景德镇陶瓷学院窑炉课程设计说明书

景德镇陶瓷学院 窑炉课程设计说明书 1 前言 随着经济不断发展，人民生活水平的不断提高，陶瓷工业在人民生产、生活中都占有重要的地位。陶瓷的发展与窑炉的改革密切相关，一定结构特点的窑炉烧出一定品质的陶瓷。因此正确选择烧成窑炉是获得性能良好制品的关键。 陶瓷窑炉可分为两种 :一种是间歇式窑炉 ,比如梭式窑 ;另一种是连续式窑炉 ,比如本设计书设计的辊道窑。辊道窑是当代陶瓷工业的先进窑炉，我国 70年代开始已陆续应用于日用陶瓷工业、建筑陶瓷工业。 80年代后，滚到窑已广泛地用于我国建陶工业中。 辊道窑由于窑内温度场均匀，从而保 证了产品质量，也为快烧提供了条件；而快烧又保证了产量，降低了能耗。产品单位能耗一般在 2000 3500 kJ/而传统隧道窑则高达 5500 9000 kJ/所以，辊道窑是当前陶瓷工业中优质、高产、低消耗的先进窑型，在我国已得到越来越广泛的应用。 烧成在陶瓷生产中是非常重要的一道工序。烧成过程严重影响着产品的质量，与此同时，烧成也由窑炉决定。 在烧成过程中，温度控制是最重要的关键。没有合理的烧成控制，产品质量和产量都会很低。要想得到稳定的产品质量和提高产量，首先要有符合产品的烧成制度。然后必须 维持一定的窑内压力。最后，必须要维持适当的气氛。 通过对其窑炉结构和控制的了解，借鉴经验数据，本文设计的辊道窑，全窑长 烧成温度是 1180 摄氏度，燃料采用重油， 热效率高，温度控制准确、稳定，传动用电机、链传动和齿轮传动结构，联接方式主要采用弹簧夹紧式，从动采用托轮磨擦式，传动平衡、稳定，维护方便，控制灵活。 本设计书在写作过程中得到老师和同学的指导，在此表示深深地谢意。 2 设计任务书 一、设计任务 日产 4000 平米玻化砖重油辊道窑设计 二、原始数据 玻化砖 1 坯料组成（ %） 表 2 1：坯料组成（ %） 2O 产品规格： 600 600 8重 4 公斤 /块； 3入窑水分： 1% 4产品合格率： 95% 5烧成周期： 50 分钟（全氧化气氛） 6最高烧成温度： 1180（温度曲线自定） 三、燃料 表 2 2：燃料组成 重油 J/86 12 1 1 、 夏天最高气温： 39 3 窑体主要尺寸的确定 内宽的确定 产品的尺寸为 600 600 8制品的收缩率为 8%。由于坯体尺寸 =产品尺寸 /（ 1,得坯体尺寸为： 652 652435 435宽定为 2550断面可并排 5块砖坯，离两内墙间隙有： （ 25505） /2= 355合要求 最后确定窑内宽： B=2550体长度的确定 体长度的确定 窑容量 =（日产量烧成周 期）（ 24产品合格率） =（ 3600 50/50）（ 24 95%） = /窑 ) 装窑密度 =每米排数每排片数每片砖面积 =（ 1000 652） 5（ = /每米窑长 ) 有效窑长 =窑容量装窑密度 = (m) 取单节长度为 2000间联接长度 8节总长度为 2008 窑的节数 =95400 2008=取节数为 48节 所以算出窑长为 L=2008 48=96384m 体各带长度的确定 预热带占全窑总长的 节数 =48 15，取 15 节， 长度 15 2008 30120 烧成带占全窑总长的 节数 =48 15，取 15 节， 长度 15 2008 30120 冷却带占全窑总长的 节数 =48 18，取 18节， 长度 18 2008 36144 内高的确定 表 3 1： 窑内高 度表 11634辊上高（ 300 600 300 辊下高（ 300 600 300 内总高（ 600 800 600 4 烧成制度的确定 