辊道窑设计

景德镇陶瓷学院《窑炉课程设计》说明书窑炉课程设计》题目：年产90万平米墙地砖辊道窑设计院（系）：专姓学业：名：徐号：（科院）08热工程系工武200830453016林指导教师：陈功备周露亮二○一一年12月14日目录前言……………………………………………………………………………前言……………………………………………………………………………3一：原始资料的收集…………………………………………………………………4原始资料的收集…………………………………………………………………4…………………………………………………………………二：窑体主要尺寸的确定……………………………………………………………4窑体主要尺寸的确定……………………………………………………………4……………………………………………………………三：工作系统的确定…………………………………………………………………8工作系统的确定…………………………………………………………………8………………………………………………四：窑体材料的确定…………………………………………………………………13窑体材料的确定…………………………………………………………………13…………………………………………………………………五：燃料及燃烧计算…………………………………………………………………14燃料及燃烧计算…………………………………………………………………14燃烧计算…………………………………………………………………六：物料平衡…………………………………………………………………………15物料平衡…………………………………………………………………………15……………………………………………………………七：热平衡计算………………………………………………………………………16热平衡计算………………………………………………………………………16……………………………………………………………八：参考文献…………………………………………………………………………36考文献…………………………………………………………………………36…………………………………………………………………………2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,比如辊道窑。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；而辊道窑中空、裸烧的方式使窑内传热速率与传热效率大，又保证了快烧的实现；而快烧又保证了产量，降低了能耗。产品单位能耗一般在2000～3500KJ/Kg，而传统隧道窑则高达5500～9000KJ/Kg。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。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。这些要求都应该遵循。我设计的辊道窑是连续式窑。窑炉总长86余米，内宽2.3米，烧成温度是1210摄氏度。燃料采用焦炉煤气。我设计的辊道窑，窑体趋向轻型化，燃料清洁化，烧成质量好，产量高，年产量达近百万平方米。全窑采用新型耐火材料，改善了窑炉的保温性。31原始资料收集设计前必须根据设计任务收集所需的原始资料。设计原始资料如下：瓷质砖1.产量：年产90万㎡墙地砖2.产品规格:600×600×11(㎜)3.年工作日：330天4.燃料：焦炉煤气热值：16600KJ/m5.坯入窑含水量：1.2%6.原料组成：SiO270.92AL2O316.34CaO0.56MgOFe2O3K2O+Na2O4.06I.L5.571.740.817.最高烧成温度：1210℃8.烧成合格率：97%9.烧成制度：（1）温度制度：烧成周期71分钟()（2）气氛制度：全氧化气氛（3）压力制度：预热带负压操作-40~-25Pa，烧成带微正压＜8Pa,冷却带正压2窑体主要尺寸的确定2.1进窑砖坯尺寸产品规格：600×600×11mm产品宽度600mm，考虑烧成收缩为10%，则：坯体尺寸=产品尺寸÷（1-烧成收缩）=600÷（1-10%）=6672.2内宽的确定与排砖方法由于现在的辊棒等材料性能的提高，且辊道窑大多采用吊顶结构，所以此次设计成宽体辊道窑。再根据产量，所用的燃料（焦炉煤气）等因素，所以暂定窑内宽B=2500mm。而坯体离窑墙内壁一般有100～200mm间隙，取150mm。根据了解，4横向的坯体是紧贴在一起，并没有留间隙。所以内宽等于砖坯尺寸×每排片数＋砖坯离窑内壁的间距。则可排砖数为：n=(2500－150×2)÷667=3.3片故确定并排3片，则窑内宽B=667×3+150×2=2301㎜最后定窑内宽为2300mm。2.3内高的确定辊道窑的内高被辊子分隔成辊上高和辊下高两部分。对于辊上高的设置，要考虑以下四个方面：损坏的坯体能否顺利从辊棒之间掉下去，烧嘴的设置也要有一定的高度，气体与坯体之间的换热强度，气流通畅与燃烧空间。而对于辊下高的设置而言，主要是损坏的坯体能否顺利从辊棒之间掉下去即保证处理事故的方便。从传热角度来讲，烧成带以辐射为主，所以气体厚度要大点，内高稍高些。而预热带以对流换热为主，所以内高比烧成带低，使得横截面减小，流速加快，提高对流换热强度。辊上高应大于制品高度，但对大件瓷品，则辊上高应比辊半径，垫板厚度，以及最大制品高度之和稍大。滚下高则主要时保证处理事故的方便，从理论上讲对焙烧建筑瓷砖的辊道窑下高最好应大于砖对角线的长度，但对于大制品按此计算会造成内高太大，即增大了窑墙散热，也不利于窑内传热，由于制品从辊上掉下，一般都发生了破损大件尤其如此，尺寸都比都比整砖小了，故根据各地辊道窑实际情况来看辊下高只要大于或等于制品长边就足够。