机械立窑详细介绍

1、第十一章第十一章 机械立窑机械立窑 本章提要本章提要 1. 机械立窑总体设计机械立窑总体设计 2. 机械立窑结构与制造机械立窑结构与制造 3. 水泥厂优质高产低耗总目标下设备和工水泥厂优质高产低耗总目标下设备和工艺综合研究艺综合研究第一节、机械立窑总体设计第一节、机械立窑总体设计 一、水泥熟料的煅烧机理一、水泥熟料的煅烧机理 水泥生产的主要原料是石灰石、粘土。 石灰石、粘土是如何转变成“水硬性凝胶材料”-水泥?关键的转变过程发生在窑内。图11-1为立窑煅烧水泥热料示意图. 经过粉磨后的原料经过粉磨后的原料(石灰石、铁粉、粘土、煤以及复合石灰石、铁粉、粘土、煤以及复合矿化剂矿化剂)按一定配比，加

2、水按一定配比，加水(约约12-14)并在成球盘中形并在成球盘中形成湿料球成湿料球(3-15mm为宜为宜)由喂料装置由喂料装置2从窑顶加入，靠从窑顶加入，靠自重下移，助燃空气由底自重下移，助燃空气由底(或侧或侧)鼓入，向上通过料球之鼓入，向上通过料球之间孔隙流动，与料球表面进行热交换，热源由料球内的间孔隙流动，与料球表面进行热交换，热源由料球内的燃料提供，加上某些反应中放出热量，使料球由表及里燃料提供，加上某些反应中放出热量，使料球由表及里预热、脱水，预分解、烧成、冷却，并通过卸料装置从预热、脱水，预分解、烧成、冷却，并通过卸料装置从窑底部卸出窑底部卸出。图16-1 立窑煅烧水泥熟料示意图1主要

3、煅烧工艺过程及煅烧带主要煅烧工艺过程及煅烧带1.1.预热带预热带(包括干燥、预热和分解反应包括干燥、预热和分解反应) 湿料球入窑后，受自下而上的热气流加热，水分蒸发，变成干球料。同时温度不断升高，燃料中挥发物不断逸出，因热气流中缺氧而不能燃烧，随废气排入大气中。随着物料下沉，物料温度继续升高，达到500-600时，其中高岭土脱水；温度继续升高，碳酸盐开始分解，并有部分固相反应。这一带物料在窑面层，约占窑体高度的5-10，温度范围201000。应当注意；湿料球干燥脱水，产生大量水气，分解时又放出大量气体，一方面料球收缩，同时使料球产生许多毛细孔，如料球塑性差，可能使球球炸裂粉化，影响窑内通风。因

4、此立窑煅烧对料球可塑性、孔隙率、强度有一定要求。 1.2.煅烧带煅烧带(或称高温带、烧成带或称高温带、烧成带) 预热带物料随卸料运动下沉进入煅烧带，料球温度继续升高到1000以上。料球中煤 粉大量燃烧，温度急速升高，发生大量固相反应。反应放热使温度更快地升高到1300以 上，出现液相，而进入烧结阶段。物料进一步收缩，收缩程度依燃料、原料性质及生产方法而异，一般机立窑中为12-22。烧结的液相和软化的料球粘结，构成一层塑性高温层称底 火.当熟料中Al203含量高(6.5)时，底火软，粘性大，此时湿料层若大，则底火被压密， 影响通风煅烧. 若熟料中Fe2O3含量高(5)时，底火较脆，并使液相过早出

5、现，易结大块，在卸料时,容易错断，脱节，底火破坏，影响正常煅烧. 煅烧带在立窑内的位置和厚度，对煅烧水泥熟料影响很大，而它的位置和厚度不仅取决于生料中煤的含量，还决定于煤的品质，粒度和通风状况、生料的均化程度，卸料的快慢以及操作水平.正常煅烧时，煅烧带在窑扩大口下部，约占窑体高度的10-15%，1.3. 冷却带冷却带 烧成熟料自煅烧带继续下落，进入冷却带，与窑下鼓入的冷空气进行热交换，软状熔融熟料冷固成块.空气被预热向上进入煅烧带，熟料冷却应需要较长时间，一般冷却从1300开始到100左右出窑，此带占窑体高度的75-85.如冷却不好，既影响熟料质量又加快卸料篦子损坏. 立窑煅烧热料过程大致可分

6、成上述三带，但各带之间并无明显界限，而且各带所占比例与烧成工艺和鼓风压力关系很大，一般要求有相对稳定的底火层.底火层的控制除可以用烧成带上下的热电偶检测外，还可以用插钎法观察.物料在立窑内各带煅烧的主要反应机理和温度范围见表11-1.窑内各带 名称温度() 主 要 反 应 方 程 式吸放热预热带750 干燥 100-150 (一) 脱水 500-600 Al2o32SiO22HtOAl2o32SiO2+2HtO (-)碳酸盐分 解650-1000750 MgCO3+Mg0+CO2 CaCO3Ca0+CO2,1000时反应剧烈,平衡可逆 (一) (一)煅烧带 1300-1450-1300多级固相

7、反应1000 CaO+ Al2O32CaO.Al2o3+QCaO+Fe2O22CaO.Fe2o3+Q (+)1200CaO.Al2o3+ CaO.Fe2o34CaO.Al2o3. Fe2o3+ QCaO.Al2o3+ CaO3CaO.Al2o3. + QCaO+ SiO22CaO. SiO2+ Q 3SOAT 2CaO. SiO2+ CaO3CaO. SiO2 (+) 冷 却 带 对 流 熟 料 冷却1250C一100 一部分熔剂矿物成晶体析出，另一部分来不及析出而呈玻璃体，C3s在1250不稳定，易分解，低于1250C则稳定，C,S在1000以下缓冷易使*,-CS转变成-cJ失去水硬作用 -

