江苏大学材料学院
日产8吨硼硅酸盐玻璃全电熔窑
窑炉设计说明书
材料工程课程设计
[全电熔窑炉硼硅酸盐玻璃窑炉]
目录---------------------------------------------------------------------------------------------1 前言---------------------------------------------------------------------------------------------2
1设计任务-------------------------------------------------------------------------------------3 2设计内容及原始数据说明----------------------------------------------------------------3 3成分计算-------------------------------------------------------------------------------------4
3.1根据玻璃的配方计算配合料的配方------------------------------------------ 4
3.2玻璃生成热的计算-----------------------------------------------------------------6
3.3配合料用量计算--------------------------------------------------------------------7
3.4生料熔化耗热量Q熔及所需功率P熔的计算-----------------------------------7
3.5窑体散热计算-----------------------------------------------------------------------10
3.6总热量P实----------------------------------------------------------------------------14
3.7电熔窑主要尺寸的计算和电热材料的计算-----------------------------------14 4电熔窑熔化池最佳深度的确定----------------------------------------------------------14 5电热平衡的二次计算和电极的选择----------------------------------------------------15 1）电极的选择--------------------------------------------------------------------------15 2）电极的布置--------------------------------------------------------------------------15 3）电极的水冷保护--------------------------------------------------------------------15 4）二次特性计算-----------------------------------------------------------------------16 6供电电源的确定----------------------------------------------------------------------------16 7变压器的设计选择-------------------------------------------------------------------------17 8结语-------------------------------------------------------------------------------------------17 9参考文献-------------------------------------------------------------------------------------18
玻璃电熔技术是利用玻璃在高温熔融状态时的良好导电特性，在玻璃熔体内插入电极，通过电极的焦耳效应在玻璃熔体内产生热能，从而达到熔化玻璃和连续加热的目的。这项技术的电热转换效率最高可达90%左右，而且熔制过程稳定，玻璃液理化指标优良，生产工艺容易控制，使得玻璃制品企业在追求产品高附加值的同时解决了产品质量和环境污染问题，并且可以获得非常理想的经济效益和社会效益。
玻璃电熔技术是目前国际上最先进的熔制工艺，是玻璃生产企业提高产品质量，降低能耗，从根本上消除环境污染的十分有效的途径。对于15t/d以下的小型玻璃熔窑来说，在电力充足和电价适中的地区，用电熔工艺生产各种玻璃制品的综合经济效益是很理想的；在电价较高的地区，对于生产彩色玻璃、乳浊玻璃、硅酸盐玻璃、铅玻璃、高挥发组分玻璃或特种玻璃也是合算的。
玻璃电熔与传统的火焰加热熔炉相比有很大的优势。由于利用玻璃液直接作为焦耳热效应的热导体，所以玻璃电熔化的热效率高于火焰熔融炉。日出料60吨以上的玻璃电熔窑的热效率大于80%。另外，电熔炉的炉型结构简单，占地面积小，控制平稳且易操作，并减少了原料中的某些昂贵的氧化物的飞散与挥发，降低噪音和改善环境污染，稳定熔化工作和提高产品质量等，这些都是燃料炉难以比拟的。
我国拥有丰富的水利资源，加上新建的核电站，为玻璃电熔技术的推广应用提高了能源基础。由于玻璃电熔窑具有较高的热效率（小
型窑为40%-50%，大窑可达75%-80%）；能生产优质玻璃；环境条件好、无噪音；窑内温度便于调节，容易实现全部自动化；电熔窑结构简单，冷修周期短；投资省、占地面积小等优点，因此玻璃电熔是今后的发展方向之一。
在设计了一座日产8吨高硼玻璃全电熔窑炉的前提下，本文将对窑炉的设计过程，设计参数，能量计算，电极布置等方面进行相应的计算说明。
1 设计任务
设计一座日产8吨高硼玻璃全电熔窑炉
2 设计内容及原始数据说明
在确定电熔窑主要尺寸之前，首先要知道所熔制的玻璃成分和熔化量，电熔窑的熔化率决定玻璃的种类、电熔窑的大小。
日产量8吨硼硅酸盐玻璃，熔化工作温度1650℃。
玻璃配方如下：
设配合料水分5%，配合料中熟料（碎玻璃）占20%；玻璃液在1650℃电阻率11(Ω·cm)；该窑炉以高纯钼棒作为电极，其规格为Φ50*1500，密度为10.1g／cm2；每支电极水冷套吸收的热损功率为2kw，窑型可取双室，供电方式可单相、两相或三相，电极布置可水平、垂直。
3 成分计算
根据以上玻璃成分引入原料：砂岩，硼砂，无水硼酸，化工Al(OH)3，CaCO 3。各原料所含配方成分（%）如下：
3.1 根据玻璃的配方计算配合料的配方：
设玻璃熔化温度为1650℃，配合料（不包含碎玻璃）水分5%。按玻璃的配方计算其配合料的组成，设原料均为干燥状态，计算时不考虑水分问题。 1） 砂岩的用量：
g 809.811004
.985
.80=? 2） 硼砂的含量：
由于硼砂中含B 2O 3和Na 2O ，而Na 2O 含量较少，所以根据Na 2O 计算硼砂的用量，由于Na 2O 挥发量一般为3.2%，并且砂岩中含少量Na 2O ，所以硼砂的量为：
kg 216.2745
.16809
.8121.0968.01005.4=?-÷?
硼砂中B 2O 3含量计算为：
kg 9.8553621.0216.27=?
3） 无水硼酸：
考虑到硼的挥发5%-10%取8%挥发量，所以应加入的无水硼酸为：
kg 841.3855.908
.016
.12=--
4） 引入Al 2O 3加入化工Al(OH)3的量的计算： 由于砂岩中含有Al 2O 3量为：
kg 622.00076.0809.81=?
所以引入Al(OH)3量为：
kg 261.210038
.65622
.01.2=?-
5） 引入CaCO 3量的计算：
kg 536.010000
.563
.0=? 所以，生产100kg 玻璃时原料的用量如下：
气体率为：
%54.13%100663
.115100
663.115=?-
玻璃产率为：
%46.86%54.31-1=
最后的配方如下：（质量百分比）
3.2 玻璃生成热的计算：
100 kg 湿粉料中形成氧化物的数量：
3.3 配合料用料计算：
配合料中生料（即粉料）占80%，熟料（即碎玻璃）占20%，熟料/生料=20/80=0.25，即1kg生料中加熟料0.25 kg,可得到：（100－13.54）÷100+0.25=1.1146 kg玻璃液因此熔化成1kg玻璃液需要生料量G生和熟料量G熟分别为：
G生=1÷1.1146=0.897kg
G熟=0.25÷1.1146=0.224 kg
熔化成1kg玻璃液需要配合料量：
G生＋G熟=0.897＋0.224=1.12 kg
在熔化1kg玻璃液中，有熟料形成的G熟占0.224 kg玻璃液，由生料形成的G生占（1－0.224）=0.776 kg玻璃液。
3.4 生料熔化耗热量Q熔及所需功率P熔的计算：
1）生成1kg玻璃液时生料的熔化热量Q1
熔化硅酸盐玻璃耗热∑?ΔHi
Gi以形成100 kg玻璃液计算（ΔHi，ΔHs值由下表计算）
ΔHi与ΔHs计算式以及在不同温度下数值
所以：CaO →CaO ·SiO 2 0.3×1416.355=424.906 kCal Al 2O 3→Al 2O 3·SiO 2 2.1×710.145=1491.305 kCal Na 2O→Na 2O·3SiO 2 4.5×2618.941=11785.235 kCal
∑?ΔHi Gi =424.906＋1491.305＋11785.235=13701.446 kCal
加热剩余SiO 2耗热∑?ΔHs Gi 以形成100kg 玻璃液计算，引入SiO 2数为：80.5/60=1.342kmol 生成硅酸盐用去SiO 2数：
引入CaO ： 0.3÷56 = 0.005357kmol 引入Na 2O ： 3×4.5÷62 = 0.21774kmol 引入Al 2O 3： 2.1÷102 = 0.02059kmol 剩余SiO 2数为：
1.342-0.005357-0.21774-0.02059=1.098kmol Gs ·ΔHs =1.098×60×498.44 =32837.227kCal 即生成1千克的玻璃液时生料熔化热量Q 1
∑?+?）（ΔHs G i ΔHi G i G =Q1生= 361.140 kCal/kg 玻璃液 2） 熟料加热熔融耗热量Q 2的计算：
1t 0146.0t =
C 平
++c
α真；
∑=i i G αα01.0
∑=i C G c i 01.0平
系数αi 与C 的值：
αt =0.01(80.5×0.000468＋2.1×0.000453＋0.3×0.000410＋4.5×0.000829＋12.6×0.000598)=0.0005001
C 平 =0.01（80.5×0.1657＋2.1×0.1765＋0.3×0.1709＋12.6×0.1935＋4.5×0.2229）=0.1720
1
t 0146.0t =
C 平
++c
α真
=（0.0005001×1650+0.1720）/（0.00146×1650+1） =0.2925 kCal/kg ·℃ ）
（真λ熔化熟t －t C G = Q2?? =0.224×0.2925×（1650－30）=106.142 kCal/kg 玻璃液 3） 配合料水分蒸发耗热量Q 3的计算：
水生G 595G = Q3?
