硅酸盐工业热工设备(陶瓷)教学大纲pdf

第五章 无机材料产品烧成设备概述无机材料产品烧成设备一、 烧成设备的基本概念硅酸盐制品如陶瓷、耐火材料、水泥、玻璃以及石膏、石灰等一般都是将经过加工处理的原料置于高温下经煅烧反应而制得的。

此高温加工的过程称之为烧成。

烧成所需设备在硅酸盐工业中称之为窑炉。

烧成在硅酸盐工业生产过程中是关键的工序。

制品的产量，质量以及能耗高低在很大程度上取决于烧成工序，即与制品的烧成工艺(温度制度、气氛与压力制度)、窑炉的类型及流程等有密切的关系。

如原料在烧成过程中的物理化学变化、窑炉结构及操作原理、燃料燃烧与炉内传热等，以期达到优质、高产、低消耗和改善操作条件的目的。

1、烧成反应的分类(一) 分解反应(热分解)热分解是由氢氧化物、碳酸盐等所组成的原料，在加热到一定的温度时，逸出其中的水分或CO 2的过程。

分解后所得为无水物或氧化物。

分解反应为吸热反应，分解反有：高岭石(Al 203·2SiO 2·2H 2O)、水铝石(Al 203· H 2O)、叶蜡石(A12O 3·4SiO 2·H 2O水滑石 (Mg(OH)2)、蛇纹石(3MgO 2SiO 2·2H 2O)、菱苦土(MgCO 3)，白云石(CaCO 3·MgCO 3)及方解石(CaCO 3)加热时因脱水或分解出CO 2而呈现的吸热峰。

碳酸盐、硫酸盐类矿物在500~1000℃进行分解反应，成为多孔质的氧化物在以石灰石为主要原料的水泥熟料烧成过程中，由于碳酸盐分解吸热量很大(一般为1800 ~2060kJ ／kg 料)，分解反应对烧成的速度与热耗影响都很大。

这时，碳酸盐的分解不仅取决于化学反应过程，还受到热量传递和质量传递 (CO 2的扩散)的影响；在只考虑化学动力学过程时，碳酸钙分解速度可用下式表示：2、分解过程的变化分解反应的表面即两相界面，在分解过程中不断缩小，且正比于未分解碳酸钙量的2／3次方，即↑+−−−−−−−−→−↑+−−−→←↑+−−→−+↑+−−−→−↑+−−−→−︒<︒>︒︒>︒︒3900,9004332750~560342232800232900~400321050~60033)(424SO MgO MgSO SO O Fe SO Fe CO O Fe O FeCO CO MgO MgCO CO CaO CaCO C C C C C C 还原焰氧化焰分解反应的表面大小。

《硅酸盐工业热工基础》教学大纲二、课程目的和任务硅酸盐工业热工基础课程是一门理论性较强的专业学科基础课，通过热工基础的学习，要求学生掌握燃料与燃烧（其中包括固体燃料、气体燃料、液体燃料的燃烧计算及燃烧设备）、气体流动（主要是气体流动的基本原理及排烟系统的设计计算）和传热（其中包括三种基本的传热方式、换热器的设计计算等）及干燥等方面的基本概念、基本理论和计算，为分析窑炉设备的热工性能、为设计窑炉和研究新型窑炉打下理论基础。

三、本课程与其它课程的关系本课程是在高等数学、物理、物理化学、工程研究基础等课程的基础上，综合运用先修课程的基础知识，分析和解决硅酸盐工业生产中各种操作问题的工程学科，是基础课程向专业课程、理论到工程过渡的桥梁课程之一，并与水泥工艺学、水泥厂工艺设计概论、陶瓷工艺学、陶瓷厂工艺设计概论等课程共同构成一个完整的硅酸盐过程的知识体系，为粉体工程、水泥工业热工设备等课程的学习奠定坚实的基础。

