年产960万件0寸汤盘隧道窑课程设计任务Word下载.docx

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3.入窑水分：

〈3%

4.最高烧成温度：

1320℃

5.烧成曲线：

自定

6.烧成周期：

20小时

7.气氛：

常温-1050℃氧化气氛

1050-1200℃还原气氛

1200-1320℃中性气氛

8.年产量：

960万件（年工作日330天，合格率90%）.

3.窑体主要尺寸的确定

3.1棚板和立柱的选用

查资料得10寸汤盘的详细参数如下：

Ф333×

20mm，220g。

考虑烧成收缩为8%，则:

坯体直径尺寸=产品尺寸÷

（1-烧成收缩）=333÷

（1-8%）=362（mm），坯体高度尺寸=产品尺寸÷

（1-烧成收缩）=21.74（mm） 

所以选用棚板的尺寸为：

750×

25mm支柱：

50×

100mm

3.2装车方法

在窑车的长度方向上设置6块棚板，宽度方向上设置4块棚板，在窑车高度方向上装10层。

棚板间的间隙在长度方向上为10mm，棚板与车边间距为15mm。

棚板间的间隙在宽度方向上为10mm，棚板与车边间距为15mm。

由此确定窑车车面尺寸为：

长：

6+10×

5+15×

2=4580mm

宽：

5+10×

3+15×

2=3820mm

3.3窑内宽的确定

根据窑车和制品的尺寸，窑车车边距窑内墙取40mm，所以窑内宽B为3900mm

3.4窑长的确定

窑车装载量为4×

6×

5×

10=1200件每车，故装窑密度为1200/4.58=262件/米。

窑长L=

=（9600000×

20）/（330×

24×

0.90×

262）=102.8m

窑内容车数：

n=102.8/4.58=22.45辆取23辆

有效窑长为23×

4.58=105.34m

该窑采用钢架结构，全窑不设进车和出车室，故全窑长取106m，分为53个标准节，每节长2000mm。

3.5窑内高的确定

窑车架高225mm，窑车衬面边缘用4层的轻质砖共260mm，在窑车的中部铺4层硅酸铝纤维棉和1层含锆纤维毯。

窑车总高为：

225+260=485mm

在车面与棚板间留火道，其高度为300mm。

在料跺上方预留115mm插热电偶的空间，窑车上装制品的高度为100×

9+25×

10=1150mm，堇青莫来石板，厚度δ=20mm，；

硅酸铝棉，厚度δ=230mm。

所以窑全高（轨面至窑顶）：

预热带、冷却带为：

485+300+1150+115+230+20=2300mm，有效高度为：

300+1150+115=1565mm,；

为了加强传热，烧成带加高100mm,又因烧成带窑顶材料厚度为230+230=460mm，故烧成带窑高为：

485+300+1150+115+230+230+100=2610mm,有效高度为：

1665mm。

3.6窑车

窑内容车数23辆，则

推车时间：

20×

60/23=52.174min/车；

推车速度：

60/52.174=1.15车/小时。

3.7各带长度的确定

根据烧成曲线：

预热带长=（预热时间×

总长）/总烧成时间=6.8×

106/20=36.04m

因窑炉每节长度为2米，故预热带取18节。

烧成带长=（烧成时间×

总长）/总烧成时间=5.6×

106/20=29.68m

因窑炉每节长度为2米，故烧成带取15节。

冷却带长=（冷却时间×

总长）/总烧成时间=7.6×

106/20=40.28m

因窑炉每节长度为2米，故预热带取20节。

4.烧成制度的确定

4.1温度制度的确定

根据制品的化学组成、形状、尺寸、线收缩率及其他一些性能要求，制订烧成制度如下：

20℃－200℃2.3小时预热带

200℃－600℃2.5小时预热带

600℃－900℃2.0小时预热带

900℃－1050℃0.8小时烧成带

1050℃－1200℃1.8小时烧成带

1200℃－1320℃2.0小时烧成带

1320℃1.0小时烧成带

1320℃－700℃2.0小时急冷带

700℃－400℃4.0小时缓冷带

400℃－80℃1.6小时快冷带

4.2烧成曲线的确定

5.窑体及工作系统的确定

5.1排烟系统

为了更好的利用烟气的余热，采用分散排烟的方式。

在预热带1、2、3、5、7节箱体位近窑车台面的窑墙上设20对排烟口，每节为2对，均以阶梯形布置，可以迫使烟气自上而下流动，使得制品受热均匀，各排烟支管汇总到排烟总管由排烟机排出，一部分送干燥房，其余的从烟囱排入大气。

5.2燃烧系统

此窑采用小功率多分布高速调温烧嘴的布置方式。

两侧垂直和水平交错排列，这样有利于均匀窑温和调节烧成曲线。

下部烧嘴喷火口对准装载制品的下部火道，上部烧嘴喷火口对准装载制品上方的部分。

烧嘴砖直接砌筑在窑墙上，采用刚玉莫来石材质。

烧嘴的具体布置情况为：

10～25节只设置下部烧嘴32对，共64只；

26～33节设置每节下部烧嘴3只，上部烧嘴2只，共40只。

并在每个烧嘴的对侧窑墙上设置一个观火孔。

烧嘴总数为：

104只，助燃风全部为外界空气。

预热带带前部的部分烧嘴和烧成带上部烧嘴可能不开，为调节烧成曲线，增加产量留设备用。

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，余热风可供干燥用，从而达到节能目的。

5.5.1急冷段

采用直接向窑内吹入冷风的方式，在34节中间位置设置了一道急冷阻挡气幕，34-38节分上下两排设置了32对急冷风管，直接向窑内喷入冷风，并在39节设置了2对侧部抽热风口。