= 595×0.897×0.05 =26.686kCal/kg 玻璃液
所以，形成1kg 玻璃液需耗热量Q 玻璃计算考虑到结晶水排除，多
晶转变，盐类分解生成复盐等耗热量，将Q 3加大3%。 Q 熔 = 1.03·q 1＋q 2＋q 3 = 1.03×361.140＋106.142＋26.686 = 504.802 kCal/kg 玻璃液。 则可得功率P 熔，即：
P 熔 = G ·Q 玻 = 8吨×504.802kCal/kg
=（8×1000/24）/3600kg/s ×504.802×4.186 kJ/ kg =195.7kW 玻璃液。 3.5 窑体散热计算：
窑体散热有两种计算方法，当已知窑体内外表面温度时，每小时通过多层屏蔽的热量按下式计算：
∑-+
-=
n
i i i t tw q 1
2
211,αλδ 式中：tw,1 — 窑墙内墙表面温度（℃）； t 2 — 周围空气的温度（℃）；
δi —各层转的厚度（m ），各层砖的导热系数（kCal/m ·h ·℃）; α2—窑墙外表面对空气的传热系数（kCal/m 2·h ）.当用人工鼓风时，窑墙外壁周围进行自然对流时，传热系数可按下式计算：
??
?
???+-+-+
-=4242224222)100273()100273,(,0.4,2.2t tw t tw t tw α 计算窑底时，系数改为1.4；计算窑顶时，系数改为2.8。 1） 窑墙P 1
1— 电熔锆英石砖；300 mm (1300×400×300)
2— 锆英砂捣打料；50 mm 3— 硅砖；230 mm (230×114×65) 4— 轻质粘土砖；113 mm
最接近窑池的熔融温度预计为1650℃，即t 1 = 1650℃。为了确定合适的导热系数λ，估计t 2 = 1400℃， t 3 = 1380℃，t 4 = 1150℃， t 5 = 130℃。(查《硅酸盐手册》根据温度系数确定导热系数)
(t1+t2)/2 = 1525℃ λ1 = 2.276 w/ m ·℃ (t2+t3)/2 = 1390℃ λ2 = 4.672w/m ·℃ (t3+t4)/2 = 1265℃ λ3 = 1.806w/m ·℃ (t4+t5)/2 = 640℃ λ4= 0.196w/m ·℃
窑墙外表面对空气的传热系数α2（kCal/m 2·h ），参考公式
??
?
???+-+-+
-=4242224222)100273()100273,(,0.4,2.2t tw t tw t tw α 即：??
????+-+-+-=444
2)10027330()100273150(301500.4301502.2α =15.144 kCal/m 2·h
即α2= 17.609w/m 2。
通过窑墙散失的热量，参考公式： ∑=+
-=n
i i i t tw 1
2
2111,q αλδ
21m w 65.1793609.171
196.0113.0806.123.0672.405.0276.23.030
1650q =+
+++-=
通过q 1检验各层耐火材料界面温度：
T1 = 1650℃
T2 = t1－q 1·δ1/λ1 = 1650－1793.65×0.3/2.276 = 1414℃ T3 = t2－q 1·δ2/λ2 = 1414－1793.65×0.05/4.672 = 1395℃ T4 = t3－q 1·δ3/λ3 = 1395－1793.65×0.23/1.806= 1167℃ T5 = t4－q 1·δ4/λ4 = 1167－1793.65×0.113/0.196 = 133℃ 界面温度与假设的界面温度基本符合，故假设成立，无需再进行假设计算，且界面温度均低于材料的最高使用温度，设计合理，予以采纳。
则lh nq =P 11
=1793.65×2.3×3.2×8 =105.61Kw 2） 窑底P 2
1—电熔锆英石砖；300mm (1300×400×300) 2—锆英砂捣打料；50mm 3—硅砖；230mm (230×114×65) 4—轻质粘土砖；113mm 通过窑底散失的热量，参考公式：
∑-+-=n
i i
i t tw q 1212
1,2αλδ 由于池底耐火材料与池壁相同，所以q 1 = q 2 = 1793.65 w/m 2 则s nq =P 11= 1793.65×5.3×2=19.01kw
3）窑炉上部结构热损失
碹顶：
1—电熔锆英石砖；300mm (1300×400×300)
2—锆英砂捣打料；50mm
3—轻质粘土砖；113mm
由于熔融玻璃表面在熔化过程中被配合料覆盖，碹顶应该是冷的，但一定要考虑到当表面上某点被熔化后，碹顶被加热。但当熔化中断后，液面暴露出来，因而碹顶被加热，在计算热损失时没有必要将此计算在内，我们只假设有一部分暴露的表露的表面，只有一部分碹顶被加热。当正常操作过程，配合料以上和碹顶之间的温度不会超过700℃。上部结构的胸墙熔化池液面以上的胸墙，其耐火材料的组成与碹顶相同，因此其墙内表面温度与假设液相同，故每平方米的散热损失也相同的。
4）冷却水带走的热量P3
冷却水进口温度为42℃，出口的温度为56℃，流量为
2×10-3m3/min，一个电极套吸收的热量为P3。
P3 =4.2×2×8×（56-42）=940.8 kJ/min
=15.6 Kw。
由以上计算可得热量的损失为：
P= P1+P2+P3
= 105.6+19.0+15.6= 140.22Kw
由于未计算冷顶损失和辐射损失，所以对计算结果须进行修正P损= K·P
由于考虑到计算误差较大，所以取K = 1.8，即：
P损= 1.8×140.22= 252.40Kw
3.6 总热量P实
输入功率P总 = P熔+P损= 195.66+252.40 = 448.06 Kw
由于以上计算难免有一些误差或遗漏的地方，故对功率进一步扩大所以：P实 = 1.2·P总 = 537.67Kw
3.7 电熔窑主要尺寸的计算和电热材料的计算
熔化面积：
由于配合料熔化过程仍在窑池表面进行。因此，熔窑的熔化面积仍可用下列公式计算：
F熔 = G/K
式中：G是熔窑生产能力，t/d ；
K是熔化率，kg/(m2·d)；
取K = 1.5 kg/(m2·d)
F熔 = 8/1.5= 5.3m2
所以我们取正方形熔化池的边长为2.3m。
4 电熔窑熔化池最佳深度的确定
熔化池玻璃液深度与对角线比大约取1:1，或玻璃液深度略大于对角线长度。我们取电熔窑的玻璃液深度为h= 3m；配合料深度为200mm。
5 电热平衡二次计算和电极的选择
1）电极的选择
⑴该窑炉使用纯钼棒作为电极，采用插入8根垂直电极，呈正方形分布，其规格为Φ50×1500mm。
⑵电极电流密度
j = 0.309A/cm2
⑶电极的使用中，根据电流和电压的变化，随时对电流进行调整。实际使用中，电流是恒值，根据电压的变化来调整电极尺寸。在调整时原则上是每月向窑内推进50mm。
2）电极的布置
电极布置有四个基本形式：水平棒状电极、垂直棒状电极、板状电极和塞状电极。
根据本设计的能耗分配即窑型选择把电极布置成垂直棒状形式。
垂直电极电流密度均匀，适于垂直熔化、均化和澄清。垂直电极虽然更换困难，而且有穿透漏料的危险，但如果安装完善，基本在整个使用期间不用更换电极，而且电极的损蚀要比水平电极小得多。
3) 电极的水冷保护
⑴该设计采用密封式水套，经过二十个月的运行实验，证明设计的电极水套是成功的、运行可靠，操作方便的。每只水套的吸收热量为2kw/h。
⑵在水冷系统中，为了节约用水，采用循环水冷系统。每只电极用水量为2L/min。
4） 二次特性计算
电熔窑是利用玻璃的高温导电，电流通过玻璃的自身发热，在单位时间内，窑内所产生的热效应，所以可得：
P 总 = I 2·R
式中：I 是电流强度；R 是玻璃电阻 正方形电极其电阻为：