四、教学内容、重点、教学进度、学时分配（一）绪论（1学时）了解本课程的性质、任务和内容，了解无机非金属材料工程学科的发展。

（二）气体力学及其在窑炉中的应用（9学时）1、主要内容气体力学基础；窑炉系统内的气体流动；烟囱。

2、重点窑炉系统内的气体流动规律和烟囱的设计计算。

3、教学要求了解窑炉系统的气体流动特点；理解气体流动的基本规律、气体流动和窑炉的操作和设计的关系；掌握窑炉系统内的气体流动规律和烟囱的设计。

（三）燃料与燃烧（10学时）1、主要内容燃料的分类和组成；燃料的热工性质及选用原则；燃烧计算；燃烧过程的基本理论；燃料的燃烧过程及燃烧设备。

2、重点燃烧计算及固体、气体燃料的燃烧过程。

3、教学要求了解各类燃料的热工特性；理解燃烧过程及燃烧设备的特点，合理地选用燃料燃烧设备及组织燃烧过程，达到高产、优质、低消耗的生产效果；掌握燃料燃烧计算的方法。

（四）传热（30学时）1、主要内容传导传热；对流换热；辐射换热；综合传热；不稳定导热。

山东理工大学教案第一章 气体力学及其在窑炉中的应用气体力学是从宏观角度研究气体平衡及其流动规律的一门科学。

硅酸盐窑炉中的气体有多执而主要的是烟气和空气。

它们起着载热体、反应剂、雾化剂等的作用。

纵观整个窑炉工作过程，从燃料的气化、雾化、燃烧加热制品，余热回收直到烟气排出，自始至终都离不开气体流动。

本章研究的中心问题就是气体流动。

气体流动与窑炉的操作和设计有密切关系。

如气流的流动形态、速度和方向对热交换 过程有影响， 气流的混合对燃料燃烧过程有影响， 气流的分布对炉温、炉压的控制有影 响，气流的压强和流动阻力对排烟系统和装置构设计有影响等等。

窑炉中的气体流动过程常伴随有燃烧、传热、传质以及某些化学反应。

它们对气体流 动有一定的影响。

本章的叙述暂不考虑这种影响，只讨论气体流动本身的规律。

本章应掌握重点内容：1、 流体力学的基本概念（理想气体、滞止状态、临界状态、马赫数、音速等等）2、 流体稳定流动时的计算（连续性方程、能量方程、动量方程）3、 牛顿内摩擦定律，雷诺准数4、 阻力计算5、 渐缩管、拉法尔管的流动特性6、 烟道与喷射器的计算与设计第一节 气体力学基础气体力学是流体力学的一个分支，流体力学的一些基本定理同样适用于气体力学。

在流体力学中讨论液体居多，而在硅酸盐窑炉内流动的主要是热气体。

它的某些性质与液体不同，甚至与常温气体亦有别。

所队在研究气体力学之机必须先熟悉气体的性质。

本节从最简单的理想气体入手，虽然真正意义的理想气体并不存在，但对理想气体的研究对解决实际问题有着重要的指导意义。

一、气体的物理属性气体的物理属性对其流动规律有很大影响，主要了解它的力学和热学性质。

(一)理想气体状态方程 PV=mRT 或 P=ρRT式中 P ——气体的绝对压强，N ／m 3或Pa ； V ——气体体积，m 3；P ——气体的密度，kg ／m 3; T ——气体的绝对温度，K ；R ——气体常数，J ／kg ·K,注意：此处R 气体常数，R=8314.3/M,（M 为气体分子量），8314.3称为通用气体常数。

