1、輥道窯窯爐設計輥道窯窯爐設計1前言陶瓷窯爐可分為兩種：一種是間歇式窯爐，比如梭 式窯;另一種是連續式窯爐，比如本設計書設計 的輥道窯。輥道窯是當代陶瓷工業的先進窯爐， 我國70年代開始已陸續應用于日用陶瓷工業、 建筑陶瓷工業。80年代后，滾到窯已廣泛地用于我 國建陶工業中。輥道窯由于窯內溫度場均勻，從而保證了產品質 量，也為快燒提供了條件；而快燒又保證了產量，降低了能耗。產品單位能耗一般在20003500 kJ/kg，而傳統隧道窯則高達 55009000 kJ/kg。所以，輥道窯是當前陶瓷工業中優質、 高產、低消耗的先進窯型，在我國已得到越來越 廣泛的應用。燒成在陶瓷生產中是非常重要的一道工序

2、。 燒成 過程嚴重影響著產品的質量，與此同時，燒成 也由窯爐決定。在燒成過程中，溫度控制是最重要的關鍵。沒有 合理的燒成控制，產品質量和產量都會很低。要想得到穩定的產品質量和提高產量，首先要有 符合產品的燒成制度。然后必須維持一定的窯內 壓力。最后，必須要維持適當的氣氛。通過對其窯爐結構和控制的了解，借鑒經驗數 據，本文設計的輥道窯，全窯長 200米，內寬2.81米，燒成溫度是1180攝氏度，燃料采用天然氣， 單位質量得產品熱耗為 2543.6 kJ/kg。熱效率 高，溫度控制準確、穩定，傳動用電機、鏈傳動和齒 輪傳動結構，聯接方式主要采用彈簧夾緊式，從 動采用托輪磨擦式，傳動平衡、穩定，維護

3、方便， 控制靈活。經過緊張的三周，有時候，特別是畫圖時，對于 沒有經過訓練的我們來說，很是不容易，進入 狀態時飯也顧不上吃，叫外賣，夜以繼日的，就 像繡花一樣，不經歷還真不知道這其中的滋味， 我想這次的窯爐設計實習，給予我們的不僅僅是設 計的本身，還讓我們知道什么是細致，什么叫技 術。在此，特別感謝周露亮、朱慶霞、孫健、李杰幾 位老師的細心指導，沒有他們的指導，我們就無從下手。由于水平所限，設計書中一定有不少 缺點和不足之處，誠摯地希望老師批評指正。2設計任務書一、 設計任務：日產10000平米?；u輥道窯 設計設計任務：日產10000平米?；u天然氣輥道 窯爐設計（一）玻化磚1.坯料組成（%

4、）:SiO2A12O3CaOMgOFe2O3K2ONa2OI.L68.3516.272.302.650.851.762.154.852.產品規格：400 >400 >8mm,單重3公斤/塊；3. 入窯水分：v 1%4. 產品合格率：95%5 燒成周期：60分鐘（全氧化氣氛）6.最高燒成溫度：1180C（溫度曲線自定）（二二）燃料天然氣COH2 CH4C2H4H2S CO2 N2O2Qn et(MJ/Nm3)0.20.295.63.50.30.10.1041.58（三三）夏天最高氣溫:37 °C3窯體主要尺寸的確定3.1窯內寬的確定產品的尺寸為 400M00xi0mm，設制

5、品的收縮 率為8%。由于坯體尺寸=產品尺寸/ （1-燒成收 縮），得坯體尺寸為：435 M35mm兩側坯體與窯墻之間的距離取 100mm，設內寬 B=2810mm，取產品長邊平行于輥棒，計算寬度 方向坯體排列的塊數為：n= （2810-100 >2） /435=6，確定并排6塊。確定窯內寬 B=435X6+100X2=2729mm ,取 2810mm。3.2窯體長度的確定窯體長度的確定窯容量=（日產量劉燒成周期）十（24%產品合格 率）=（10000 %0/60）十（24 >95% ）=438.6（就 / 窯）裝窯密度=每米排數 >每排片數海片磚面積=（1000 -435）

6、>6X（ ）=2.2 （就/每米窯長）有效窯長=窯容量-裝窯密度=438.6 -.2=200（m）取單節長度為2500mm,節間聯接長度8mm。窯的節數=200-2.508=79.7節，取節數為80節所以算出窯長為 L=2500X80=200m窯體各帶長度的確定預熱帶占全窯總長的 30% ,節數=80X30.% = 24 節，長度=24X2.5= 60m;燒成帶占全窯總長的 25%，節數=80X25% = 20節，長度=20X2.5= 50m;冷卻帶占全窯總長的 45%，節數=80X45% 節，長度=3625= 90m。3.3窯內高的確定 表3- 1:窯內高度表 1-24 節25-56