8、C2S14505-C2S630680 -C2S500-C2S 各带热 主 要 反 应 机 理 和 工 艺传导方式 名称温度() 方 程 式吸放热预 热带750 干燥 100-150 (一) 脱水 500-600 Al2o32SiO22HtOAl2o32SiO2+2HtO (-)碳酸盐分 解650-1000750 MgCO3+Mg0+CO2 CaCO3Ca0+CO2,1000时反应剧烈,平衡可逆 (一) (一)煅烧带 1300-1450-1300多级固相反应1000 CaO+ Al2O32CaO.Al2o3+QCaO+Fe2O22CaO.Fe2o3+Q (+)1200CaO.Al2o3+ CaO

9、.Fe2o34CaO.Al2o3. Fe2o3+ QCaO.Al2o3+ CaO3CaO.Al2o3. + QCaO+ SiO22CaO. SiO2+ Q 3SOAT 2CaO. SiO2+ CaO3CaO. SiO2 (+) 冷 却 带 对 淀 熟 料 冷却1250C一100 一部分熔剂矿物成晶体析出，另一部分来不及析出而呈玻璃体，C3s在1250不稳定，易分解，低于1250C则稳定，C,S在1000以下缓冷易使*,-CS转变成-cJ失去水硬作用 -C2S14505-C2S630680 -C2S500-C2S2、煅烧过程的物理化学变化熟料冷却熟料烧成固相反应碳酸盐分解粘土的脱水与分解自由水蒸

10、发2.1、粘土的脱水与分解2.2、碳酸盐分解2.3、固相反应 反应过程没有融熔状态物出现，是在固体状况下进行的叫固相反应 800 CA、C2F C2S 800900 C12A7 9001000 C2AS、C3A、C4AF 11001200 C4AF、C2S极大值 2.4、熟料烧成 130014501300 2CaO*SiO2+CaO 3CaO*SiO22.5、熟料冷却 13001250500100 2.6、熟料液相量的计算 当烧成温度为1400 时 2.7、生成1kg熟料的理论热耗 2.8、熟料形成热的经验计算公式3、熟料形成过程的热效应二、立窑煅烧的传质和传热二、立窑煅烧的传质和传热 1.立

11、窑内物料的运动立窑内物料的运动 立窑窑体固定不动，引起窑内料球运动的主要原因有： 1.1 卸料运动引起全窑物料相继下落，经窑底卸出. 1.2 料球在窑上部预热带、烧成带，除落料运动，还因煅烧时体积收缩而产生径向趋中运动. 1.3 卸料篦子带动其中一部分物料的圆周运动， 物料的运动速度影响物料在窑内停留时间，运动速度过快，则物料在窑内停留时间过短，使热料生烧：运动速度过慢，停留时间过长,窑的产量降低.物料在窑内停留时间与窑内物料燃烧有关，如能加大风量提高窑温，缩小料球直径，加强热交换，可缩短物料在窑内停留时间，提高窑的产量. 2. 立窑内气体流动 空气由风机压入窑底部(或腰部)，通过料层经烟囱排

12、出，空气的作用主要是热传导并和料球中的煤燃烧放热.气流阻力主要来自料层(可达2000Pa)，特别是湿料层和烧结层阻力较大，其次还有管道和卸料篦子的阻力(约1000-2000Pa).阻力越大，上火越慢，漏风越多，热效率越低，煅烧产量越低，风机功耗越大.为减少阻力，可采用下述措施： 适当降低窑高， 升高中心风管或补设窑腰风， 使料球均齐，空隙较大，不粘不碎不炸。 为加强热交换并强化煅烧，通常增加入窑风量.但风量增加，当截面不变时，流速增加，从而使流体阻力增加，功耗增加.因此存在着一个最佳气流速度，据经验机械立窑的净空截面平均流速(即假定窑断面无料时的气体流速)以0.5-0.7ms为宜。3.立窑内燃

13、料的燃烧 立窑生产常用无烟煤掺合在生料中，与空气接触机会较少，燃烧条件较差，因而一般对燃料有一定质量要求，见表1-3。 表1-3 水泥厂对煤的质量要求 窑 型 干燥基灰分(%) 干燥基挥发分(%) 干燥基低热值(kJkg) 漫 法 窑 干 法 窑 立 窑 28 25 30 18-30 18-30 21000 23000 21000 立窑用煤: 3.1 要求挥发物低，以减少化学不完全燃烧的热损失： 3.2 要求热值高，可使燃烧温度提高，传热快，物料煅烧时间短，使窑的产量提高，热耗降低， 3.3 要求灰分少，因为煤灰分高时热值低，对操作控制不利，同时灰分高易造成炼窑，结瘤现象，还会影响熟料质量。

14、除了煤的质量指标外，准确配煤和控制煤的粒度很重要.粒度过细，燃烧过快，使煅烧带过短，熟料矿物来不及形成，影响质量，增加煤耗，粒度过粗，燃烧速度慢，高温煅烧带长，火力不集中，高温带温度上不来，冷却带过短，也影响熟料质量。煅烧时可采用不同的配煤煅烧方法：有白生料法、黑生料法、半黑生料法、包壳料法、差热煅烧法、煤料分别粉磨法 ,使用最广泛的是黑生料法.这种方法，燃煤细，燃烧速度快，煤、料混合均匀，配煤工艺简单，热力比较集中，中部通风好，有利于正常操作.但因料球表面的煤粉入窑后在预热带遇低温缺氧气氛生成大量CO，热损失较大，煅烧带较薄，配煤不易准确控制。 4. 立窑内的传热 在预热带，高温气体与湿料以

15、对流方式传热，物料表面再以传导方式向料球内部传递; 煅烧带，热源是燃料颗粒的燃烧、物料固相反应的放热，产生高温气体，并与由下向上的气体进行以对流和传导传热为主，辐射为次的热交换； 在冷却带，是高温物料向入窑气体传热，以对流为主要形式。 对于同一物料球，传热由外到内进行，所以同一料球内可能形成冷却、烧成、预热三个不同阶段(图11-2)。图中，料球外部进入烧成阶段，次外层由于传热的滞后，碳酸盐开始分解，中心部分则刚处于料球的预热阶段；图中，料球次外层的碳进一步燃烧进入烧成，中心分碳酸盐分解，而外表巳进入冷却阶段，图c中，中心部分的料球进入烧成时，次外层物料开始冷却。因而这样，用较小的料球可能得到较