陶瓷工业热工设备-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN热工设备第三章隧道窑烧成过程1、20-200℃预热排除残余水分2、200-500℃排除结构水3、500-600℃石英晶型转化：β-SiO2→α-SiO2，体积膨胀控制不当（温度不均）导致开裂4、600-1050 ℃氧化阶段：硫化铁、有机物中碳的氧化，碳酸盐分解等5、1050-1200 ℃还原阶段：氧化铁还原为氧化亚铁6、1200-1300 ℃烧结阶段：7、冷却阶段：①1300-700 ℃急冷段②700-400 ℃缓冷段石英晶型转化③400-80 ℃烧成制度的确定原则包括：温度制度气氛制度压力制度1、合理的温度变化速率：考虑制品内部温度均匀及物理-化学变化所需时间2、适宜的保温时间3、气氛控制：4、合理的压力制度：烧成制度举例P5耐火材料的主要性能1、耐火度：高温下抵抗熔化的能力（三角锥试样软化）2、荷重软化点：在一定压强下加热，发生变形和坍塌时的温度3、热稳定性（温度急变抵抗性、抗热震性）：热震试验4、抗氧化腐蚀性5高温体积稳定性：在高温下长期使用，抵抗体积不可逆变化的能力（用残余收缩/膨胀表示）1、粘土砖：弱酸性耐火材料，热稳定性较好，荷重软化开始温度1250-1300℃，使用温度1300 ℃以下。

2、半硅砖：半酸性耐火材料，荷重软化开始温度高于粘土砖，但热稳定性比粘土砖稍差。

3、高铝砖：耐火度及荷重软化温度高于粘土砖，抗化学腐蚀性较好，但热稳定性稍差，使用温度1400-1600 ℃。

4、硅砖：酸性耐火材料，荷重软化开始温度高，热稳定性差，不适于间歇式窑炉。

5、镁砖：碱性耐火材料，耐火度很高，荷重软化温度低，热稳定性差。

6、镁硅砖：荷重软化开始温度较镁砖略高7、镁铝砖：耐火度很高，荷重软化温度和热稳定性均好于镁砖，使用温度1700-1900 ℃。

8、刚玉砖：使用温度1800 ℃以下。

9、碳化硅耐火制品：导热系数高，高荷重软化温度和热稳定性，高的抗渣性和耐磨性。

五年制高职“硅酸盐工业”教学设计1.前置性作业“硅酸盐工业”这节课主要采取交流—互动的教学方法，课前给学生布置预习内容，课上通过提问、总结、归纳等形式，帮助学生理解和掌握基本知识点。

其预习提纲如下：（1）生活中常见的硅酸盐产品有哪些？举例说明。

（2）硅酸盐三种产品的制备原料、原理、反应设备、主要成分、特性、种类及用途分别是什么？（3）硅酸盐产品对环境有何影响？有什么保护环境的措施？（4）结合自己所学专业，了解行业内对硅酸盐产品的使用情况。

通过班级微信群布置预习内容，鼓励学生利用网络、图书馆等学习资源，收集图片、影音资料，结合自己所学专业，了解行业内最新动态，以小组为单位，完成前置性作业。

2.理论教学给学生播放视频资料，创设问题情境，引入新课。

课堂上学生热烈讨论，完成预设问题，结果见表1，由学生充当学习的主体，完成基础知识的学习。

3.内容拓展“硅酸盐工业”这一节主要要求学生掌握水泥、玻璃、陶瓷制备的基本知识（见表2），而在后续专业课“土木工程材料”中对这部分内容有了拓展，在课堂上先让学生了解一些专业课程中的内容，激发学生学习后续课程的兴趣。

作为土木工程专业的学生，掌握具体材料的性能和使用条件是最基本的要求。

因此，学生在校期间一定要学好基础课，学精专业课，成为合格的技术型人才。

4.环保问题在制备水泥过程中会散发粉尘和烟尘，这会对山体生态环境造成不可逆性的毁坏，会逐渐释放有毒有害气体，对人体的皮肤、呼吸系统、神经系统等造成严重危害。

水泥行业被认为是高污染行业，要想实现水泥生产的可持续发展，减少对环境的污染，在生产过程中就應该时刻注意树立环保意识，在每一个生产环节都充分考虑环境因素。

参考文献：[1]陈雅兰.关于硅酸盐工业窑炉烟气中氮的氧化物几个问题探讨[J].广东建材，2004（12）：43-45.[2]陈静.“硅酸盐工业简述”教案[J]. 化学教学，2000（1）：31-33.。

