“挑战杯”竞赛作品申报书

序号：编码：第十四届“挑战杯”山东理工大学课外学术科技作品竞赛作品申报书作品名称：无机矿物闭孔微珠设备学院全称：农业工程与食品科学学院申报者姓名（集体名称）：宋元广曹龙飞李涵李习鑫孙庆泽作品类别：□自然科学类学术论文□哲学社会科学类社会调查报告和学术论文√科技发明制作A类□科技发明制作B类A2．申报者情况（集体项目）说明：1．必须由申报者本人按要求填写；2．申报者代表必须是作者中学历最高者，其余作者按学历高低排列；3．本表中的学籍管理部门签章视为申报者情况的确认。申报者代表情况姓名宋元广性别男出生年月1991.8学院全称农业工程与食品科学学院专业、年级农机1201班学历本科学制4入学时间2012.9作品名称无机矿物闭孔微珠设备毕业论文题目联系电话[phone]学术科研情况及奖励情况其他作者情况姓名性别年龄学历所在单位曹龙飞男20本科山东理工大学农工学院李涵女22本科山东理工大学法学院孙庆泽男21本科山东理工大学机械工程学院李习鑫男20本科山东理工大学农工学院资格认定学院学籍管理部门意见以上作者是否为2015年7月1日前正式注册在校的全日制非成人教育、非在职的高等学校专科生、本科生、硕士研究生或博士研究生。□是□否（学院签章）年月日学院负责人或导师意见本作品是否为课外学术科技或社会实践活动成果□是□否负责人签名：年月日A3．指导教师情况指导教师情况姓名郭志东性别男年龄48学院（单位）全称农业工程与食品科学学院学历大学研究领域机械结构设计职务职称高级实验师固定电话8731386移动电话[phone]指导工作描述对燃气加热、电加热无机矿物质设备的结构和功能进行指导，与对口加工企业进行技术对接，提供技术资料和技术方案。指导教师情况姓名赵静性别女年龄42学院（单位）全称农业工程与食品科学学院学历工学博士研究领域农业机械设计与仿真职务职称副教授固定电话移动电话[phone]指导工作描述对设备可行性分析，问题解答，提供相关材料。B3．申报作品情况（科技发明制作）作品全称燃气式可自由下落矿物闭孔膨化微珠设备作品分类（A）A．机械与控制（包括机械、仪器仪表、自动化控制、工程、交通、建筑等）B．信息技术（包括计算机、电信、通讯、电子等）C．数理（包括数学、物理、地球与空间科学等）D．生命科学（包括生物、农学、生态、药学、医学、健康、卫生、食品等）E．能源化工（包括能源、材料、石油、化学、化工、环保等）作品设计、发明的目的和基本思路，创新点，技术关键和主要技术指标作品设计、发明的目的：以往生产上我们常用的膨化微珠设备，主要以流体作为原料，其成分大都是钠硼硅酸盐的盐溶液，经过高压、高速离心旋转喷射形成微球，再经高温成球脱水、高温烧结、表面熔融，最后形成空心或实心的闭孔玻璃微珠。这种设备进口造价高，使用范围狭窄，使用环境件差，影响电机和其他工作部件的寿命，生产效率低，产品性能差，而本发明的目的旨在研究一种能克服现有上述玻璃膨化微珠设备缺陷，生产效率高，成本低，适应性范围广，适应于无机矿物质的膨化玻化微珠设备。基本思路：本设备主要包括进料口、预热炉、斗式提升机、布料器、膨化炉、燃烧器，冷却器、产品料仓几部分。其基本思路如下：进料口位于膨化炉的一端，物料从进料口进入预热炉，预热炉在动力带动下转动，物料在预热炉内上下翻动，沿螺旋方向将物料向前推进，加热后的物料由斗式提升机进入布料器，沿布料器动圆锥台外圆面进入膨化炉，膨化炉的炉胆外壁圆周上设有燃烧器，将膨化炉的炉胆加热，膨化炉分为膨胀区和烧结区，每个区温度不同，各自控制，布料器内的物料进入炉胆沿靠近炉胆内壁圆周向下运动，首先进入膨化炉的膨胀区，由于物料在预热炉将分子间水游离脱去，含有一定量分子内水，受热后膨胀，形成空心球，膨胀体积与内水和膨胀温度有关，随着物料继续下落，物料进烧结区，物料表面熔融，最后形成表面玻化空心闭孔微珠球，经落料口进入冷却器使物料冷却降温到常温，冷却器位于膨化炉的另一端，物料最后经斗式提升机进入产品料仓。