16、快的传热效率。但料球太小，又会使空隙较低，影响通风、煅烧。图l62 立窑中料球分层煅烧示意图三、煅烧工艺要点 1.物料在预热带和烧成带，由于 水分的蒸发逸出， 分解时CO2和燃料中挥发物的排出， 烧结时液相的形成，使得物料在煅烧过程中体积收缩。料球的收缩程度依燃料、原料的性质及生产方法而异，单个料球的体收缩率约为0.120.22. 2.烧成带液相形成时，料球软化粘结，构成一层所谓“底火”，底火的位置厚度通常是反应煅烧情况优劣的标志. 3.水泥熟料的主要矿物要在液相中才能大量形成(一般在1450左右)，为了降低液相熔点，通常采用复合矿化剂，为了达到较高温度，通常采用大风大火. 4烧成的熟料必须急

17、冷通过1250点，避免C3S向C2 S的转化，并且即使在1000C以下也须急冷，若在675 以上缓慢冷却，则产生-C2S向-C2S的转变，使体积增大，出现粉化，失去水硬性.同时， 熟料急冷： 可防止C2S晶体长成或矿物晶体化而难磨， 使MgO凝结成玻璃体或以细小晶粒析出，可减轻方镁石晶体的缓慢水化出现的体积膨胀，不会快凝， 增加应力而易磨 ; 降低热耗. 总的说来，机立窑内物料的煅烧，既有水硬凝胶体生成的化学反应，又有传质，传热的物理过程.影响这种物理，化学过程的因素很多，最主要的是风、料、煤合理统一，才能实现优质、高产、低耗.这种工艺要求又须通过煅烧设备实现.窑体的结构设计，正是从这一工艺的

18、基本要求出发.四 机械立窑结构参数确定 式中 Qy-要求的熟料年产量(t熟料年)； Gy-工厂规模(t水泥年)； d-水泥中石膏的掺入量(%)， e-水泥中混合材的掺入量(%)， p-水泥的生产损失(%)，可取为35%。1机立窑的规格参数1.1 根据水泥年产量要求计算熟料年产量.yyGpedQ100100(17-1) 式中:n -窑的台数；窑的台数n首选1，只有当窑规格直径大于3.3m时才取2或3 Qy-要求的熟料年产量(t/y)； Qh1-所选窑的标定台时产量(t/h)； -窑的年运转率，以小数表示。机立窑0.8-0.85； 1.3 窑规格计算： nQQyh8760(17-2)kQDh4(1

19、7-3)式中： K-窑烧成带单位截面产量，kghm2，机立窑；K1500-2400，kghm22、机械立窑高度 立窑高度设计应满足煅烧工艺要求：即在窑内完成预热、烧成、冷却.设计中除用图表法外，还可采用下述方法； 2.1 烧成带沉料速度法 根据煅烧工艺，立窑中物料的烧成时间t30分钟，烧成带物料沉降速度为1.22mh，故烧成带高度h=0.6lm，若以烧成带占全窑高度H的10计，则H=610m，这种计算比较粗糙，但其原理却是根据煅烧工艺确定的.2.2 高径比法 窑的高度由窑的公称直径确定，常取高径比H/D=34.早期的窑H/D通常取4，立窑的高度随着新的煅烧方法的发展，特别是大风大火强化煅烧以来

20、，H/D有渐小的趋势。目前新设计的窑H/D30.5。当HD小时，煅烧工艺上须格外精心，谨防出红料. 由煅烧工艺过程可知：物料从预热干燥到烧成，体积发生收缩，又由于物料间的搭接粘滞而趋中，会使边部空隙过大。为避免边风过大，常将窑口扩大.理想的扩大口形式应当正好符合物料宏观断面收缩，并使得预热、烧成二个过程均在扩大口高度内完成.扩大口高度的确定是根据浅暗火、深暗火操作的不同可分别取1.40.2和1.850.15m。如上述，扩大口直径D1确定也可有如下扩大角法和计算法二法。 3.扩大口直径扩大口直径3.1 扩大角法 根据类比法或经验法选定一扩大角，则扩大口直径 D1 D+2H1tga. (m) 式中

21、:D1、D-为扩大口上下底面直径，m， H1-扩大口高，m。 早期使用的窑扩大角较大，约1726，近期窑的扩大角有缩小趋势， 厂 名 窑规格 DXH 扩 大 口 D， 玎， 嘎 D截面单产 热耗 (m) (m) (m) (o)k9m.h Uhs熟料天津水泥厂红旗水泥厂顺德水泥厂济南水泥厂北京水泥制品厂滁县水泥厂双水水泥厂张店水泥厂临淄水泥厂诸城水泥厂青岛水泥厂镇江水泥厂麦溪水泥厂海口水泥厂金洲水泥厂甘肃洒泉水泥厂广东高要水泥厂栖霞水泥厂望都水泥厂北流水泥厂零陵水泥厂盐城水泥厂大丰水泥厂建湖水泥厂秀山水泥厂均 值3.35103.0X103.OXl02.9X92.9X 102.9X102.8X10

22、2.7X102.7X102.7X9.32.5X102.5X9.52.5X102.5X102.5X102.5X102.5X102.5X102.58.5 2.462.2X7.S82。2X8.52.2X7.5 2.27 2X8 习.21 习.2 3.85 4.0 3.9 3.38 3.3 3.4 3.478 3.22 3.6 3.44 3.25 3.07 3.38 3.88 3.42 3.03 3.45 3.05 2.9 3.2 2.9 2.95 2，9 L 5 L 65 1.5 l 35 L喵 L 5 L5 1.65 2.0 1.55. 1：38 L 3 1.42 L譬 1.5 1.46 1.51

23、 1.5 L 5 1.1 1.1 1.5 1.4 1.4 1.3 16 19.59 15.82 22.17 19.65 9 9.4612110 9.52 21.73 19.87 14.79 11.5 15.36 25.3 16.94 10.02 17.57 16.46 17.65 18.43 14.04 15 19.6 1257 1.习 1.283 1.379 1.345 L 164 L 179 L259 L288 L 193 1.44 L376 1.3 L228 L352 1.552 L368 L212 L38 1.271 L318 1.455 L318 L341 L 45 1.325 15

