日产12万m2抛光砖辊道窑设计 推荐.docx
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日产12万m2抛光砖辊道窑设计推荐
日产1.2万m2抛光砖辊道窑设计
摘要
本设计的辊道窑全长216.3m，采用装配式结构，每节箱体长2.1m，采用天然气作为燃料，燃烧器采用高速烧嘴，可有效的提高燃烧质量。
为了更好的调节温度，采用6段分散排烟，排烟口设在窑底和辊上侧墙，且在这些区段的前后设有挡墙和挡板，有效加强内部气体保留时间，提高冷热交换效果。
窑体多使用轻质材料。
燃烧器分布较广，在预热带中前段只有辊下才有烧嘴，有利于节省燃料，调节温差，使制品烧成质量极好；缓冷段设置较长，有利于控制产品缺陷；本设计的辊道窑，窑体趋向轻型化，烧成质量好，产量高。
并在窑尾将抽热风收集用于干燥，节能减排，倡导洁净生产，优化工作环境。
关键词：
辊道窑温度节能快烧
Abstract
Thisdesignofrollerkilnisa216.3m,usingassembledstructure,eachsection2.1mlongbody,byusingnaturalgasasfuel,burneradoptinghighspeedburner,caneffectivelyimprovethequalityofcombustion.Inordertobetteradjusttemperature,thespreadofsection6smoke,smokeinthemouthandrollerkilnwallroof-mountedsolarpanels,andinthesesegmentsofthefrontandbackoftheretainingwallandabaffle,effectivelystrengtheninternalgasreservesthetime,improvetheeffectofcoldandheatexchange.Kilnbodyusemorelightweightmaterials.Burnerawidedistribution,inthetropicalhadtorollinonlyaburner,tosavefuel,adjustthetemperaturedifference,theproductsqualityisextremelygoodburn;Slowcoolingsectionsetalong,behelpfulforcontrolproductdefect;Thisdesignofrollerkiln,kilnbodylight-dutytrend,burnthemtogoodqualityandhighyield.Andintheendwillbecollectedatahotairdrying,energyconservationandemissionreductions,advocatecleanproduction,optimizeworkenvironment.
Keywords:
rollerkilntemperatureenergysavingit's
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。
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。
这些要求都应该遵循。
在设计之初我在唯美集团工作、实习，该厂使用的窑炉是意科设计、建造的。
该窑长326米，内宽2.8米，利用余热干燥生坯，热效率高，温度控制准确、稳定，传动用齿轮传动，摩擦式联结辊筒，传动平衡、稳定，维护方便，无级调节，控制灵活。
设计认为，通过仿制吸收其先进技术，又有主助于加深原窑的认识，更好管理窑炉。
所以，本设计我借鉴该窑炉的设计思想，加上我个人的见解。
我设计的辊道窑是连续式窑。
窑炉总长216.3米，内宽2.5米。
燃料采用天然气。
我设计的辊道窑，窑体趋向轻型化，烧成质量好，产量高，日产1.2万m2抛光砖辊道窑。
本设计在窑尾将抽热风收集用于干燥，节能减排，倡导洁净生产，优化工作环境。
2设计任务书及原始资料
（一）设计任务
题目：
日产1.2万m2抛光砖辊道窑设计
（二）原始数据
1、坯料组成：
SiO2
Al2O3
CaO
MgO
Fe2O3
K2O
Na2O
I.L
68.35
16.27
2.30
2.65
0.85
2.2