Ω=?==148.05
140
2ln 30011d 2ln h D R ρ
R 是玻璃液电阻，Ω h 是玻璃液的深度，cm d 是电极间的距离，cm D 是电极直径，cm
ρ是玻璃液的电阻率，1650℃时ρ= 11Ω·cm
电极插入深度取1000mm. 因此：电压 V = V PR 1411000148.0537.6714
1
=???=
电极间电流 I = A R P 1906148
.01000671.537=?= 6 供电电源的确定
单向系统多用于正方形或长方形、低容量的电熔窑上，即日产量不超过30吨，功率可达1500kw 。电极间的距离可根据需要来调节，以达到均匀且较小的电流密度，为整个窑池内创造均匀熔化和澄清的良好条件。本设计为小型电熔窑炉，故采用单相系统即可合适。
7 供电变压器的设计选择
正方形功率调节可用一台初级三相调压器或其他的三相调节装置来完成。由于具有对称性和均匀性之故，所以控制系统也简单，操作时只需要掌握一个相的电流、电压即可。
变压器容量为100-200KVA，初级电压为380V，次级电压为
140-100V。
8 结语
玻璃在低温下几乎是绝缘的，但在高温下熔融的玻璃是一种良好的导体。玻璃电熔就是将电流通过电极引入玻璃液中，玻璃液直接通电加热，通电后两电极间的玻璃液在交流电的作用产生焦耳热，从而达到熔化和调温的目的。
本课程设计的任务是设计小型玻璃电熔窑。在设计过程中，本人认真阅读了有关书籍和参考资料，首先确定了需要设计项目的结构，随后搜集了必要的原始数据，并进行了详细的计算和审核，并进行了认真的校订工作，为此，可以说是殚精竭虑，常常为了一个数据，或是一个尺寸的确定而查一天资料，辛苦从来不会白费的。最后完成此设计说明书，我为此而深感自豪。
通过本课程设计加深了自己对自己所学的主干专业课《热工工程》的全面理解，了解掌握了无机材料工业的重要设备---窑炉的工作原理、设计与计算的方法和步骤，提高了分析问题和解决问题的能力；同时也因为此设计，自己自学并熟练掌握了CAD的使用。很感谢这样一次机会，既锻炼了自己，又掌握了知识。
9 参考文献
（1）陈金方《玻璃的电熔化与电加热》华东理工大学出版社 2002年（2）孙晋涛《硅酸盐工业热工基础》武汉工业大学出版社 1991年（3）孙承绪《玻璃工业热工设备》武汉工业大学出版社 1996年（4）孙承绪《玻璃窑炉设计与计算》中国建筑工业出版社 1983年（5）刘振群《陶瓷工业热工设备》武汉工业大学出版社 1989年（6）《玻璃工业热工设备》江苏大学编 2006年（7）《日产6吨高硼硅酸盐玻璃的全电熔窑炉的设计》江苏大学学士学论文2004年
窑炉及设计（玻璃）课程设计说明书 题目：年产1.2万吨玻璃酒瓶燃油马蹄焰池窑的设计 学生姓名： 学号： 院（系）：材料科学与工程学院 专业：无机非金属材料工程 指导教师： 2012 年 6 月 17 日
陕西科技大学 窑炉及设计（玻璃）课程设计任务书 材料科学与工程学院无机非金属材料工程专业班级学生： 题目：年产1.2万吨玻璃酒瓶燃油马蹄焰池窑的设计 课程设计从2012 年 6 月 4 日起到2012 年 6 月17 日 1、课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）： (1) 原始数据: a.产品规格：青白酒瓶容量500mL, 重量400g/只 b.行列机年工作时间及机时利用率：313 天，95% c.机速：QD6行列机青白酒瓶38只/分钟 d.产品合格率：90% e.玻璃熔化温度1430℃ f.玻璃形成过程耗热量q玻=2350kJ/kg玻璃液 g.重油组成（质量分数%），见表1。 表1 重油组成 (2) 设计计算说明书组成（电子纸质版） 参考目录如下 1.绪论 1.1设计依据 1.2简述玻璃窑炉的发展历史及今后的发展动向
1.3对所选窑炉类型的论证 1.4有关工艺问题的论证 2.设计计算内容 2.1日出料量的计算 2.2熔化率的选取 2.3熔窑基本结构尺寸的确定 2.4燃料燃烧计算 2.5燃料消耗量的计算 2.6小炉结构的确定与计算 2.7蓄热室的设计 2.8窑体主要部位所用材料的选择和厚度的确定 3.主要技术经济指标 4.对本人设计的评述 参考文献 设计说明书格式见《陕西科技大学课程设计说明书撰写格式暂行规范》。（3）图纸要求采用绘图纸铅笔绘制，图纸断面见参考图。图幅大小见表3。各断端面绘图比例必须一致。 表3 图纸要求 2、对课程设计成果的要求〔包括图表、实物等硬件要求〕： 设计计算说明书一套，窑炉图纸两张。
国外玻璃窑炉设计现状 １引言 玻璃窑炉设计实际上是综合考虑客户对玻璃窑炉投资，窑炉寿命和运行与维护成本的需求；对玻璃窑炉技术选择，节能和排放问题的设想；以及环境保护，卫生安全等相关法律规定。然后，按照一定的步骤程序提交完整的设计方案，确保窑炉所有重要的性能指标的过程。 由于全球经济相互融合，外国耐火材料企业集团不断以合资、独资、控股等方式进入中国市场，中国耐火材料企业也要走出去。即使在国内，企业最终面临的竞争对手也必然是外国企业。我国虽于2006年9月取消了包括耐火材料等产品的出口退税政策，但是参与国际竞争对激励耐火材料企业提高工艺技术和生产效率，提高耐火原料资源的利用率，强化社会节约意识，控制资源消耗等均起到积极推动作用。如果企业在未知国际化市场资源的情况下，贸然参与竞争是危险的。为此，从合同管理、工程设计和计算机仿真设计三个方面，介绍国外玻璃窑炉设计现状，有助于国内企业开拓窑炉耐火材料出口渠道，稳步进入国际市场。 ２玻璃窑炉设计合同管理 国外玻璃窑炉设计代表性的合同管理程序流程如图1所示，它表示出窑炉设计者必须处理的典型问题。 该管理流程有利于客户在招投标过程及合同签署前。获得所有供决策的信息，特别是涉及投标预算编制中有关设备、建筑材料和工程成本的详尽计算数值，尽管这类信息的收集要牵涉到合同签署后的一些程序。
合同管理要求工程文件清晰规范，所有文件诸如图纸、会议记录和概算必须归档便于查询。设计公司利用数据管理系统，集中存储一个工程的所有信息，通过内部电子通讯系统(局域网)等数据共享的管理方式，让专业人员随时查找工程设计数据、工程进度、专业衔接与改进方案，保证工程进展顺畅，避免差错的产生。 ３玻璃窑炉的工程设计 玻璃窑炉工程技术因素如窑炉熔化率、能耗及其窑龄，财务因素如投资成本、风险和清偿期限，以及燃料污染程度与燃烧技术的选择等生态环保因素，它们相互关联、互为因果。窑炉工程设计因而需经历一个反复比较、筛选的过程。在国外，该工程设计的许多部分仍建立在经验的基础上。但是，数学模型和测试手段的发展对玻璃窑炉工程设计中工艺参数的检验作用正在增强。表１所列是国外玻璃窑炉设计中应用的有关方法。 客户生产需求理论设计与实验方法 玻璃质量经验，数模仿真，颗粒示踪，气泡示踪排放经验，数模仿真，实验 节能热平衡计算 窑龄经验，试验室试验，无损探伤成本比较经济核算每个玻璃窑炉的熔化系统设计和技术选择取决于客户对玻璃生产数量和质量的需要。通常，在该设计阶段开始利用数学模型进行检验。有关窑炉实际运行性能的详尽知识的积累是数模合理设定的关键，数学模型的精度通过对颗粒示踪方法在模型和实际窑池中结果的比较加以验证。 滞留时间是颗粒示踪方法结果之一，该参数具常规可靠性，能用于预先评估所能获得的玻璃质量。数学模型近年来己发展至预测玻璃中气泡的变化过程。需要指出的是数学模型不能用于设计改变很小的窑炉，玻璃窑炉运行中几个不确定变量的影响足以左右数模的计算精度。数模计算即趋势分析，利用数学模型可以研究确定玻璃窑炉设计显著改善所产生的重大变化。图２所示为数学模型仿真中典型的颗粒示踪路径，其滞留时间较短。 预测玻璃窑炉排放级别的数学模型仍在开发之中，这类数学模型将来对窑炉设计的支持作用会不断增