创新点1、可以适用于多种无机矿物质材料，每天生产量在15～20吨，生产效率提高，成本降低，产品附加值高，可广泛应用于橡胶、塑料、油田固井、油漆、化工等领域。2、根据物料含水量不同，可控制预热炉温度、转速；控制物料的下落量以及膨化炉膨胀温度，确定膨胀体积、物料的密度，密度范围在0．07～0．7g／cm³之间可控，既可以生产实心闭孔微珠，也可以生产空心闭孔微珠。3、物料由动圆锥台外圆面均匀进入膨化炉的炉胆内，物料受热均匀，壁厚一致，同一批次物料密度均匀性可控。4、设备成本低，价格是高速离心旋转喷射设备的l／80，产品的性能不降低，无机矿物质原材料的比化学原料价格低，天然矿物原料、环保。主要技术指标本设备的主要技术指标为：设备的单位生产量、膨化炉膨胀温度、膨化炉的膨胀体积、物料的下落量、对环境的污染指数等。作品的科学性先进性（必须说明与现有技术相比、该作品是否具有突出的实质性技术特点和显著进步。请提供技术性分析说明和参考文献资料）作品的科学先进性：相比以往的膨化微珠设备，本设备首先在使用领域得到了较大突破，不仅仅只适用于原料为流体状态的情况，而且也扩展到了多种无机矿物质，并且生产效率得到提高，成本降低，不影响产品的性能，产品附加值高；再有使用的无机矿物质原材料为天然矿物原料，不仅在价格上优于化学原料，而且环保；还有就是可根据物料含水量不同，控制预热炉温度、转速；控制物料的下落量以及膨化炉膨胀温度，确定膨胀体积、物料的密度，既可以生产实心闭孔微珠，也可以生产空心闭孔微珠。技术性分析说明：燃气式可自由下落矿物闭孔膨化微珠设备，包括进料口、预热炉、斗式提升机、布料器、膨化炉、燃烧器，冷却器、产品料仓，进料口位于膨化炉的一端，给预热炉加热，升温至360～500°C之间，根据物料含水量不同确定预热炉的温度、确定预热炉的转速，预热炉的转速每分钟在400～450转之间，物料从进料口进入预热炉，预热炉在动力带动下转动，在预热炉内的导料板成螺旋状使物料上下翻动，沿螺旋方向将物料向前推进，预热后的物料呈灰白色，含水量在10％左右，预热后的物料由斗式提升机进入布料器，布料器由大套筒、动圆锥台、定圆锥台、联杆、手柄、小套筒、联板、固定套和支撑板组成，联杆的一端经联板与手柄连接，另一端贯穿固定套、小套筒、定圆锥台、动圆锥台和螺母固定连接，大套筒、小套筒、定圆锥台、固定套固定连接，支撑板一端与手柄连接，另一端与固定套固定连接，当手柄顺时针方向转动时，连杆随动，带动圆锥台向上运动，使圆锥台外圆面逐渐嵌入内圆面中，动圆锥台和定圆锥台两者间隙变小，连杆上下运动，可调整动圆锥台和定圆锥台之间的间隙大小，控制物料下落量，斗式提升机进入布料器的物料经喂入口进入定圆锥台的腔内，沿布料器动圆锥台外圆面进入膨化炉，在膨化炉的炉胆外壁圆周上设有燃烧器，将膨化炉的炉胆加热，膨化炉分为膨化区和烧结区，每个区温度不同，各自控制，进入膨化炉内的物料首先进入膨化区，根据物料的膨化体积以及所需的密度确定膨化温度，膨化区温度在850～1000°C可调，由于物料在预热炉将分子间水游离脱去，含有一定量水分子内水，受热后膨胀，形成空心球，随着物料的下落，膨胀后的物料进烧结区，温度在1100～1400°C，物料表面熔融玻化，形成空心闭孔微珠球，经落料口进入冷却器，冷却器由循环水组成的冷却系统，滚筒嵌入水冷系统中，滚筒在动力带动下旋转，物料沿螺旋方向将向前推进，冷却后的物料进入斗式提升机，由提升机进入产品料仓，完成整个膨化过程。参考文献资料：马赟喆.玻璃微珠在塑料改性中的应用[D].北京化工大学2009庞茂,张泽平,李珠.玻化微珠保温材料的开发研究[J].建材技术与应用.2007(12)王贵军,樊洪斌,宋六九,谢军.玻璃微珠在复合材料中的应用[J].纤维复合材料.2001(03)作品在何时、何地、何种机构举行的评审、鉴定、评比、展示等活动中获奖及鉴定结果作品于2013年6月7日向中华人民共和国国家知识产权局提交申请，现在已授权。