃料燃烧设备(例如，煤粉燃烧器)、液体燃料燃烧设备(例如，油枪)、气体燃料燃烧设备(例如，燃气烧嘴)。两个例题：在本章的讲课中，有两个例子需要引起关注，其一是在砌筑热工设备时必需设置的一些膨胀缝；其二是在砌筑热工设备时必需预留的一些孔位。①膨胀缝一热工设备提供了高温空间，但是，也应当注意：热工设备是在常温下砌筑、高温下使用。热胀冷缩是普遍存在的物理现象，为了让热工设备在高温下使用时不会因为耐火材料相互挤压过度而遭到损坏，在常温下砌筑热工设备的砌体时，必需留有大小合适的膨胀缝，而且还要将一些耐火棉塞入膨胀缝中以保持砌体的密封。②各种孔位—热工设备在工作时，其内部是高温空间。任何人是无法进入高温空间的，为此，就需要在热工设备的墙壁上设置一些必要的空孔位，例如，观察孔、摄像孔、测量孔、事故处理孔等。教学案例之一：在讲解本章的内容时，需要讲到这样的问题，这就是：不管使用哪种热制备方法，无机非金属材料的热制备过程大体上高温阶段高温阶段子门原料段产品为了将此规律在同学们的头脑中能够留下深刻的印象，在讲解这个问题时可以用我们平时常见的现象作比拟，这就是每天的气温变化规律。上午是比拟升温阶段、中午是比拟高温阶段、下午是比拟冷却阶段。就材料的热制备过程而言，经过预热、高温、冷却这三个阶段之后，原料就变成了材料产品。而每天气温的变化规律就是太阳从"东"到"西"的运行过程。于是，材料产品就可以比拟为"东西"。这种比拟也刚好符合人们的俗语习惯—“东西”代表各类材料产品，具体的讲课过程请观看本章的教学录像一本网站的【讲课录像】>1章1,这个教学案例是将一些平常大家熟知的知识应用到具体的教学过程，这样可以加深同学们对于有关规律的印象，提高有关知识点在同学们头脑中的"沉淀程常见问题：在具体讲课过程中，同学常常会提出这样的问题：①我们专业为什么要学这门课?这个问题可以通过老师讲解材料与热工设备之间的关系(尤其是热工设备与无机非金属材料之间的关系)来解决，从而让同学们了解到本课程作为一门专业必修课在本专业学习与教育中的重要地位。②无机非金属材料专业的学生有什么努力的方向?通过讲解无机非金属材料的外延(尤其是讲解与国民经济密切相关的、具有高科技含量的那些无机非金属材料行业)可以让同学们明晰这个问题的答案，从而有助于使同学们自己选择自己的攻读方向、自己的努力专家讲座：有待于本课程团队在以后的课程建设中邀请相关的专家进行相关的学术讲座。姜洪舟.无机非金属材料热工设备(第5版).武汉：武汉理工大学出版社，2015当然，其他的文献资料也可以供同学们在学习本章有关内容时阅读参考，例如，如下所述的图书资料可以阅读参考：[1]江东亮，李龙士，欧阳世翕，施剑林.中国材料大典一第8、9卷：无机非金属材料工程(上)、(下).北京：化学工业出版[2]姜洪舟，田道全.无机非金属材料热工基础.武汉：武汉理[3]林宗寿.无机非金属材料工学(第3版).武汉：武汉理工[4]师昌绪.材料大辞典.北京：化学工业出版社，1994[5]师昌绪.材料科学技术百科全书.北京：中国大百科全书出[6]师昌绪，李恒德，周廉.材料科学与工程手册(上、下册).北[7]水中和.材料概论.武汉：武汉理工大学出版社，2006[8]王琦.无机非金属材料工艺学.北京：中国建材工业出版社，[9]谢峻林.无机非金属材料工学.北京：化学工业出版社，2010[10]杨华明，宋晓岚，金胜明.新型无机材料工学.北京：化学工[11]张联盟主编.材料学.北京：高等教育出版社，2005[13]中国建筑工业出版社/中国硅酸盐学会编.硅酸盐辞典.北模块2水泥工业热工设备课程模块2是关于水泥工业热工设备的介绍，具体是新型干法水泥回转窑系统(或称：新型干法水泥熟料烧成系统)。在本模块的教学过程中，以筒(旋风筒)—管(旋风筒之间的联接管道)—炉(分解炉)一窑(回转窑)一机(冷却机)为讲课的主线，这是因为筒一管一炉一窑一机这"五位一体"的热工设备共同构成了新型干法水泥回转窑系统。所以，本模块的教学纲领是：整体概述、科学布局、逐次展开、重点突出、彼此关联。本模块的主要内容统概述；(2)旋风预热器；(3)分解炉；(4)回转窑；(5)篦冷机；(6)煤粉燃烧器简介；(7)操作过程概述；(8)所用耐火衬料概况。课程模块2概要：关于本模块的概要，如下所述：教学要求是：本模块的教学要求是要讲清楚”新型干法水泥回转窑系统",也就是说，新型干法水泥回转窑系统的由来、优点、流程、组成以及基本原理、设备结构、操作要点、耐火衬料等方面的知识要在讲课过程中讲清楚。