5.5.2缓冷段

制品冷却到700～400℃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。

为了达到缓冷的目的，本设计采用间壁冷却的形式，在42至45节设置2组中空墙来进行间壁冷却。

5.5.3快冷段

在48节设置2对侧部抽热风口，在49-50节分上下两排设置12对快冷风管，气源为外界空气。

并在顶部设置抽热口，由抽热风机送至干燥室。

5.5.4窑尾段

53节设置3对轴流风机，直接对窑内的制品进行冷却，以保证制品的出窑温度低于80℃。

5.4传动系统

隧道窑内铺设轨道，轨道安放在钢架上的轨道垫板上，用螺丝联结并焊接。

窑车是制品运输的载体。

窑车底架由槽钢、钢板等经螺丝联结、焊接而成。

在窑头和窑尾各有一手动拖车道，每拖车道上有一辆拖车。

窑外有一条手动回车线。

拖车轨道和窑内轨道和回车线轨道相连接，并在同一水平面上。

空窑车在回车线上装载制品，然后推到拖车上，将拖车推到窑头，再用顶车机将窑车推入窑内，窑车从窑尾出来经拖车道送至回车线，并在回车线卸载制品。

窑头装有油压顶车机。

根据设定好的推车速度，顶车机将窑车顶入窑内。

顶车速度可调。

拖车道和回车线轨道直接装在轨道垫板上。

在自动回车线上设置有一个窑车下检查坑道，深约1.5米，其长宽尺寸约同窑车大小，用来检修运行不良的窑车。

在回车线前部和后部，各设置一道安全检查门，其断面尺寸和窑头断面、曲封尺寸一致。

检查门用多块薄钢板制作而成，用螺丝联结，可以调整其高度和宽度。

5.5其他附属系统结构

5.5.1事故处理孔

由于窑车上棚架稳固，不容易发生倒窑事故。

即使发生窑内卡车或者其他事故，也可停窑，能够快速冷却下来，再进行处理，对生产影响不大。

因此该隧道窑不设置窑内车下检查坑道。

在窑炉第17节，34节布置了尺寸为500×

520的事故处理孔两对。

这样既简化了窑炉基础结构，减少了施工量和难度，又降低了成本，窑体保温也得到了明显的改善。

5.5.2测温测压孔及观察孔

在烧成曲线的关键处设置测温孔，以便于更好地了解窑内各段的温度情况，观察孔是为了观察烧嘴的情况。

测温孔的间距一般为3-5米，高温段布置密集些，低温段布置相对稀疏。

本设计在窑体的第1节~18节，在第2节设置一处测温孔，接下来每隔一节设置一处测温孔，共9处测温孔；

在进入烧成带之后的第20节与25节各设置一处测温孔，第27、29、31、33节的窑顶和窑侧墙处设置测温孔，共10处测温孔；

第36、38、40、42、44、46、48、50、52节各设置一处测温孔，共9处测温孔。

而且在烧成曲线的关键点，如窑头、氧化末段、晶型转化点、成瓷段、急冷结束段等都有留设测温孔。

从而能够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，保证窑炉的各关键点的温度和压力正常。

5.5.3膨胀缝

每隔2米留设20mm左右的热膨胀缝，用含锆散棉填实，全窑共设置了53道膨胀缝。

5.5.4挡墙

窑道上的档板和挡火墙可以起到窑内气体的上下和水平导流、调整升温曲线、蓄热辐射及截流作用。

档板负责对窑内上半窑道的控制,采用耐高温硬质陶瓷纤维板制成,可以通过在窑顶外部调整位置的高低。