24、77 1457 1665 1837 1247 1780 1543 1747 1747 1485 1991 1913 1350 1622 1458 1792 1926 1448 16444213.习 4564.6 4355.6 4313.8 4932.4 3138.0 3774.5 351L2 3741.1 4012.8 4848.0 3560.9 4681.6 3724.习 3390.0 8154.24970.04451.74479.06018 。3540.54121.73.2 收缩率推算法 根据窑的煅烧情况可作如下简化假设： (1)物料从窑面烘干预热到烧成阶段的收缩呈线性，且在扩大口末端完成

25、收缩； (2)物料在窑内沉降互不干扰，即按不变的排列次序向中心收缩，且以同一沉降速度下落。 (3)物料是等球径，且在讨论的某一截面上是两两相切等径圆，在外围被窑壁圆包络。 则可以证明命题： 大圆中包络两两相切等径圆的空隙率只与大小圆直径比有关，而与大小圆直径值无关； 当料球始终被窑壁包络时，窑口直径变化率等于料球线性收缩率。 如图16-3为讨论截面的窑壁包络料球模型，等径小圆两两相切，并被某一大圆包络， 已知两两相切使圆有紧密排列，每三个两两相切圆心连线为正三角形。 作一大圆直径使之通过最多的等径圆心，其上圆心数即为包络圆直径对等径小圆直径d之比值，其余等径圆心均在与该直径平行且相互间距为r的

26、一组平行弦上。 分两种情况讨论 图16-3等径外切圆在包络大圆中的空隙率 第1种情况： 设 R=(2K+1)r 式中:R、r-分别为包络圆等径圆半径； ， 2K+1-大圆直径上等径圆的最大个数。 图1-5中正六边形ABCDFF(含边)所包容的等径圆心数为 g1(k)=2k+1+(2k+k+1)k=3K2+3K+1 (16-25) 在正六边形与包络圆之间仍有部分等径圆圆心均落在与正六边形各边间距为Ir的一组平行弦上，其中I=1、2.P P为(2一)K的整数部分，记作 P=INT(0.1547K) (1-26) P排符合条件的圆心数为 2211()43(1)pif KINTKK2220.51236

27、(13 )12(0.5) 3.66.4138pikkINTKiikk1222()1 .63 4 .5()10 .1( 21)ykkkkk第种情况 当R=2Kr时，同上法可求得y2(k)=92(k)+6f2(k) 1122( )3.678( )10.1(21)441y kkkkkk 空隙率由上知命题得证.利用计算机对f1(k)进行最小二乘曲线拟合，可求得对于k=200400(适宜于机立窑内窑断面直径对于球平均直径的比值)区间的函数表达式： f1(k)=0.10K2-0.50K-13 (1-28) 则大圆中包络等径圆心数为 yl(k)=9l(k)+6fl(k) (1-29)20020()1ykdD

28、22()1ykdD0220220()()y kdy kdDD0000DDddDd设在直径D 1窑面有y(k)个直径d。的圆相切排列，下落到D处，料球收缩为d，仍相切包络，则在D0窑面之空隙率：即 在D窑面之空隙率由命题 知故窑口直径收缩率等于料球直径收缩率，命题 得证。 据统计，单个料球煅烧线收缩率0=0.12-0.22。实际料球因受挤压楔塞而使液相收缩率加大，须修正：Klo，Kl为修正系数，其中K1=1.3-1.5，所以=0.156-0.33，代入(1-37)得： 由表1-5可知： 工厂实际扩大口基本上都在式1-37计算范围内.25个统计值基本上成正态分布，分布中心与时的计算中值仅差1100

29、0，由反推得=0.245，故理论式1-37与实践的吻合较好。 同 一直径窑，扩大口直径一般相差不大.注意新窑扩大口比老窑扩大口略小些，但当扩大口高度相差较大时，会导致扩大角有较大变化.在选定扩大口直径时，可根据实测线收缩率适当考虑下述情况调整：， 适当减小扩大口，有利通风，但过小易跑边风影响中火；反之，见过大，风阻增加，且易炼边、搁料.一般料球质量好，工艺稳定，或闭门烧窑时，宜用较小扩大口，否则宜略大。如生产厂无料球收缩率实测数据，可按式11-37的中值选用，该值有较好的综合工艺性五 机立窑工艺参数选定 机立窑的设计参数主要分工艺参数和结构参数。结构是为工艺服务的，而工艺常常需要靠结构来实现目

30、标函数。 工艺参数主要包括转速、功率、产量、风量、风压、烟囱废气量、风机选型、烧成带沉料速度等. 1、转速、转速 机立窑卸料装置的转速实际上决定着卸料能力。而卸料能力又由立窑燃烧过程中热和质的传导决定。由于物料经历着常温一1450-100冷一热一冷的变化和C3S、C2S等产物形成阶段，所以必然有热源、需时间，这样，卸料能力作为目标函数o；，(，)又被工艺时间约束着，也即转速受到一定限制.机立窑卸料装置的转速因为很慢所以很难建立宏观数学模型，一般控制在3-9rh. 设计的转速必须可调，这是因为，卸料速度被转速控制，而卸料速度又控制着稳定的底火层，即烧成质量。但： (1)物料从温室-1450100

31、在短时期内完成，热工制度不稳定； (2)影响烧成质量的因素很多：料球的干湿、大小，燃料的发热值、粒度、多少，风压、风速、操作水平等等.所以，非可调不能保证在烧透的基础上及时卸料. 调速范围一般控制在1：31：4，过大的调速范围只能使结构复杂，没有实际意义.2.功率 生产实践证明，塔式(含盘塔式)卸料装置具有较好的综合效益，故以塔篦为例计算. 可以把塔式篦子简化为阶梯式圆柱体，物料即在其上被带动或从上一台阶到下一台阶。 因此电动机功率应消耗在： (1)塔篦齿与熟料的磨削与剪切， (2)边壁摩擦； (3)物料破碎： (4)其它摩擦. 2.1.破碎功 帮德定义 将一短吨(907ks)的矿石理论上从无