温度制度： 烧成周期： 60 各带划分： 表 4 1： 各带划分 名称 温度 / 时间 /温速率 / 元节 预热带 排烟段 20500 4 16 500950 0 715 烧成带 9501180 630 冷却带 急冷 1180700 28 3133 缓冷 700500 6 3443 快冷 50080 6 4348 累计 60 48 5 工作系统的确定 烟系统 辊道窑为快烧窑，烟气温度高，一般达到 250 300，为了提高热利用率，辊道窑采用集中排烟方式，本设计于第 1 节窑顶设一对直径为 200形排烟口；第 6 节窑顶设一对直径为 200形排烟口；窑底排烟汇总支烟 管从窑上辊了传动的主动端一侧向上进入窑顶的总烟气管道。在各出烟口分别用圆管引出，汇总到上下排烟分管，最后汇总到窑顶的排烟总管中。设置一排烟分机，同时留一个风机备用。在总烟道上设置总风闸，防止烟气温度过高损坏风机，另在烟道上还设计了一过滤网。 烧系统 嘴的设置 根据所选用的燃料为重油，采用全部喷入窑道燃烧的方式，只通过烧嘴砖的燃烧道中空部分燃 烧，不另设燃烧室，并在辊上辊下各设一层烧嘴，同层烧嘴两侧交错布置，同侧烧嘴上下交错布置。为均匀窑内温度，强化窑内对流换热，选用小流高速烧嘴。在窑体 预热带 7的各节辊道下排布一对烧嘴，在窑体烧成带 16节设置 4对烧嘴，上下对侧均交错布置。每个烧嘴对侧设置一个火焰观察孔，共 69 对烧嘴。 却系统 制品在冷却带有晶体成长 、转化的过程，并且冷却出窑，是整个烧成过程最后的一个环节。从热交换的角度看， 冷却带实质上是一个余热回收设备，它利用制品在冷却过程中所放出的热量来加热空气，余热风可供干燥或者作助燃风用，达到节能的目的。 本设计中冷却系统分急冷段、缓冷段和快冷段。 急冷指的是从最温度 1180到 700，制品由于 液相存在而且有相当的可塑性，可采用直接喷冷风对吹冷却，而不会使产品破裂。在急冷段第 31 33节辊上下都设置吹风管，横贯窑断面，每节设有 5对，每一管对着产品的侧面都开有 70着产品均匀吹冷风。 冷通风系统 制品冷却到 700 400范围时，是产生冷裂的危险区，应严格控制该段冷却降温速率。为达到缓冷目的，采用热风冷却制口的办法，在该段第 37 43 节，在窑顶设置一对抽热风口。 直径为 250 冷通风系统 制品冷却至 500以后，可以进行快速冷却。采用辊上下冷风喷管冷 却，在第 43每节设置 6对冷风管对吹，直接鼓吹冷内，进行冷却制品。 设一矩形抽冷风口，尺寸为 16005 80 风抽出口位置、抽热风管走向 热风抽出口设在每节窑的中部，抽热风管走向为从各支管汇入窑顶总管，总管通向预热带，使抽出的热风进入预热风管，对制品进行预热。 子材质的选择 辊道窑对辊子材料要求十分严格，它要求制辊子材料热胀系数小而均匀，高温抗氧化性能好，荷重软化温度高，蠕变性小，热稳定性和高温耐久性好，硬度大，抗污能力强。 常用辊子有金属辊和陶瓷辊 两种。为节约费用，不同的温度区段一般选用不同材质的辊子。本设计在选用如下： 表 5 1：辊子的选材 低温段（ 20 200） 无缝钢管辊棒 40 3000（ 中温段（ 200 600） 耐热不锈钢管 40 3000（ 高温段（ 600 1180） 莫来石 40 3000（ 距的确定 辊距即相邻两根辊子的中心距，确定辊距主要依据是制品长度、辊子直径以及制品在辊道上移动的平稳性，一般用下面经验公式计算： H=（ 1/3 1/5） l 式中： ； 度，。 因 l 600，故可得 120 200 ，考虑到每节长 2008 ，辊距定为100，每节装 21根辊棒。 