让同学们能够彻底地弄懂弄通这个先进且成熟的水泥熟料烧成系统的原理、结构以及操作等方面的知识，从而对于该水泥熟料烧成系统对于水泥生产过程的重要性会有一个全新的认识。重点难点：本模块的重点在于新型干法水泥回转窑系统五个核心设备"筒(旋风筒)—管(旋风筒之间的联接管道)—炉(分解炉)—窑(回转窑)—机(篦冷机)"。本模块的难点在于怎样正确地认识各种分解炉与各种篦冷机的原理、结构、特点所在以及该水泥熟料烧成系统的技术进步对于"节能减排"、对于社会的可持续发展的重要性所教学设计：我们课程团队将本模块的教学内容设计为按照以下的思路来进行讲解：系统与有关参数的概述、旋风预热器、分解炉、回转窑、篦冷机、操作要点、耐火衬料简介。当然在具体的讲课过程中有些内容可能会有相互融合、相互渗透。这种教学思路的设计既有利于任课教师的讲课逻辑次序，又能够使同学们理顺学习的头绪，从而有序且完整地学习好本模块的有关内容。评价考核：本模块教学效果的评价考核主要是考察同学们对于“筒一管一炉一窑一机”这五位一体的核心设备是否有正确的认识?对于有关的技术参数是否能够科学地认识?对于旋风预热器、分解炉、回转窑、篦冷机、煤粉燃烧器的工作原理与具体结构有没有正确的理解?对于新型干法水泥回转窑系统的操作要点与耐火衬料的选用原则有没有科学地去理解?教材内容：本课程所选用的教材是由武汉理工大学出版社出版的《无机非金属材料热工设备(第5版)》这本国家级规划教材。本模块具体讲课的内容就体现在该教材的2章之中，具体来说是其第2.1节～2.6节、2.8节、2.9节。知识点注释：旋风预热器一旋风预热器是由若干级的换热单元所组成(最早的旋风预热器为4级，现在一般为5级，大型窑为6级),每个换热单元都必需同时具备以下三个功能：第一，生料粉在废气中的分散与悬浮；第二，气、固相之间的换热；第三，气、固相之间的分离(气流被排走，生料粉被收集)。每一级换热单元都是由旋风筒及其联接管道所构成。各个旋风筒之间的联接管道在气、固相换热方面起着主要作用，而旋风筒的主要功能是完成气、固相的分离与固相生料粉的收集。分解炉一分解炉是在旋风预热器与回转窑之间的一个热源设备。在分解炉内会喷入相当数量的燃料(约占整个烧成系统燃料烧耗的60%～70%)与其助燃空气(被称为：三次风)以大大提高入窑生料的分解率(表观分解率可以提高到85~95%)。设置分解炉有三大优点：第一，分解炉高效地承担了原来在回转窑内进行的大量碳酸钙分解任务，这样就可以缩短回转窑、减少占地面积以及降低窑体的设备费用。第二，由于大量的燃料被送入分解炉内，这就有效地改善了整个窑系统的热力布局，从而大大减轻回转窑内耐火衬料的热负荷，延长窑龄。这种优化的热力布局也有助于降低氮氧化物NO,(有害成分)的含量，从而有利于环境保护。第三，将水泥熟料烧成过程中耗热量最大的碳酸钙分解过程主要放在分解炉内进行后，由于燃料与生料粉处于同一空间且高度地分散，所以燃料炭烧所产生的热量能够及时高效地传递给预热后的水泥生料，于是燃烧、换热及碳酸钙的分解过程都得到优化，水泥熟料煅烧工艺更臻完善，水泥熟料的质量、回转窑的单位溶剂产量、单机产量因而得到大幅度的提高，水泥熟料烧成的热耗也因此有所降低，也能够利用一些低质燃料。回转窑一水泥回转窑是一个倾斜的、通过若干轮代放置在若干对托轮上的旋转圆筒体。从其工作原理的角度来看，水泥回转窑具备以下几个功能：第一，水泥回转窑是一个燃料燃烧设备，它具有较大的燃烧空间和热力场，能够供应足够的助燃空气，是一个装备优良的燃烧装置，能够保证燃料充分燃烧，可以为水泥熟料的煅烧提供必要的热源。第二，水泥回转窑室一个热交换设备，它具有比较均匀的温度场，可以满足熟料生产过程中各个阶段的换热要求，特别是A矿生成的要求。第三，水泥回转窑是一个高温化学反应设备。熟料矿物形成的不同阶段有不同的要求，水泥回转窑既能够满足不同阶段、不同矿物对于热量、温度的要求，又能够满足它们对于停留时间的要求。第四，水泥回转窑是一个输送设备，用来输送物料和让气流通过。只是从输送物料的角度来看，水泥回转窑还具有更大的潜力。除了这四条功能以外，水泥回转窑还具有讲解与利用一些可燃废弃物的作用，这在讲究环境保护的当今社会显得非常重要。篦冷机一篦冷机的全称是”推动篦式冷却机",它是当前获得广泛应用的水泥熟料冷却机。而且，正在运行的篦冷机主要是第三代、第四代篦冷机。篦冷机的功能与作用有以下四条：第一，作为一个工艺设备，篦冷机承担着对于高温熟料的冷却任务，尤其是具有骤冷的功能。骤冷能够组织水泥熟料中A矿晶体的长大或分解，能够使液相凝固为玻璃体(使得MgO以及大部分的C₃A固化在玻璃体内),也可以防止(有活性的)β-C₂S向(会引起水泥熟料粉化的)γ-C₂S转换，从而提高水泥熟料的质量。