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1、攀枝花学院Panzhihua University本科毕业设计（论文）文献综述院（系）：资源与环境工程学院专业：冶金工程班 级：2011级冶金02班学生姓名：朱强 学号：2011111030882014年11月29日本科生毕业设计（论文）文献综述评价表毕业设计（论文）题目一种实验室三段式微波高温炉设计综述名称三段式微波高温炉设计评阅教师姓名刘松利职称副教授评价项目优良合格不合 格综述结构01文献综述结构完整、符合格式规范综述内容02能准确如实地阐述参考文献作者的论点和实验结果03文字通顺、精练、可读性和实用性强04反映题目所在知识领域内的新动态、新趋势、 新水平、新原理、新技术等参考文献05中
2、、英文参考文献的类型和数量符合规定要求， 格式符合规范06围绕所选毕业设计（论文）题目搜集文献成绩综合评语:评阅教师（签字）:文献综述:三段式微波高温炉设计1前言高温炉是实验室的一种高温加热设备，以电加热为主，用于烧结，熔化，加热， 热处理等。高温炉按照其使用的最高工作温度,可分为中温炉、高温炉和超高温 炉；按炉体的形状特点，一般又分为箱式炉和管式炉，二者也可指的炉膛的形状， 箱式炉膛形状为长方体，管式炉膛为柱体，此外还有钟罩式，升降式,气氛式，真空 式都以箱式或管式为基础，加上特定的功能，制成有特定功能的高温炉。随着技 术的不断进步和实验室对温度更高的要求，原有的马弗炉已经远远不能满足要 求
3、。向节能化，轻型化，自动化，温度精确化发展，成为高温炉的发展趋势，也充分 反映了实验室对加热设备的要求。微波是一种介于超短波和红外线之间的高频电磁波，波长为1mm1m,频率 范围300MHz300GHz，微波能就是以此频率传播的电磁能量，微波加热过程 就是将微波能转换成物质内能的过程。微波高温加热技术从1968年1提出以来， 是指利用微波能量将材料加热到400 C以上并对材料进行烧结、合成、改性或者 热处理的一类技术。其原理是：具有极性分子共价键结构的分子，在外加电磁场 中，原来杂乱无章的分子排列便趋向于有序化，当外加电场方向改变时，分子也 随之转向。在快速变化的微波电磁场中，分子方向不断变化
4、摇摆，再加上分子本 身的热运动和相邻分子之间的相互作用，迅速产生巨大的热量。物质在微波场 中所吸收的微波能与其物质的电磁特性（如介质常数、介质损耗系数等）有很大关 系，一些研究者已对微波场中物质的升温行为作了定性和定量的研究。据材料和 微波相互作用情况可以将材料分为微波透过体、微波反射体、微波吸收体3大类 。大多数硫化物（如Fe1-xS、FeS2、CuFeS2）和一些氧化物（如NiO、MnO2）能够 大量吸收微波能，这些物质能够在微波辐照12min后温度升至几百甚至上千摄 氏度，而有些物质（如CaO、SiO2）却不能吸收微波，这些物质在微波辐射下不能 加热或不能达到很高的温度。从微波加热特性可
5、以看出，微波具有选择性加热特 性，同时升温速率非常快。由此可知：微波加热不需要由表及里的热传导，而 是通过微波在物料内部的能量耗散来直接加热物料，根据物料电磁特性的不同， 可及时有效地在整个物料内部产生热量。加热过程中能克服常规加热“冷中心” 的缺陷，做到表里均匀加热。微波通过在物料内部的介电损耗直接将化学反应所 需要的能量传递给反应的分子或原子，这种原位能量转换方式可促进化学反应和 扩散过程快速进行。除此之外，微波还具有易于对物料加热温度进行自动控制， 洁净无污染与环境友好等特点。在冶金工业中，微波以其选择性加热、均匀加热、 内部加热、快速加热等优良特性，在难选矿预处理、矿物浸出、微波煅烧、