辊子总数为 N=20 48=960根 动方案 传动机构采用齿轮传动，并采用分段传动，分别带动的方式，全窑共 15个电动机来带动，平均每 3 节用一台电机。 传动过程：电机 体附属结构 故处理孔 事故处理孔设在辊下，且事故处理孔下面与窑底面平齐，以便于清除出落在窑底上的砖坯碎片。为了能清除窑内任何位置上的事故而不造成“死角”，两相邻事故处理孔间距不应大于事故处理孔对角线延长线与对侧内壁交点连线。 图 5 1：事故处理孔的布置 由上图知： c 12)(2=2 两事故处理孔中心距 因为每节长度只有 以，可以每节设置一个事故处理孔，本设计在每节设置一个事故处理孔，尺寸为： 400 130侧墙事故处理孔采取交错布置的形式。当事 故处理孔在不处理事故时，要用塞孔砖进行密封，孔砖与窑墙间隙用耐火纤维堵塞密封，防止热气体外溢或冷风漏入等现象对烧成制度产生影响。 温测压孔及观察孔 测温测压孔间距一般为 3 5 m，高温段布密些，低温段布稀些，在烧成曲线的关键点，如氧化末段，晶型转化点，釉始熔点，成瓷段，急冷结束等都应设测温孔。 本设计在窑前带、预热带和冷却带每隔一节窑顶设置测温测压孔，对应的窑墙与窑顶错开每隔一节设置；在烧成带窑顶均设置，窑墙错开设置；在各带联接处多设置一两个。 每个烧嘴的对侧窑墙设置直径 30观察孔，上窑 墙观察孔的里面要向下打个斜角，以便可以观察窑内砖的走势情况及其它燃烧情况 胀缝 砌体为多层砖，各层砖的膨胀缝应错缝留设。 窑体受热会膨胀，产生很大的热应力，为避免砌体开裂、挤坏，必须重视窑体膨胀的留设，窑墙、窑顶等砌体都要留设，一般每隔 20填陶瓷棉或石棉。 墙 本设计一起设计了挡墙和挡板，分别设在各个温度段之间以均匀温度和调节窑内温度。在冷却带急冷鼓风两端及抽热风段两端也设置挡墙，对窑内压力制度进行调节。 由于辊道窑属中空窑，工作通道空间大，气流阻力小，难 以调节窑内压力制度及温度制度。因此，通常在辊道窑工作通道的某些部位，辊下筑挡墙，辊上插挡板，缩小该外工作通道面积，以增加气流阻力，便于压力与温度制度的调节。 一般来说，下挡墙与上档板的设置应该根据各个段的要求来定。如在烧成带与冷却带之间设置挡墙、挡板是为避免烧成带的烟气倒流，又避免了压力波动时急冷风窜流向烧成 带而降低高温区温度。预热带设置挡墙、挡板可以增加烟气在高温区的滞留时间，提高烟气利用率，从而提高热利用率。还用为了更好的控制温度，还在中高温设置几个上档板与下挡墙。 故本设计在烧成带两端即 21 节和 30 节 设上下挡板挡墙结构，有利于该段温度的控制和调节，同时起到阻挡急冷空气进入的作用。同时在预热带第 13 节和第 18 节以及窑前第 6 节和第 10 节同样也设置上下挡板挡墙的结构，起到阻挡气流，减小上下温差的作用。 体加固钢架结构形式 辊道窑钢架结构起着加固窑体作用，而钢架本身又是传动系统的机身。本设计采用金属框架装配式钢架结构，立柱用 75 50钢、上横梁用 50 50钢、下梁用 100 50一节窑体钢架中，每侧共有立柱 3根，两头每个立柱上开有攻 6个孔。下横梁每节共 3根，焊在底侧梁上，下横梁上焊有 50 50便在其上搁置底板。上下侧板可用 2 3顶梁采用 50 50 5 6 燃料燃烧计算 气量 论空气量的计算 燃料为重油， 本设计燃料 低发热量 1580根据经验公式，计算其理论空气量： 0000 41580+2= 际空气量的计算 由于在氧化气氛下烧成，根据经验取空气系数为 0 气量 据 经验公式，得实际烟气量为 000 41580+( 烧温度 设空气温度 20空气比热为3m/ , 重油比热为：2 3m/， 20fa 现设1800，燃烧产物温度3m/。 