2.15
4.85
2、产品规格：
600×600×10mm
3、入窑水分：
<1%
4、产品合格率：
95%
5．产品收缩率：
9%
5、烧成周期：
40min
6、最高烧成温度：
1230℃
7、年工作日：
330天/年
8、燃料：
天然气（低位热值≤34673KJ/m3）
9、其它参数：
室温20℃,夏天最高温度40℃
3窑体主要尺寸的确定
3.1内宽的确定
随着辊子材料质量的提高，生产技术的进步，辊道窑的内宽有进一步加宽的趋势。
根据金德键的研究结果表明，增加辊道窑的有效内宽，可以提高产量、降低能耗。
考虑到初次设计辊道窑，故在确定窑的内宽的时候，以一些现有的先进窑炉的技术参数作为参照，以保证本次设计的实用性和先进性。
确定窑宽时，一方面要考虑辊子长度、窑墙厚度，另一方面还要考虑水平方向温度的均匀性等因素。
根据产量，所用的燃料，窑内传热等因素，粗略确定内宽的尺寸，设计为B米，制品的收缩率为9%，则
为计算窑内宽方便取为660mm，两侧坯体与窑墙之间的距离取260mm，暂定窑内宽B=2000mm，则可排砖数：
（2000-260×2）/660=2.24，取3块并排。
最后确定窑内宽B＝660×3+260×2=2500mm
3.2窑体长度的确定
3.2.1窑体长度的初步确定
窑容量
密度为：
g＝每米排数×每排片数×每片砖面积（m2/米窑长）
＝（1000÷659.3）×3×0.6×0.6＝1.638m2/米窑长
窑长L＝Ny/g＝350.88/1.638=214.21m
3.2.2窑体有效长度的计算
利用装配方式，由若干节联结而成，设计单元模数：
每节长度为2100mm，因此，窑的节数为：
214.21/2.1＝102.004节，取103节
实际窑的有效长度为：
L＝103×2100＝216300mm
4烧成制度的确定及各带划分
窑炉的烧成制度取决于坯釉料的组成和性质、坯体的造型、大小和厚度以及窑炉结构、装窑的方法、燃料种类等等因素。
而烧成制度主要包括温度曲线、压力曲线和气氛控制。
根据不同产品的要求，确定温度曲线、气氛性质，压力曲线是实现温度和气氛性质的主要控制条件，三者相互关联，相辅相承。
只要窑内温度均匀，各阶段都可以加快。
但氧化、还原和烧结却要按照反应所需要时间来控制。
在制定合理的烧成制度时，还要考虑窑的结构究竟升温和降温速度多少才能使窑内温度均匀，以保证整个横截面上的制品烧热，要综合上述原则进行制定。
4.1温度制度
烧成周期：
40min
烧成曲线
根据烧成曲线中温度的划分，确定各带节数、长度及单元节分配并填入下表：
预热带：
L/40×t1/2100=33.99（节）取34节
长度=2100×34=71400（mm）占总长34/103=33%
烧成带：
L/40×t2/2100=28.84（节）取29节
长度=2100×29=60900（mm）占总长29/103=28%
冷却带：
L/40×t3/2100=40.1（节）取40节
长度=2100×40=84000（mm）占总长40/55=39%
④各温度带的划分：
名称
单元节
温度（/℃）
时间（/min）
升温速率（/℃·min-1）
排烟带
1-18
20-400
7
57.3
预热带
19-27
400-700
3.4
88.3
预热带
28-34
700-1000
2.8
107.1
烧成带
35-54
1000-1150
7.7
19.5
烧成带
55-63
1150-1230
3.5
22.9
急冷带
64-69
1230-700
2.4
-220.8
缓冷带
70-84
700-400
5.8
-51.7
尾冷带
85-92
400-200
3.1
-64.5
尾冷带
93-103
200-80
4.3
-27.9
总计
103
40
4.2气氛制度
保持全窑氧化气氛。
4.3压力制度
预热带－40～-25Pa,烧成带＜8Pa。
4.4窑内高度的确定
辊道窑的内高被辊子分隔成辊上高和辊下高两部分。
内高是制品在窑内传热和烧成的空间，内高必须合理，既能有利于产品换热满足烟气有足够的流动空间，又必须满足一定的烧成空间和冷却空间，所以，内高的确定有一定的原则：
考虑到所用燃料为天然气，燃料中所含有的N2量比较大，单位燃料所需要的空气量也比较大，烟气量也比较大，为了有利于热量的传递，保证有足够的烧成空间和冷却空间，所以把窑内尺寸稍稍加大了一些。
各节窑内高度如下：
窑前段（第1节～第18节）
预热带、烧成带、急冷带、缓冷带（第19节～84节）