6、微波 烧结、微波干燥、微波等离子体等诸多方面不断取得进步，微波冶金逐渐兴起。 目前微波能技术在稀贵金属金、钛、钨、钼、锆等冶金中已有应用，并取得了一 些成绩。目前，国内对人造金红石的需求日益增大，生产高品质的人造金红石产品将 变得越来越重要，现有的生产方法中采用钛渣经电热法氧化焙烧生产人造金红石 逐渐成为一种发展趋势之一，这种工艺流程简单,对环境污染小，常用的高温炉包 括：隧道窑、回转窑、竖炉、流化床、车底炉等。如果可以找到一种降低能耗的 新技术和新装备,将为生产人造金红石提供新的发展方向。因此,探索新方法、新 手段（如外场、新介质等）是突破上述关键技术问题的重要手段之一。根据微波加 热技术的
7、特点，本毕业论文拟设计一种三段式微波高温炉，用于实验室人造金红 石的制备。2人造金红石的生产金红石是含铁的主要矿物之一，是提炼钛的重要矿物原料，但其在地壳中储 量较少。由于金红石具有耐高温、耐腐蚀、高强度、比重小等优异性能，被广泛 用于航空、航天、机械、化工、海水淡化等行业3。金红石本身是生产高档电焊 条必须的原料之一，也是生产金红石型钛白粉的最佳原料。目前，我国金红石年生 产量仅数万吨，而需求量已达百万吨以上，供应量严重短缺，因此绝大部分金红石 原料依赖于国外进口，价格十分昂贵，从而导致国内相关企业在国际竞争中处于 不利地位4,5。因此，有关部门把金红石列入我国严重依赖国外资源的14种战略
8、储备矿种之一。需要特别指出的是,现阶段我国金红石的主要消费在电焊条的生 产过程中，原料尚不能完全满足需求，而在国际上，金红石主要用于生产高档金红 石型钛白粉。综上所述，金红石资源需求旺盛,市场空间巨大血刀。随着天然金红石贮量日渐枯竭，可利用的高品位天然金红石的供应量急剧下 降，而且这种趋势将持续较长的时间，人造金红石是在成分上和结构性能上与天 然金红石相同的富钛料，是天然金红石的优质替代品，可以作为主要原料用于氯 化法钛白，四氯化钛以及金属钛的生产过程中，以缓解当前原材料短缺的危机。开 发和利用廉价的人造金红石资源已成为各国相关行业竞相研究的热点。2.1人造金红石现有的生产方法近年来，随着氯化
9、法钛白工艺的迅速发展,对高品位人造金红石的需求量呈现 出快速增长的趋势,特别是由于国家对环保的要求越来越严格8。因此，对人造金 红石的品位要求趋向高档化、精细化、规模化。国内外的科研机构及研究学者对 高品质人造金红石的制备方法进行了更广泛、更深入的研究，包括对现有方法的 改进以及对新方法的探索，取得了许多进展。人造金红石现有的生产方法有：电热法、还原锈蚀法、酸浸法（BCA盐酸 循环浸出法、预氧化-流态化盐酸浸出法、ERMS法：强氧化-弱还原-盐酸常压浸 出法、TSR法：强氧化-弱还原-盐酸常压浸出法、QIT法：钛渣-强氧化-弱还原- 盐酸加压浸出法、硫酸浸出法、强氧化-强还原-锈蚀-硫酸常压浸
10、出法）、亚熔盐 法9,1。及选择性析出技术ii，i2。2.2生产人造金红石的紧迫性随着钛工业的不断发展,钛品位较高的天然金红石资源日趋枯竭，这就促使开 发、利用储量丰富的钛渣资源，才能满足日益增长的需求13，14。随着金红石型钛 白粉和电焊条涂料的需求量不断增大，对二氧化钛含量大于90%的优质人造金红 石的需求量日益增大，因此，生产高品质的人造金红石产品将变得越来越重要。通过理论分析和相关实验表明，采用钛渣经电热法氧化焙烧生产人造金红石 逐渐成为一种发展趋势之一，这种工艺流程简单,对环境污染小，如果可以找到一 种降低能耗的新技术和新装备，将为生产人造金红石提供新的发展方向。因此， 探索新方法、