挡火墙负责对窑内下半窑道的控制,采用耐火砖砌筑,高低位置相对固定。

窑道档板和挡火墙设置在同一横截面上。

全窑共设置5对闸板和挡火墙结构，分别设置在9-10节、13-14节、23-24节、28-29节。

5.6窑体加固钢架结构形式

以2米为一个模数单元节，全窑106米，共有53节。

窑体由窑墙主体、窑顶和钢架组成，窑体材料由外部钢架结构（包括窑体加固系统和外观装饰墙板）和内部耐火隔热材料衬体组成，砌筑部分，均采用轻质耐火隔热材料。

窑墙、窑顶和窑车衬体围成的空间形成窑炉隧道，制品在其中完成烧成过程。

窑顶是由吊顶板或吊顶砖和角钢或细钢筋等组成的平顶结构。

角钢直接焊接在窑顶钢架上，细钢筋则是做成钩状挂在窑顶钢架上。

吊顶板或吊顶砖与角钢或细钢筋紧固。

这样，窑顶的重量也由钢架承担。

每节钢架长度为2米,含钢架膨胀缝。

全窑共53个钢架结构，其高度、宽度随窑长方向会有所改变。

钢架主要由轻质方钢管、等边角钢等构成，采用焊接工艺，并在焊接处除去焊渣、焊珠，并打磨光滑。

窑墙直接砌筑在钢板上，钢架承担着窑墙和窑顶及附属设备的全部重量。

6.燃料燃烧计算

6.1所需空气量

所用燃料为发生炉煤气

查设计手册可知发生炉煤气热值为：

Qd=6061kJ/Nm3

用经验公式计算，

得理论空气需要量L0=

（Nm3/Nm3）

取空气过剩系数

=1.3

则实际空气需要La=1.3×

1.242=1.615（Nm3/Nm3）

6.2燃烧产生烟气量

烟气生成量用经验公式计算，理论烟气量：

Vg0=

（Nm3/Nm3）

实际烟气量：

Vg=Vg0+（

-1）×

L0=1.9+（1.3-1）×

1.242=2.27（Nm3/Nm3）

6.3燃烧温度

理论燃烧温度

T=（Qd+LaCaTa+CfTf）/（VgC）

在室温Ta=20℃时空气比热为Ca=1.30kJ/（Nm3•℃），Tf=20℃时发生炉煤气的比热为Cf=1.42kJ/（Nm3•℃）

设t=1800℃，并查表得t=1800℃时的烟气比热为C=1.67kJ/（Nm3•℃）

代入公式得

T=（6061+1.615×

1.30×

20+1.42×

20）/（2.27×

1.67）=1617.4℃

相对误差为：

（1800-1617.4）/1800<

5%，认为合理。

取高温系数n=0.8，则实际燃烧温度为tp=n×

t=0.8×

1800=1440℃。

1440－1320=120℃，比烧成温度高于80℃以上，这符合烧成要求,保证产品达到烧熟的目的，助燃空气可以不预热便可使用。

7.窑体材料和厚度的确定

7.1窑体材料确定原则

整个窑体由金属支架支撑。

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。

而且还要考虑到廉价的材料问题，在达到要求之内尽量选用价廉的材料以减少投资。

窑体材料厚度的确定原则：

◆为了砌筑方便的外形整齐，窑墙厚度变化不要太多。

◆材料的厚度应为砖长或砖宽的整数倍；

墙高则为砖厚的整数倍，尽量少砍砖。

◆厚度应保证强度和耐火度。