《硅酸盐工业热工设备(水泥)》课程教学大纲一、基本信息课程编号：01A32204课程名称：硅酸盐工业热工设备(水泥)英文名称：Thermal Equipment for Silicate Industry(Cement)课程类型: □通识必修课□通识核心课□通识选修课□学科基础课□专业基础课■专业必修课□专业选修课□实践环节总学时：32 讲课学时：32 实验学时：0学分：2.0适用对象：材料科学与工程专业本科生先修课程：工程力学、机械设计基础、热工、流体力学、热工基础、材料科学基础。

课程负责人：赵蔚琳二、课程的性质与作用本课程是材料科学与工程专业水泥方向的一门专业课。

它着重阐述水泥热工设备的结构、特点、工作原理、窑炉设计的方法和步骤。

重点讲授回转窑结构、窑外分解技术、熟料冷却设备、余热发电技术、煤粉燃烧器、煅烧系统的操作等内容。

通过本课程的学习，学生能够对水泥热工设备有一个比较全面的了解和认识，能够用热工基础理论知识解决水泥热工设备的实际问题，能够利用所学知识进行水泥窑炉方面的初步设计，能够强化培养学生在水泥方面工程意识，为学生走向工作岗位奠定理论基础。

三、教学目标1. 本课程的学习使学生对硅酸盐工业水泥热工设备的结构、原理有比较系统全面的了解和掌握。

2、本课程的学习使学生具备水泥热工设备工艺初步设计的能力和分析问题的能力。

3、本课程的学习使学生具备回转窑系统使用操作的基本知识。

课程目标与相关毕业要求指标点的对应关系是建筑材料生产中的复杂工程问题，以获得有效结论。

分析解决方案的合理性3. 能够设计针对材料生产复杂工程问题的解决方案，设计满足特定材料尤其涉及建筑材料的工艺流程，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。

3-2.能够针对任务需要，进行单元装备设计和工艺计算√√6.能够基于工程相关背景知识进行合理分析，评价材料的设计、生产、成型加工等复杂工程问题解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，并理解应承担的责任。

热工设备课程设计教学大纲热工设备课程设计教学大纲无机非金属材料工程专业实践教学大纲课程名称：热工设备课程设计CourseDesigntoThermotechnicalEquipments一、本课程设计所占学时、学分学时：2周；学分：2学分。

二、本课程设计的配套教材、讲义或指导书张欣等编著，《热工设备课程设计指导书》（讲义），202*年。

姜金宁主编，《硅酸盐工业热工过程与设备》，冶金工业出版社，202*年。

蔡悦民主编，《硅酸盐工业热工技术》，武汉理工大学出版社，1997年。

姜洪舟主编，《无机非金属材料热工设备》，武汉理工大学出版社，202*年。

张美杰主编，《材料热工基础》，冶金工业出版社，202*年。

隋良志主编，《硅酸盐工业热工基础》，化学工业出版社，202*年。

陈礼主编，《热工基础》，高等教育出版社，202*年。

三、本课程设计的任务、性质与目的《热工设备课程设计》是在修完了《热工工程与设备》、《画法几何与工程制图》、《无机非金属材料工艺学》等专业及专业基础课的基础上开设的一门实践教学课程，是培养无机非金属材料工程专业专门人才的一门必修的专业方向课。

本课程设计的任务是通过工程设计，使学生进一步理解和掌握热工工程与设备的基本概念、基础知识、基本原理和方法，掌握正确的课程设计思路、步骤和方法，了解和掌握设计方案的选择与论证方法，了解和掌握工程设计手册与设计标准的使用方法和文献资料查阅与归纳整理方法，了解和掌握工程计算与工程绘图的技能和方法，掌握课程设计说明书的编写方法。