摘要介绍了260～300td一窑四线平拉玻璃熔窑的设计情况，包括：熔化部设计，分支通路的布置原则，分支通路长度尺寸的设计，全窑池底结构形式和不同池深的窑底结构处理。 关键词平拉玻璃熔窑设计 天津玻璃厂是我国采用平拉工艺(格法)生产平板玻璃的重点骨干企业。该厂于1986年全套引进了比利时格拉威伯尔公司(Glaverbe1)的平拉玻璃生产技术及主要设备。建设初期为一窑二线，并留有可热接第三线的接口。后来在不停产的情况下，成功地热接了第三线，建成了国内第一条一窑三线的平拉玻璃生产线。长期稳定地生产2 mm厚优质薄玻璃，工厂取得了良好的经济效益，同时为国内多家平拉玻璃企业提供了技术支持。 随着天津市城市建设的发展和环境保护的要求，该生产线所在的地理位置已被规划为商住区，玻璃厂需要搬迁到新址。由于原一窑三线已经完成了两个窑期近17年的运行，拆后可利用的设施已不多，以及要扩大生产能力的考虑，工厂决定新建一条一窑四线平拉玻璃生产线。设计熔化能力260～300t／d，燃料为重油，窑龄8年，玻璃原板宽 度4000 mm，耐火材料立足于全部国产，现将有关设计情况介绍如下： 1 熔化部设计 在80年代引进的一窑三线平拉玻璃熔窑，从窑型尺寸到各部位细部结构看，该熔窑的熔化部在现在看来仍是一座200 t／d级的技术比较先进的熔窑。本次工厂搬迁需要新建同样技术先进的一窑四线，熔化能力为260～300 t／d的熔窑，并要积极采用近年来的各项熔窑新技术。 本设计确定一窑四线平拉玻璃熔窑的熔化部，采用近年来在国内浮法玻璃熔窑上广泛采用的熔化部结构形式，并以某建成投产多年的300 t／d浮法线熔窑做为参照，进行熔化部设计。 1．1 熔化部主要尺寸的确定 按照熔化部的池宽尺寸计算公式： B=9000+ (P-300) ×7 求得该熔窑(按P=300 t／d)的熔化部池宽为：B=9 000 mm。 对于浮法玻璃熔窑来说，熔化部和熔化区的长宽比分别为：K1=3～3.3；K2=1.8～2.0。对于平拉玻璃熔窑来说，为了保证长通路末端玻璃液的成形温度，这两个比值要取得小一些，初步设定熔化部的长宽比为：K1=2.9；熔化区的长宽比为：K2=1．85。计算出熔化部和熔化区池长的初步尺寸： 熔化部池长：L=9 000×2．9=26100 mm， 熔化区池长：Ll=9 000×1．85=16650 mm。
[精品文档]玻璃窑炉设计技术之单元窑玻璃窑炉设计技术之单元窑 第一章单元窑 用来制造E玻璃和生产玻璃纤维的窑炉～通常采用一种称为单元窑的窑型。它是一种窑池狭长～用横穿炉膛的火焰燃烧和使用金属换热器预热助燃空气的窑炉。通过设在两侧胸墙的多对燃烧器～使燃烧火焰与玻璃生产流正交～而燃烧产物改变方向后与玻璃流逆向运动。因此在单元窑内的玻璃熔化、澄清行程长～比其它窑型在窑内停留时间长～适合熔制难熔和质量要求高的玻璃。单元窑采用复合式燃烧器～该燃烧器将雾化燃料与预热空气同时从燃烧器喷出～经烧嘴砖进入窑炉内燃烧。雾化燃料处在燃烧器中心～助燃空气从四周包围雾化燃料～能达到较好的混合。所以与采用蓄热室小炉的窑型相比～燃料在燃烧过程中更容易获得助燃空气。当空气过剩系数为1.05时能完全燃烧～通过调节燃料与助燃空气接触位臵即可方便地控制火焰长度。由于使用多对燃烧器～分别调节各自的助燃风和燃料量～则可以使全窑内纵向温度分布和炉内气氛满足玻璃熔化与澄清的要求～这也是马蹄焰窑所无法达到的。单元窑运行中没有换火操作～窑内温度、气氛及窑压的分布始终能保持稳定～这对熔制高质量玻璃有利。现代单元窑都配臵有池底鼓泡～窑温、窑压、液面及燃烧气氛实行自动控制等系统～保证了难熔的E玻璃在较高熔化率下能获取用于直接拉制玻璃纤维的优质玻璃液。所以迄今在国际上单元窑始终是E玻璃池窑拉丝的首选窑型。 单元窑与其它窑型相比的不足之处是能耗相对较高。这是因为单元窑的长宽比较大～窑炉外围散热面积也大～散热损失相对较高。采用金属换热器预热助燃空气的优点是不用换火～缺点是空气预热温度～受金属材料抗氧化、抗高温蠕变性能的
制约～一般设计金属换热器的出口空气温度为650，850?。大多数单元窑热效率在15%以内～但如能对换热器后的废气余热再予利用～其热效率还可进一步提高。 配合料在单元窑的一端投入～投料口设在侧墙的一边或两边～也有设在端墙上的。熔化好的玻璃从另一端穿过沉式流液洞流至称为通路的拉丝作业部。 第一节单元窑的结构设计 一、单元窑熔化面积的确定 单元窑熔化面积可用公式 F= G/g 2表示。式中 F—熔化面积～M, 2 g—熔化率～,t/M〃d,。 熔化率反映单元窑的设计和生产管理水平～包括原料成分、水分、质量的控制和窑炉运行的控制水平等～同时还与纤维直径有关。一般拉制纺织纱的单元22窑～g取 0.8，1.0 t/M〃d～拉制粗直径纱时可取略大一些1.5 t/M〃d。早期的技术资料表明当年的单元窑平均日产玻璃的熔化面积～可见现在已有较大进步。 二、熔池长、宽、深的确定 ,1,池长L和池宽B是根据熔化面积和熔池长宽比,L/B,来决定的。即: F B=————平方米 L/B L/B越大～投入窑炉的玻璃原料从熔化到完成澄清～其间的玻璃“行程”越长～也越有利于熔化和澄清。早期设计的单元窑熔他是很长的～日产量在8—50t/d ～,L/B,5，4。随着单元窑配合料微粉化及熔制工艺和鼓泡技术的发展与成熟～以及窑体耐火材料的质量提高和采用保温技术等措施～使熔池长宽比在3左右～也同
机械设计制造及其自动化专业本科培养方 案 一、专业简介 本专业依托中南大学“机械工程”国家一级重点学科与“高性能复杂制造”国家重点实验室,2001年被确定为湖南省重点专业,并在湖南省“十五”重点学科建设验收中被评为优秀,2009年被评为国家特色专业。本专业下设“机械电子工程”、“机械制造及其自动化”、“机械设计”、“现代装备设计与控制”、“模具设计与制造”、“材料成型及控制”6个专业方向,具有博士、硕士学位授予权与博士后流动站,拥有以中国工程院院士、973首席科学家、长江学者为代表的强大的师资队伍,与以山河智能为代表的一批学科性公司,在复杂装备与极端制造领域拥有学科特色与行业优势。 二、培养目标 贯彻“宽口径、厚基础、强实践、重创新”的培养方针,以社会需求为导向,以实际工程为背景,以工程技术为主线,结合机电工程学院在复杂装备与极端制造工程学科上的优势与特色,着力培养具有良好的思想品质与职业道德,掌握坚实的基础理论、系统的专业知识及丰富的生产实践,了解本学科前沿发展动态与方向,并具备较强的工程实践能力、自我获取知识能力、创新思维及设计能力、组织管理能力、团队协作能力与国际视野的机械工程领域高素质人才。 本专业毕业的学生,主要在现代制造及相关领域内从事机电产品设计与制造、机电系统研究与开发、设备运行与维护、生产技术管理、企业市场运营等工作,也可在高等院校、科研院所从事相关教学与科研工作。 三、培养要求 按本方案培养的学生应具备的知识、能力与素质为: 1.德、智、体、美全面发展,具有良好的沟通能力、协调组织能力与较强的团队合作精神。 2.具有较扎实的自然科学基础,较好的人文、艺术、社会科学基础与良好的心理素质。 3.较系统地掌握本专业领域的技术理论基础知识,主要包括力学、机械学、电工与电子技术、计算机应用、机械设计理论与制造学、自动控制理论与技术、市场经济及企业管理等基础知识。 4.具有本专业必须的设计、制造、运行及管理等方面的综合能力。 5.具有本专业领域某个专业方向必须的专业知识,并了解其科学前沿与发展趋势。 6.具有初步的科学研究、科技开发及组织管理能力。 7.具有较强的创新意识与获取新知识的能力。 8.能熟练使用一门外语。
