年产3万吨镁砖隧道窑毕业设计计算说明书.docx

年产3万吨镁砖隧道窑毕业设计计算说明书.docx

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年产3万吨镁砖隧道窑毕业设计计算说明书

1设计总说明

隧道窑的优点是操作连续、生产能力大、燃料消耗低、使用寿命较长、机械化、自动化程度较高、劳动条件较好、烧成制度易于控制及产品质量较高。

隧道窑有大小两种窑型，后者截面温差较小，调节灵活，成品率较高，设备重量较轻，制造方便。

隧道窑前设有干燥器不仅可以简化工艺、减少砖坯搬运的破损及减轻扬尘，且为全盘机械化、自动化创造条件。

目前，我国耐火材料和陶瓷工业所用隧道窑种类较多，且大多数是我国自行设计建造的，已经累积了较为丰富的经验。

但在自动控制，节约能源等方面仍然有很多工作窑做。

本文详细介绍了165米年产30000吨超高温镁质耐火材料标准砖隧道窑的总体设计过程。

主要包括设计技术数据，材质的选择，结构特点，压力平衡设计，燃料燃烧计算，热平衡和风机的选择。

该窑的主要特点是高温调节灵活，在不缺氧的条件下烧成温度是1600℃，燃料消耗量为395Kg/h,节约了大量的燃料，成品率为95%，全窑的自动化水平较高，实现自动控制，劳动条件较好，劳动效率较高。

关键词：

超高温，隧道窑，设计，镁质

Thetotaldesignedtoshowthat

Tunnelkilnhastheadvantageofcontinuousoperation,largeproductioncapacity,lowfuelconsumption,longservicelife,highdegreeofmechanization,automation,goodworkingconditions,firingsystemiseasytocontrolandhighproductquality。

Tunnelkilnwhichhastwokindsofsize,type,andthelattersectiontemperaturedifferenceissmall,flexibleadjustment,highyield,thedeviceislightinweightandeasyfabrication。

Beforethetunnelkilnwithdriercannotonlysimplifyprocesses,reduceadobehandlingdamageandreducethedust,andtocreateconditionsforsystemmechanization,automation

Thisarticleintroducedthe165metersannualoutputof30000tonsofultrahightemperaturestandardbricktunnelkilnofmagnesiarefractoryoveralldesignprocess.Maintechnicaldataincludingdesign,materialselection,structuralcharacteristics,pressurebalancedesign,fuelcombustioncalculation,heatbalanceandtheselectionoffan

Themaincharacteristicsofthekilnishightemperatureadjustmentflexible,undertheconditionofnothypoxiasinteringtemperatureis1600℃,andthefuelconsumptionof395kg/h,savealotoffuel,theyieldwas95%,thekilnofhighautomationlevel,toachieveautomaticcontrol,andbetterworkingconditions,highlaborefficiency