第二，作为一个热工设备，篦冷机在对水泥熟料冷却的同时还承担着对于入窑二次风、入炉三次风的加热升温任务，这对于燃料(尤其是中、低质燃料)的着火与预燃、提高燃料的燃烬率、提高燃烧效率，从而保持全要系统有一个优化的热力分布具有重要的促进作用。第三，作为一个热回收设备，篦冷机承担着对于待冷却水泥熟料中大量热焓的回收任务。由冷却风所回收的高温熟料余热除了在第二条中所述的通过高温二次风入窑、高温三次风入炉从而降低整个熟料烧成系统的热耗以外，还随同入煤磨热风用于煤粉的干燥，也随同余风进入余热锅炉进行中、低温余热发电，从而达到优化设备用途、提高生产效率以及节能降耗之目的。第四，篦冷机对于高温熟料进行有效的冷却，也有利于熟料的输送、储存与粉磨。专家讲座：有待于本课程团队在以后的课程建设中邀请相关的专家进行相关的学术讲座。无机非金属材料热工设备(第5版).武汉：武当然，其他的文献资料也可以供同学们在学习本模块有关内容时阅读参考，例如，如下所述的文献资料可以阅读参考：[1]白礼懋.水泥厂工艺设计实用手册.北京：中国建材工业出版社，1997.[2]陈传德.新型干法水泥技术原理原理与应用.北京：中国建材工业出版社，2004.[3]高长明.预分解窑水泥生产技术及进展.北京：化学工业出版社，2005.[4]胡道和.水泥工业热工设备.武汉：武汉工业大学出版社，[5]李怀斌.预分解窑水泥生产综合技术及操作实例.武汉：武汉理工大学出版社，2006.[6]李海涛.新型干法水泥生产技术与装备.北京：化学工业出版社，[7]刘志江.新型干法水泥技术.北京：中国建材工业出版社，[8]马宝国.新型干法水泥生产工艺.北京：化学工业出版社，[9]王君伟.新型干法水泥生产工艺读本.北京：化学工业出版社，[10]熊会思，熊然.新型干法水泥厂设备选型使用手册.北京：中国建材工业出版社，2007.[11]于兴敏.新型干法水泥实用技术(上、下册).北京：中国建筑工业出版社，2006.[12]周慧群.水泥煅烧技术及设备(回转窑篇).武汉：武汉理工大学出版社，2006.《新世纪水泥导报》等一些水泥工业领域内期刊杂志中的相关论文也可以作为本模块的文献资料。模块3玻璃工业热工设备课程模块3是关于玻璃工业热工设备的的介绍，具体介绍浮法平板玻璃生产与日用玻璃生产所用的热工设备(前者为主、后者为辅),在本模块的教学过程中，将以玻璃生产过程中加料→熔化(包括澄清、均化)→冷却→成型→退火这几个热工过程所涉及到的热工设备为讲课的主线，其中也要讲解与其相关的一些内容，例如，用于回收废气余热来预热助燃空气及煤气的蓄热室、燃烧设备(小炉与燃烧器)以及玻璃池窑的操作要点等。另外，也将简单介绍一些玻璃生产过程所用的新技术。本模块的教学纲领是是：整体概述、分类讲解、寻求逻辑、逐次展开、彼此关联。本模块的主要内容是：(1)浮法平板玻璃池窑与锡槽；(2)马蹄焰玻璃池窑；(3)玻璃池窑的操作原理；(4)退火窑；(5)玻璃深加工热工设备简介；(6)燃油燃烧器简介；(7)所用耐火材料简介。教学要求是：本模块的教学要求是要讲清楚"浮法平板玻璃池窑与锡槽"、"马蹄焰玻璃池窑"、"退火窑"等玻璃生产的核心热工设备。也就是说，这些热工设备的由来、优点、流程、组成以及基本原理、设备结构、操作要点、耐火衬料等方面的知识要在讲课过程中讲清楚。让同学们能够彻底地弄懂弄通上述热工设备的原理、结构以及操作等方面的知识，从而对于这些热工设备对于玻璃生产的重要性有一个全新的认重点难点：本模块的重点在于"浮法平板玻璃池窑与锡槽"、"马蹄焰玻璃池窑"、"退火窑"的工作原理与具体结构。本模块的难点在于怎样正确地认识上述热工设备的原理、结构、特点所在以及相关的玻璃生产新技术与玻璃深加工技术对于"节能减排"、对于社会的可持续发展的重要性所在。教学设计：我们课程团队将本模块的教学内容设计为按照以下的思路来进行讲解：对于”浮法玻璃池窑与锡槽”,将利用同学们熟知的一些知识，用类比的方法寻求一种逻辑关系来将其工作原理与具体结构讲解清楚。对于"马蹄焰玻璃池窑",由于它与浮法平板玻璃池窑的结构有一种"平行"的关系，因此，将利用一种"平行类比"的方法来将马蹄焰玻璃池窑的工作原理与具体结构讲解清楚。其他内容也要寻找一种能够便于同学们理解的逻辑关系来进行具体的讲解。这种一直在寻求逻辑关系的教学思路设计既有利于任课教师的讲课，又能够使同学们理解，从而有逻辑且完整地学习好本模块的有关内容。评价考核：本模块教学效果的评价考核主要是考察同学们对于"产的核心热工设备是否有正确的认识?