11、新手段（如外场、新介质等）是突破上述关键技术问题的重要手段之 一。2.3目前人造金红石生产过程中所使用的高温炉2.3.1隧道窑隧道窑是一种横焰式窑炉，其整体结构见图1,结构上存在着同一截面上下 温度不均匀的缺点，特别是在预热带，截面上下温差大，严重地影响着产品烧成质 量。隧道窑按火焰是否进入隧道而分为明焰、隔焰及半隔焰三种，由于窑炉结构、 烧成所用燃料、烧成中所需的气氛等的不同，所采用的控制方法亦有所不同，要保 证烧成产品质量的稳定，窑内的温度制度、气氛制度和压力制度应该保证稳定， 但由于工艺上、操作上种种原因及原材料、燃料成分的变更等都会破坏三种制度, 特别是在大力推广快速烧成技术的今天，烧
12、成周期越短，其在预热和冷却时产生 热裂和冷裂的机会也越大，只有加热均匀，调成合适的烧成曲线，才可以避免这 些裂纹的产生。1进料室；2 1号排风机；3一焦油分离器；42号排风机;53号冷风机；6一出料室；7一炉车图1隧道窑结构示意图2.3.2回转窑回转窑是一种气固两相逆流式热交换炉窑，其整体结构见图2。回转窑内的 主要焙烧热源来自窑头烧嘴喷入的高温火焰及环冷机第一冷却段的热气流。窑壁 从高温烟气吸收的热量又间接传递给了料床,形成了类似于“储存-释放”机理的 蓄热式传热过程，由于球团料随着回转窑体的回转而不断瀑落滚动，使球团与球 团之间、球团与所接触的窑壁之间进行着热传递。1一烟室；2一加料管；3
13、一大齿轮；4法兰盘；5一挡风圈；6一窑头；7一喷 煤管；8平台；9一熟料漏筒；10一热室；11、17托轮；12、18一滚圈；13 一冷却筒；14一小齿轮；15减速机；16 电动机；19一窑体图2回转窑结构示意图回转窑具有生产能力大，煅烧原料的适应性强，煅烧质量比较均匀、稳定， 一般不需要拣选等优点。同时也存在所属设备、材料多，建设投资大，单位产品 所消耗的原料和燃料量多，除尘问题不易解决，飞灰损失大，使周围环境受到污 染。2.3.3竖炉竖炉的结构见图3,包括由炉墙组成的炉膛，设于炉膛下端的锁风卸料装置， 炉膛上部的球团料进口和设于炉膛内中部的破碎辊，炉墙下部设有供风喷口，炉 膛内设有与炉膛内外
14、相通的燃料管道，所述燃料管道炉膛内部分设有燃料喷嘴。 按工艺用途分熔炼竖炉和焙烧竖炉两大类，按身形分为高等身型内冷式竖炉和中 等身型外冷式竖炉。1 一簧式烘干床；2一导风墙；3一炉体；4一喷火道；5燃烧室；6一烧嘴砖；7水冷托架图3竖炉结构示意图它结构简单，燃料直接在炉内燃烧，炉宽方向温度均匀，热效率高，焙烧带 供热足，球团产量高，质量均匀。但由于其工艺方法在理论上存在着固有的、难 以克服的缺陷，而使竖炉在生产中存在着较多的问题，如产品质量差、单炉规 模很难大型化、对原料的适应性差、只能使用气体燃料、冷却和除尘问题需 进一步解决等。2.3.4流化床在一个超微气流粉碎设备中，将颗粒物料堆放好，当
15、气体由设备下部通入床 层，随着气流速度加大到某种程度，固体颗粒在床层内就会产生沸腾状态，这种 床层称为流化床，其原理见图4。流体向上流过一个微细颗粒的床层（塔体），当 流速低的时候流体只是穿过静止的颗粒之间的空隙，此时的床体称为固定床；随 着流速的增加，颗粒互相离开，并可看到少量的颗粒在一定的区间进行震动和游 动，称为膨胀床；速度再升高达到使全部颗粒都刚好悬浮在向上流动的气体或者 液体中，此时的床层就是流化床起点。流化床的种类有：最小流化床，鼓泡流化 床，腾涌流化床。图4流化床锅炉原理示意图流化床燃料适应性广、燃料燃烧效率高、燃烧污染排放量低、燃烧强度高， 炉膛面积小、负荷调节范围大，负荷调节快、易于实现灰渣综合利用、床内不布 置埋管受热面、燃料预处理系统简单、给煤点少。但在炉内受热面布置和温度控 制、运行风速（或截面热负荷）的确定、循环流化床锅炉部件的磨损等方面存在 着较大问题。2.3.5车底炉车底式焙烧炉结构见图5,每台炉被化分为3 一 4个温度控制区，每个区的平 面尺寸约为5m*5m,其顶部中心位置设有一台直径约1.2m的循环风机，每个区设 有2个主燃烧器和2个辅助燃烧器。一次焙烧制品及填充料放在烧罐中（每个罐仅放一根电极），烧罐则置于车底 上