总之，窑体材料及厚度的确定在遵循以上原则得计出上，还要考虑散热少，投资少，使用寿命长等因素。

7.2整个窑炉的所用材料和厚度

窑体所采用的材料及其厚度应该满足各段使用性能要求，受表面最高温度限制以及砖形、外观整齐等方面的因素的影响，综合考虑确定窑体材料和厚度见如下。

窑墙部分：

第1-18节窑墙（厚445mm）：

345mm轻质保温砖+230mm轻质粘土砖+100mm陶瓷棉；

第19-33节窑墙（厚560mm）：

230mm聚轻高铝砖+230mm轻质粘土砖+100mm陶瓷棉；

第34-38节窑墙（厚560mm）：

第39-53节窑墙（厚445mm）：

窑顶部分：

堇青莫来石板制品具有热膨胀系数小，抗震稳定性好，使用寿命长，且不会突然断裂，使用过程中不氧化不落脏掉渣，不污染烧品，是烧成陶瓷制品最理想的材料。

第1-18节窑顶（厚250mm）：

20mm堇青莫来石板+230mm硅酸铝纤维毡+230mm耐火砖；

第19-33节窑顶（厚460mm）：

230mm莫来石绝热砖+230mm硅酸铝纤维毡+230mm耐火砖；

第34-38节窑顶（厚460mm）：

第39-53节窑顶（厚250mm）：

8.物料平衡计算

8.1每小时出窑制品的质量

Gm=推车速度×

每车载重=1.15×

576=662.4kg/h

8.2每小时入窑干坯的质量

G干=Gm·

=662.4×

=700.8kg/h

8.3每小时欲烧成湿制品的质量

G1=G干·

=700.8×

=722.5kg/h

8.4每小时蒸发的自由水的质量

GW=G1_G干=722.5－700.8=21.7kg/h

8.5窑具的质量

窑具主要是支柱和棚板。

单个棚板质量=750×

10×

10-6×

2.2=12.375Kg

单个支柱质量=50×

100×

2.2=0.55Kg

棚板总重量=10×

30×

12.375=3712.5Kg

支柱总重量=9×

39×

0.55=193.05Kg

窑具的质量Gb=（3712.5+193.05）×

1.15=4491.9kg/h

9.预热带和烧成带的热平衡计算

9.1确定热平衡计算的基准、范围

本次计算选用1小时为计算基准，以0℃作为基准温度。

以预热带和烧成带为计算范围。

9.2热平衡示意图

预热带和烧成带的热平衡示意图

Q1—坯体带入显热；

Q2—硼板、支柱等窑具带入显热；

Q3—产品带出显热；

Q4—硼板、支柱等窑具带出显热；

Q5—窑墙、顶总散热；

Q6—物化反应耗热；

Q7—窑车蓄热和散失热量；

Q8—其他热损失；

Qg—烟气带走显热；

Qf—燃料带入化学热及显热；

Qa—助燃空气带入显热；

Q/a—预热带漏入空气带入显热；

Qs—气幕带入显热；

9.3热收入项目

9.3.1坯体带入显热Q1

Q1=G1C1T1（kJ/h）

其中：

G1—入窑制品质量（Kg/h）；

G1=722.5Kg/h；

T1—入窑制品的温度（℃）；

T1=20℃

C1—入窑制品的平均比热（KJ/（Kg·

℃））；

T1=20℃时，C1=0.92KJ/（Kg·

℃）；

Q1=G1C1T1=722.5×

0.92×

20=13294（kJ/h）