第二章结构设计 2.1熔化部设计 2.1.1熔化率K值确定 瓶罐玻璃池窑设计K值在2.2—2.6t/m2.d为宜。熔化率取的过小，窑炉不节能，取得过大，熔化操作困难，或是达不到设计容量，本次取2.5t/（m2·d）。理由如下：目前国外燃油瓶罐玻璃窑炉熔化率均在2.2以上，而我国却在2.0左右，偏低的原因： （1）整个池窑缺少有助于强化熔融的配套设计。 （2）操作管理，设备，材料等使得窑后期生产条件恶化。 由于这些影响熔化能力的因素，现在瓶罐玻璃K值偏小。在全面改进窑炉结构和有关附属设备后，根据国内耐火材料配套情况和玻璃原料量与制备情况。采取了K=2.5 t/（m2·d）。 2.1.2熔化池设计 （1）确定来了熔化率K值：熔化部面积 100/2.5=40m2。 （2）熔化池的长、宽、深：L×B×H=8000mm×5000mm×1200mm 本设计取长宽比值为1.6。 长宽比确定后，在具体确定窑池长度时，要保证玻璃液充分熔化和澄清，并考虑到砖窑材料的质量以及燃烧火焰的情况，一般要求火焰转向点在窑长的2/3处。窑长应≥4m 。 在确定窑池宽度时，应考虑到火焰的扩展范围，此范围取决于小炉宽度、中墙宽度（两个小炉的间距，小炉的间距，既要便于热修，又不要降低火焰的覆盖面积，一般小炉之间的通道宽度取0.9~1.2 m ）。窑池宽度约为2~7m。 长宽选定后，当然具体尺寸还要按照池底排砖情况（最好是直缝排砖）作出适量调整，池底一般厚为200~300m。具体的池底排列会在后面设计的选材方面进行说明。这里先不做细讲。 综上，本次选用L=8m ，B=5m。 窑池深度一般根据经验确定。池深一般在900—1200mm为宜。池深不仅影响到玻璃
焦炉气，又称焦炉煤气。是指用几种烟煤配制成炼焦用煤，在炼焦炉中经过高温干馏后，在产出焦炭和焦油产品的同时所产生的一种可燃性气体，是炼焦工业的副产品。焦炉气是混合物，其产率和组成因炼焦用煤质量和焦化过程条件不同而有所差别，一般每吨干煤可生产焦炉气300~350m3（标准状态）。其主要成分为氢气（55%~60%）和甲烷（23%~27%），另外还含有少量的一氧化碳（5%~8%）、C2以上不饱和烃（2%~4%）、二氧化碳（%~3%)、氧气%~%))、氮气(3%~7%)。其中氢气、甲烷、一氧化碳、C2以上不饱和烃为可燃组分，二氧化碳、氮气、氧气为不可燃组分。 两炉用一个烟囱排烟，烟囱内径3600mm，一炉一昼夜燃烧煤气20000Nm3，煤气含硫（硫化氢）小于1000mg/Nm3，一昼夜烧玻璃原料75t，原材料由石英砂、长石、碳酸钠、硼砂等原料组成，原材料含水率6%，窑炉压力+，一条窑配备一个助燃风机，助燃风机功率为，风量1500～1800m3/h，全压为5000Pa，转速2900，烟道为砖圈，从地下接入烟囱，烟气入烟囱温度为400℃，压力为500Pa，烟囱高度40m。 以下为烟气量计算过程： －反应计算 煤气燃烧发生的主要化学发应： 2H2 + O2 = 2H2O CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O 2CO + O2 = 2CO2 2H2S + 3O2 = 2SO2＋2H2O H2O（液）＋热量= H2O（气）（原料中的水气化） 入口空气和煤气温度按20℃计算， 为便于计算，根据煤气成分含量对各组分进行计算： 氢气含量按57％计算（体积分数）； 甲烷含量按27％计算（体积分数）； 一氧化碳含量按8％计算（体积分数）； 二氧化碳为3％计算（体积分数） 氮气含量按5％计算（体积分数）；
---○---○--- ---○---○--- … ……… 评卷密封线 ……………… 密封线内不要答题，密封线外不准填写考生信息，违者考试成绩按0分处理 ……………… 评卷密封线 ………… 中南大学考试试卷 机械设计基础A 课程 时间100分钟 64学时，4学分，闭卷，总分100分，占总评成绩 70 % 一、判断题(本题10分，每小题1分) （ ）1.一对齿轮传动的相对瞬心位置是在连心线上； （ ）2. 曲柄为主动件的偏置曲柄滑块机构，当曲柄与滑块移动路线垂直时，传动角最小； （ ）3. 凸轮机构的推程压力角越大，机构的传力性能越好； （ ）4. 标准渐开线直齿外啮合齿轮的啮合线即是两基圆的内公切线，又是齿廓啮合接触点的公法线； （ ）5.斜齿圆柱齿轮传动的重合度随着齿轮螺旋角的增加而增大； （ ）6. 当被联接件之一很厚，联接需常拆卸时，常用螺钉联接； （ ）7. 带传动在工作时产生弹性滑动时，是由于带的速度太大引起，可以避免； （ ）8. 在一定转速下，要减轻链传动的运动不均匀性和动载荷，应减小链条节距及链轮齿数； （ ）9. 轴的结构设计时，要考虑轴上零件的定位和固定要求； （ ）10. 公称接触角为α=0的深沟球轴承，只能承受纯径向载荷； 二、选择题(本题20分，每小题2分) 1.以对心曲柄滑块机构的曲柄做机架时，得到的是 ； A.另一曲柄滑块机构 B.导杆机构 C.摇块机构 D.直动滑杆机构 2.减小滚子半径，滚子从动件盘形凸轮实际轮廓线外凸部分的曲率半径将 ； A.减小 B.增大 C.不受影响 3.一对斜齿圆柱齿轮传动，若将其螺旋角增大，其它条件不变，则中心距 ； A.减小 B.增大 C.不受影响
中南大学2012年全国硕士研究生入学考试 《机械设计》考试大纲 I．考试性质 机械设计考试是为中南大学招收机械类硕士研究生而设置的具有选拔性质的自命题入学考试科目，其目的是科学、公平、有效地测试学生掌握机械设计的基本知识、基本理论和基本设计计算方法的程度，以及灵活运用本学科的综合知识分析与解决常用机构、通用机械零部件和简单机械装置设计问题的能力。评价的标准是高等学校本科毕业生能达到的及格或及格以上水平，以保证被录取者具有一定的机械设计与分析素养，并有利于中南大学择优选拔机械类硕士研究生。 II．考查目标 机械设计考试涵盖机械设计和部分机械原理等高等学校机械设计基础理论课程。要求考生： 1、要求掌握的基本知识 掌握机械设计的基本知识：机构及机械零件的主要类型、性能、结构特点、应用、材料、标准等。 2、要求掌握的基本理论和方法 掌握机械设计的基本理论和方法：机构运动学的基本理论和机械设计的基本原则。 常用机构的组成原理，结构分析，运动分析，静力学分析等；机械零件的工作原理，简化的物理模型与数学模型，受力分析，应力分析，失效分析等。 常用机构的设计方法：运动设计，反转原理，主要尺寸参数确定原则。 机械零件工作能力计算准则：计算载荷，条件计算，强度计算{体积强度与表面强度，静强度与疲劳强度}摩擦、磨损与润滑，寿命以及热平衡稳定性等。 改善载荷和应力的分布不均匀性，提高零件疲劳强度，降低或增加摩擦，改善局部品质，提高零部件工艺性的途径和方法，以及预应力、变形协调原则等在设计中的应用。 3、要求掌握的基本技能 初步具有拟定机构结构、运动分析、力分析和设计机构的能力，零件设计计
算、结构设计和制图技能，实验技能，编制技术文件技能等。 III．考试形式和试卷结构 1．试卷满分及考试时间 本试卷满分为150分，考试时间为180分钟。 2．答题方式 答题方式为闭卷、笔试。 3．试卷内容结构 机械原理25% 机械设计75% IV．试卷题型结构 1．判断题15分（15小题，每小题1分） 2．选择题30分（15小题，每小题2分） 3．计算题60分（4小题，每小题15分） 5．分析题45分（3小题，每小题15分） V．考查内容 一、机械原理 1、机构的结构分析 机构的组成及机构运动简图；机构具有确定运动的条件；机构自由度的计算；计算平面机构自由度时应注意事项；平面机构的组成原理、结构分类及结构分析。 2、平面机构的运动分析 速度瞬心的概念，三心定理，瞬心的求法；用速度瞬心法作机构的速度分析。 3、平面机构的力分析和机械的效率及自锁 运动副中摩擦力的确定，考虑摩擦时简单机构的受力分析。机械效率的概念、表达式及求法；机械自锁的概念及机械自锁的条件判断。 4、平面连杆机构及其设计 连杆机构及其传动特点；平面四杆机构的类型和应用；平面四杆机构的基本知识；平面四杆机构的设计。 5、齿轮机构及其设计 齿轮机构的应用及分类；齿轮的齿廓曲线；渐开线齿廓的啮合特点；渐开线