Keywords：

Ultrahightemperature，tunnelkiln,，design,，magnesia

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年月日

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年月日

指导教师签名：

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年月日

2原始资料的收集

（1）生产任务：

年产量为30000吨/年

（2）产品规格：

镁质耐火材料标准砖

（3）工作日：

350天/年

（4）成品率：

95%

（5）燃料类型：

重油

（6）最高烧成温度：

1600℃

（7）胚体入窑温度：

≤2%

（8）当地气象条件：

年平均气温20℃，大气压平均值101325Pa,相对温度75%。

窑内风速0m/s

3镁砖的生产工艺

3.1原料的要求

我国制造镁砖的主要原料是普通烧结镁砂

3.2颗粒组成及配料

颗粒组成应符合最紧密堆积原理和有利于烧结。

临界粒度根据镁砂烧结程度和砖的外观尺寸及单重而定，可选择4㎜、3㎜、2.5毫米、2㎜。

结合采用亚硫酸纸浆废液（密度为1.2~1.25g/㎝3）或者MgCl2水溶液。

1混炼

在轮辗机或混砂机中进行，加料顺序：

颗粒料→纸浆废液→细粉，全部混合时间不低于10min.由于限制原料的CaO量，并提高了镁砂的烧结程度，一般都取消了困料工序。

2成型

烧结镁砂是瘠性物料，且胚体水分含量少，一般不会出现气体被压缩而产生的过压废品，因此，可采用高压成型，使胚体密度达2.95g/cm3以上。

这有利于改善制品的性能。

3干燥

胚体的干燥过程中，所发生的物理化学变化包括水分的蒸发和镁砂的水花两个过程。

干燥介质的入口温度一般控制在100~120℃，废气出口温度一般控制在10~60℃。

4烧成

镁砖的烧成可以在倒焰窑和隧道窑中进行。

它们的荷重软化温度低，同时在结合剂失去作用后胚体强度较低，所以，砖垛不宜太高，一般在0.8m左右。

由于物料在煅烧过程中所发生的物理化学变化在原料煅烧过程中已基本完成，制品的主要矿物组成可以认为与烧结镁石基本相同，只是反应接近平衡的程度和矿物成分分布的均匀性有所提高。

其烧成制度的制定主要从烧成过程物理水的排除，水解产物的分解和胚体在不同温度下的结合强度几方面考虑。

200℃以下，主要是水分的排除，升温速度不宜太快；400~600℃水化产物的分解，结合水析出，升温速度要适当降低；600~1000℃结合剂失去结合作用，而液相尚未生成，胚体主要靠颗粒间的摩擦力来维持，强度降低，升温速度不宜太快；1200~1500℃液相开始形成，并形成陶瓷结合，升温速度可适当提高；1500以上至最终烧成温度，陶瓷结合比较完整，胚体强度较大，升温速度可加快。