对于有关的新技术是否能够科学地认识?对于玻璃池窑的熔化部(熔化区+澄清区)、冷却部、成型部、退火窑的工作原理与具体结构有没有正确的理解?对于玻璃池窑的操作要点与耐火衬料的选用原则有没有科学地去理解?教材内容：本课程所选用的教材是由武汉理工大学出版社出版的《无机非金属材料热工设备(第5版)》这本国家级规划教材。本模块具体讲课的内容就体现在该教材的第2章之中，具体来说是其第3.1知识点注释：浮法玻璃工艺一1902年美国科学家W.Heal与Hitchcock申请了平板玻璃浮法成型的专利。1940年英国皮尔金顿兄弟公司开始结合该专利在实验室进行探索，从而建立了"浮法玻璃工艺"的浮法玻璃工艺概念。1951年，该公司开始浮法玻璃工艺的试验工作。1959年正式宣布浮法玻璃生产线成功并获得其专利权(简称：PB法)。由于它所生产的平板玻璃产品质量优、产量大而被欧、美、日等国家的玻璃厂家所购买、投产，有的公司购买其专利后还对其进行了修改(例如，美国PPG公司的LB法)。中国是世界上唯一没有通过购买皮尔金顿公司的专利而自行发明浮法玻璃工艺的国家，被命名为：洛阳浮法。LB法与洛阳浮法并称为世界上的三大浮法玻璃工艺。玻璃池窑一熔制玻璃的窑炉被称为：玻璃熔窑，玻璃熔窑分为两大类：玻璃池窑与玻璃坩埚窑。玻璃池窑在玻璃工业生产中占主导地位。只是在生产小批量、多品种的玻璃产品或特种玻璃产品时，才会用到玻璃坩埚窑。若从横向看其结构，玻璃池窑内分为气体空气(上部结构)和窑池(下部空间),若从纵向来看，玻璃池窑内分为熔化部 (包括：熔化区与澄清区)、分隔装置(包括：气体空间分隔与玻璃液分隔)和冷却部。从回收高温废气余热的方式来说，玻璃池窑有蓄热式与换热式之分，前者的热回收效率更高，所以获得广泛的应用。蓄热式玻璃池窑是在玻璃池窑的外部设置蓄热室(回收高温废气的余热来预热助燃空气和煤气)与小炉(组织燃料的燃烧)。浮法平板玻璃池窑一该窑型用于浮法玻璃工艺之中，其作用是熔制(熔化、澄清、均化、冷却)合格的玻璃液到锡槽内成型。该窑型属于横焰、蓄热式玻璃池窑，它的蓄热室与小炉是设置在其熔化区的两锡槽—锡槽实质上就是浮法玻璃工艺的成型部，来自浮法平板玻璃池窑冷却部的合格玻璃液(1050℃~1100℃)经流液道与流槽砖进入锡槽内锡液的上面后便铺展开来，这样在玻璃液的表面张力、自身重力、锡液浮力等自然力的作用下会形成一个自然摊平厚度(6～7mm)。若要生产比此厚度更厚的厚玻璃板或比此厚度更薄的薄玻璃板，则需要一些专用装置(例如，拉边机、挡墙)。为了防止锡槽内的锡液氧化，锡槽内还需要通入保护气体(N₂为主、H₂为辅),为了优化控制温度分布，还需要有分区控制的电加热装置。除此以外，锡槽还有一些附属马蹄焰玻璃池窑一生产日用玻璃的玻璃池窑曾经有很多种窑型，然而，经过长期实践的对比，逐渐优胜劣汰。由于马蹄焰玻璃池窑在衡多方面具有优势，所以，现在生产日用玻璃的玻璃池窑以此窑型为主。马蹄焰玻璃池窑属于蓄热式玻璃池窑，它的蓄热室与小炉是设置在玻璃池窑的端部。退火窑一成型后或热加工后的玻璃制品内部会存在着一些应力，热应力(或称：温差应力)就是其中的一种。这些应力的存在会影响到玻璃制品的强度与热稳定性。退火就是将玻璃制品内的热应力降低到允许的程度，完成该过程所用的热工设备便是退火窑。浮法平板玻璃退火所用的退火窑是辊道式退火窑(一次退火法);日用玻璃制品退火所用的退火窑主要是网带式退火窑(多数为二次退火法)。专家讲座：有待于本课程团队在以后的课程建设中邀请相关的专家进行相关的学术讲座。无机非金属材料热工设备(第5版).武汉：武当然，其他的文献资料也可以供同学们在学习本章有关内容时阅读参考，例如，如下所述的文献资料可以阅读参考：[1]陈国平.玻璃工业热工设备.北京：化学工业出版社，2007[2]陈正树.浮法玻璃.武汉：武汉工业大学出版社，1997[3]樊德琴.玻璃工业热工设备及热工测量.武汉：武汉工业大学出版社，1993[4]刘晓勇.玻璃生产工艺技术.北京：化学工业出版社，2008[5]孙承绪.玻璃工业热工设备.武汉：武汉工业大学出版社，[6]田英良，孙诗兵.新编玻璃工艺学.北京：中国轻工业出版社，2009[7]王宙.玻璃工厂设计概论.武汉：武汉理工大学出版社，2011[8]吴柏诚.玻璃制造工艺基础.北京：中国轻工业出版社，1997[9]徐长仁.玻璃工业热工过程及设备.北京：中国轻工业出版社，[10]张锐，许红亮，王海龙等.玻璃工艺学.北京：化学工业出版社，2008[11]张锐，陈德良，杨道媛等.玻璃制造技术基础.北京：化学工业出版社，2009[12]张战营，刘缙，谢军.