32、限大粒度粉碎到80%通过100m方孔筛所需要的能量为功指数(worklndex)，按定义x2100m代入帮德公式212111()bbEKKxxx1 0biKWE211110()XiWWxx21111 1 .0 3()XiWWxx则Kb=lOWi代入式16-39c则有式中 wi-帮德指数(kWh短吨)。 wi的大小反映了物料破碎的难易程度，机立窑的卸料装置亦可看作破碎机构.帮德对83种矿物、矿石实测了功指数。水泥熟料的功指数：wi=13.49(试验60次，比重SG=3.09) 代入式16-40并化为公制熟料在窑内破碎塔前后的粒度均值可取x1=150mm, x2=30mm代入式16-41得2111

33、1111.03()148.8() 0.013150.475(/ )XiWWxxkw t 对台时产量G=5.9th的窑破碎功耗N1 Nl=GWX=5.9 X 0.4752.803 (kW)图l6-4 塔篦立轴垂直载荷 此破碎功也可折算为破碎力矩：取n=0.15r/m51195501.78 10 (. )nNMN mn图l1-4 塔篦立轴垂直载荷2.2克服物料对塔篦的摩擦阻力矩的功耗 为了简化讨论，可将阶梯式塔篦子简化为阶梯圆柱体，分两种情况讨论。 第1种情况 物料和阶梯圆柱上平面的摩擦力矩 取微元面积：dA=dsd=dd，则徽元面积上阻力矩 dMn2=fPdA=fp2dd22320023rnMf

34、pddfpr2222221()3()()33tttKR Hr hK GPRRh rhkHkHR 由于塔篦的高hlV2，且破碎塔进出料粒度对功耗影响很大。而进出料粒度随机性很大，进料粒度与烧成工艺相关，急冷可能淬裂，煤多可能呈死烧大块：出料粒度随破碎腔尺寸、破碎塔形式、破碎方式不同而改变.在摩擦功耗计算中，摩擦系数可能较大，甚至有摩擦力矩转化成破碎力矩的，2.5电机功率3、台时产量、台时产量24AGD m4、风量、风速，风压、风量、风速，风压4.1.风量入窑风量应包括：V1-一煅烧物料的基本风量，V2-漏风损失，可用系数Kl计算，K11.151.25;V3-储备风量，可用系数K2计算。K2=1.

35、21.3 故 VV1+V2十V3=K1K2V1 基本风量V1的确定有二个方法： 方法一 据B安谢尔姆经验公式”61244.82 1049701000KGqVKGq式中 G-窑台时产量，k8h； V1一燃烧基本风量，m3min q-熟料单产热耗，uk9熟料； k-生产不均衡衡量系数，机立窑；K=1.0，方法二 根据燃料消耗量估算 式中:Vo每公斤煤理论空气消耗量，mn3/kg：当煤的热值为25000-20000kJkg时，一般取7-8mn3/kg， -立窑过剩空气系数，=1.2一L 3， t-鼓风机进风温度，； B-立窑燃料消耗量。 B=GqQDWy (kgh) 式中 G立窑台时产量，keh：

36、q立窑熟料烧成热耗，机立窑q=37604600kJkg， QDWy煤的应用基低热值，kJkg。 (单位燃料完全燃烧后，燃烧产物冷却到参加燃烧反应起始温度，而燃烧产物中水蒸汽冷成20水蒸汽所放出热量，称为燃料的应用基的低热值。)0273127360ttVBV熟料台时产量已在前面述及 各种煤的低热值见表1-7。表 1.7.常用煤的低发热值. 品名烟煤 烟煤烟煤无烟煤无烟煤 无烟煤 煤矸石石煤 产地大同平填山开滦 阳泉 朔甫宜章广东曲仁北京城东矿浙江热值(MJ) 29 2023 29 27 27 5.8 7.5 窑内风速的大小，既影响着传热效果，又影响料层阻力等，由于粒间空隙的实际流量很难确定，故一

37、般常取平均值法或净空流速(假定流速).一般要求高温带W0=0.5-0.7ms，4.2风速风速4.3风压 一般立窑的料球直径d，气体重度均变化不大，故鼓风压力Af主要与流速平方成正比，21()vpHA 式中 -阻力系数。与形状、粒度、表面粗糙度、空隙率有关，一般取值：粒状=(8.8-10.8)X10-4； V1-鼓风量，Nlmmin； A-窑横截面积，m2， H一窑有效高度，m 。 2.经验估算法(12502450)pH 五、废气量确定 1立窑废气量形成 (1)鼓入空气中参加反应后的剩余物，除N2外还可能有余量O2 (2)反应生成物CO，CO2，H2O蒸汽等形成： (3)窑面负压漏入的部分气体。

38、 前两项经常用经验数值估算，一般以单位熟料气体生成量Ve表示，按经验Ve=1.6-2.Om3/kg熟料.则立窑废气量Vg可按下式计算：1273101.3273ggetVVGkkp式中 tg-废气温度，一般；tg=80120， ，p-当地大气压，kPa； K-生产不均衡系数(同前)： K1-漏风系数(同前)。上次课程教学检查与回顾 1机械立窑内煅烧分哪几个带,主要进行哪些物理化学过程?第二节第二节 机械立窑结构与制造机械立窑结构与制造 机械立窑主要由喂料装置、窑罩烟囱、窑体、卸料装置、传动装置，电气控制、料封和料位控制、收尘装置组成。一、一、 喂料装置喂料装置 1.喂料装置工作要求 机立窑的喂料

39、装置将成球盘中生成的料球均匀地撒到窑中指定的位置。 1.1 喂料装置的要求： 1.1.1 能在窑面(窑中物料最上面简称窑面)任意位置布料。 1.1.2 调整方便。 为此，喂料装置上都设置回转机构和升降机构，前者使撒料溜子 (图16-12)可360逆顺回转，后者可调整撒料溜于俯角，使撒料点的径向位置控制灵便。 2.喂料装置的结构、工作原理及类喂料装置的结构、工作原理及类型型 图16-12是喂料装置的一种常见形式 电机1通过连轴器2、减速机 3、伞齿轮4，5啮合，驱动与大伞齿， 轮刚连在一起的加料斗6回转，撤料溜子13与加料斗铰连，并随斗作正反转，转向及停启由电机控制。加料斗通过伞齿轮下面的钢球1