再结合经验数据，内高的设置如下（单位mm）：位置辊上高辊下高内总高预热带4506501100烧成带5006501150（单位mm）2.4烧成制度的确定（1）温度制度：考虑到入窑水分比较低，可以快速升温而不会使坯体炸裂。5冷却带4506501100烧成周期:71min（2）气氛制度：全窑氧化气氛（3）压力制度：预热带-15～-10Pa（4）各段温度划分及升温速率：名称窑前段预热带烧成带保温急冷缓冷快冷累计（5）升温曲线见，烧成带8Pa温度/℃40～250250～950950～121012101210～700700～400400～80时间/min922104612871升温速率/℃·min23.331.826————68.32540-1长度比例/%1331146817111002.5窑长及各带长的确定现在窑炉已经向宽体化、自动化、轻型化发展，已经有长300多米的宽体窑。其主要原因是现在的辊棒的质量的提高，还有各种材料的飞速发展。2.5.1窑长的确定窑容量（m2/每窑）（m）装窑密度（m2/每米窑长）窑长=窑容量=年产量×烧成周期／年工作日×24×产品合格率=（900000×71／60）／（330×24×97%）=138.6装窑密度=（1000÷667）×3×0.36=1.62(m/每窑)所以窑长L=138.6÷1.62=85.6m此次采用装配式，由若干节联结而成。由于制品的尺寸是600×600×11㎜，且6辊棒在高温的时候会有一些变形。考虑这些因素，设计棍棒中心间距为100㎜。设计每节20根棍棒，即每节长2000㎜，节与节联接的长度为8㎜。则节数=856000÷(2000+8)=42.6（节）取节数为43节。因而窑长度为：L=43×20080－8=86336mm2.5.2各带长的确定对于冷却带各段的设置：刚刚进入急冷阶段时，坯体仍处于熔融的朔性状态，不容易产生应力，可以急冷而不开裂，因为高温下的应力大部分被液相的弹性和流动性所补偿。该阶段要设置好急冷的控制温度。过低，产生风裂；过高，给缓冷造成压力，甚至也会产生风裂。而缓冷段主要是提供石英晶型转变的场所，故缓冷区要足够长，使降温过程平稳缓慢，安全度过石英晶型转换期。据烧成曲线中温度的划分，各段长度：窑前段：86336×13%=11223.68长度=长度=6×2008=12048预热带：86336×31%=26764.16长度=13×2008=26104mmmmmmmmmmmmmm取15节取9节取13节取6节烧成带：86336×(14%+6%)=17267.2长度=9×2008=18072冷却带：86336×(8%+17%+11%)=31080.96长度=15×2008=30120急冷段：86336×8%=6906.88长度=3×2008=6024缓冷段：86336×17%长度=7×2008快冷段：=14677.12=14056mmmmmm取3节取7节86336×11%=9496.96长度=5×2008=10040mm取5节7温度段（℃）时间（min）升温速率（℃/min）节数窑前段预热带40～250250～95092223.331.8613编号1，2，3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14，15，16,17,18,19,烧成带950～12101210～104612826——68.325406337520,21,22,23,24,25,26,27,2829,30,31,32,33,34,35,36,37,3839.40,41,42,43急冷段缓冷段快冷段1210～700700～400400～803工作系统的确定辊道窑的工作系统包括排烟系统、燃烧系统、冷却系统、温度控制系统、传动系统等，下面是各系统的初步安排。3.1排烟系统排烟风机及其管路主要作用是将预热带、烧成带中产品排放的废气及燃烧产生的废气排出窑外。为提高热效率，此次设计采用窑头相对集中排烟方式排烟，在窑前段第1节至第3节设置抽烟口。窑顶为圆形排烟口，下面的排烟口设置在窑底。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。3.2燃烧系统3.2烧嘴的设置本设计在600℃就开始设置高速调温烧嘴，即预热带（第13节）开始布置。在预8热带中前段（13—19节）辊下设置1对烧嘴，在（20—28节）每节的辊上、辊下共设置4对烧嘴，辊上下烧嘴及对侧烧嘴相错排列，成品字型。并在每个烧嘴对侧窑墙分别设置一个火焰观察孔。3.3冷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。3.3.1急冷通风系统急冷风机及其管路主要作用是直接打入冷风入窑冷却产品，1000多度冷却到从600~700度（对产品而言），并形成一道急冷气幕，防止烧成带烟气倒流。刚刚进入急冷阶段时，坯体仍处于熔融的朔性状态，不容易产生应力，可以急冷而不开裂。该阶段要设置好急冷的控制温度。过低，产生风裂；过高，给缓冷造成压力，甚至也会产生风裂。急冷风分管要求用不锈钢制作，入窑喷管也要求用不锈钢制作并且是耐热钢制作，辊棒上下都设置有急冷喷管，以保证产品均匀冷却。每根喷管上均匀地开有圆形式出风口，对着制品上下均匀地喷冷风，达到急冷的效果。由于急冷段温度高，横穿入窑的冷风管须用耐热钢制成，管径为40~100mm。本设计就是采用这种结构，急冷段采用3节窑长进行急冷（29—31节），每节辊上下分别设置8对Φ90急冷风管，交错排列横穿窑内，管置于窑内部分开圆孔若干。3.3.2缓冷通风系统该阶段主要是提供石英晶型转变的场所，故缓冷区要足够长，使降温过程平稳缓慢，安全度过石英晶型转换期。为了使降温过程平稳缓慢，一般采用热风冷却制品的办法。大多数辊道窑在该段设有多处抽热风口，使从急冷段与窑尾