浮法玻璃生产技术与设备(第二版).北京：化学工业出版社，2010领域领内期刊杂志中的相关论文也可以作为本模块的文献资料。模块4隧道窑与辊道窑课程模块4是关于隧道窑与辊道窑介绍，具体是关于这两种窑炉的工作原理、结构特点、操作要点等方面内容的介绍。隧道窑与辊道窑主要用于普通陶瓷产品的烧制过程。对于薄件陶瓷产品、小件陶瓷产品，辊道窑比隧道窑具有更优的技术指标，而且可以实现快速烧成。而隧道窑不仅能够用于烧制陶瓷产品，还可以用于烧制砖、瓦等建筑材料以及烧制耐火砖，还可以用于微晶玻璃的烧结或晶化。在本模块的教学过程中，先讲隧道窑，再讲辊道窑。而且，还要通过讲解这两种窑炉的相互关联与相互类比来加深同学们对于这两种窑炉工作原理与具体相互类比、各自评述、彼此关联。本模块的主要内容是：(1)隧道窑；(2)辊道窑；(3)这两种窑炉的操作原理、自动测控与安全保护；(4)燃气燃烧器简介；(5)所用耐火材料简介；(6)其他类型隧道窑简介。教学要求是：本模块的教学要求是要讲清楚"隧道窑"与"辊道窑"这两种普通陶瓷生产的核心热工设备。也就是说，这些热工设备的由来、优点、流程、组成以及基本原理、设备结构、操作要点、耐火衬料等方面的知识要在讲课过程中讲清楚。让同学们能够彻底地弄懂弄通上述热工设备的原理、结构以及操作等方面的知识，从而针对这两种热工设备对于普通陶瓷产品的重要性有一个全新的认识。重点难点：本模块的重点在于隧道窑内基本结构与辊道窑内基本结构。本模块的难点在于隧道窑内产生冷热气体分层的原因及其防治措施；辊道窑能够快速烧成的原因探究与辊道窑节能减排的原因探究。教学设计：本课程中所说的隧道窑室是指窑车式隧道窑，而辊道窑则是一种典型的无窑车式隧道窑。基于这样的联系，我们课程团队将本模块的教学内容设计为按照以下的思路来进行讲解：对于隧道窑，重点讲解古代陶瓷窑是怎样逐渐演化为现代陶瓷隧道窑，隧道窑各部分结构的作用所在。对于辊道窑，由于它是一种典型的无窑车式隧道窑，所以，它与辊道窑之间有一种”平行"的关系，因此，将利用一种"平行类比"的方法来将辊道要的工作原理与具体结构讲解清楚。这种寻求平行教学法的教学思路设计既有利于任课教师的讲课，又能够使同学们理解，从而有利于同学们全面完整地学习与理解本章中的有关内容。评价考核：本章教学效果的评价考核主要是考察同学们对于"隧道窑”与”辊道窑”这两个普通陶瓷产品生产过程中所用的核心热工设备重要性是否有充分的认识?对于这两种窑炉内有关结构的设置目的与工作原理有没有正确的认识?对于有关的新技术是否能够科学地认识?对于这两种窑炉的操作要点、测控原理与安全保护与耐火衬料的选用原则有没有着重去学习与掌握?教材内容：本课程所选用的教材是由武汉理工大学出版社出版的《无机非金属材料热工设备(第5版)》这本国家级规划教材。本章具体讲课的内容就体现在该教材的4章之中，具体来说是其第.41知识点注释：隧道窑一隧道窑是窑车式隧道窑的简称，它是一种连续式窑。虽然在19世纪50年代索道窑就已经在其欧洲其他工业中得到应用，但是直到1887年法国人Faugeron才成功地将隧道窑应用于烧制陶瓷制品。顾名思义，隧道窑就是一个长长的、由耐火材料与保温材料以及建筑材料砌筑而成的隧道。在隧道内装有窑车等运载工具，窑车上装载着待烧的坯体与必要的窑具(它们统称为：坯件)。坯件随窑车从隧道窑的一端(窑头)进入隧道窑，在窑内完成烧制过程以后，再从隧道窑的另一端(窑尾)随窑车出窑，而后卸下烧制好的制品，卸空后的窑车继续装载着新的坯件并返回窑头入窑煅烧。辊道窑—20世纪上半叶问世的辊道窑作为快速烧成、高效节能、自动化程度高和环保程度高的陶瓷烧成设备，在陶瓷工业中显示出巨大的优势。与隧道窑相比，辊道窑最突出的特点是：采用由许多平行排列的、转动的辊子组成的辊道来代替窑车作为烧制坯件的运载工具，坯件可以直接方在辊道上(例如，面砖类),也可以放在垫板上(例如，小型陶瓷洁具、日用陶瓷类)。隧道窑中的窑车消耗了很多热量，窑具消耗的热量也较多。而在辊道窑中，这些热量损失就可以大大降低。另外，辊道窑的中空结构、无匣钵的裸烧方式也使其内的传热速率与传热效率大大增加，这既有利于实现快速烧成，有能够有效地降低烧成热耗。同时，辊道窑广泛地采用轻质保温耐火材料也进一步降低了热量损失。辊道窑的窑体横断面呈扁平状，这样可以最大程度地减弱预热带内热、冷气流的上、下分层，从而最大程度地保持断面气流温度的均匀性。而且，辊道窑属于中空窑，所以窑内的气流阻力小，故而窑内的正、负压强都不大，再加上辊道窑内没有像辊道窑那样需要用砂封装置来密封的严重漏风部位，因而漏风量大大减少，这也有利于窑内横断面上气流温度的均匀分布。