则理论燃烧温度为： ()/ gV 41580+20+2 20） /（ 1802 求得温度与假设温度相对误差 :(18021700 100% 5%，所以假设合理。取高温系数 实际燃烧温度1800 1350，比需要的烧成温度 1180高 170，这符合要求有利于快速烧成，保证产品达到烧熟的目的。 7 窑体材料及厚度的确定 1、窑体材料确定原则 窑体材料要用耐火材料和隔热材料。耐火材料必须具有一定的强度和耐 火性能以便保证烧到高温窑体不会出现故障。隔热材料的积散热要小，材质要轻，隔热性能要好，节约燃料。而且还要考虑到廉价的材料问题，在达到要求之内尽量选用价廉的材料以减少投资。 2、窑体材料厚度的确定原则 为了砌筑方便的外形整齐，窑墙厚度变化不要太多。 材料的厚度应为砖长或砖宽的整数倍；墙高则为砖厚的整数倍，尽量少砍砖。 厚度应保证强度和耐火度。 总之，窑体材料及厚度的确定在遵循以上原则得计出上，还要考虑散热少，投资少，使用寿命长等因素 表 7 1：窑体材料和厚度表（ 1） 1 34名称 材质 使 用温度( ) 导热系数 W (m ) 厚度（ 窑 顶 耐火层 莫来石轻质高铝砖 1600 1030 隔热层 硅酸盐耐火纤维束 1150 50 窑 墙 耐火层 莫来石轻质高铝砖 1600 1030 隔热层 硅酸盐耐火纤维束 1350 90 窑 底 耐火层 莫来石轻质高铝砖 1600 1030 隔热层 硅藻土砖 900 103 t 130 膨胀层 硅酸盐耐火纤维束 1350 表 7 2：窑体材料和厚度表（ 2） 16名称 材质 使用温度( ) 导热系数 W (m ) 厚度（ 窑 顶 耐火层 莫来石轻质高铝砖 1600 1030 隔热层 硅酸盐耐火纤维束 1150 50 窑 墙 耐火层 莫来石轻质高铝砖 1600 1030 隔热层 混合纤维 1350 20 窑 底 耐火层 莫来石轻质高铝砖 1600 1030 隔热层 硅藻土砖 900 103 t 130 膨胀层 硅酸盐耐火纤维束 1350 00 528 热平衡计算 热平衡计算包括预热带、烧成带热平衡计算和冷却带热平衡计算。预热带和烧成带的热平衡计算目的在于求出每小时的燃料消耗量；冷却带的热平衡计算的目的在于计算冷空气鼓入量和热风 抽出量。 热带及烧成带热平衡计算 平衡计算基准及范围 时间基准： 1h； 温度基准： 0 平衡框图 1Q 图 8 1： 预热带和烧成带热平衡示意图 1Q 1 2 2Q 3Q 、底散热； 4Q 5Q 第 1 5节热源为烟气余热，即利用烟气带走显热，所以第 1 5节不列入热平衡计算中，应以第 6坯体计算坯体带入显热，以第 6节烟气温度值计算烟气带走显热。 Q （ kJ/h） 取烧成酌减 5% 入窑干制品质量%95*%9524 4 0 0 01 G=kg/h） 入窑干制品含自由水 1%，湿基制品质量%11 G=kg/h） 制品入窑第 6 节时的温度为 500 ，入窑制品比热为 : 1 c ) 8 5 9 71121 kJ/h） 15803入窑燃料温度0 ， 20 是发生炉煤气的比热容是 3m ) 设发生炉煤气消耗量为 e 1620)202631480()( (KJ/h) J/h) 助燃空气温度20, 20时空气比热容1.3 3m ） ,则燃料燃烧所需助燃空气总量为： 1 0aV ac 20x =J/h ) 取预热带前段空气过剩系数 0.2g,漏入空气温度20, 3m ） )/()( 30 2 (KJ/h ) 支出项目 品带出显热 2Q (KJ/h) 烧成产品质量 8 9% 6 2%9513 Kg/h） 制品出烧成带（第 35 节）产品温度 2t 1180. 