本课程设计的目的是使学生进一步巩固、深化和应用热工工程与设备知识，培养实事求是的科学态度、严肃认真的工作作风，培养和提高学生的基本技能、专业业务素质、工程设计能力以及运用基本理论和方法分析和解决实际问题的能力，为无机材料综合设计与研究、毕业设计（论文）奠定基础。

四、本课程设计的基本理论本课程设计的基本理论是《热工工程与设备》、《画法几何与工程制图》、《无机非金属材料工艺学》等课程的基础知识、基本原理和方法。

材料科学与工程学院本科课程教学大纲硅酸盐设备课程教学大纲课程名称：硅酸盐设备课程编号：02100210 英文名称：Silicate Equipment学时：40学时学分：2.5学分开课学期：第七学期适用专业：无机材料课程类别：必修课程性质：专业课先修课程：流体力学、热工工程。

教材：《硅酸盐工业机械及设备》张庆今编著华南理工大学出版社《硅酸盐热工工程》沈慧贤、胡道和编著武汉工业大学出版社一、课程的性质及任务本课程为无机非金属材料类专业课，主要讲授硅酸盐工业生产过程中常用的机械设备和热工设备，其中包括粉碎理论及粉碎机械、筛分过程及筛分机械、混和过程及机械、仓流过程及贮喂料设备、热量传递、质量传递、动量传递、燃料及燃烧过程与设备、物料烧成与窑炉等。

二、课程内容及学习方法1、粉碎理论及粉碎机械粉碎过程概述，颚式破碎机，圆锥破碎机，辊式破碎机，轮碾机，冲击式破碎机，球磨机，其它磨机2、筛分过程及筛分机械筛分过程，回转筛、摇动筛、振动筛3、混和过程及机械混和过程，混料机4、仓流过程及贮喂料设备贮料设备，喂料设备5、热量传递传导传热，对流传热，辐射传热，综合传热6、质量传递固体中的扩散，传质系数硅酸盐设备课程教学大纲7、燃料及燃烧过程与设备燃烧过程概述，燃烧设备8、物料烧成与窑炉成型制品窑，窑炉的设计要求及计算方法三、课程的教学要求1、粉碎理论及粉碎机械了解粉碎过程，掌握颚式破碎机、圆锥破碎机、辊式破碎机、轮碾机、冲击式破碎机、球磨机和；其它磨机的工作原理，学会计算各种粉碎设备的工作参数。

2、筛分过程及筛分机械理解筛分过程，学会确定回转筛、摇动筛、振动筛等筛分机械的工作参数。

3、混和过程及机械了解混和工艺过程，掌握混和及类型的特点4、仓流过程及贮喂料设备了解贮料设备和喂料设备的作用和类型，学会存仓的计算及布置；喂料设备5、热量传递掌握传导传热、对流传热、辐射传热及综合传热的原理6、质量传递掌握流体中的分子扩散，固体中的扩散和传质系数7、燃料及燃烧过程与设备了解燃烧过程，掌握燃烧过程基本原理，注意各种燃烧方法的特性及各种设备的优缺点。

附件4硅酸盐工程专业《陶瓷热工过程及设备》课程教学大纲学时数：96学时周课时：8节/周开课学期：一学期教材：《陶瓷热工过程及设备》涂申年主编，江西高校出版社2004年参考教材：《硅酸盐工业热工基础》孙晋涛主编武汉工业大学出版社1992年《陶瓷工业热工设备》刘振群主编武汉工业大学出版社1989年一.教学目的：培养既掌握一定陶瓷热工的基本理论知识，又具有一定动手能力的技术人才。