这样，可以保证所焙烧陶瓷纸皮的质量及其稳定性，同时也为快速烧成创造了条件。由于易于控制，所以辊道窑的机械化和自动化程度很高。而且因为所使用的燃料绝大多数为清洁燃料，因此辊道窑的环境污染程度很低。辊道窑还具有以下的优点：占地面积小、结构简单、建造周期短。总之，现代化辊道窑的综合效益高，优质、高产、低消耗、低污染，其应用有利于社会的可持续发展。只是对于一些大件的陶瓷制品(例如，大件的卫生陶瓷制品),辊道窑快速烧成与节能减排的优势并不明显，而且还受到辊道窑断面高度低的限制，而还需要利用隧道窑来烧成。快速烧成一传统的陶瓷烧制周期为几天的时间。隧道窑的烧成周期为20小时左右。而辊道窑的烧成周期可以缩短到30分钟~1个小时，这就是所谓的快速烧成。辊道窑可以实现快速烧成，但是，不同陶瓷产品的快速烧成周期有所不同，其中烧成周期最短的是烧制面砖之类的薄件陶瓷制品。其他类型隧道窑一以上所述的隧道窑是指窑车式、明焰式、单通道的隧道窑，简称为：隧道窑。实际上，在陶瓷工业中，还存在着非窑车式隧道窑；多通道隧道窑；隔焰式隧道窑及半隔焰式隧道窑。具体的非窑车式隧道窑则包括：推板窑、辊底窑(即辊道窑)、输送带式窑、步进窑、气垫窑、梁式窑、旋转移动式隧道窑等。专家讲座：有待于本课程团队在以后的课程建设中邀请相关的专家进行相关的学术讲座。无机非金属材料热工设备(第5版).武汉：武当然，其他的文献资料也可以供同学们在学习本章有关内容时阅读参考，例如，如下所述的文献资料可以阅读参考：[1]陈凯.现代陶瓷工业技术装备.北京：中国建材工业出版社，[2]胡国林.建陶工业辊道窑.北京：中国轻工业出版社，1998[3]李家驹.陶瓷工艺学.北京：中国轻工业出版社，2001[4]宋尚.现代陶瓷窑炉.武汉：武汉工业大学出版社，1991[5]张长海.陶瓷工业热工设备及热工测量.武汉：武汉大学出版社，1988杂志》等一些陶瓷工业领域内期刊杂志中的相关论文也可以作为本章的文献资料。模块5与科研实验、科研试验、节能减排有关的一些热工设备课程模块5是本课程中科技含量最高的一章，本模块重点简介与科研实验、科研试验、节能减排有关的一些热工设备。所以说，本模块的讲课内容与同学将来从事的无机非金属材料领域内的科研活动、研发活动等密切相关。所以本模块的教学纲领是：高新技术、分类讲解、逐层深入、相互关联、逻辑有序。本模块的主要内容是：(1)梭式窑。(2)电热窑炉与一些高科技的材料热制备技术。(3)余热锅炉。教学要求是：本模块的教学要求是要讲清楚"梭式窑"、"电热窑炉与一些高科技的材料热制备技术"、"余热锅炉"等本模块的主要内容。也就是说，要将梭式窑、电热窑炉与高科技热制备技术在无机非金属材料的科技研发、高档产品生产与科研实验中的作用讲清楚；将”余热锅炉"在无机非金属材料工业节能减排中的作用讲清楚。从而让同学们认识到本章的内容对于科研开发、对于工业领域的节能减排具有极其重要的意义，进而重视本模块的内容。当然，由于课时所限，本模块的内容为略讲、简介，但是这不能减弱同学们对于本模块内容重要性的认识，同学们可以自学其内容，这是一个不断学习、继续学习、终身学习重点难点：本模块的重点在于让同学们认识本模块的内容所具有的高科技含量，对于本模块内容的学习将为自己以后的工作、以后的事业发展具有十分重要的意义。本模块的难点在于怎样让同学们通过书本来理解具体热工设备的工作原理、结构用途与实际应用等问题。教学设计：我们课程团队将本章的教学内容设计为按照以下的思路来进行简介：从梭式窑(新产品中试或生产所需的热工设备)→电热窑炉与一些高科技的材料热制备技术(主要用于材料制备实验)→余热锅炉(用于节能减排的热工设备),当然，这其中的有些内容会有所融合、有所贯通。这种教学思路的设计既沿用了教材内容的排序，又能够使同学们知道各自的关注点所在，从而将来能够有目标地来不断学习本章中相关内容。评价考核：本模块教学效果的评价考核主要是考察同学们对于梭式窑、电热窑炉与一些高科技的材料热制备技术、余热锅炉各自的用途弄清楚了没有?对于其中的一些技术要点有没有的一些个人见解?自己对本章内容的学习有什么目标?教材内容：本课程所选用的教材是由武汉理工大学出版社出版的《无机非金属材料热工设备(第5版)》这本国家级规划教材。本模块具体讲课的内容就体现在该教材的第5章之中，具体来说是其第5.1节、第5.2节、第5.4节。一梭式窑(也称：抽屉窑、往复窑、台车式窑、活底式窑)是从传统的倒焰窑演变而来。它属于"间歇式"或"半连续式"的窑型。