40、0、滚道9、底座11支撑在窑罩顶盖12上。撤料溜子的升降则通过钢丝绳8、防扭器等另一套传动机构实现，使溜于与窑体中心线夹角在0-45范围灵活变化。从成球盘下来的料球通过加料斗6、撒料溜子13的回转和升降而进入窑面指定位置，从而实现全窑面的任意点布料。降机构时，注意升降行程应满足撒料溜子两个极限位置，即下料点在窑边缘和窑中心，因而在撒料溜子长度、铰支点、力作用点的位置方面均需统筹考虑。溜子过长，可能碰窑边和窑面物料，过短则不能下料到窑边。且因落差大料球易碎。为了避免加料斗回转时的扭转运动传递到升降机构(或钢丝绳)上去+通常设置防扭器.防扭 gS有几种，其一如图16-6所示，随同撒料溜子7回转的拉

41、杆5通过钢球4支承在防扭器座3上，因而当钢球随拉杆转动时，防扭器座不跟转。该防扭器结构简单，制造方便，维修容易，不足之处是杠杆2的端点绕支点摆转，使拉杆在中空料斗中升降同时还有水平偏移运动。 撒料溜子升降机构可有如下三种形式。 2.1 电机通过差径卷筒、钢丝绳、滑轮组，防扭器等使撒料溜于升降，以改变撒料溜子下料角度， 2.2 采用电动葫芦悬吊于窑上方楼顶，通过立窑下料溜子差径卷筒操纵器 。 2.3 用液压活塞扦和一套杠杆铰链机构通过防扭器带动溜子升降。 图16-16 钢丝绳防扭器结构示意图1-吊环，2-吊瓤，3-壤珠轴承：4-导管，8-方轴，6-支槊，7-钢丝绳，8一导管， 9一导轮 图16-

42、14 立窑下料溜子差径卷筒操纵器 图16-15 活塞杠杆升降机构1-手艳，2-钢丝蝇，0-动滑轮，4-调节螺丝 l-液压缸：2-杠杆，3-防扭器；5-防扭器座6-回转机构7-撤料溜子， 4- 钢球5-拉杆，6-喂料斗 降机构时，注意升降行程应满足撒料溜子两个极限位置，即下料点在窑边缘和窑中心，因而在撒料溜子长度、铰支点、力作用点的位置方面均需统筹考虑。溜子过长，可能碰窑边和窑面物料，过短则不能下料到窑边。且因落差大料球易碎。为了避免加料斗回转时的扭转运动传递到升降机构(或钢丝绳)上去+通常设置防扭器.防扭 gS有几种，其一如图16-6所示，随同撒料溜子7回转的拉杆5通过钢球4支承在防扭器座3上

43、，因而当钢球随拉杆转动时，防扭器座不跟转。该防扭器结构简单，制造方便，维修容易，不足之处是杠杆2的端点绕支点摆转，使拉杆在中空料斗中升降同时还有水平偏移运动。 如图16-16所示为另一种形式防扭器结构，放松吊环1的钢索(图中未画出)，由于撤料溜子的自重，使其通过钢丝绳7，方轴5、拉动吊架幻并靠吊架2的上端二根小轴沿着导管4中间开的滑槽下滑，以改变撒料溜子俯角。当撒料溜子回转时，钢丝绳7、方轴5随同回转.由于吊架通过滚珠轴承与方轴接触，所以扭矩不传递到吊架上。钢丝绳7通过导轮9中凹槽滑动，可防止方轴偏斜.二、窑罩和烟囱 1.窑罩窑罩 窑罩通常用8lOmm的钢板卷成圆台，下底与窑扩大部分相应，上端

44、盖是约lOOmm钢板夹层，内填保温材料，上置喂料装置， 窑罩锥度约70罩高原则上以导气方便、不塞不回、便于操作为限，通常2000mm左右，四周开46个门，以便观察处理窑面.为防止在运输过程中变形，许多大的窑罩只作了门的位置标志，而在现场开门孔.还有的窑罩是将两半边运输到现场焊合的.窑罩两侧通常设两个烟囱臂7，也有的在窑顶部设烟囱，实践表明，适当增大窑罩空间，对顺利排烟和窑面操作有利.一些扩径改造的机立窑，往往忽视窑罩相应扩大的问题，造成窑面回烟严重，操作困难.窑罩门制作时通常采用门孔割 下的材料，既节省又与本体形状一致。 2.烟囱 烟囱通常用36mm钢板卷成，如图2-12所示，烟囱的高度和直径

45、对窑排风影响很大，一般要求窑面微负压(一3mmHzO)，烟气速度一般在2-4ms 烟囱直径Dg决定于废气量和气体流速：3 6 0 04gggVDun2 7 31 .2 9 3(0 .9 1 5)2 7 37 6 0mphpt式中:ug烟气流速，ug =2-4ms n烟囱的个数， h窑的废气量，m3h. 烟囱高度h可用下式估算：则h16.382X 760p一般为1015m.烟囱越高，抽力越大，对窑操作有利；但过高，稳固就难，且愈高易有水汽凝结粉尘，使烟道撑风受阻，故一般取1015m，如抽风力不足可加一排风机.烟囱高度还应高出周围建筑群3m以上。从窑罩出来的烟气若进沉降室收尘，一般需另加风机，否则

46、烟囱还应相对增高一些.盐城水泥厂2.28.5m窑的热工测定表明：该厂烟囱分两段，在沉降室前高9米，沉降室后高6米，窑面仍显零压或正压，希望烟囱再高一些，或加风机.图16-18窑罩烟囱 三、窑体三、窑体 窑体是锻烧水泥并承受物料高温、料气对流传导热交换的主要部分。熟料烧成的化学反应、物理过程以及落料运动均在窑内进行，故应具备耐高温、耐磨损，耐化学侵蚀、热稳定性好，有一定强度，向外散热少等条件。它主要由筒体3、窑衬14以及筒体与窑衬间隔热层组成。见图16-19。 1筒体 筒体常用8-10mm钢板卷制成型，焊纵缝，并据窑体大小，将全窑高度方向分焊成2 3段节，到现场组装拼焊. 筒体内衬有隔热材料和窑