快冷带（第85节～第103节）
辊上高（mm）
470
532
470
辊下高（mm）
456
456
456
内总高（mm）
926
988
926
5工作系统的确定
辊道窑的工作系统确定包括排烟系统、燃烧系统、冷却系统等。
5.1排烟系统
由于本设计的辊道窑较长，总长为216.3米，因此共设了七处排烟，分别设在窑前第一节、第二节、第四节、第七节、第十节、和第十二节。
每节排烟口的设置为在窑顶和窑底分别设有5个直径为150的排烟支管，第一、二节的排烟支管伸入窑内且开口向着烟气的流动方向；烟气从各排烟口进入排烟支管，然后通过每节的排烟支管进入上下排烟分管，最后通过直径为800的总排烟管由排烟风机排出室外。
5.2燃烧系统
5.2.1烧嘴的设置
选用的燃料是天然气，为均匀窑温强化窑内对流换热和利于烧成带温度的调节，本设计选用烧嘴芯为材料的烧嘴，保证燃烧充分。
并从23节到34节开始布置烧嘴，每节辊下布置两对烧嘴，从35节开始到烧成带62节结束，辊上辊下分别设置两对烧嘴，并在辊上辊下每个烧嘴的对侧窑墙上设置一个观火孔。
5.2.2天然气、助燃空气输送装置
气烧辊道窑的天然气总管一般设置在窑顶上方，天然气由总管经过支管流向烧嘴，助燃空气总管经过两支支管分别从35节、53节流入，先通过钢架结构的空心管再由软管通向烧嘴。
5.3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。
从热交换的角度来看，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，余热风可供干燥或作助燃风用，达到节能目的。
5.3.1急冷带通风系统
从烧成最高温度至700℃以前，制品中由于液相的存在而具有塑性，此时可以进行急冷，最好的办法是直接吹风冷却。
辊道窑急冷段应用最广的直接风冷是在辊上下设置横穿窑断面的冷风喷管。
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。
本设计也采用此种结构，用6节窑长进行急冷，每节辊上、下一共分布39根直径为128mm的急冷风管（急冷的前半节不设置急冷风管），交错排列横穿过窑内，窑内部分的管子开圆孔若干。
5.3.2抽热风口的设置
制品冷却到700～500℃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，一般采用热风冷却制品的办法。
大多数辊道窑在该段设有3～8处抽热风口，使从急冷段与窑尾快冷段过来的热风流经制品，让制品慢速均匀地冷却。
本设计一方面采用抽急冷带过来的热风的方法来调节温度，另一方面，由缓冷风机从窑外抽空气通过缓冷风管，来缓和降温速率。
风罩抽走这一带的空气。
并且从71节开始到84节中每节设置一对间壁管和6对支管。
5.3.3快冷通风系统
在终冷带第一区，配置支管小孔直接冷却系统，在辊面上、下室内空气并在窑内形成空气回路来冷却，由与高压小流量冷却形成，所以冷却后的热空气温度比较高，可回收做余热利用。
在终冷二区，用低压大流量轴流风机强制冷却，将砖坯温度进一步降低，一般直接排入大气。
5.4传动系统的选择
5.4.1传动系统的选择
该窑传动采用传统的45度斜齿传动，齿轮常浸于油槽中，使传动系统处于良好的润滑状态中，从而最大限度地保证传动的平衡性。
在烧成带采用差速齿轮传动方案，有效地减少辊棒高温蠕变倾向，增强辊棒的自净能力。
传动电机采用摆线针轮电机40台，全窑传动电机用十三台变频器来进行独立调速，使该窑炉能够最大限度地适应不同产品，烧成周期具有很大的调节范围。
5.4.2辊子材质的选择
辊道窑对辊子材质要求十分严格，它要求制辊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，本设计选用陶瓷棍棒。
5.4.3辊子直径的确定
辊子的直径大，则强度大，但直径过大，会影响窑内辐射换热和对流换热。
对于用托辊磨擦式联接的辊子来说，辊子的直径大些，有阻于增加辊子之间的摩擦力。
因此，辊子的直径可根据制品的重量和辊子的联接方式来决定。
如制品较重或辊子的联接方式是托辊摩擦式，辊子应选择直径大一些的，故选用直径为60mm的辊棒。
5.4.4辊距的确定
模数为2100的部分每节布置28根的辊子，其它的每节布置26根的辊子。
低温区：
2100/28=75
高温区：
2100/26=80.77
所以低温区的辊距为75mm,高温区的辊距为80.77mm.