该窑型的窑门可以设置在窑体的一端，这时窑车在同一端进、出；也可以在窑体的两端都设置窑门，这时窑车可以分别从窑车的两端进、出，或者窑车从一端进、从另一端出。由此可见，在该窑型中，窑车的进、出往复运动类似于织布时的穿"梭子",故而得名：梭式窑。梭式窑对于所生产制品的适应性较强，可以适应不同尺寸、不同材质制品的烧成，所以它特别适合于小批量、多品种产品的生产，从而满足市场多样化的需求。当然，一些小批量、高附加值、高科技陶瓷产品的生产也多用梭式窑来烧成。梭式窑能够非常方便地改变其烧成曲线，因此它被科研单位广泛地用于新产品的小试、中试。另外，梭式窑也会出现在陶瓷艺术家的工作室之中，用它来烧制所创作的陶瓷艺术品。随着新型保温耐火砖与耐火纤维的出现，使得梭式窑的烧成热耗大为降低(甚至可以与隧道窑相媲美),于是高效节能型梭式窑就成为当今梭式窑的主流。电热窑炉—电热窑炉，顾名思义，就是指以电能为热源的小型窑炉。它被广泛地用于无机非金属材料的实验研究工作或小批量高附加值产品的生产过程。电热窑炉的优点在于：第一，热效率高、体积小；第二，能够精确控温，所以产品质量高；第三，很容易实现各种烧成气氛；第四，炉内温度较为均匀，不会产生局部高温区；第五，操作过程简便，工作环境清洁。电热窑炉的缺点是：在大部分地区，电能的价格相对燃料的价格还是很高的，这也在一定的程度上限制了电热窑炉的规模，所以电热窑炉多为小型窑型。电热窑炉的类型主要有：电阻炉(包括：电极炉)、电磁感应炉、电弧炉(包括：弧像炉)、电子束炉、红外加热炉。另外，尽管太阳炉不属于电热窑炉，但是却具有电热窑炉的一些功能。高科技的材料热制备技术一高科技的材料热制备技术必然会涉及到一些高科技的加热方法，主要包括：材料的"微波烧结"技术、材料的”激光烧结"技术、材料的"微波烧结"技术、材料的"热压烧结"技术、材料的"热等静压烧结"技术、材料的"反应烧结"技术(尤其是其中技术)、材料的"活化烧结"技术、材料的”活化热压烧结"技术、材料的"真空烧结"技术、材料的"气氛烧结"技术、材料的"爆炸烧结"技术等具体的材料热制备技术或方法。余热锅炉一余热锅炉是指利用工业中的余热来将常温的水加热为热水或水蒸气的热工设备。在无机非金属材料工业领域，余热锅炉是利用工业窑炉所排放的300℃~400℃中、低温废气作为热源将常温水加热为水蒸气。所产生的水蒸气传统上用于加热重油以及洗浴用水。现在，则能够将其用于发电，即所谓的"余热锅炉发电"技术，在这方面较为成功的实例是新型干法水泥回转窑系统的中、低温余热发电系统以及浮法玻璃厂的余热发电系统。专家讲座：有待于本课程团队在以后的课程建设中邀请相关的专家进行相关的学术讲座。学习手册：本次课的学习手册参见本网站【课程概要】>学习指南。文献资料：本模块的文献资料以教材为主：无机非金属材料热工设备(第5版).武汉：武当然，其他的文献资料也可以供同学们在学习本章有关内容时阅读参考，例如，如下所述的文献资料可以阅读参考：[1]曹茂盛，徐群，杨郦，王学东.材料合成与制备方法.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2001[2]该书编委会.电炉生产新工艺、新技术与节能环保设计及质量验收标准规范实务全书.北京：北方工业出版社，2006[3]郭茂先.工业电炉.北京：冶金工业出版社，2006[4]果世驹.粉末烧结理论.北京：冶金工业出版社，1998[5]铁征骑.新型陶瓷手册.南京：江苏科学技术出版社，1996[6]宋尚.代陶瓷窑炉.武汉：武汉工业大学出版社，1996[7]王振东.电热合金.北京：化学工业出版社，2006[8]殷声，赖和怡.自蔓延高温合成技术和材料.北京：冶金工业出版社，1995[9]袁润章.自蔓延高温合成技术研究进展.武汉：武汉工业大学出版社，1994[10]甄汉生.等离子体物理学.北京：清华大学出版社，1990[11]周建，傅文斌，袁润章.微波等离子体化学气相趁机金刚石膜.北京：中国建材工业出版社，2002另外，关于"材料科学、材料工程以及新材料、能源材料"的专业期刊杂志中的相关论文也可以作为本章的文献资料。模块6无机非金属材料行业内其他热工设备课程模块6是关于无机非金属材料行业内其他热工设备的简介，本模块重点简介一些专用热工设备。所以说，本章中所提到的一些热工设备尽管对于各自的行业非常重要，然而却是无机非金属材料领域浏览为主、拓展知识、以备将来。