作品所处阶段（C）A实验室阶段B中试阶段C生产阶段D技术转让方式作品可展示的形式□实物、产品□模型√图纸□磁盘□现场演示√图片√录像□样品使用说明及该作品的技术特点和优势，提供该作品的适应范围及推广前景的技术性说明及市场分析和经济效益预测使用说明：燃气式可自由下落矿物闭孔膨化微珠设备的进料口位于膨化炉的一端，物料从进料口进入预热炉，预热炉在动力带动下转动，物料在预热炉内上下翻动，沿螺旋方向将物料向前推进，加热后的物料由斗式提升机进入布料器，沿布料器动圆锥台外圆面进入膨化炉，膨化炉的炉胆外壁圆周上设有燃烧器，将膨化炉的炉胆加热，膨化炉分为膨胀区和烧结区，每个区温度不同，各自控制，布料器内的物料进入炉胆沿靠近炉胆内壁圆周向下运动，首先进入膨化炉的膨胀区，由于物料在预热炉将分子间水游离脱去，含有一定量分子内水，受热后膨胀，形成空心球，膨胀体积与内水和膨胀温度有关，随着物料继续下落，物料进烧结区，物料表面熔融，最后形成表面玻化空心闭孔微珠球，经落料口进入冷却器使物料冷却降温到常温，冷却器位于膨化炉的另一端，物料最后经斗式提升机进入产品料仓。特点和优势：1、可以适用于多种无机矿物质材料，每天生产量在15～20吨，生产效率提高，成本降低，产品附加值高，可广泛应用于橡胶、塑料、油田固井、油漆、化工等领域。2、根据物料含水量不同，可控制预热炉温度、转速；控制物料的下落量以及膨化炉膨胀温度，确定膨胀体积、物料的密度，密度范围在0．07～0．7g／cm³之间可控，既可以生产实心闭孔微珠，也可以生产空心闭孔微珠。3、物料由动圆锥台外圆面均匀进入膨化炉的炉胆内，物料受热均匀，壁厚一致，同一批次物料密度均匀性可控。4、设备成本低，价格是高速离心旋转喷射设备的l／80，产品的性能不降低，无机矿物质原材料的比化学原料价格低，天然矿物原料、环保。作品的适用范围：可广泛应用于橡胶、塑料、油田固井、油漆、化工等领域。市场分析：由于该设备相比常用的膨化微珠设备，不仅在适用领域有了较大的突破，而且生产效率得到提高，成本降低，不影响产品的性能，产品附加值高；再有使用的无机矿物质原材料为天然矿物原料，不仅在价格上优于化学原料，而且环保等等。这些优势必定会在生产领域上得到广泛的推广及应用，也必定会赢得广大消费者的青睐，具有广阔的市场前景。经济效益预测：由于专利现在处于审核阶段，未投入到正式的生产运营阶段，故只能的对矿物闭孔膨化微珠设备的价值做个粗略的预测：该设备的原料为天然的矿物原料，来源广泛，价格低廉，并且其基本器件在市场上的价格都不是很贵，所以跟现有的膨化微珠设备价格相对比，初步价格拟定于每台80万元左右，每台可赚取20%的利润，效益甚好。当然由于生产产家各异，价格跟利润也势必会有所波动，但不可能不盈利，一定会有理想的收益。专利申报情况提出专利申报申报号2013102323154申报日期2013年6月13日√已获专利权批准批准号20131022550912013102253787批准日期2014年07月05日□未提出专利申请学院学术委员会意见年月日C.当前国内外同类课题研究水平概述说明：1.申报者可根据作品类别和情况填写；2.填写此栏有助于评审。生产上常用的膨化微珠设备大多以流体作为原料主要是用钠硼硅酸盐的水溶液，经过高压、高速离心旋转喷射形成微珠，再经过高温成球脱水、高温烧结、表面熔融最后形成空心或实心的闭孔玻璃微珠。当前国内技术相对落后，设备工作效率低，日产量在2～4吨，进口设备造价高，每条生产线设备价值在4000万元以上，电机耐高温必须大于1500°C，转速24000转／分钟，使用环境条件差，影响电机和其他工作部件的寿命，生产效率低，采用化学元素合成方法制成的玻璃微珠，用作其他工业产品的中问材料，由于离子之间相互作用，影响产品的性能，如作为油井固井减轻剂，钠离子影响油井水泥的降失水，致使产品适应范围窄，成本高；而对以火山岩、蛭石、陶粒等天然无机矿物的固体材料，高速离心喷雾膨化微珠设备只适应于流体状态，无法满足对固体矿物质的膨化要求。潘