烧成最终温度下的保持时间视制品而定。

为了防止FeO-MgO固溶体，使氧化铁生成MF。

这样既能促使制品烧结，又不显著降低耐火性能，故一般采用弱氧化气氛烧成。

冷却时，在液相凝固前砖胚具有缓冲应力的能力，冷却速度可以提高，单液相凝固后，砖胚的塑性已经消失，为了避免裂纹的产生，冷却速度不宜太快。

但800℃以下可采用快冷。

4温度、压力和气氛制度的确定

4.1温度制度

隧道窑温度制度的稳定对产品质量起着重要的作用，因而应具有完整的温度制度控制系统。

而窑温度制度的稳定主要是保持烧成带的温度稳定。

烧成带的温度与燃料的发热值、供给量、空气和燃料量的比例，一次和二次空气量的比例及温度，推车时间间隔，窑车装砖量和装砖图等因素有关。

在理想情况下，上述所有因素应保持稳定。

为了使窑内温度制度稳定，目前设计一般可按以下项目进行控制：

1）根据烧成带的温度调节燃料供给量。

2）根据燃料的消耗量调节一次空气的供给量。

3）根据预热带与烧成带相接处得负压要求调节废气排出量。

4）根据冷却带与烧成带相接处的正压要求调节冷却鼓风量及抽出热空气量。

5）窑各带应设若干温度测量点。

6）其他温度测量项目：

①废气温度。

②抽出热风温度。

③重油温度。

图1本设计的各带安排

车位

温度

带

1~5

100~400℃

预热带

6~13

400~600℃

预热带

14~25

600~1200℃

预热带

25～35

1200~1600℃

烧成带

35~48

800~1400℃

冷却带

48～55

100~800℃

冷却带

4.2压力制度

隧道窑内压力制度的合理确定有助于烧成温度的稳定，燃料消耗量的减少，砖垛截面烧成的均匀，漏气减少及改善工厂操作条件等。

为了控制窑内压力制度设计上设有零压区。

烧成带一般采取微正压操作，以避免因负压操作吸入冷空气而破坏了烧成。

因而零压区一般设于预热带与烧成带相接处或邻近烧成带附近，使烧成带处于微正压区。

零压区的具体位置，常随着窑的操作制度变化而变化。

一般可根据烧成工艺要求，推车时间间隔，烧成带的长短以及高温点车位多少等来确定。

4.3气氛制度

烧成气氛对制品的烧成、制品的性质有很大关系，直接影响到烧成时，一系列的物理化学变化。

为了防止FeO-MgO固溶体，使氧化铁生成MF。

这样既能促使制品烧结，又不显著降低耐火性能，故一般采用弱氧化气氛烧成。

5隧道窑总体设计

5.1隧道窑内容纳窑车数的确定

N=τ/△τ（5-1）

式中τ—烧成时间，时；

Δτ—推车时间间隔，分。

N=100×60÷110=55（辆）

5.2每辆窑车装砖量的确定

G=jgη24×60/Δτ（5-2）

式中G—窑的产量，吨/年；

J—窑年的工作日数，日；

g—窑车平均装砖量，吨/量；

η—成品率，%。

G=30000×110÷（24×60）×350×95%=6.89（吨）

查热工课程设计参考资料汇编得取7吨/辆

5.3窑车尺寸的确定

选择窑车的长度l,对于窑底的严密性有重要意义。

要车越长，要车的接头越少，故窑车的长度不宜太短，一般可取1.5～3.0米。

根据装砖量，查阅各厂的窑车尺寸可得；窑车为长3.0米，宽3.1米。

5.4窑长的确定

L=XL（5-3）

式中L—隧道窑的长度，m；

N—窑内容纳的窑车数量，n；

l—窑车的长度，m/n。

L=55×3.0=165（m）

5.5窑的截面积尺寸的确定

窑的截面尺寸的确定，取决于产量的要求、截面温度均匀性及制品的温度荷重性能等因素。

窑的截面增大，生产能力将相应增加，对厂房及窑的投资影响不大。

但截面尺寸过分增加，将造成截面各部分温度不均匀，呈现窑两侧过烧和底部欠烧等现象，以致要延长烧成时间，才能保证处于低温部位制品的烧成。

因此，只有在窑截面温度均匀及制品的装砖允许高度得到保证的前提下，才允许增大窑的截面尺寸

5.5.1窑高度的确定

窑高度的确定应考虑保证制品在烧成温度下不致变形以及保证截面垂直方向的温度均匀等因素。

由于镁质制品的荷重软化温度与烧成温度相近，故窑的高度一般只能在1.1～1.2m左右。

本设计窑高度取1.1m。

5.5.2窑宽度的确定

确定窑的宽度应考虑到保证截面水平方向的温度均匀。

较宽的窑在燃烧消耗、产量等方面优于宽度较小的窑。

实践证明窑的宽度不超过3.2米时，仍然可保证制品均匀烧成。

本设计宽度取3.2m。

故窑的规格为：

165m×3.2m×1.1m

5.6窑各带的划分及长度的确定