本模块的主要内容是：(1)烧制石灰、石膏、混凝土轻集料、烧胀陶粒、膨胀珍珠岩等材料的热工设备；(2)热养护混凝土制品的热工设备；(3)高温制备一些特殊玻璃制品、搪瓷、碳素材料、课程模块6概要：关于本模块的概要，如下所述：教学要求是：本模块的教学要求是只需要概要性地讲清楚"烧制石灰、石膏、混凝土轻集料、烧胀陶粒、膨胀珍珠岩等材料的热工设备"、"热养护混凝土制品的热工设备"、"高温制备一些特殊玻璃制品、搪瓷、碳素材料、磨料等材料的热工设备"等本模块的主要内容。这是由于课时所限，本模块的内容不可能进行细讲而只能够略讲、简介。然而，这不能忽视本模块内容重要性的理由，同学们在听讲任课老师简介的基础上，可以浏览器本模块中的相关内容，从而在头脑中有一个初步的印象。将来在工作中，如果从事相关的工作或者遇到相关的问题，可以自学其内容，这是一个不断学习、继续学习、终身学习的问题。重点难点：本模块的重点在于让同学们充分地认识无机非金属材料、无机非金属材料热工设备的外延非常广泛。尽管本模块的内容在无机非金属材料热工设备的范围内属于非主流设备。但是，其产品对于人类社会、对于国民经济的贡献那可是十分巨大的。本模块的难点就在于在极其有限的学时内怎样让同学们汲取这么的知识，所以任课老师及听课学生对此都此倍加努力。教学设计：我们课程团队将本模块的教学内容设计为按照以下的思路来进行讲课：先将本模块中设计到的热工设备作一个梳理，然后，再逐个地简单介绍这些热工设备。评价考核：本模块教学效果的评价考核主要是考察同学们对于梭式窑、电热窑炉与一些高科技的材料热制备技术、余热锅炉各自的用途弄清楚了没有?对于其中的一些技术要点有没有的一些个人见解?自己对本模块内容的学习有什么目标?教材内容：本课程所选用的教材是由武汉理工大学出版社出版的《无机非金属材料热工设备(第5版)》这本国家级规划教材。本模块具体讲课的内容就体现在该教材的第6章之中。知识点注释：石灰窑一石灰窑是烧制熟石灰(CaO)的热工设备。在现代工业社会，石灰不再仅仅是作为建筑材料与化工原料，也是作为排放烟气的脱硫剂(将烟气中的二氧化硫、三氧化硫变为石膏，被称为：脱硫石膏，英语简称：FGD),这对于环境保护来说十分重要。烧制石膏的热工设备一烧制石膏的热工设备就是指将生石(俗称：二水石膏，英语名称：Gypsum)矿石的其应用之一就是可以与水泥熟料及混合材共同粉磨为水泥。熟石膏(俗称：半水石膏，英语名称：Plaster或Hemihydrate)的水化活性很好，它有α型、β型这两种晶型。α型半水石膏的强度较高，因此被称为：高强石膏，但其生产成本较高。与之有所不同的是，β型半水石膏的强度尽管较低，但是因为其生产成本较高，所以获得广泛的应用。然而，如果煅烧温度过高则会将生石膏煅烧为几乎没有水化活性的Ⅲ型无水石膏(AnhydriteⅢ)。在当今社会中，不仅生石膏矿石需要煅烧，脱硫石膏、磷石膏(磷肥厂的副产品)也需要煅烧。煅烧石膏的热工设备包括：石膏炒锅、流态化石膏煅烧炉、石膏回转窑、回转带式石膏煅烧炉以及多管石膏煅烧炉等。轻集料烧结机一轻集料混凝土的耐热、耐火性能均优于普通混凝土，只是其弹性模量较低。轻集料烧结机的类型有两种“间歇式”与"连续式"。连续式轻集料烧结机又分为"环式"和"带式"。带式轻集料烧结机也分为"鼓风式"与"抽气式"。烧胀陶粒烧结机一对于黏土、页岩等原料的烧胀陶粒来说，其焙烧过程主要是在双回转窑内完成的。双回转窑主要是由预热回转窑、链接装置、烧胀回转窑组成。膨胀珍珠岩烧结机一膨胀珍珠岩的焙烧炉有"立式"与"卧式"之分。立式焙烧炉的优点是：结构简单、投资省，它又分为座地式和悬吊式。卧式焙烧炉的优势是产量大，它也分为：转动式(即回转窑)和不动式(即固定管式炉)。混凝土制品热养护设备一密实成型后的混凝土需要养护以确保其水泥水化与硬化而需要的外界条件(优势是湿度条件)。养护的方法主要有两大类：自然养护与快速养护。自然养护是指：现场浇筑的新拌混凝土在自然气候条件下采取覆盖保湿、浇水润湿、防风防干、保温防冻的养护措施。自然养护的混凝土制品，其质量较好。所以，建筑工程普遍采用新拌混凝土的自然养护。但是，有些紧急工程需要加速混凝土的硬化，这时，在能够保证混凝土质量的前提下，可以采用快速养护措施。热养护混凝土制品就混凝土快速养护工艺法的一种，其所用的热养护设备就被称为：混凝土制品热养护设备。它主要包括：蒸养立窑、水平隧道窑、折线型隧道窑。其中，折线型隧道窑的应用最为广泛。制备特殊玻璃制品用的热工设备一制造浮法平板玻璃与制造日用玻璃用的热工设备在本课程模块3中进行了详细的介绍。本章中所的特殊玻璃制品就是除了上述玻璃产品之外的其他特殊玻璃制品，具体包括：玻璃纤维、玻璃光纤、玻璃管、玻璃基板(超薄玻璃板)、光学玻璃、石英玻璃与高硅