辊子的总数为N=48×28+66×26=3060根
5.4.5辊子的转速的选择
n=KL/π×d×t
L---窑长，mm
t---烧成周期min
d---辊子直径mm
K----考虑到制品的滑动系数,一般取K=1.05
那么，n=（210000×1.05）/（3.14×60×40）=29r/min
辊道窑采取分段传动时，各段速度略有不同，为防止制品在运行过程时起摞、垒砖，自窑头向窑尾方向各段转速依次加快，但由于各段间转速差别不大（后一段仅比前一段快0.05r/min左右），在传动设计时通常采用变频电机或变频调速器。
因此，进行传动比计算是，辊子转速取其平均值
5.4.6传动过程
电机→减速器→主动链轮→滚子链→从动链轮→传动轴→主动螺旋齿轮→从动螺旋齿轮→棍棒传动轴→辊子。
5.5窑体附属结构
（1）事故处理孔
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。
高箱事故处理孔和低箱事故处理孔尺寸：
370mm×198mm对于事故处理孔在不处理事故时，要进行密封，内部堵塞耐火材料做成的大盖板，间隙填入陶瓷棉，最外部的钢板密封前端仍需一段耐火材料。
密封是为了防止热气体外溢、冷风漏入等对烧成制度产生影响。
（2）膨胀缝
窑体受热膨胀产生很大的热应力，为避免窑体开裂、挤坏，必须重视窑体的膨胀缝的留设，孔砖间也应留设。
窑体膨胀缝应在窑体的每一节的中间，保证节间气密性，所以本设计的窑体膨胀缝（10mm）设置在每节的中部。
（3）测温孔
为了严密监视及控制窑内温度和压力制度，及时调节烧嘴的开度，一般在窑道顶及火道侧墙留设测温孔及安装热电偶。
一般高温成瓷区每节设一对，辊上设在窑顶，辊下设在窑侧墙；两侧墙的侧温孔交错布置。
除高温区外一般是按烧嘴控制区2-3节设置一对测温孔，并且设在烧嘴对侧窑墙上。
本设计在1～18节每两节的奇数节于窑顶布置,每节侧墙布置，19—63节每两节偶数节在窑顶、窑侧墙布置，急冷段奇数节窑顶布置，缓冷段每隔四节在窑顶布置。
选用48套PID温控仪表，72套热电偶，其中S偶40支，K偶32支，窑炉的各执行机构通过工业PLC集中控制，传动速度由变频器调控。
窑炉的进砖或出砖情况通过专门设置的摄像机和监视器来监控。
排烟、助燃风机设报警开关，通过压力开关与窑炉的燃烧系统进行联锁。
这样，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、急冷结束等都有留设。
（4）挡火板和挡火墙的设置
由于辊道窑是中空窑，工作通道空间大，气流阻力小，为便于调节窑内压力制度和温度制度，在预热带和烧成带（18和19节之间），烧成带和急冷带之间（63和64节之间）,设置挡板和挡墙．烧成带下枪区和烧成带上下升温区（34和35节之间），烧成带上下升温区和烧成带上下保温区（52和53节之间）,缓冷带和快冷带之间（84和85节之间）设挡墙急冷二区和缓冷带之间（70和71节之间）设置挡板，上方采用耐火纤维板吊挂，挡墙用高铝砖砌筑，上挡板还以上、下调节以控制各段温度。
（5）测压孔
压力制度中零压面的位置控制特别重要，一般控制在预热带和烧成带的交界面附近。
若零压过多移向预热带，则烧成带正压过大。
有大量热气体逸出窑外，不但损失热量，而且恶化操作条件；若零压过少移向烧成带，则预热带负压大，易漏入大量冷风，造成气体分层，上下温差过大，延长了烧成周期，消耗了燃料。
故本设计在第17、26、34节每节的窑侧墙观察孔位置布置了测压孔。
（6）观察孔
在每个烧嘴的对侧窑墙设置了φ70的观察孔，并在急冷区也布置了7对φ70的观火孔，在缓冷区71节到73节也设置了5对φ50观火孔，以便及时观察窑内情况。
未用时，用与观察孔配套的孔塞塞住，以免热风逸出或冷风漏入。
5.6钢架结构
主要以矩型方管为主而构成,规格为：
100×50mm、70×50mm、60×40mm、50×30mm
6窑体材料的确定
6.1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。
6.2窑体材料的选用及校核计算