玻璃马蹄焰池窑课程设 计说明书 集团文件发布号：（9816-UATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY-
玻璃窑炉及设计课程设计说明书题目：年产42200吨高白料酒瓶燃油 蓄热式马蹄焰池窑设计 学生姓名：\ 学号： 院（系）：材料科学与工程学院 专业：无机非金属材料工程 指导教师： 2013年6月20日 目录
1绪论 课程设计是培养学生运用《窑炉及设计（玻璃）》课程的理论和专业知识，解决实际问题，进一步提高设计、运算、使用专业资料等能力的重要教学环节。目的是使学生受到设计方法的初步训练，逐步树立正确的设计观点，增强设计能力、创新能力和综合能力，初步掌握窑炉及其它热工设备设计的基本知识和技能，并对所学窑炉热工理论知识进行验证和深化，为将来从事生产、设计、研究及教学等方面工作打下良好的基础。同时为毕业设计（论文）奠定良好的基础。 1.1设计依据： （1）设计题目：年产42200吨高白料酒瓶燃油马蹄焰玻璃池窑的设计 (2) 原始数据: 产品规格：高白酒瓶容量550mL, 重量450g/只 行列机年工作时间及机时利用率：325 天，95% 机速：QD8行列机高白酒瓶75只/分钟 QD6行列机高白酒瓶42只/分钟 产品合格率：90% 玻璃熔化温度1430℃ 玻璃形成过程耗热量q玻=2350kJ/kg玻璃液 重油组成（质量分数%），见表1 。 1.2简述玻璃窑炉的发展历史及今后的发展动向 玻璃生产专用热工设备统称为玻璃窑炉。 玻璃窑炉是玻璃行业生产的心脏，是能源消耗的主要设备。目前我国正在运行的窑炉以火焰炉为主，能耗水平较高（一般在300~500公斤标煤/吨成品左右，
目录 前言 (1) 第一章浮法玻璃工艺方案的选择与论证 (3) 1.1平板玻璃工艺方案 (3) 1.1.1有曹垂直引上法 (3) 1.1.2垂直引上法 (3) 1.1.3压延玻璃 (3) 1.1.4 水平拉制法 (3) 1.2浮法玻璃工艺及其产品的优点 (4) 1.3浮法玻璃生产工艺流成图见图1.1 (5) 图1.1 (5) 第二章设计说明 (6) 2.1设计依据 (6) 2.2工厂设计原则 (7) 第三章玻璃的化学成分及原料 (8) 3.1浮法玻璃化学成分设计的一般原则 (8) 3.2配料流程 (9) 3.3其它辅助原料 (10) 第四章配料计算 (12) 4.1于配料计算相关的参数 (12) 4.2浮法平板玻璃配料计算 (12) 4.2.1设计依据 (12) 4.2.2配料的工艺参数； (13) 4.2.3计算步骤； (13) 4.3平板玻璃形成过程的耗热量的计算 (15) 第五章熔窑工段主要设备 (20) 5.1浮法玻璃熔窑各部 (20) 5.2熔窑主要结构见表5.1 (21) 5.3熔窑主要尺寸 (21) 5.4熔窑部位的耐火材料的选择 (24) 5.4.1熔化部材料的选择见表5.3 (24) 5.4.2卡脖见表5.4 (25) 5.4.3冷却部表5.5 (25) 5.4.4蓄热室见表5.6 (25) 5.4.5小炉见表5.7 (26) 5.5玻璃熔窑用隔热材料及其效果见表5.8 (26) 第六章熔窑的设备选型 (28) 6.1倾斜式皮带输送机 (28) 6.2毯式投料机 (28)
6.3熔窑助燃风机 (28) 6.4池壁用冷却风机 (29) 6.5碹碴离心风机4-72NO.16C (29) 6.6L吊墙离心风机9-26NO11.2D (29) 6.7搅拌机 (29) 6.8燃油喷枪 (29) 6.9压缩空气罐C-3型 (29) 第七章玻璃的形成及锡槽 (30) 第八章玻璃的退火及成品的装箱 (32) 第九章除尘脱硫工艺 (33) 9.1除尘工艺 (33) 9.2烟气脱硫除尘 (33) 第十章技术经济评价 (34) 10.1厂区劳动定员见表10.1 (34) 10.2产品设计成本编制 (35) 参考文献 (38) 致谢 (39) 摘要 设计介绍了一套规模为900t/d浮法玻璃生产线的工艺流程，在设计过程中，原料方面，对工艺流程中的配料进行了计算；熔化工段方面，参照国内外的资料和经验，对窑的各部位的尺寸、热量平衡和设备选型进行了计算；分析了环境保护重要性及环保措施参考实习工厂资料，在运用相关工艺布局的基础下，绘制了料仓、熔窑、锡槽、成品库为主的厂区平面图，具体对熔窑的结构进行了全面的了解，绘制了熔窑的平面图和剖面图，还有卡脖结构图，整个设计参照目前浮法玻璃生产的主要设计思路，采用国内外先进技术，进行全自动化生产，反映了目前浮法生的较高水平。 关键词：浮法玻璃、熔窑工段、设备选型、工艺计算。
日产8吨的高硅硼玻璃的全电熔窑炉设计
1.前言 所谓全电容窑炉，通常是指配合料熔成导电介质后，玻璃液体本身成为电阻组件，实现玻璃的连续融化。但配合料（含有部分熟料）未熔成导电介质之前，即在烤窑阶段，仍需要气体或液体来加热。 玻璃电熔技术是目前国际上最先进的熔制工艺，是玻璃生产企业提高产品质量，降低能耗，从根本上消除环境污染的十分有效的途径。对于15t/d以下的小型玻璃熔窑来说，在电力充足和电价适中的地区，用电熔工艺生产各种玻璃制品的综合经济效益是很理想的；在电价高的地区，对于生产彩色玻璃、乳浊玻璃、硅酸盐玻璃、铅玻璃、高挥发组分玻璃或特种玻璃也是很合算的。 电熔窑炉产生的废气量少，防止空气污染；能降低挥发性配合料组分的挥发；降低因结石造成的产品损失；而且玻璃成分均匀，在整个窑炉期间可始终保持满负荷的出料量。另外它的建设投资少，占地面积小。玻璃质量好，效率高，但成本低。玻璃电熔窑炉也有耐火寿命短的缺陷，而且窑炉的用电成本和初期安装成本高。 玻璃电熔窑炉工作原理：玻璃在低温下几乎是绝缘的，但在高温下熔融的玻璃是一种良导体。玻璃电熔窑炉就是将电流引入玻璃液中，玻璃液直接通电加热，通电后两极间的玻璃液在交流电的作用下产生焦耳热，从而达到熔化和调温的目的。玻璃液之所以具有导电性，主要是因为电荷通过离子发生迁移。 导电性的难易是以电阻率ρ（Ω·cm）或其倒数σ（（Ω·cm）-1）来表示，ρ值越小，则电导本领越强。玻璃在室温下为绝缘体，它的电导率约为10-13~10-15（Ω·cm）-1。如果提高温度，玻璃的电导率会急剧增加，在熔融状态可达到0.1~1（Ω·cm）-1。电熔化能用来融化几乎所有品种的玻璃以及某些呈现高阻值的硅酸盐材料。各种玻璃的电导率随其成分不同可有很大差别，对同一种玻璃，电导率则是温度的函数。在网状结构中，含有其他改良剂离子时，能降低Na+离子的迁移和玻璃的电导率。例如，加入Ca2+，Ba2+，Pb2+离子会大大增加玻璃的电导率。 玻璃的电阻率强烈依赖于温度，这是因为网状结构空穴中的改良离子，在
机械设计 课程设计说明书（机械设计基础） 设计题目电动绞车传动装置的设计 学院专业班级：学号： 设计人： 指导老师： 完成日期： 中南大学
目录 一、设计任务书 (1) 二、机械传动装置的总体设计 (4) 1电机的选择 (4) 2传动装置的总传动比和分配各级传动比 (5) 3传动装置的运动学和动力学计算 (6) 三、传动装置主要零件的设计、润滑选择 (7) 1闭式齿轮传动 (7) 2开式齿轮传动 (9) 3开式齿轮传动 (11) 4轴的设计 (12) 5轴承的选择 (16) 6键的选择 (18) 7联轴器的选择 (19) 8附件选择 (19) 9润滑与密封 (21) 10箱体各部分的尺寸 (21) 四、设计总结 (23) 五、参考文献 (24)
