烧结机设计计算大纲

2/2烧结机设计计算大纲一、编制依据与适用范围1.1编制依据本大纲严格遵循现行国家及行业烧结机、钢结构、热工设计相关规范标准，所有计算方法、公式及参数取值均以规范条文与工程通用理论为依据，确保计算结果的科学性与合规性，主要依据包括：《带式烧结机》（GB/T13343-2018）《钢铁企业烧结厂设计规范》（GB50407-2017）《钢结构设计标准》（GB50017-2017）《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010，2016年版）《工业炉砌筑工程施工及验收规范》（GB50211-2014）《烧结设备安装工程施工及验收规范》（GB50961-2014）《工业金属管道设计规范》（GB50316-2000）《安全阀安全技术监察规程》（TSGZF001-2009）《工业与民用建筑钢结构防腐技术标准》（JGJ/T251-2011）《钢结构高强度螺栓连接技术规程》（JGJ82-2011）《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010）《烧结厂工艺设计规范》（YB/T5001-2017）1.2适用范围本大纲适用于铁矿粉、锰矿粉、镍矿粉等各类原料的带式烧结机、环式烧结机设计计算工作，涵盖100\1000m²的各类烧结机产能规格，涵盖常规抽风烧结、热风烧结、富氧烧结等各类工艺形式，涵盖Q345B、Q355B、耐热铸钢、耐热不锈钢等各类主体材料，涵盖常规抽风负压（10\20kPa）、高压抽风（20~30kPa）等各类工况，可作为烧结机设计阶段计算工作的统一指导框架，与其他钢铁冶炼系统设计大纲形成完整的冶炼工艺系统设计体系，满足烧结机20年设计寿命的全周期安全与工艺要求。二、基础设计参数计算2.1运行设计参数烧结机的运行设计参数，是热工与结构计算的核心基础，取值规则如下：产能参数：额定烧结矿产量：单位t/d，为烧结机的额定产出能力，常规取值范围1000~20000t/d，是所有计算的核心输入有效烧结面积：单位m²，为烧结机的有效抽风面积，常规100~1000m²机速：单位m/min，为台车的运行速度，常规1~4m/min，用于工艺时间计算工艺参数：抽风负压：单位kPa，为风箱内的额定抽风压力，常规10~20kPa，高压的可达30kPa料层厚度：单位mm，为混合料的铺料厚度，常规400~800mm烧结温度：单位℃，烧结反应区的额定温度，常规1200~1300℃点火温度：单位℃，点火炉的点火温度，常规1100~1200℃原料参数：混合料水分：%，常规7~9%，保证混合料的成球性混合料粒度：mm，常规0~8mm，保证透气性混合料热值：kJ/kg，常规1500~2000kJ/kg，保证烧结反应的热量混合料元素分析：TFe、CaO、SiO₂、MgO，用于烧结矿的质量计算环境设计参数：环境温度：℃，常规计算取20℃，冬季最低计算温度取-20℃，夏季最高取40℃海拔高度：m，用于修正大气压力，高海拔地区需修正抽风参数与压力参数地震烈度：按《建筑抗震设计规范》确定场地的地震烈度，常规7度及以下地区需进行抗震验算，8度及以上地区需进行专项抗震设计场地粗糙度：场地粗糙度类别，厂区多为B类（乡村、平原），用于风压高度变化系数的修正基本雪压：kN/m²，按50年重现期取值，常规取0.2~0.5kN/m²，用于雪荷载的计算2.2材料力学参数主体钢结构、台车与衬里的力学参数，是强度计算的基础，核心参数及取值如下：主体机架钢材参数：Q345B：20℃下的抗拉强度设计值275MPa，抗剪强度设计值160MPa，弹性模量206GPa，热膨胀系数12.0×10⁻⁶/℃，泊松比0.3Q355B：20℃下的抗拉强度设计值310MPa，抗剪强度设计值180MPa，弹性模量206GPa，热膨胀系数12.0×10⁻⁶/℃，泊松比0.3台车耐热材料参数：ZG35Cr24Ni7N（耐热铸钢）：800℃下的抗拉强度设计值100MPa，弹性模量180GPa，热膨胀系数16.0×10⁻⁶/℃，耐磨速率0.02mm/1000h310S不锈钢：1000℃下的抗拉强度设计值130MPa，弹性模量190GPa，热膨胀系数16.5×10⁻⁶/℃，用于篦板耐火衬里材料参数：隔热耐火砖：1200℃下的许用温度1400℃，导热系数0.8W/(m・℃)，热膨胀系数6.0×10⁻⁶/℃，抗折强度10MPa耐磨耐火浇注料：1200℃下的许用温度1400℃，导热系数1.5W/(m・℃)，热膨胀系数6.0×10⁻⁶/℃，抗折强度20MPa连接与密封材料参数：10.9级高强度螺栓：抗拉强度设计值500MPa，抗剪强度设计值310MPa，预拉力P=155kN（M20）、190kN（M22）E50系列焊条：焊缝的抗拉强度设计值200MPa，抗剪强度设计值120MPa柔性密封材料：耐热橡胶，耐温300℃，压缩量≥20%，用于滑道密封防腐材料参数：环氧富锌底漆：干膜厚度80μm，腐蚀速率0.01mm/a聚氨酯面漆：干膜厚度80μm，腐蚀速率0.005mm/a高温防腐涂层：干膜厚度200μm，腐蚀速率0.008mm/a，用于高温段2.3结构基础参数烧结机的结构基础参数，是结构计算的基础：机架参数：小规格烧结机（100~300m²）：常规H型钢主梁H600×300×12×20，H800×300×14×22，材质Q345B中规格烧结机（300~600m²）：常规H型钢主梁H1000×400×14×25，H1200×400×16×28，材质Q355B大规格烧结机（600~1000m²）：常规箱型梁主梁箱1200×600×14×16，箱1500×800×16×20，材质Q355B台车参数：台车体：常规尺寸1500×3000mm，高度250mm，材质ZG35Cr24Ni7N篦板：常规尺寸150×500mm，厚度20~30mm，材质310S不锈钢台车栏板：常规高度400\800mm，厚度10\15mm，材质耐热钢星轮参数：头尾星轮：常规直径2000\5000mm，齿宽150\300mm，材质ZG35Cr24Ni7N星轮轴：常规直径300~600mm，材质45CrMo风箱与基础参数：风箱：常规尺寸1000\2000mm（长）×1500\4000mm（宽）×1000~1500mm（高），材质Q345B条形基础：常规宽度2\4m，高度1\2m，长度与烧结机一致，材质C30混凝土三、烧结机作用与工况设计计算3.1恒载计算恒载是烧结机的永久荷载，计算方法如下：

