回转窑设计毕业论文.doc

1 序言1.1：回转窑的简介 一、回转窑的组成与分类 1.回转窑的组成 回转窑是对散状或浆状物料进行加热处理的热工设备，问世已逾百年。回转窑广泛用于有色冶金、黑色冶金、耐火材料、水泥、化工和造纸等工业部门。 回转窑的外形与结构组成见图1一1. 图1一1回转窑简图 1-燃烧器，2-窑头罩，3一筒体;4-窑衬，5-热交换器，6-滚圈，7-窑尾罩.8一喂料装置，9-支承装置，0-带挡轮支承装 置，11-传动装置 回转窑属于回转圆筒类设备。筒体内有耐火砖衬及换热装置，以低速回转。物料与热烟气一般为逆流换热，物料从窑的高端(又称冷端或窑尾端)加人。由于筒体倾斜安装，在回转时，窑内物料在沿周向翻滚的同时沿轴向移动。燃烧器在低端(又称热端或窑头端)喷入燃料，烟气由高端排出。物料在移动过程中得到加热，经过物理与化学变化，成为合格产品从低端卸出。 回转窑一般由下列九部分组成: (l)筒体与窑衬 筒体由钢板卷成，是物料完成物理与化学变化的容器，因而是回转窑的基体。窑内物料温度可达1450“C以上，故筒体内均砌筑耐火材料(即窑衬)，起保护筒体和减少散热的作用。按照物料的变化过程，筒体内划分成各工作带，如烘干带、预热带、分解带、烧成带(或反应带)、冷却带等。工作带的种类和长度随物料的化学反应及处理方法而异。 由支承的需要，筒体又分成若干跨。 (2)换热装置 为增强换热效果，筒体内往往还设有各种换热装置，如链条、格板式热交换器等。 (3)滚圈 筒体、窑衬、物料等所有回转部分的重量通过滚圈传到支承装置上。滚圈传递可达儿百吨重的载荷，其本身的重量也可达到几十吨，是回转窑最重的零件。 (4)支承装置 它承受回转部分的全部重量，由一对托轮轴承组和一个大底座组成。一对托轮支承着滚圈，既允许筒体自由转动，又向基础传递了巨大的荷重。 支承装置的套数称为窑的挡数，一般有27挡。在其中一挡或几挡支承装置上装有挡轮，称为带挡轮支承装置。挡轮的作用是限制或控制窑回转部分的轴向窜动。 (5)传动装置 它的作用是通过没在筒体中部的齿圈使筒体回转。齿圈用弹簧板安装在筒体上。由于操作和维修的需要，较大的窑还设有使窑以极低转速转动的辅助传动。 (6)窑头罩 它是连接窑头端与流程中下道工序设备(如冷却机)的中间体。燃烧器及燃烧所需空气经过窑头罩入窑。这里是看火工进行生产操作的地点，因此窑头罩上设有看火孔及检修门。 窑头罩内也砌有耐火材料。在静止的窑头罩与回转的筒体间有密封装置，称窑头密封。 (7)燃烧器 回转窑的燃烧器大多从筒体窑头端擂入，通过火焰辐射将物料加热到需要的温度。嫩烧器有喷煤管、油喷枪、煤气喷嘴等，因燃料而异。 当反应温度较低时，在窑头罩旁另设燃烧室，将热烟气通入窑内来供给热量。 外热窑是在筒体外砌燃烧室，对物料进行间接加热。 (8)窑尾罩 它是连接窑尾端与物料预处理设备以及烟气处理设备的中间体。烟气经窑排出而入烟道及收尘系统。物料由喂料设备直接喂人窑的尾部，对千带有外部换装置的窑，则经换热装置处理后经窑尾罩人窑。 窑尾罩内也砌有耐火、保温材料。在静止的窑尾罩与回转的筒体间有密封装置，称窑尾密封。 (9)喂料设备 它是回转窑的附属设备。根据物料入窑形态来选用喂料设备。干的粉料(包括窑灰)或块状料由螺旋喂人或经溜管、溜槽馏入。含水分40%左右的水泥生料浆用勺式喂料机舀人流槽流入窑内。水分相似的碱石灰铝矿料浆用喷枪在压力下雾化后喷入窑内。呈过滤机滤饼形态的湿氢氧化铝一类物料，可用板式喂料机、螺旋喂料机喂入容内。对喂料的要求是稳定、均匀、容易控制，以便配合窑的操作。一般用变速电动机驱动来调节喂料量。 回转窑的基本参数有:直径(筒体内径)，长度，安装斜度，转速，产能，热耗以及所需传动功率。 