隧道窑按热工制度（温度、压力、气氛制度）。

隧道窑划分预热带21个，烧成带19个，冷却带15个。

各带长度可按下式确定

L1=τ1×L/τ（5-4）

L2=τ2×L/τ（5-5）

L3=τ3×L/τ（5-6）

式中L1、L2、L3—分别为预热带、烧成带、冷却带，m；

τ1、τ2、τ3—分别为预热带，烧成及冷却时间，h。

τ—烧成时间

L1=45.2÷100×165=75（米）

L2=18÷100×165=30（米）

L3=36.5÷100×165=60（米）

5.7有效容积的计算和装窑密度的计算

窑的有效容积：

V=165×3.2×1.1=580.8（m3）

装窑密度：

ρ=gN/V（5-7）

式中：

g—每车装砖量

N—窑内容纳窑车数

V—窑的有效容积

ρ=7×55/580.8=0.6629（kg/m3）

5.8窑车数量的确定

1）装砖台应占用窑车数量

装砖台一般设3个，应占用窑车3辆。

2）由于装砖、卸砖班制不同，所占用的窑车数量不同。

本设计卸砖采用两班制，推车时间间隔按110min计，故应占窑车4辆。

3）窑车上贮胚占用的窑车数

窑车上贮胚一般按半班至一班入窑的窑车数量。

本计算窑车上贮胚按一班考虑，则应占窑车4辆。

4）窑内容纳的窑车数为55辆。

5）卸砖台应占用窑车数量

卸砖台一般设有3个，应占用窑车3辆。

6）窑外冷却占用窑车数量

窑外冷却占用窑车数，应按烧成的制品品种，窑的操作制度而定。

镁质制品隧道窑按3班出窑的窑车数计算为12辆。

7）检修占用的窑车数量

检修窑车占用的窑车数，应按烧的不同制品品种而有所不同，根据生产经验，镁质制品隧道窑窑车检修占用窑车数一般为5辆。

本设计的窑车数位3+4+4+55+3+12+5=86（辆）

6隧道窑各带结构的确定

6.1预热带烟道和气幕配置

6.1.1.预热带烟道以及排废气孔数量的确定

（1）烟道

预热带烟道一般宜设在地下，只有当地水位较高时，才设地上烟道或管道。

采用地下烟道时厂房内温度低，烟道闸板设置位置较低操作方便，烟道建成后不需要修理，但结构复杂。

当地下水位较高时必须采用防水措施，投资较大，为了便于清扫和检查，窑两侧地下支烟道应各设入孔，其尺寸一般不小于600×600毫米。

地上烟道。

采用这种烟道，其结构比较复杂，砌筑质量要求高，否则空气容易被吸入烟道内，增加排烟机的负荷。

烟道闸板设置位置较高操作不便。

计算烟道截面积尺寸时，废气排出速度一般取4～5米/秒。

（2）排废气孔数量的确定：

确定窑预热带排废气数量的原则如下；

①根据窑排出的废气量。

②应保证窑预热带第一号车位至第三号车位废气温度为150～250℃。

因该处温度过高易使制品产生裂纹。

③排废气孔的数量一般为6～10对，空口尺寸应按同时只用3～5对作业计算，该处废气速度可选4～5米/秒。

排废气孔的数量过多，将促使高温废气大量排出，降低窑的热效率，且使制品预热带不足，废品增加，甚至需延长烧成时间。

④排废气孔的布置应便于调整窑内的废气温度。

一般从窑头第1至3号车位按一个车位布置一对，往后可按二个车位布置一对，大型窑一般可按一个车位布置一对。

6.1.2隧道窑预热带气幕装置

隧道窑内气体流动的特点之一，是气体由冷却带往预热带沿水平方向流动时，热气体上升使窑上下出现温差，窑越高温差越大。

尤其是当窑的封砂槽以及窑车之间的接缝密封性差时，窑底吸入大量的冷风，使预热带温度分层现象更明显，有时上下温差可达400～500℃。

由于窑截面上下温差大，使砖垛加热不均匀，欠烧品增多，导致必须延长烧成时间。

缩小上下温差的措施除装砖合理并调整砖垛阻力，减少窑内外压差，从而减少冷空气吸入量之外，还应改进窑的密封结构，合理选定窑的高度，检查廊设压力平衡装置以及用喷射器或高压风机在预热带造成横截面的强制气体循环。

气幕装置的设计数据如下；

①气幕装置气流在喷口处得速度，一般应取60～70米/秒以上，否则形不成气幕。

②气幕用的介质，粘土砖隧道窑一般可采用冷或热空气，硅砖隧道窑宜采用热空气或高温空气。

由窑排出低于200℃的废气，因其中含水气较多，在输送过程中易冷凝、并腐蚀管道，不宜作为气幕的介质。

③气幕喷头的材质，一般采用粘土质制品。

当采用钢材时，最好采用耐火刚。

④气幕用的鼓风机压力，一般可取300～500毫米水柱。

⑤气幕装置的布置一般可和排废气孔相对应，安装位置一般从窑头第二号车位算起，小型窑可隔二个车位在窑顶布置一个，大型窑可按一个车位在窑顶布置一个，其数量一般为6～7个。