查表可知 :产品平均比热为 : 1 4 6 8 2 c ) 5 1 3 8 91 1 8 01 4 6 8 92232 KJ/h ) 气带走显热J/h) 每小时离窑烟气总量为： 0000*41580=11.2 )( 00 = x 3 1 ( =( 3 烟气离窑温度一般500 , 500时烟气比热容 ) (KJ/h ) 部分 ,即第 7 15 节 : 500,取平均值 725；第 16 30 节： 950取 平均值为 1065 。 第 7 15 节 :窑外壁表面平均温度 40 ，窑内壁平均温度 725 a. 窑顶 窑 顶 耐火层 莫来石轻质高铝砖 1600 1030 隔热层 硅酸盐耐火纤维束 1150 50 7251 t 40 设 2t =445 ，3t=76 2101 7 131 =10725+445） /2= =076( = 1 = (m ) 2 =流密度：a=495（ W/） 校核 2t 、 %1%100445 445449 5% 允许 %0076 7678 5% 允许 窑顶散热面积 : 顶 则 495 180880(kJ/h) b. 窑墙 窑 墙 耐火层 莫来石轻质高铝砖 1600 1030 隔热层 硅酸盐耐火纤维束 1350 90 7251 t 40 设 4852 t ， 733 t 2101 7 131 =10725+485） /2= =073( = 1 = (m ) 2 =流密度： 5122111a=433（ W/） 校核 2t 、 %0 048 5 48 548 6 5% 允许 %0 073 7374 5% 允许 窑墙散热面积 : 墙则 22 433 108929(kJ/h) c. 窑底 窑 底 耐火层 莫来石轻质高铝砖 1600 1030 隔热层 硅藻土砖 900 103 t 130 膨胀层 硅酸盐耐火纤维束 1350 7251 t 40 设 4702 t ， 743 t， 2101 7 131 =10725+470） /2= =074( = 1 =132 =10725+470） /2= 2 =流密度：a=451（ W/） 校核 2t 、3 54 5 14 1 51112 % 0 04 7 0 4 7 04 7 5 5% 允许 %0 074 7475 5% 允许 窑底散热面积 :101.5 则 451 164795 (kJ/h) 第 16 30 节窑体散热计算如下 : 取窑外壁温度 80 ,窑内壁平均温度为 1065 d. 窑顶 窑 顶 耐火层 莫来石轻质高铝砖 1600 10热层 硅酸盐耐火纤维束 1150 50 10651 t 80 设 6802 t ， 1243 t， 2101 7 131 =101065+680） /2= =0124( = 1 = = 2 =流密度： 6 5122111a=753（ W/） 校核 2t 、 6 51112 %00680 680691 5% 允许 %0 012 4 12 412 6 5% 允 许 窑顶散热面积 :（ 18 则 753 303339 (kJ/h) e. 窑墙 窑 墙 耐火层 莫来石轻质高铝砖 1600 10热层 混合纤维 1350 20 10651 t 80 设 5802 t ， 1333 t， 2101 7 131 =101065+580） /2= =0133( = 1 = (m ) 2 =流密度： 6 5122111a=943（ W/） 校核 2t 、 6 51112 % 005 80 5 805 88 5% 允许 %00133 133136 5% 允许 窑墙散热面积 :（ 18 43则 22 943 43 291953(kJ/h) f. 