在进行回转窑设计之前，必须掌握下列工艺资料:所处理物料的种类、状态(尤其是水分含量)，相适应的喂料方法，处理物料的要求(温度、物理、化学变化)，对窑产能及其波动范围的要求，窑灰入窑的位置（窑尾还是窑中)，燃料的种类及耗量等。回转窑的机构组成比较简单，一目了然。但由于回转窑形大体重，而且还要转动，给设计、制造、安装带来了一些向题。设计中必需考虑大型零部件的制造、运输和安装条件，尤其是直径4米以上的窑:往往会受到很多限制。人们在解决矛盾的过程中，使回转窑不断发展。 2 回转窑的分类 回转窑可以从不同角度进行分类。 (1)按喂料方法分根据入窑的物料是否带附着水，分干法窑和湿法窑。湿法窑还可分为流入法和喷人法。干生料制成球(含水12-14%)经炉蓖子加热机(又称链蓖机)缎烧后入窑的方法俗称“半干法”。氧化铝焙烧窑的原料氢氧化铝含附着水12-18%，亦可称半干法。 (2)按长径比L/D分长径比是划分长窑和短窑的依据。一般干法窑内工作带数少，L/D16，为短窑。湿法窑一般为长窑，L/D=3042.喷入法窑内烘干过程短，L/D=2025，介于两者之间。 (3)按窑型分按筒体的几何形状，分为直筒窑、冷端扩大窑、热端扩大窑、烧成带扩大窑和两端扩大窑(哑铃窑)等。 (4)按物料冷却方式分在筒体热端固定有多个冷却筒时，称为带多筒冷却机窑，以区别于另设冷却机的窑。 窑和冷却机合一可简化工艺配置，降低窑的安装高度，缺点是冷却效率低，受物料块度限制，一度仅用于中小窑。1965年以后丹麦史密斯公司改进了结构和材料，制造了日产25004000吨水泥熟料的大型多筒冷却机窑。 (5)按加热方式分可分为内热窑与外热窑。多数窑是内热窑。在有色冶金和化工工厂中，当处理物料为剧毒物或要求烟气浓度高及产品纯度高时，还使用外热式回转窑，用电热丝或重油在筒体外对物料进行间接加热。其直径一般较小，所以也称为回转管。有的把整个窑系统安装在一个大钢架.上以便在生产中调节窑的斜度。1.2 回转窑的发展在建材、冶金、化工、环保等许多生产行业中，广泛地使用回转圆备对固体物料进行机械、物理或化学处理，这类设备被称为回转窑。 回转窑的应用起源于水泥生产，1824年英国水泥工J阿斯普发明了间歇操作的土立窑;1883年德国狄茨世发明了连续操作的多层立窑;1885英国人兰萨姆发明了回转窑，在英、美取得专利后将它投入生产，很快获得可观的经济效益。回转窑的发明，使得水泥工业迅速发展，同时也促进了人们对回转窑应用的研究，很快回转窑被广泛应用到许多工业领域，并在这些生产中越来越重要，成为相应企业生产的核心设备。它的技术性能和运转情况，在很大程度上决定着企业产品的质量、产量和成本。“只要大窑转，就有千千万”这句民谣就是对生产中回转窑重要程度的生动描述。在回转窑的应用领域，水泥工业中的数量最多。水泥的整个生产工艺概括为“两磨一烧”，其中“一烧”就是把经过粉磨配制好的生料，在回转窑的高温作用下烧成为熟料的工艺过程。因此，回转窑是水泥生产中的主机，俗称水泥工厂的“心脏”。建材行业中，回转窑除锻烧水泥熟 料外，还用来锻烧粘土、石灰石和进行矿渣烘干等;耐火材料生产中，采用回转窑锻烧原料，使其尺寸稳定、强度增加，再加工成型。有色和黑色冶金中，铁、铝、铜、锌、锡、镍、钨、铬、锉等金属以回转窑为冶炼设备，对矿石、精矿、中间物等进行烧结、焙烧。如:铝生产中用它将氢氧化铝焙烧成氧化铝;炼铁中用它生产供高炉炼铁的球团矿;国外的“SL/RN法”、“Krupp法”用它对铁矿石进行直接还原;氯化挥发焙烧法采用它提取锡和铅等。选矿过程中，用回转窑对贫铁矿 进行磁化焙烧，使矿石原来的弱磁性改变为强磁性，以利于磁选。