设计计算及说明结果及依据 一、设计任务书 1 题目 电动绞车传动装置的设计 2 传动简图 3 原始数据： 表一原始数据 项目数据 运输带曳引力 F（KN）30 运输带速度 v(m/s) 0.25 滚筒直径 D（mm）350 4设计目的 （1）培养了我们理论联系实际的设计思想，训练了综合运用机 械设计课程和其他相关课程的基础理论并结合生产实际进 行分析和解决工程实际问题的能力，巩固、深化和扩展了 相关机械设计方面的知识； （2）通过对通用机械零件、常用机械传动或简单机械的设计， 使我们掌握了一般机械设计的程序和方法，树立正确的工 程设计思想，培养独立、全面、科学的工程设计能力和创 新能力； （3）另外培养了我们查阅和使用标准、规范、手册、图册及相 关技术资料的能力以及计算、绘图数据处理、计算机辅助
设计方面的能力。 5设计内容 （1） 传动装置的总体设计； （2） 传动装置主要零件的设计、润滑选择； （3） 减速器装配图的设计； （4） 零件工作图的设计； （5）设计计算说明书的编写。 二 机械传动装置的总体设计 1 电机的选择 1.1 电机类型的选择 选择Y 系列三相异步电动机。 1.2 额定功率的确定 电动机所需功率为 η w d P P = KW P w ：工作机构所需功率； η：从电动机到工作机的传动总效率； KW 5.71000 Fv P w == F ：工作机牵引力，30kN ； V ：工作机的线速度，0.25m/s ； η=η联×η3轴承×η闭式齿轮×η2开式齿轮 ×η滚筒 =0.992×0.993×0.97×0.952×0.98 =0.826 从课程设计书p7表2-4查得联轴器、轴承、齿轮、链和滚筒的效率值。则 KW 082.9826 .05 .7P d == 额定功率值d ed P P ≥。 w P =KW 5.7 课程设计 表2-4 KW 082.9P d =
机械设计学复习题 第一章绪论1-1“设计学”从古代到现代的三个发展阶段阶段1 直觉设计阶段阶段2：半经验半理论设计阶段阶段3：半理论半经验设计阶段1-2 机械是机器和机构的统称。1-3 “设计”是把各种先进技术成果转化为生产力的一种手段和方法。它是从合理的目标参数出发，通过各种方法和手段创造出一个所需的优化系统或结构的过程。1-4由想法到产品的过程机械产品设计的一般过程：认识需求→目标界定→问题求解→分析选优→评价决策→表达→实现。设计的第一步是认识需求，由此决定要设计一种装置满足它。认识需求有时是一种很高创造性的活动。第二部是目标界定。基本目的是把需求限定在某种确定方面，并限定满足需求的一些特殊的技术和特性，以便在下一步寻求解决这一问题的解法。第三步是问题解决。就是我们所说的功能原理设计，应该把各种可能的解法尽可能多地收集起来，供下一步分析比较，这是至关重要的一步。第四部是分析和优选。第五步是评价决策，这是最困难的一步。第六步是表达，设计的表达有写说画。其中画是最重要的表达方式。第七部是实现，实现的手段是实用样机，实现的最后标准是市场，市场是检验设计成功与否的惟一标准。第一章 1.机械的概念 机械是机器和机构的统称：完成做功的各种具体机器和以传递力与运动的各类机构总称为机械。 2.机械设计主要特点 1)多解性2)系统性3)创新性4)设计与科学研究 3.“机械设计学”的学科组成 1)功能原理设计2)实用化设计3)商品化设计 4.现代设计,以功能为核心，构思实现该功能所需的方法和手段,具体方法和手段有： CAD/CAM/CAE技术，CIMS工程、并行工程、优化设计、有限元方法、可靠性设计、创新设计、快速响应设计、反求工程、逆向工程、虚拟设计方法等。 5. 近代“机械设计学”的核心内容 1）功能思想的提出2）人机工程学科的兴起3）工业设计学科的成熟 6.机械设计按其创新程度可分为以下三种类型： 1)适应性设计2）变型设计3)创新设计 第三章 1. 任何一种机器的更新换代都存在三个途径: 1）改革工作原理；2）通过改进工艺、结构和材料提高技术性能；3）加强辅助功能使其更适应使用者的心理。 2. 功能原理设计的工作特点 1).用一种新的物理效应来代替旧的物理效应，使机器的工作原理发生根本的变化的设计。 2).引入某种新技术(新材料、新工艺、……)，但首先要求设计人员有一种新想法(New Idea)、新构思。 3).使机器品质发生质的变化。 3. 功能原理设计的任务和主要工作内容 1).功能原理设计的任务：针对某一确定的“功能目标”．寻求一些（一种）“物理效应”并借助某些“作用原理”来求得一些实现该功能目标的“解法原理”。 例如：为实现直线移动的功能要求，可寻求液压、电磁或机构等物理效应，通过油缸、直线电机或刚体传动等作用原理，求得最终实现机械直线移动这个功能目标的解法原理。 2).功能原理设计的主要工作内容： (1)明确功能目标；(2)构思能实现功能目标的新的解法原理；(3)改进、完善解法。 4.根据系统工程学用黑箱来描述功能，请描述采用的哪三种流的转换。 任何技术系统都可以视为3种流的处理系统： 能量流:机械能、热能、电能、化学能、光能、核能。 物料流：气体、液体或各种形式的固体。信息流：各种测量值、输入指令、数 5.功能的分解。
玻璃窑炉马蹄焰池窑简介 1.熔化池结构 窑炉的熔化率主要取决于熔化温度，因为中碱和无碱玻璃球窑的熔制温度比较高，如果进一步提高熔化温度来提高熔化率，会加速对耐火材料的侵蚀，降低球质和影响炉龄。而采取鼓泡和电助熔技术可以相应提高中下层玻璃温度，促进玻璃的均化，并且提高熔化率。玻璃原料从熔化到澄清的行程也大，这有利于玻璃质量的控制和提高，而长宽比又受到小炉结构设计、火焰长度及拐弯要求的限制。池深不仅影响到玻璃液流和池底温度，而且影响玻璃液的物理化学均匀性以及窑炉的熔化率。一般池底温度在1200—1360℃之间较为合适。池底温度的提高可使熔化率提高。但池底温度高于1380℃时，需要提高池底耐火材料的质量及品种，否则会加速池底的侵蚀并降低炉龄，且会增加玻璃球的结石含量，这对后道拉丝生产是不利的，影响池底温度的决定性因素是玻璃的铁含量和玻璃气氛。当Fe2O3含量在0.25—0.3%范围内时，池深800—1200mm的玻璃球窑，其垂直温降约为15—30℃/100mm。 2.工作池 选择半圆形工作池时，其半径R决定于制球机台数与布置方式。一般工作池半径小于等于熔化池池宽，工作池深度浅于熔化池池深300—400mm。 3.投料池 为了获得稳定的玻璃质量，一般在池壁两侧设置一对投料池，随换火操作交替由火根投料。投料池中心线与窑炉池壁的距离主要决定于小炉喷火口的温度，温度越高距离可缩小。一般其距离可定在0.8—1.0m。 4.流液洞 流液洞的功能是降温和均化。采用沉式流液洞比采用直通式流液洞温降大。而均化效果受液洞高度影响较大。如高度越小则均化效果越好。所以设计流液洞宽度一般应大于其高度。在不考虑玻璃回流的情况下，玻璃流经流液洞的平均速度可取5—20m/h。 5.胸墙高度 胸墙高度应根据窑炉容积发热强度来确定，目前容积发热强度设计值一般取60—200KW/m3(相当于50—180*103kcal/N.m3），比早期的数据已有明显下降，这说明提高了胸墙高度，而且采用质量改善的耐火材料和较好的保温效果，使窑炉热损失减少，大容积空间更有利于燃料的完全燃烧和增强其容积辐射强度，有利于提高熔制质量和降低能耗。 6.小炉 小炉是球窑的关键部位，小炉喷出口角度和喷出的速度对燃料燃烧和火焰形状有重要的影响。不合理的设计会使火焰冲击胸墙和大碹，并造成不完全燃烧。燃料在球窑内的燃烧属于扩散式燃烧，助燃空气从小炉口喷出的速度、厚度及与