恒载的标准值：

GkGk：恒载的标准值，Gframe：机架的自重，kN/m，根据钢材的密度7850kg/m³计算，常规H型钢机架的自重约Gpallet：台车的自重，kN/m，耐热钢台车的自重约Gmix：混合料的自重，kN/m，混合料的密度约1800kg/m³，料层厚度500mm的话约9.0kN/m²，线荷载约Glining：耐火衬里的自重，kN/m，常规约Gother：管线、附属结构的自重，kN/m，常规取0.5~1.0kN/m

恒载的分项系数：用于承载力极限状态的计算，取1.2示例：某450m²的烧结机，机架自重2.0kN/m，台车自重3.5kN/m，混合料自重18.0kN/m，衬里自重0.8kN/m，其他自重0.7kN/m，计算恒载Gk=2.0+3.5+18.0+0.8+0.7=25.03.2活载与抽风荷载计算活载与抽风荷载是烧结机的可变荷载，计算方法如下：

活载与抽风的标准值：

Qk=QcheckQk：活载与抽风的标准值，Qcheck：检修荷载，kN/m，常规检修人员的荷载，取Qnegative：抽风负压产生的荷载，kN/mpnegative：抽风负压，kN/m²，常规10\20kPa，即10\b：烧结机的有效宽度，m，常规3~5m

活载的分项系数：用于承载力极限状态的计算，取1.4。示例：某450m²的烧结机，宽度4m，抽风负压15kPa，计算抽风荷载Qnegative=15×4=60kN/m，检修荷载1.0kN/m，总活载Q3.3风荷载计算风荷载是大型烧结机的水平控制荷载，计算方法如下：

垂直于烧结机表面的风荷载标准值，按下式计算：

wkwk：风荷载标准值（kN/m²βz：高度z处的阵风系数，按GB50009取值，B类场地5m高度取1.45，10m高度取1.4，15m高度取μs：风荷载体型系数，烧结机的体型系数，封闭的厂房取1.3，敞开的机架取μz：风压高度变化系数，B类场地5m高度取1.0，10m高度取1.42，15m高度取w0：基本风压（kN/m²），厂区按100年重现期取值，常规取0.55~0.8kN/m²

风荷载的分项系数：用于承载力极限状态的计算，取1.4示例：B类场地，10m高度的烧结机，基本风压0.55kN/m²，风荷载标准值为1.4×1.4×1.42×0.55≈1.53kN/m²。3.4温度荷载计算温度荷载是烧结机的温度变形荷载，烧结机的温度变化大，温度应力大，计算方法如下：

温度荷载的应力：

σtσt：温度应力，E：弹性模量，MPa，钢材取2.06×10⁵MPa，耐热钢取1.8×10⁵MPaα：热膨胀系数，/℃，钢材取12.0×10⁻⁶/℃，耐热钢取16.0×10⁻⁶/℃ΔT：温度变化量，℃，烧结机的温度变化可达200℃，极端情况300℃

温度荷载的分项系数：用于承载力极限状态的计算，取1.4示例：某烧结机的温度变化量200℃，钢材的温度应力σt=2.06×3.5地震荷载计算地震荷载的计算，采用反应谱法，等效水平地震作用：