7、節57-80 節輥上高（mm）290360290輥下高(mm)390 460 390內總高（mm）4燒成制度的確定(1) 溫度制度： 燒成周期：60min 各帶劃分：(2) 氣氛制度：全窯氧化氣氛。(3) 燒成溫度曲線大致如下：1200 11801000 950800 700600 5004002000圖41:燒成溫度曲線75工作系統的確定5.1排煙系統采用集中排煙方式，排煙口設在第 1, 3, 6節, 每節上下各5對直徑為200mm的圓形排煙口 直通窯體外，排煙口設在距每節窯頭600mm處。下排煙口上方設置支柱和擋板以防止碎坯落入下排煙口。排煙出口處設置排煙閥，然后經水平分管進 入總煙管。總

8、煙管設于窯頂，上有總閘。利用煙 氣抽力，引導窯內氣體流動。5.2燃燒系統521燒嘴的設置本設計在預熱帶后部即燒成帶前就開始設置燒 嘴，有利于快速升溫和溫度調節，縮短燒成周期， 達到目的?？紤]到在低溫段設置燒嘴不宜太多。 因此，在在第724節，每節輥下交錯設置2對 燒嘴，在2444節，每節設置4對燒嘴，上下對側均交 錯布置。每個燒嘴對側設置一個火焰觀察孔，因 此，本設計總共有136對燒嘴。天然氣輸送裝置在天然氣總管前設一個連鎖保險器，保證助燃風 機事故、停電、天然氣壓力過低時能迅速自動 切斷天然氣，確保安全。天然氣總管設一放散管。 天然氣支管和分管分別從分管和總管側方引出 防止冷凝水淤積在管道內

9、。輥上或輥下每4個燃燒系統組成一個控制單元。5.3冷卻系統急冷通風系統從燒成最高溫度至少800C以前，制品中由于液 相的存在而且具有塑性，此時可以進行急冷，最 好的辦法是直接吹風冷卻。輥道窯急冷段應用最 廣的是直接風冷是在輥上下設置橫窯斷面的冷 風噴管。每根噴管上均勻地開有圓形或狹縫式出風 口，對著制品上下均勻地噴冷風，達到急冷的效 果。由于急冷段溫度高，橫穿入窯的冷風管須用耐熱 鋼制成，管徑為6080mm。本設計也采用直接吹風冷卻，在第 4550節每 節設置12根 80急冷風管，上下管布置在同一 斷面并橫穿過窯內，每根風管的窯內部分均勻開90個10圓孔.緩冷通風系統在第57-66節的每節輥上

10、安裝12根 60間壁換 熱管做間接冷卻，換熱管一端敞開做吸風口，另 一端接抽熱風管，通向余熱風機。在 66-72節窯 的頂部設置7個圓形抽熱風口，直徑為250mm。 緩冷換熱和抽熱共用一臺風機。8快冷通風系統窯尾采用直接吹冷風冷卻產品。在窯爐最后2節 兩側安裝軸流風扇，每節窯頂、窯底各設4臺軸 流風扇，上下對制品強制冷卻。在第 78節設一 矩形抽冷風口，尺寸為1050000 mm。5.4傳動系統輥子材質的選擇輥道窯對輥子材料要求十分嚴格，它要求制輥子 材料熱脹系數小而均勻，高溫抗氧化性能好， 荷重軟化溫度高，蠕變性小，熱穩定性和高溫耐 久性好，硬度大，抗污能力強。常用輥子有金屬輥和陶瓷輥兩種。

11、為節約費用， 不同的溫度區段一般選用不同材質的輥子。本 設計在選用如下：表5- 1:輥子的選材低溫段（25020）無縫鋼管輥棒中溫段（200500C和500C80C） 瓷棒 高溫段（5001180C和1180500C） 碳化硅 車昆棒輥子直徑與長度的確定輥子的直徑大，則強度大；但直徑過大，會影響 窯內輻射換熱和對流換熱。因中試窯比較短， 輻射換熱和對流換熱空間有限，本設計輥子的直 徑要小些，故選用直徑為 30mm的輥棒，而長 度則取2550mm。輥距的確定為了保證無論何時制品在轉動過程中都有3根車昆棒，所以應取問產品的1/4以下，即車昆距不大于400/4=100mm，因此，本設計確定輥距為50