6.1.3窑内横向循环

在预热带某些部位的窑墙和窑顶内砌筑夹层通道，在窑墙顶部安装一耐热风机，当风机运行时，将隧道窑顶部的热气体通过窑顶小孔抽入窑顶通道中，再通过窑墙通道送入砖垛下部，造成窑内气流的上下循环运动。

其效果取决于气流循环量的大小，愈大则效果愈好，但造成窑内气体的能量损失也愈大。

6.2烧嘴的确定

根据镁砖隧道窑的实践证明烧嘴布置的间距达到三米时仍然保证制品的均匀烧成，一般布置在窑车与窑车之间。

所以25～35车位之间布置9对低压油喷嘴。

设置在窑车和窑车之间对称布置。

低压油喷嘴的优点：

是以低压空气为雾化剂，压力低（一般为400~1000毫米水柱），用一般的离心机就能满足其压力要求，动力消耗少。

雾化空气大部分或全部经喷嘴送入，雾化质量较好，混合较好。

燃烧时空气过剩系数较小，一般为1.1~1.25，并可得到比较短而“软”的火焰。

另外，由于雾化空气和重油压力（约0.5~1.5表压）都比较低，噪音小。

而且容易调节，维护简便。

6.3热风抽出系统

为了制品有效地冷却，从冷却带鼓入的冷空气量比燃烧所需的量要大若干倍。

因此，大量的热风需要从冷却带抽出，并可利用做干燥砖胚等用。

1）抽出的风温以400℃左右为宜。

2）大型窑抽热风孔的位置距烧成带（最后烧嘴）不小于3个车位（9米）。

3）当烧成带设有喷射器装置的隧道窑，抽热风孔的位置与喷射器装置的距离，大型窑一般不小于3个车位。

4）设有余热锅炉的隧道窑，抽热风孔的位置可设在余热锅炉后一个车位。

本设计在45～47车位之间设置窑顶抽风口2对。

6.4冷风鼓入系统

送风孔位置和数量的确定：

（1）为了保护窑门不变形，靠窑门两侧应设置送风孔一对。

（2）送风孔的数量一般为3~5对。

大型窑取3对。

均匀布置在最后一个车位上。

（3）对设有分散送风装置的隧道窑，集中送风孔数量一般为2~3对。

本设计在50～55车位之间5对分散送风。

6.5窑底压力平衡装置

本系统为减小窑底通道的截面积，以增加气流的速度，从而改善窑底压力平衡装置的效果，则窑检查廊顶部均用活动钢板盖住，唯留轨面至窑车底通道，本系统从冷却带48~49车位鼓风，由预热带13~14车位抽风，并经7.5米烟囱排出。