FEkFEk：等效水平地震作用（kNα：地震影响系数，7度区取0.08，8度区取0.16Geq：结构等效总重力荷载（kN），取总自重的85%

地震荷载的分项系数：用于承载力极限状态的计算，取1.33.6热工负荷计算烧结反应区的热负荷，是热工设计的核心参数，计算方法如下：

q=Qq：反应区的热负荷，W/m²Q：烧结反应的总放热量，W，450m²烧结机的总放热量约150MWA：反应区的换热面积，m²，常规约100m²

示例：450m²烧结机，总放热量150MW，反应区面积100m²，热负荷q=150×1063.7工况组合计算承载力极限状态的工况组合，取最不利的组合：1.2×恒载+1.4×活载与抽风荷载1.2×恒载+1.4×风荷载1.2×恒载+1.3×地震荷载+0.6×1.4×风荷载1.2×恒载+1.4×温度荷载1.0×恒载+1.0×检修荷载（检修工况）取以上组合的最大值，作为主体元件与基础设计的控制荷载。

规范依据：《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）第8章，《带式烧结机》（GB/T13343-2018）第4章四、主体元件截面设计计算4.1主体元件选型根据产能与工况，选择合适的主体元件：小规格烧结机（100~300m²）：机架：采用H600~H800的H型钢主梁，材质Q345B台车：采用ZG35Cr24Ni7N的台车体，310S的篦板中规格烧结机（300~600m²）：机架：采用H1000~H1200的H型钢主梁，材质Q355B台车：采用ZG35Cr24Ni7N的台车体，310S的篦板大规格烧结机（600~1000m²）：机架：采用箱型梁主梁，材质Q355B台车：采用改进型耐热铸钢台车体，耐磨篦板4.2机架强度计算机架为压弯构件，承受竖向自重、混合料重量和抽风荷载，强度验算按下式计算：

σ=Nσ：机架的计算应力，MPaN：机架的轴力，N，自重的轴力An：机架的净截面积，Mx：绕x轴的弯矩，N・mmMy：绕y轴的弯矩，N・mmγx：x轴的截面塑性发展系数，工字形截面取γy：y轴的截面塑性发展系数，工字形截面取Wnx、f：钢材的抗拉强度设计值，MPa

验算要求：计算得到的应力不大于钢材的抗拉强度设计值，保证机架的强度满足要求。示例：某450m²的机架，轴力N=500kN，弯矩M_x=1000kN・m，A_n=200cm²，W_nx=4000cm³，f=310MPa，计算σ=500×1034.3机架稳定计算机架的整体稳定验算，按下式计算：

σ=Nσ：机架的计算应力，MPaN：机架的轴力，NA：机架的毛截面积，mm²φ：轴心受压构件的稳定系数，根据长细比计算，常规取0.8~0.9Mx、MyWx、f：钢材的抗拉强度设计值，MPa

验算要求：计算得到的应力不大于钢材的抗拉强度设计值，保证机架的整体稳定满足要求。示例：某450m²的机架，N=500kN，M_x=1000kN・m，A=210cm²，φ=0.85，W_x=4200cm³，计算σ=500×1034.4机架抗剪强度计算机架的抗剪强度验算，按下式计算：

τ=VSτ：机架的剪应力，MPaV：剪力，N，竖向荷载产生的剪力S：计算剪应力处以上的毛截面对中和轴的面积矩，mm³I：毛截面的惯性矩，mm⁴tw：腹板的厚度，fv：钢材的抗剪强度设计值，MPa

示例：某450m²的机架，V=200kN，S=2000cm³，I=40000cm⁴，t_w=14mm，f_v=180MPa，计算τ=200×1034.5机架刚度（变形）计算机架的挠度验算，保证烧结机的变形不会过大，防止台车卡阻，按下式计算：

fmaxfmax：机架的最大挠度，q：均布线荷载，N/mm，恒载加活载的线荷载L：机架的跨度，mm，支座的间距E：弹性模量，MPaI：机架截面的惯性矩，mm⁴

验算要求：挠度不大于跨度的1/500，保证烧结机的变形不会过大，防止台车卡阻。示例：某4m跨度的机架，线荷载86N/mm，I=4.0×10^10mm⁴，E=2.06×10^5MPa，计算fmax=5×86×40004/(384×2.06×1054.6台车体强度计算台车体的强度验算，承受混合料重量、抽风负压和高温，按下式计算：

σ=MW+σσ：台车体的计算应力，MPaM：台车的弯矩，N・mm，竖向荷载产生W：台车的截面模量，mm³σt：温度应力，f：耐热钢的抗拉强度设计值，MPa

验算要求：计算得到的应力不大于耐热钢的抗拉强度设计值，保证台车的强度满足要求。示例：某台车，弯矩M=50kN・m，W=1000cm³，温度应力30MPa，f=100MPa，计算σ=50×1064.7篦板强度计算篦板的强度验算，承