化学工业中，用回转窑生产苏打，锻烧磷肥、硫化钡等。上世纪60年代，美国LapPle等发明了用回转窑生产磷酸的新工艺。该法具有能耗低、用电少、不用硫酸和可利用中低品位磷矿的优点，很快得到推广。 此外，在环保方面，世界上发达国家利用水泥窑焚烧危险废物、垃圾已有20余年的历史，这不仅使废物减量化、无害化，而且将废物作为燃料利用，节省煤粉，做到废物的资源化。1.3 规格参数的确定首先必须指出，回转窑各个部件的尺寸一般与窑直径D(筒体内径)有关，从后面几章可知，滚圈、托轮、齿圈的直径，密封装置的尺寸，都随窑直径而定。这些零部件及至整台回转窑的通用化，可以大大加快建设速度，方便维修工作。目前，各行业自行设计回转窑。为促进回转窑的系列化和通用化，在新设计中应取窑直径为整数，各行业、各工厂尽可能一致。 一、长径比窑的长径比有两种表示方法。一是筒体的有效长度L(一般即为全窑长，带多筒冷却机的窑则在窑长中扣除筒体上的出料口至窑口这段附加长度)与筒体内径D(变径窑为筒体平均内径) 之比；另一是L与窑平均有效直径之比。L/D便于计算，了/能更确切的反映出窑的热工特点。为区别计，称L/为有效长径比。 窑的用途、喂料和加热方法确定后，首先需确定窑的长径比。影响长径比的主要因素是烧成温度、热耗和喂料方法。如喷入法氧化铝熟料窑与流人法水泥窑相比，虽然原料水分和反应过程相似，由于前者千燥过程短，并且烧成温度，热耗略低，长径比就小得多。各类窑的长径比见表1-3。二、窑型所谓的窑型问题是指长径比L/D16的湿法。半湿法窑的筒体各段直径的变化。长径比小的干法窑及冷却机。干燥机一般均为直筒。窑型有直简、扩大热端(窑头扩大)、扩大冷端(窑尾扩大)及双端扩大(哑铃型)。扩大热端能增加烧成带的发热能力和烧纪能力，从而提高窑的产能。小窑扩大烧成带后，可减轻结圈，延长运转周期。一些氧化铝厂和水泥厂在设备改造时扩大了烧咸带，取得了一定的效果。但根据张店铝厂的经验，不宜采用只扩大烧成带的“大肚子”方式，这样对操作不利，一直扩大到热端窑口为好。扩大冷端是基于如下的考虑:艰法窑中，蒸发水分的热量占燃料总热量的35 45%，扩大蒸发带的传热面积，增加窑内冷端换热装置，能提高预热能力，降低热耗。扩大冷端可适当降低废气速度，减少废气内粉尘夹带量，这一点对炭素窑较重要。炭素窑扩大冷端，还可使大量逸出的挥发分得到较充分燃烧。具体扩大那一部分，要作具体分析。 扩大某一部分，可以均衡窑各带的能力。但由于各带的能力还可通过增减其长度得到调整，因此从统一零部件、简化制造、安装、维修的兔度考虑，直筒窑较为合适。对于缺乏实践的新工艺，采用直筒密既有把握，又便于以后改造成其它窑型。重有色冶金窑以采用较短的直筒窑为多数，这是由其工艺特点所决定的:(1)焙烧温度一般不高，而排烟温度却往往偏高，以便回收挥发物或防止烟气中的腐蚀介质在温度降低后腐蚀收尘系统。(2)一般以需要提取的元素的挥发程度或有害杂质的脱除程度作为操作的主要指标，对窑的热效率不作主要要求。有的工艺流程在矿料中配人大量焦(煤)粉还原剂，成为主要的热源;有的挥发物(如锌蒸汽、硫)的燃烧也产生大量的热。氧化铝厂中各种窑型都有，对窑型的着法尚未统一。三、斜度、转速与物料在窑内停留时间 回转窑倾斜安装，以转速n回转，使物料在窑体内由高端向低端作前进运动，满足反应所需的停留时间，一定的料层厚度以及翻动物料的要求。1，斜度为便于计算，回转窑的斜度习惯上取窑轴线倾斜角的正弦。回转窑和冷却机的斜度一般为0.020.05，干燥机为0.030.08。物料流动性好的窑，如氧化铝焙烧窑，斜度不宜过大，取0.020.025。水泥窑及氧化铝熟料窑普遍采用0.0350 .04。 