窑底 窑 底 耐火层 莫来石轻质高铝砖 1600 1030 隔热层 硅藻土砖 900 103 t 130 膨胀层 硅酸盐耐火纤维束 1350 00 10651 t 80 设 8902 t ， 3803 t， 954 t 2101 7 131 =101065+890） /2= =0380( = 1 =232 =10890+380） /2= 2 = (m ) 3=流密度： 6 513322111a=594（ W/） 校核 2t 、3t、 4t 9 0 25 9 44 7 6 51112 % 008 90 8 909 02 5% 允许 65221113 %00380 380394 5% 允许 %0095 9597 5% 允许 窑底散热面积 :则 894360139 (kJ/h) 窑体总散热量为 : 3Q=180880+108929+164795+363339+291953+360139 =1469235(kJ/h) Q (kJ/h) 自由水蒸发吸热 6 9 712 w（ kg/h) 烟气离窑温度 500 ) 9 0( =35（ 2490+00） =120925（ kJ/h) 其余物化反应 耗热 用32入窑干制品质量 1G =kg/h），32 % 0 0G 321 =2100 1183067(kJ/h) 总的物化反应耗热 : 4 120925+1183067 1303992(kJ/h) kJ/h) 根据经验占热收入的 5% 5Q=(211 ) （ 1620x+ 列出热平衡方程式 由热收入 =热支出得 : 1620x+469235+1263977+算得出 x= 271h 即每小时需重油 271每小时烧成产品质量 3125（ Kg/h） ,所以 ,单位质量得产品热耗为 : 3 6 0 63 1 2 54 1 8 5 0271 (kJ/ 108热带与烧成带的热平衡表 表 8 1：预热带与烧成带热平衡表 热收入 热支出 项目 KJ/h % 项目 KJ/h % 坯体带入显热 产品带走显热 燃料化学显热 11279020 窑体散热 1469235 助燃空气显热 物化反应耗热 1263977 11 漏入空气显热 它热损失 烟气带走显热 总热量 00 总散热 100 却带热平衡 平衡计算基准及范围 时间基准： 1h； 温度基准： 0 平衡框图 图 8 1： 冷却带热平衡示意图 2Q 产品带入显热 6Q 冷却风带入显热 7Q 产品带出显热 8Q 热风抽出带走显热 9Q 窑体散热 10Q 其它热损失 收入项目 Q 制品带入显热在上面已经算出： 2Q =J/h 风带入显热60 ,查表知此时冷风的比热为 : ) 设鼓入风量为h，则 :6=品带走显热7G（ Kg/h） ,出窑口温度7t=80 ,查表知此时温度下制品的平均比热为： 7c 6 105 7t 6 105 80 ) 则 :7Q=773 80 26526 kJ/h 风抽出时带走的显热8取热风抽出时的温度为 :8t=500o C,查表知此时的比热为 :8c= ),则 : 8Q=t 8c=500 体的散热9Q 在急冷带的窑体散热 (31 33节 ) 窑外壁温度取 80 ,窑内壁平均温度为 940 a. 窑顶 窑 顶 耐火层 莫来石轻质高铝砖 1600 1030 隔热层 硅酸盐耐火纤维束 1150 50 9401 t 80 设 5602 t ， 1233 t， 2101 7 131 =10940+560） /2= =0123( = 1 = (m ) 2 = 热流密度：a=727（ W/） 校核 2t 、 %00560 5605