玻璃窑炉设计技术之单元窑 第一章单元窑 用来制造E玻璃和生产玻璃纤维的窑炉，通常采用一种称为单元窑的窑型。它是一种窑池狭长，用横穿炉膛的火焰燃烧和使用金属换热器预热助燃空气的窑炉。通过设在两侧胸墙的多对燃烧器，使燃烧火焰与玻璃生产流正交，而燃烧产物改变方向后与玻璃流逆向运动。因此在单元窑内的玻璃熔化、澄清行程长，比其它窑型在窑内停留时间长，适合熔制难熔和质量要求高的玻璃。单元窑采用复合式燃烧器，该燃烧器将雾化燃料与预热空气同时从燃烧器喷出，经烧嘴砖进入窑炉内燃烧。雾化燃料处在燃烧器中心，助燃空气从四周包围雾化燃料，能达到较好的混合。所以与采用蓄热室小炉的窑型相比，燃料在燃烧过程中更容易获得助燃空气。当空气过剩系数为1.05时能完全燃烧，通过调节燃料与助燃空气接触位臵即可方便地控制火焰长度。由于使用多对燃烧器，分别调节各自的助燃风和燃料量，则可以使全窑内纵向温度分布和炉内气氛满足玻璃熔化与澄清的要求，这也是马蹄焰窑所无法达到的。单元窑运行中没有换火操作，窑内温度、气氛及窑压的分布始终能保持稳定，这对熔制高质量玻璃有利。现代单元窑都配臵有池底鼓泡，窑温、窑压、液面及燃烧气氛实行自动控制等系统，保证了难熔的E玻璃在较高熔化率下能获取用于直接拉制玻璃纤维的优质玻璃液。所以迄今在国际上单元窑始终是E玻璃池窑拉丝的首选窑型。 单元窑与其它窑型相比的不足之处是能耗相对较高。这是因为单元窑的长宽比较大，窑炉外围散热面积也大，散热损失相对较高。采用金属换热器预热助燃空气的优点是不用换火，缺点是空气预热温度，受金属材料抗氧化、抗高温蠕变性能的制约，一般设计金属换热器的出口空气温度为650～850℃。大多数单元窑热效率在15%以内，但如能对换热器后的废气余热再予利用，其热效率还可进一步提高。 配合料在单元窑的一端投入，投料口设在侧墙的一边或两边，也有设在端墙上的。熔化好的玻璃从另一端穿过沉式流液洞流至称为通路的拉丝作业部。 第一节单元窑的结构设计
中南大学《机械设计测试题7套》 机械设计基础： 机械设计基础试卷1 机械设计基础试卷2 机械设计基础试卷3 机械设计部分： 机械设计部分测试试题1 机械设计部分测试试题2 机械设计部分测试试题3 机械设计部分测试试题4 机械设计基础试题（一) 一.填空题（20分，每小题2分）） 1.铰链四杆机构共有三种基本形式，分别是（）机构，（）机构和（）机构。 2.减小滚子半径，滚子从动件盘状凸轮实际轮廓线外凸部分曲率 半径将（）；若增大基圆半径，则凸轮机构的压力角将（）。 3.标准渐开线齿轮传动在标准安装时，啮合角等于（） 压力角。 4.用范成法加工齿轮，当刀具齿顶线超过啮合线的极限点时， 将发生（）现象。 5.（）螺纹和（）螺纹常用于传动，（）螺纹常用于联接。 6.在受横向力的螺栓联接中，当用普通螺栓联接时，靠（）来传递载荷；当用铰制孔螺栓联接时，靠（）来传递载荷。 7.在键联接中，平键的工作面是（）， 楔键的工作面是（）。 8.在蜗杆传动中，中间平面是指（ ）。 9.影响带传动工作能力的因（）， （），（）。 10.按载荷分类，轴可以分为（）轴，（）和（轴。 二. 判断题（10分）（正确的写T，错误的写F） 1.速度瞬心是两刚体上瞬时相对位移为零的重合点。（） 2.在曲柄摇杆机构中，摇杆的极限位置出现在曲柄与连杆共线处。（） 3.渐开线的形状取决于基圆的大小。（） 4.行星轮系的自由度为2。（） 5.受轴向工作载荷的紧螺栓联接中，螺栓所受总载荷是预紧力和轴向工作载荷的总和。（）
6.当齿轮的材料、传动比及齿宽系数一定时，齿面接触强度仅与直径有关。（） 7.由于弹性滑动的存在，主动带轮的圆周速度大于从动带轮 的圆周速度。（） 8.当链条节数为奇数时，链条需用过渡链节，这将产生附加弯矩。（） 9.润滑油的粘度随着温度的升高而升高。（） 10.滑动轴承轴瓦的油沟应开在承载区内，这样润滑油进入轴承时，立即起到润滑作用。（） 三. 简答题：（24分，每小题6分） 1.液体摩擦滑动轴承的计算应限制什么？为什么？ 2.释下列滚动轴承代号的意义： 30210P/6x 6203/P2 7210B 3.进行齿轮传动的设计时，小齿轮的齿数z1是按什么原则选择的？ 4.V带传动中，弹性滑动与打滑有何区别？ 四、计算和作图题（46分） 1.求图示轮系的传动比i14,已知z1=z2’=30，z2=z3=25，zH=105，z4=25。（10分） 2.计算以下机构的自由度，在图中指出何处为复合铰链、局部自由度和虚约束。（10分） 3.如图所示为蜗杆传动和圆锥齿轮传动的组合。已知输出轴上的锥齿轮z4的转向n4。（10分） (1).为使中间轴上的轴向力能部分抵消，试确定蜗杆传动的螺旋线方向（将蜗轮的螺旋线方向标于图中）和蜗杆的转向n1； (2).标出啮合点A处蜗杆和蜗轮上各作用力的方向。 4.（1）滚动轴承的寿命计算公式中各符号的意义和单位是什么？（2）若转速为n(r/min)，以小时数表示的轴承寿命计算公式是什么？（3）转速一定的6207轴承载荷由P增加至2P，寿命Lh下降为多少？（4）P一定的6207轴承，当转速n增加至2n时，寿命Lh为多少？（10分） 5（1）图示为一偏置直动从动件盘形凸轮机构，已知凸轮是一个以C为中心的圆盘，试求轮廓上D点与尖顶接触时的压力角。（6分） （2）图示为一偏置直动从动件盘形凸轮机构。已知AB为凸轮的推程廓线，试在图上标注推程运动角dt。 机械设计基础试题（二) 一、判断题（请在后面的括号中，正确的填√，错误的填×）（20分） （）1.凸轮机构的压力角越大，越不易发生自锁。 （）2.只要铰链四杆机构符合杆长条件，就一定存在曲柄。 （）3.V带传动比平带传动承载能力高，这是因为V带与带轮的材料组合具有较大的摩擦系数。 （）4.一对互相啮合的圆柱齿轮，在齿根弯曲强度计算中，它们的弯曲应力是相同的。 （）5.一对齿轮传动，只要大小齿轮齿面接触许用应力相等，则它们齿面接触强度相同。
玻璃窑炉马蹄焰池窑简介 1.结构尺寸 （1）熔化面积。 窑炉的熔化率主要取决于熔化温度，因为中碱和无碱玻璃球窑的熔制温度比较高，如果进一步提高熔化温度来提高熔化率，会加速对耐火材料的侵蚀，降低球质和影响炉龄。而采取鼓泡和电助熔技术可以相应提高中下层玻璃温度，促进玻璃的均化，并且提高熔化率。 （2）熔池长宽比。 长宽比越大，玻璃原料从熔化到澄清的行程也大，这有利于玻璃质量的控制和提高，而长宽比又受到小炉结构设计、火焰长度及拐弯要求的限制。采用高热值燃料的球窑池长可达到10mm，所以可选择较大的长宽比。而采用低热值燃料的球窑应选择较小的长宽比。一般长宽比选用范围为1.4—2.0。
（3）池深。 池深不仅影响到玻璃液流和池底温度，而且影响玻璃液的物理化学均匀性以及窑炉的熔化率。一般池底温度在1200—1360℃之间较为合适。池底温度的提高可使熔化率提高。但池底温度高于1380℃时，需要提高池底耐火材料的质量及品种，否则则会加速池底的侵蚀并降低炉龄，且会增加玻璃球的结石含量，这对后道拉丝生产是不利的，影响池底温度的决定性因素是玻璃的铁含量和玻璃气氛。当Fe2O3含量在0.25—0.3%范围内时，池深800—1200mm的玻璃球窑，其垂直温降约为15—30℃/100mm。 （3）工作池。 选择半圆形工作池时，其半径R决定于制球机台数与布置方式。一般工作池半径小于等于熔化池池宽，工作池深度浅于熔化池池深300—400mm。 （4）投料池。 为了获得稳定的玻璃质量，一般在池壁两侧设置一
对投料池，随换火操作交替由火根投料。投料池中心线与窑炉池壁的距离主要决定于小炉喷火口的温度，温度越高距离可缩小。一般其距离可定在0.8—1.0m。 （5）流液洞。 流液洞的功能是降温和均化。采用沉式流液洞比采用直通式流液洞温降大。而均化效果受液洞高度影响较大。如高度越小则均化效果越好。所以设计流液洞宽度一般应大于其高度。在不考虑玻璃回流的情况下，玻璃流经流液洞的平均速度可取5—20m/h。 （6）胸墙高度。 胸墙高度应根据窑炉容积发热强度来确定，目前容积发热强度设计值一般取60—200KW/m3(相当于50—180*103kcal/N.m3），比早期的数据已有明显下降，这说明提高了胸墙高度，而且采用质量改善的耐火材料和较好的保温效果，使窑炉热损失减少，大容积空间更有利于燃料的完全燃烧和增强其容积辐射强度，有利于提高熔制质量和降低能耗。