47、衬.筒体冷却带下部通常有一段钢板夹层，有筋支承，且用铁管将内外层筒体焊连，既可作衬板连接螺栓之衬套便于填料密封，又能加固筒体.有的厂在夹层里通冷却水强化熟料冷却，有的填保愠材料减少热散失，也有的厂无填料亦不通冷却水. 图16-19 窑体结构图1-测温计；2-加强筋：3-筒体：4-加固圈,5-门： 6-铁砖：7-衬扳：8-刮料板：9-承料盘：10-筋板，11-衬套，12-外颗板，13-内筒，14-窑衬 其实，热料的急冷工艺要求和减少热损失的保温有一个最佳值问题，即在保证最优质熟料的同时减少热损失。按工厂使用的经验认为水冷却得到的热量如果能回收利用：工艺控制如果比较稳定，热耗没有因此增加，那么用冷

48、却水还是适宜的. 为了控制烧成带温度，在喇叭口上下和冷却带中部，通常安有测温导管.测沮导管底端寓窑衬内壁距离为40-50mm，周向均布3-4个，导管外的保护套砌筑时从窑衬一侧安放. 筒体冷却带中部还常开设人孔以便检修窑衬和卸料篦于.但人孔门内侧需衬上和窑体内衬表面相平的耐火衬料，以保证窑内物料顺畅下落。 筒体下部及筒体D：和o，的过渡处常设置加强筋板。 筒体中部有时设置加强圈，便于下层耐火砖脱落后更换。 筒体组装焊接环缝时应注意组对接口。通常将被连接的下侧筒体上口均匀焊接46块“L”形钢板，将上截筒体吊起落入下侧接口上，用楔铁打入“L”形板与筒壁间，使上下接口对齐，均匀点焊四周。用两人对称焊接

49、环缝，组对时还需注意上下截的纵焊缝应错开，以免十字形焊缝造成应力集中。2.窑衬 2.1窑衬工作要求 立窑窑衬是与熟料直接接触的部分，所以对窑衬要求， (1)耐高温。能在1500环境中工作； (2)化学稳定性好。能经受住酸碱和熔相侵蚀， (3)耐磨损。回转下落的炉料与窑衬作相对运动时，磨损少； (4)外形尺寸准确，有助于镶砌； (5)热阻高，保温性能好。 2.2.窑衬材料配置 立窑的窑衬材料，须在提高综合经济效益的前提下，根据各部分热工状况特点、要求合理选用， 2.2.1立窑上部是预热、烧成带 温度从201450+1300，还有物料的荷重压力和运动摩擦，会使窑衬变形、软化甚至烧熔。同时由于物料烧

50、成时发生一系列物理化学反应，逸出大量挥发性气体和有害腐蚀物，如CO、SO2、氯化物、CaO而且又有13001450液相的强烈侵蚀，使窑衬工作条件特别苛刻，易被蚀坏。再加上当熟料下落时烧成带赤热窑衬与湿 料层接触的聚冷骤热，又加剧了窑衬的裂纹、侵蚀。为此喇叭口窑衬通常采用强度较高的耐火砖。表162为部分轻质耐火砖和隔热材利的理论指标。 图16-20 a-窑体保温材料示意田；b-窑壁温度测量值1-内扩口砖，29t扩口砖：3-保温层：4-矿渣棉；5-珍珠岩，6-外窑体；?-窑体；8-外层砖；9-内层砖；10-衬板2.3.隔热保温层 在窑筒壁与窑衬砖间通常充填一层隔热保温材料，以减少散热损失。经验证明

51、，立窑窑墙的热散失对熟料热耗、煅烧质量影响较大，通常应在热工计算的基础上，优选结构强度好、导热系数低、显气孔率高、容重小的隔热保温材料，以使热散失、漏风、外部冷空气吸入都较少。2.3.1.保温层热工计算立窑窑衬和保温层组成窑体的多层圆筒墙体(图16-18)，由内向外传热.正常生产时，窑衬各圆筒间稳定导热，单位高度窑墙筒体散热量，可用下式计算:1011111ln22niiiinttqrrrh(i1，2，) (16-22)式中:t1窑内壁温度， t0窑外环境温度，： ti、ti+1第i层窑墙内壁、外壁温度，： ri、ri+1第i层窑墙内径，外径，m， i第i层窑墙导热系数，1m， A窑表面综合换热

52、系数，wm2，见表165 n窑墙层数。 某一单层窑墙的传热公式为:11111ln2iiniiiittqrr (2-23)利用上式，在巳知窑墙结构有关物理常数时计算散热量，可用计算机进行迭代法计算求得窑墙各交界面上温度.反过来，利用计算机可对各种窑墙尺寸的组合进行散热比较，从而优选最好的一种组合方式及尺寸，窑表面温度4050100150200h(Wm2.)15.4 16.519.823.5 27.3表11-5窑表面综合换热系数(风速1ms) 2.3.2 隔热砖加轻质耐火混凝土，隔热砖宜采用容重轻(0.69cra)、耐压强度大(50kgcmz)，导热系数低(约0.836kWm左右)的材料。轻质耐火

53、混凝土宜选用膨胀珍珠岩、或陶粒、硅藻土、石棉网、干矿渣。粘结剂宜用优质硅酸盐水泥.条件许可使用矾土水泥、磷酸、水玻璃等. 2.3.3 耐火砖耐火纤维毡复合砖加轻质耐火棍凝土，即在耐火砖靠筒体面做成凹形，凹槽内贴上20mm耐火纤维毡。 2.3.4 采用单一的轻质耐火混凝土，这种方法被许多水泥厂实际采用.较多的厂采用膨胀蛭石粉，常见隔热保温材料见表2-2. 表2-2 机立窑用部分轻质耐火砖和隔热材料的理化指标 材 料 名 称容重k9m：常温耐压强度 MPa允许温度 C 导热 系数WmK 材 料 名 称 容重 kgm常温耐压强度 MPa允许温度导热系数 W，n1K磷酸盐高铝砖 轻质粘土砖抗结皮高铝砖