二.教学要求：熟悉窑炉中的气体力学，燃料、燃烧及燃烧设备、传热原理等窑炉操作基本原理，了解和掌握隧道窑、辊道窑、推板窑、多孔窑、倒焰窑、梭式窑、钟罩窑、升降窑以及各类陶瓷干燥器的结构和操作方法三.课程教学内容及学时分配1.学时分配2.教学内容第一章窑炉中的气体力学教学内容：气体力学基础，气体流动的基本方程，不可压缩气体在窑炉系统的流动，通风设备。

第二章燃料、燃烧及燃烧设备教学内容：燃料的种类及特性，燃料成分的表示方法及相互换算，燃料的热值，燃烧计算，燃烧过程及燃烧设备，固体燃料的气化过程及气化设备。

第三章传热原理教学内容：传热的基本概念，导热，对流换热，辐射换热，综合传热。

第四章干燥原理及干燥设备教学内容：湿空气的性质，湿空气的I-X图，干燥过程的物料平衡与热平衡，干燥机理，干燥方法及干燥设备。

第五章隧道窑教学内容：陶瓷制品的烧成过程，隧道窑的结构，建窑耐火、隔热材料，隧道窑的工作原理，隧道窑的操作调控，隧道窑的烧烤与调试，辊道窑，推板窑与多孔窑。

第六章间歇窑教学内容：倒焰窑的结构，倒焰窑的工作原理，倒焰窑的操作调控，梭式窑，钟罩窑和升降窑。

第七章电热窑炉教学内容：概述，常用电热体的性能，电热炉的热工计算，电阻炉的安装与使用。

四.教学方法及考核方式教学以系统讲授为主，采用笔试和平时相结合的方式进行考核；平时成绩占30％，期末考试成绩占70％。

(若有期中考试，则平时成绩占30％，期中考试成绩占30％，期末考试成绩占40％)。

一、说教材：（一）教材的地位与作用：《硅酸盐工业简述》一课是第一章常识性介绍的内容，它与前面所学知识二氧化硅、硅酸盐的性质等内容联系非常紧密，是将所学的知识应用于生活实际的一个示例。

（二）教学目标：1、知识目标：初步了解“硅酸盐工业”；了解制水泥的主要原料和生产过程、水泥的主要成分和性质；了解制玻璃的主要反应和主要原料。

2、能力目标：提高自学能力和表达能力。

培养学生利用网络资源来获取知识、解决问题的能力和学习习惯。

3、情感目标：通过发现问题、解决问题的过程，培养学生的探索精神，树立辩证唯物主义世界观。

4、科学思想：形成正确的科学社会观，关心环境、资源再生等与现代社会有关的化学问题，具有社会责任感。

5、科学方法：自学阅读和讨论交流。

（三）教学重点：水泥、玻璃的主要成分和生产普通玻璃的化学反应原理。

二、说教法：配合学案引导自学讨论法、归纳法。

它由三个环节组成：（1）创设联想，提出探索问题，（2）引导学生进行探究、推理，（3）师生共同归纳总结探索结果。

三、说学法：教学是教师与学生交流的过程，选择良好的学法关键在于找到教法与学法的结合点，实现教、学的统一。

1、主动学习法：通过学案的布置，让学生在获得感性认识的同时，教师层层设疑，激发学生积极思维，主动探索知识，培养学生自学、思维、推理及综合的能力。

2、达标检测、反馈补救法：根据教学目标编辑一些不同梯度的练习，满足不同层次学生的需要。

3、鼓励学生利用因特网来获取知识、解决问题的方法：教师把收集到的教学资源做成资料库，并把网址告诉学生，让学生在课后上网通过搜索需资料库的方式来满足不同兴趣、爱好学生的需要。

四、说教学过程：1、复习引入：练习1讨论，回顾○1硅酸盐知识，例举○2硅酸盐制品的广泛用途，引入○3硅酸盐工业课题。

2、“硅酸盐工业”：从组成上可以看出玻璃属于硅酸盐，象制玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐产品的工业叫硅酸盐工业。

3、玻璃工业：玻璃成分：课堂练习1答案。