2.转速 窑转动起到翻动物料的作用。提高转速可以强化物料与气流间的传热。氧化铝熟料窑有快速转窑提高产量的成熟经验，某铝厂的窑曾经在4转/分左右运转，和水泥窑及重有色冶金窑一般不大于.转/分有很大区别。但过高的转速会使熟料质量不稳定，设备维护困难，因此建议氧化铝熟料窑转速不大于3转/分，氧化铝焙烧窑不大于2.5转/分。重有色冶金中用的回转窑，有的也要求提高搅动程度以利传热，但更多情况下要求减少搅动，以免排烟中粉尘过多而降低挥发回收物纯度，或减少料层中有用金属的挥发损失，因此常用转速多为0.51.2r转/分。炭素窑常用转速为1.12.1转/分。窑的设计转速一般取常用转速的值，当工艺对加快转速有所要求时，可取设计转速大于常用转速。冷却机和千燥机的转速一般为36转/分，快速干澡机可达810转/分。 3，物料在窑内的移动和停留时间 物料在窑内移动的基本规律是，随窑的回转，物料被带起到一定高度，随后滑落下来，由于窑是斜的，物料在滑落的同时就沿轴向前进了一段距离，形成移动速度。移动速度与很多因素有关。物料的状态也有很大影响。如氧化铝焙烧窑中粉状氢氧化铝的大量脱水及其它窑内粉料所含水汽、二氧化碳等挥发物的排出过程中，急剧的气化使物料流态化，出现与空气斜槽输送相似的条件，加快了移动速度。又如在氧化铝、水泥熟料窑的烧成带，物料部分熔融，粘度很大，使移动速度变慢。尽管对回转窑内物料移动做过各种研究，发表了不少计算移动速度的公式，但它们都不是普遍适用的。下面列举几个常用公式。 在同一台窑中，由于物料水分、粒度、粘度的变化，各处物料的自然堆角是不同的。烧成带a大于平均值，脱水、分解、挥发带处。小于平均值。 这些经验公式，一般是用无物理、化学变化的，颗粒比较均匀的物料，在无扬料板或挡料圈的圆筒内进行试验得出的，与各种回转窑的实际情况有差别。各类窑计算时，应根据实测数据对其中的常数作修正。由于窑内的挡料圈、热交换器等装置一般会使物料移动速度变慢，可在的公式中乘以修正系数K1 ,K1 2H,b30.65H三 托轮与轴承设计一 托轮1 直径，托轮的材料及直径Dt己在滚圈计算过程中确定 2.宽度，确定托轮宽度的原则是:(i)工作状态时托轮与滚圈保持全接触，则 式中2U筒体的轴向窜动量，普通挡轮一般为20一40毫米。由于筒体热膨胀计算及托轮底座的安装会有误差，托轮滚圈宽度差应大于2U。一般取Bt=Br+50100(毫米)。（2）当窑较长时，还应验算冷态时滚圈与托轮的接触宽度不小于滚圈宽度的3/4，式中 由传动挡至窑头挡或窑尾挡筒体膨胀量的累计值一般时，采用图4一15的双轮辐结构。三轮辐铸件清砂困难，很少采用。小型设备的托轮可用单轮辐。二 滚动轴承1 滚动轴承的选择计算计算额定动载荷C1式中 fb寿命系数， Lh额定寿命(小时)。回转窑托轮及传动轴承可取58年，每年以7500小时计。由于更换轴承对轴颈表面有损伤，多次更换后，轴与轴承的配合面失效，因此应使轴承寿命长一些; 寿命指数，对球轴承=3，对滚柱轴承=10/3。 fn速度系数，nt轴承转速，即托轮转速（转/分）fF载荷系数，对回转窑。冷却机。干燥机的托轮，按有轻微冲击力fF=1.11.2.;fT温度系数，fT=0.95；P当量动载荷(公斤)，2.托轮轴弯矩计算 轴中部直径dn=d+(2030)(毫米) 轴中部长度L=Bt+(2060)(毫米)(1) 转轴式结构滑动轴承L=L+2h+lL+1.2l 滚动轴承L=L+B,B为轴承内圈宽度。 因轴中点是紧配合，有利于提高轴的强度，而且不存在应力集中，因此危险截面不在弯炬最大的轴中点。实际断轴多半发生在I、ll截面，尤其是五截面偏中点一侧(图4一25)，在紧配合的边缘