传统的窑体砌筑材料大多为粘土砖或高铝质耐火砖或保温砖，这些材料的特点是密度大、强度低、保温性能差，用这些材料砌筑的窑墙厚，窑体散热损失大，难以满足轻型、快速烧成辊道窑的要求。
如今我们使用轻质耐火材料，这些材料不仅密度小、绝热性能好，又可耐高温，热稳定性好，用它们砌筑的窑体，起耐火和隔热双重作用。
选择的时候，从长期使用温度、耐压强度和热震稳定性这三个方面来考虑，尤其是耐火材料的长期使用温度。
一般设计人员都是根据分类温度来选择材料的，最高使用温度即分类温度，它是指连续保温24小时其重烧线变化不大于2％的实验温度，但这个温度与工作温度是有差别的，不能作为隔热耐火砖的工作温度。
根据郭海珠所发表的辊道窑用轻质耐火材料的选择文章中：
工作温度＝分类温度－10％分类温度－40℃。
我对所选择的材料作了一些相应的校核计算。
1、根据工业窑炉最高工作温度及各部分工作温度选用辊道窑炉壁及各部分壁衬材质。
2、以窑炉窑壁传热计算结果为依据，确定窑炉炉壁衬结构（壁衬总厚度、各层壁衬材料厚度），并预测纤维炉衬的经济效果。
陶瓷纤维炉壁传热计算内容：
①窑壁断面温度分布，窑壁冷面温度，多层炉壁层间温度。
②炉壁散热损失。
炉衬稳定态传热是个综合过程，一般由三部分组成（见下图）。
炉内热源以辐射和对流方式向炉壁内表面（热面）给热Q1，使炉壁热面温度上升，最后稳定在某一温度。
炉壁内部，由炉壁热面向炉壁外表面（冷面）传导热量Q2。
传导
热面（TI）冷面（T2）
炉壁冷面向环境散热，用To表示环境温度，只要冷面温度大于环境温度，炉冷面即以辐射给热和对流给热方式向环境散热，用Q3表示。
辐射
冷面（T外）环境（To）
对流
稳定态传热条件下：
Q1=Q2=Q3
①炉壁热面向炉壁冷面的传热计算
炉壁热面向炉壁冷面的传热为传导传热，其计算公式为：
Q2=（T1-T2）/R
R—热阻，单层炉壁R=S/λ，双层炉壁R=S1/λ1+S2λ2，
N层炉壁R=S1/λ1+S2λ2+S3/λ3+…Sn/λn
λ—为炉壁导热系数，w/（m·k）
S—为炉壁厚度，m。
②炉壁冷面向环境的散热计算
炉壁冷面向环境的散热，其计算公式为：
Q=3=Q辐射+Q对流
在窑炉设计中，常采用以下简化公式计算炉壁冷面向环境散热量w/（m·k）.
Q+3=（9+0.06T外）（T外-20）
③多层窑炉各层厚度计算，（以下图所示三层炉壁为例）。
`
S1=λ1（T1-T2）/Q3
S2=λ=2（T2-T3）/Q3
S3=λ3（T3-T外）/Q3
6.2.1窑体材料校核计算
由于计算各带的方法是相类似的，所以现只以烧成段最高温度一箱为例说明，其他段方法一致。
方案一：
s1用JM26砖，厚度为230mm,导热系数λ1=0.74
s2用Isowool1400陶瓷纤维棉板，厚度为100mm,导热系数λ2=0.152
已知条件，使用温度—1230℃，最高使用温度—1300℃（除辊棒外的窑体结构），
R=0.23/0.74+0.1/0.152=0.97
Q=（1230-80）/1.069=1186（W/m2）
验算：
T1=1250℃
T2=T1-[Q×（s1÷λ1）]=1230-[1186×（0.23÷0.74）]=861℃
T3=T2-[Q×（s2÷λ2）]=861-[1186×（0.1÷0.152）]=80℃
符合要求，所需费用：
500￥/m2
方案二：
s1用JM26砖，厚度为114mm,导热系数λ1=0.74，长期使用温度1250℃
s2用轻质高铝砖，厚度为114mm,导热系数λ2=0.79，长期使用温度1160℃
s3用Isowool1400陶瓷纤维棉板，厚度为20mm,导热系数λ3=0.152
s4用普通硅酸铝陶瓷纤维棉板，厚度为100mm,导热系数λ4=0.185
已知条件，使用温度—1230℃，最高使用温度—1300℃（除辊棒外的窑体结构），
R=0.114/0.74+0.114/0.79+0.02/0.152+0.1/0.185=0.99
Q=（1230-80）/0.99=1161.6（W/m2）
验算：
T1=1230℃
T2=T1-[Q×（s1÷λ1）]=1230-[
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