12、m，每節窯為2508/50=50根。傳動系統的選擇考慮到產品的質量問題，輥道窯的傳動系統由電機、鏈傳動和齒輪傳動結構所組成。為避免停電對正常運行的輥道窯造成的危害，輥 道窯一般都設在滯后裝置，通常是設一臺以電 瓶為動力的直流電機。停電時，立即驅動直流電機，使輥子停電后仍能正常運行一段時間，避免被壓彎或壓斷，以便在這段時間內，啟動備用電源。傳動過程電機t主動鏈輪t滾子鏈t從動鏈輪t主動斜 齒輪T從動螺旋齒輪T主軸T主軸上的斜齒輪 T被動斜齒輪t輥棒傳動裝置T輥子 傳動過程聯接方式 依據以上原則，聯接方式主要采用彈簧夾緊式， 從動采用托輪磨擦式。95.5窯體附屬結構事故處理孔事故處理孔設在輥下，且

13、事故處理孔下面與窯底 面平齊，以便于清除出落在窯底上的磚坯碎片。為了能清除窯內任何位置上的事故而不造成死角”兩相鄰事故處理孔間距不應大于事故處理 孔對角線延長線與對側內壁交點連線。圖5- 1:事故處理孔的布置兩事故處理孔中心距 L應小于或等于6.63m 又因為每節長度只有 2.5m，所以，可以每節設 置一個事故處理孔，本設計在每節設置一個事故 處理孔，尺寸為：400x130mm，兩側墻事故處 理孔采取交錯布置的形式。當事故處理孔在不處 理事故時，要用塞孔磚進行密封，孔磚與窯墻間隙用 耐火纖維堵塞密封，防止熱氣體外溢或冷風漏入 等現象對燒成制度產生影響。測溫測壓孔及觀察孔為嚴密監視及控制窯內溫度

14、制度，及時調節燒嘴 開度，在窯道頂及窯側墻中央留設若干處測溫 孔，以安裝熱電偶。本設計在 1、6、63、65節 及7-70節的偶數節設置直徑為 40mm測溫 孔，輥上設在窯頂，輥下設在窯側墻，兩側墻的測溫孔交 錯布置。壓力制度中零壓面的位置控制特別重要，一般控 制在預熱帶和燒成帶交接面附近。若零壓過多 移向預熱帶，則燒成帶正壓過大，有大量熱氣體 逸出窯外，不但損失熱量，而且惡化操作條件； 若零壓過多移向燒成帶，則預熱帶負壓大，易漏入 大量冷風，造成氣體分層，上下溫差過大，延長 了燒成周期，消耗了燃料。本設計以觀察孔代替測 壓孔。10在每個燒嘴的對側窯墻設置60mm的觀察孔， 以便燒嘴的燃燒狀況

15、。未用時，用與觀察孔配套 的孔塞塞住，以免熱風逸處或冷風漏入。膨脹縫窯體受熱會膨脹，產生很大的熱應力，因此在窯 墻、窯頂及窯底砌體間要留設膨脹縫以避免砌 體的開裂或擠壞。本設計窯體采用裝配式，每節 窯體留設2處寬度為10mm的膨脹縫，內填陶 瓷棉。各層磚的膨脹縫要錯縫留設。擋墻窯道上的檔板和擋火墻可以起到窯內氣體的上 下和水平導流、調整升溫曲線、蓄熱輻射及截流 作用。檔板負責對窯內上半窯道的控制，采用耐 高溫硬質陶瓷纖維板制成，可以通過在窯頂外部 調整位置的高低。擋火墻負責對窯內下半窯道的控制采用耐火磚砌筑，高低位置相對固定。窯道檔板 和擋火墻設置在同一橫截面上。全窯共設置 3對 閘板和擋火墻

16、結構，分別在24-25節、44-45節、58-59節，節之間設置。5.6窯體加固鋼架結構形式輥道窯鋼架結構起著加固窯體作用，而鋼架本身 又是傳動系統的機身。本設計采用金屬框架裝 配式鋼架結構，立柱用2.5t X5X50mm方鋼、上橫梁用 2.3t 5000mm方鋼、下梁用 2.5t 100X50mm方鋼。在一節窯體鋼架中，每側共有立 柱3根，兩頭每個立柱上開有攻M12螺栓節間聯接的6個孔。下橫梁每節共 3根，焊在底側梁上， 下橫梁上焊有 50 X50mm的等邊角鋼作底架， 以便在其上擱置底板。上下側板可用 23mm鋼板沖壓 制成，吊頂梁采用 50 X50 X5mm的等邊角鋼。6燃料燃燒計算6.