54、 轻质尚铝砖 CB30特隔砖高强度隔热砖隔热珍珠岩磷酸盐珍珠岩 27 16 26 101 6.5 6 4 2.2 68.8 3.0 58.8 4.0 16 5.0 1.0 0.71400113013801350125090080010002.00.5232.0 0.65 0，233 0.128 0.052CBl0硅隔砖超轻质珍珠岩膨胀珍珠岩 膨胀蛭石无石棉硅钙板 石棉粉 矿渣棉 稻谷灰 1 22.1-2.40.4-7.50.84 23.5-8.6 1-1.50.10.510.3-.7- 0.4 9006508008OO105060070013500.30.133.058-.174.047-.0

55、70 0.05 0.003.035-.052以前多采用高铝砖.近年实践认为采用磷酸盐高铝结合砖为为佳。它用含Al2O380%的特级煅烧熟料矾石作骨料。磷酸盐作粘结剂，经机械高压成型加热制成。耐火度达 1720，常温耐压强度60MPa，荷重软化温度1450，体积密度265kgcm3湿气孔率1518，具有良好的高温结构强度，耐磨性和耐化学侵蚀稳定性及抗热震稳定性，耐急冷急热100次以上。普通高铝砖无法匹敌。为加强保温效果，烧成带耐火保温层应增厚到1m左右。 2.2.2窑中上部是冷却带的开始阶段，温度在600-1300之间。此区域温度稍低，试验研究认为用磷酸盐高铝耐磨砖为佳。该砖在800时仍具有较高

56、的耐磨性，耐磨性是粘土砖六倍以上，(注；不宜使用在高温带以免炸裂)；也可采用水泥窑用致密高强度粘土砖，或参照盛钢桶用砖标准(参表21)制砖，在中间层用粘土砖。 2.2.3窑冷却带下部为窑体下扩大端，此部分物料温度低于600C，又受卸料塔转动的牵连而有周向运动。故窑衬以耐磨性要求为主，常选用铸造铁砖，在扩大口与直筒的连接处则用锥形铁砖过渡连接，过渡角 2.2.4 冷却带下部从卸料带锥顶略高处开始物料被卸料塔牵连而周向运动趋势更甚，故常用耐磨性能较高的衬板。周向波纹增加摩擦并用螺栓通过简体套管连接于简体内壁 2.2.5 最下层的衬板，一些制造厂制成“L”形圆弧衬板沿壁围成“承料盘”。从锥塔间物料下

57、落到承料盘中，被连接在卸料锥底的刮料板刮入卸料锥。但近年实践认为承料盘与刮料板实属画蛇添圯许多厂拆除削料板、切除承料盘水千部分或干脆将最下层改成锥形下料口，实践证明不仅卸料正常而且减少了刮料动力消耗。 2.3 耐火材料节能型衬里和保温材料的应用 立窑的散热，不仅是能耗的浪费，而且导致熟料煅烧不良，fCaO高，近年来，人们逐渐趋向于采用耐火材料节能型衬里减少热散失。耐火材料节能型衬里由三部分组成；工作层采用耐侵蚀、抗热震和能减轻炼边的抗结皮高铝砖或抗震性能优良的磷酸盐砖；隔热层可选用 CB30、CBl0隔热砖；保温层采用无石棉硬硅钙石型硅酸板，这种板比传统的粒粉状、纤维状隔热材料不仅热阻高，而且

58、强度高，不易发酥、粉化、挤压、流失。为了进一步减少窑体散热损失，有的厂在窑体上部外壁分层涂抹总厚度2025mm的保温涂料，可使窑壁温度从150下降到30左右。上次课程教学检查与回顾200912031 2.立窑上部为何设置扩大口？扩大口大小对煅烧工艺有何影响？ 3.试分析立窑内通风不均的原因和对策. 4.机立窑的喂料装置怎样实现煅烧工艺要求?四四. 卸料装置卸料装置 1. 卸料装置的工作要求卸料装置的工作要求 机立窑的卸料装置是机立窑生产的关键部位；也是立窑技术改造中人们最关注的部位，因为它不停地旋转或摆动，不但要承受全窑物料，还要松动破碎物料，使物料卸出量根据需要得到方便的控制。此外，风也常从

59、底部经卸料装置进入，故对卸料装置有如下要求： 1.1 能使窑内整个断面均匀地卸料，以保证落料平稳，底火稳定， 1.2 烧结的大块熟料能及时破碎； 1.3 上风均匀风阻较小(风口面积较大)， 1.4 根据煅烧工艺要求方便地调整卸料速度与回转方向； 1.5 耐热耐磨，维修方便， 1.6 承载受扭，刚度较大。图图11-21 盘式卸料装置盘式卸料装置l一蜗扦，一蜗扦，2一蜗轮：一蜗轮：3一立轴，一立轴，4一上轴承：一上轴承： 5-铁砖铁砖;6-窑壳：窑壳：7一大盘篦于，一大盘篦于，8一中心篦子，一中心篦子，9一集料溜子一集料溜子;10一下轴承一下轴承2 卸料装置的常见形式2.1.盘式卸料装置盘式卸料篦

60、子为一固定的铸钢圆盘.中有立轴支承如图16-21所示。盘中部突出，突出部分直径约lm，中心高约250mm，它可将窑心处的熟料挤向四周。盘上有高约100mm交错排列的破碎齿，齿与齿间有约200mm的方形或长方形卸料孔。篦子常用蜗轮蜗杆传动。篦子转速0.050.18rmin。当篦于回转时，熟料在盘上被破碎齿破碎，通过卸料孔排出。盘式蓖子的优点是破碎能力强，进风量大，卸料能力强，但出料粒度较大.2.2塔式卸料蓖子塔式卸料篦于通常有叠成塔形的同心圆环上配置齿和孔如图16-22，塔的圆环成双偏心，下有带破碎板的颚口。当卸料篦子旋转时，塔齿便将窑内物料松动并挤向四周落入颚口破碎。通过承料盘4被刮料板3刮列