为改善窑底密封在预热带抽风管四周和窑车轴头两侧处，根据窑车底结构几何形状相应地装设密封固定板，其与窑车底衔接处均用胶皮连接。

同时每辆窑车前轴上的两车轮之间空隙用薄板遮挡住。

冷却带窑底因鼓风造成正压，故不设特殊密封装置。

实践证明，采用窑底压力平衡的优点如下：

（1）由于窑内与窑底压差值减少，使窑车下部制品欠烧现象减少。

（2）因窑底温度下降，窑车轴承不漏油，而且拆洗次数减少，延长了窑车使用寿命

（3）窑内与窑底压差减少，砂封槽装砂高度可相应降低。

减少加砂工作量。

取消了窑车接头处抹泥条，不仅可节约水泥，而且减少粉尘，改善车间卫生条件。

（4）由于窑车检修工作量减少，检修人员相应减少。

6.6窑门的设置

隧道窑的前后两端各装窑门一个。

两门的卷扬传动机构，借助于终点开关和相应的电气设备控制，使两端窑门操作协调一致，同时起落。

安装时须整好窑门下降的极限位置，使窑门下部的封口和窑门框上左右曲臂结构的橡皮挡板，分别与窑车台面和窑门混凝土基础面贴封良好，以免漏气。

当窑门上升以后，曲臂结构完全摆开、不得阻碍窑车通行。

7窑墙、窑顶和窑车衬砖设计

7.1砌筑材料的选择

选择砌筑材料时，要充分考虑砌体所处的工作条件：

（1）工作制度

窑炉因用途不同其工作温度差别很大，应据此选用适宜品种和等级的材料来砌筑。

（2）温度应力

承受温度应力较大的窑炉或部位，应选用热稳定性好的材料。

（3）承受荷重

承受荷重大的部位应选用强度高的材料。

在高温下承重时还要考虑材料的荷重软化温度

（4）机械损伤

要考虑物料对砌筑材料的冲击和磨损作用

（5）化学侵蚀

不同品种的耐火材料接触砌筑时，窑考虑在工作温度下材料之间的反应，对整个窑来说，还要防止由于局部砌体过早损坏导致停产。

窑炉各部位砌体得材质应能与整个窑炉的使用寿命相适应。

（6）散热损失

在窑炉的设计上，还必须合理利用耐火隔热材料。

这样可以减少窑炉的散热损失。

改善操作环境，节约燃料，同时也实现高温烧成的重要措施。

7.2窑车衬砖厚底的决定

窑车衬砖厚度应根据窑最高烧成温度，并通过热传导计算或者参考类似窑车砌砖来确定。

窑车底部表面计算温度一般低于80~100℃。

窑车衬砖材质及厚度的要求如下：

衬砖总厚度为645mm.,镁砖厚度为133mm,一二等高铝砖厚度为512mm,轻质粘土砖，粘土砖。

7.3窑车装砖

窑车上砖胚码垛的方式可影响窑截面气流的分配及窑内气体阻力的大小。

因此，装砖图设计的合理与否是影响制品烧成均匀的重要因素之一。

设计装砖图时应考虑如下原则：

（1）码垛要稳固。

砖垛码的稳固，对隧道窑的正常生产有着重要意义，为保证砖垛不倒塌，除了操作时码转要平稳外，设计装砖图时应保证砖垛与窑顶、窑墙间不小于100mm的距离。

（2）尽量减少窑内的气体流动的阻力。

砖垛造成的局部阻力是窑内气体运动的主要阻力，降低砖垛的局部阻力能减少窑内外正负压差，对改善窑内温度均匀性和改善传热条件，加速烧成过程是极为有利的。

（3）砖垛与窑墙、窑顶构成的外通道截面积应大于砖垛间纵向通道的截面之和。

（4）砖垛中、下部纵向通道一般应比上部纵向通道面积大。

根据窑内热气流较集中于窑上部，窑上部温度较高的特点，为了使制品受热量均匀，在设计装砖图时，下部纵向通道截面积之和应比中部和上部纵向通道截面之和大，以增加下部砖垛接受的热量。

由于镁质砖的荷重软化温度较低，同时在结合剂失去作用后胚体强度较低，所以，砖垛不宜太高，一般在0.8m左右

7.4镁质制品隧道窑各带窑墙、窑顶材质及厚度，毫米

7.4.1窑墙设计

查《热工设计指导书》附录3可知，墙外表面温度为60℃，周围空气温度为20℃时，q=1162w/m2

7.4.2预热带窑墙尺寸的确定

粘土砖：

λ1=0.698+0.64×10-3×[（1200+950）/2]=1.386

轻质粘土砖：

λ2=0.262+0.232×10-3×[（950+3000）/2]=0.407

红砖：

λ3=0.465+0.51×10-3×[（300+60）/2]=0.5568

δ=λ（t内-t外）/q（7-1）

δ1=298mm（取348mm）δ2=227mm（取232mm）δ3=115mm（取116mm）

7.4.3烧成带窑墙尺寸的确定

镁铬砖：

λ1=4.05-0.825×10-3×[（1600+1400）/2]=2.8