17、1空氣量理論空氣量的計算燃料為天然氣，本設計燃料低發熱量Qnet=41580KJ/Nm3,其成分組成如表2 2所示：根據氣體燃料的化學組成，計算其理論空氣量：實際空氣量的計算由于在氧化氣氛下燒成，根據經驗取空氣系數為a = 1.3,6.2煙氣量理論煙氣量的計算按照燃料的化學成分計算理論煙氣量：實際煙氣量的計算6.3燃燒溫度 設空氣溫度 天然氣比熱為：現設tht = 1600 C，燃燒產物溫度=(41580+1.58 X1.3 忽0+14.27 >20 )/(12.8674 X.76)=1538.4 C求得溫度與假設溫度相對誤差:(1600-1538.4)/1600 100%=3.8% &

18、lt; 5%，所以 假設合理。取高溫系數h = 0.8,則實際燃燒溫度pt = 0.85538.4= 1300C，比需要的溫度高，這符合要求有利于快速燒成，保證產品達到燒熟的目的。7窯體材料及厚度的確定1、窯體材料確定原則窯體材料要用耐火材料和隔熱材料。耐火材料必 須具有一定的強度和耐火性能以便保證燒到高 溫窯體不會出現故障。隔熱材料的積散熱要小， 材質要輕，隔熱性能要好，節約燃料。而且還要 考慮到廉價的材料問題，在達到要求之內盡量選用 價廉的材料以減少投資。2、窯體材料厚度的確定原則 為了砌筑方便的外形整齊，窯墻厚度變化不要太多。 材料的厚度應為磚長或磚寬的整數倍；墻高 則為磚厚的整數倍，盡

19、量少砍磚。 厚度應保證強度和耐火度?？傊G體材料及厚度的確定在遵循以上原則得 計出上，還要考慮散熱少，投資少，使用壽命 長等因素表71 :窯體材料和厚度表(1)121-24、57-80 節名稱材質使用溫度C)導熱系數W/ (mC )8熱平衡計算熱平衡計算包括預熱帶、燒成帶熱平衡計算和冷 卻帶熱平衡計算。預熱帶和燒成帶的熱平衡計 算目的在于求出每小時的燃料消耗量；冷卻帶的熱平衡計算的目的在于計算冷空氣鼓入量和熱 風抽出量。8.1預熱帶及燒成帶熱平衡計算熱平衡計算基準及范圍時間基準：1h;溫度基準：0 C(KJ/h )窯體散熱損失3Q將計算分為2部分，即第624節：500-950C , 取平均值

20、 725C ；第2444節：950-1180C取 平均值為1065 C。i第624節:窯外壁表面平均溫度 40C,窯 內壁平均溫度725 Ca.窯頂耐火層莫來石輕質高鋁磚1600 C0.310+0.176 W-3t230窯頂隔熱層k.窯底耐火層莫來石輕質高鋁磚1600 C0.310+0.176 W-3t 230窯底隔熱層硅藻土磚窯底散熱面積:A底=94.2 m2則 Q 底=qA 底=340X94.2 為.6 = 115300.8 (kJ/h)說 快冷段窯體的散熱量(6070節)此段溫度范圍為500-80C ,所以窯內壁平均溫度為290C ,窯外壁溫度取為 40C .l. 窯頂耐火層莫來石輕質高

21、鋁磚1600 C則 Q 頂=qA 頂=167X94.2 X.6= 56633(kJ/h)m.窯墻耐火層莫來石輕質高鋁磚1600 C窯頂散熱面積：則 Q 墻=2qA 墻=2X147X31.2 X.6 = 33022(kJ/h)n.窯底耐火層莫來石輕質高鋁磚1600C 0.310+0.176 W-3t 230窯底隔熱層硅藻土磚窯底散熱面積:A底=94.2 m2則 Q 底=qA 底=120X94.2 為.6= 40694.4 (kJ/h)則冷卻帶窯體總散熱量為:300.8+56633+33022+4069.4=992216.2 (kJ/h)其它熱損失Q10其它熱損失為總收入的5%,則:V )=557974.5+1.3Vx列出熱平衡方程熱收入=熱支出V = 17293m3/h即每小時鼓入風量為 4477 m3/h.冷卻帶熱平衡表表8-2冷卻帶熱平衡表 產品帶入顯熱1115949096.84產品帶出顯熱5604154.83冷卻風帶入顯熱4496253.16抽熱風帶走顯熱952858372.1窯體散熱992216.217.07其它散熱580450.5.00總熱量11609115100總散熱11609016.71009燒嘴的選用每小時燃料消耗量為：x=600 (m3/h)考慮到燒嘴的燃燒能力和燒嘴燃燒的穩定性取安全系數1.5本設計一共設置了 136對(272個)燒嘴。燒嘴的熱負荷：3