9.3.2硼板、支柱等窑具带入显热Q2

Q2=GbC2T2（kJ/h）

Gb—入窑硼板、支柱等窑具质量（Kg/h）；

Gb=1871kg/h

T2—入窑硼板、支柱等窑具的温度（℃）；

T2=20℃

C2—入窑硼板、支柱等窑具的平均比热（KJ/（Kg·

碳化硅硼板、支柱的平均比热容按下式计算：

C2=0.963+0.000147t=0.963+0.000147×

20=0.966KJ/（Kg·

℃）

Q2=GbC2T2=4491.9×

0.966×

20=86783.5（kJ/h）

9.3.3燃料带入化学热及显热Qf

Qf=（Qd+TfCf）x（kJ/h）

Qd—所用燃料低位发热量（KJ/Nm3）；

燃料为发生炉煤气，低位发热量为：

Qd=6061KJ/Nm3；

Tf—入窑燃气温度（℃）；

入窑燃气温度为Tf=20℃；

Cf—入窑燃气的平均比热容（KJ/（Kg·

查表，Tf=20℃时发生炉煤气平均比热容为：

Cf=1.42KJ/（Kg·

x—设每小时发生炉煤气的消耗量为x（Nm3/h）；

Qf=（Qd+TfCf）x=（6061+20×

1.42）x=6089.4xkJ/h

9.3.4助燃空气带入显热Qa

Qa=VaCaTa（kJ/h）

Va—入窑助燃风流量（Nm3/h）；

前面燃烧部分计算得：

Va=La*x=1.615x（Nm3/h）；

Ta—入窑助燃风的平均温度（℃）；

Ta=20℃；

Ca—入窑助燃风的平均比热容（KJ/（Kg·

查表，Ta=20℃助燃风时平均比热容为：

Ca=1.30KJ/（Kg·

Qa=VaCaTa=1.615x×

20=42x（kJ/h）

9.3.5从预热带不严密处漏入空气带入显热Qa/

Qa/=Va/×

Ca/×

Ta/（kJ/h）

取预热带烟气中的空气过剩系数ag=2.0，已求出理论空气量L0=1.242Nm3/Nm3

烧成带燃料燃烧时空气过剩系数af=1.3

Va/=x×

（ag-af）×

L0=x（2.0-1.3）×

1.242=0.87x（Nm3/h）

漏入空气温度为Ta/=20℃，此时Ca/=1.30kJ/（Nm3·

℃），则：

Qa/=Va/×

Ta/=0.87x×

20=22.6x（kJ/h）

9.3.6气幕带入显热Qs

Qs=VsCsTs（kJ/h）

气幕包括封闭气幕、气氛幕和急冷阻挡气幕，封闭气幕只设在窑头，不计其带入显热。

取气氛幕和急冷阻挡气幕风源为空气，其风量一般为理论助燃空气量的0.5-1.0倍，取为0.6倍。

所以：

Vs=0.6Va=0.6×

1.615x=0.969x（Nm3/h），设Ts=20℃，查得Cs=1.30kJ/（Nm3·

℃），

Qs=Vs×

Cs×

Ts=0.969x×

20=25.2x（kJ/h）

9.4热支出项目

9.4.1制品带出显热Q3

Q3=GmC3T3（kJ/h）

出烧成带产品质量：

Gm=662.4kg/h

出烧成带产品温度：

T3=1320℃

查手册[11]，此时产品平均比热：

C3=1.20kJ/（kg•℃）

则：

Q3=Gm×

C3×

T3=662.4×

1320×

1.