楊洋：15,1700C,氧化鋁高溫梭式窯設計.doc

15M3、1700氧化鋁制品高溫梭式窯設計班級:材料科學0904姓名：楊洋指導教師：馬林摘要 隨著高技術陶瓷和優(yōu)質耐火材料的迅速發(fā)展,國內高溫燒成技術亦得到了相應的發(fā)展。因而問世一些新型的高溫窯爐。梭式窯便是其中最具代表性的窯爐。梭式窯又稱抽屜窯, 是近代改進的一種間歇式窯爐, 其特點是投資小、周轉快、勞動條件好, 熱工制度靈活, 適合多品種、小批量生產。隨著國內陶瓷工業(yè)燃料結構由煤、油向煤氣、液化石油氣的過渡, 已被廣泛地用于陶瓷、耐火材料以及建筑材料等行業(yè)。在滿足產品質量和生產能力的同時，應盡可能的通過溫度、氣氛容易調節(jié)，提高燒成質量，縮小窯內的溫差，實現快速燒成，提高生產效率，節(jié)約燃料，降低成本。 關鍵詞：梭式窯，重油，高溫，氧化鋁制品 SummaryWith the rapid development of high-tech ceramics and high-quality refractories, the domestic high-temperature sintering technology has also been a corresponding development. Thus the advent of new high-temperature furnace. The shuttle kiln is one of the most representative of the furnace. Shuttle kiln, also known as the Kiln is the modern improvements of a batch furnace, which is characterized by small investment, quick turnaround, good working conditions, flexible thermal system suitable for many varieties, small batch production. With the transition of the domestic ceramic industry fuel mix from coal, oil, gas, liquefied petroleum gas, has been widely used in the ceramic, refractory and building materials industries. Meet the product quality and production capacity at the same time, as far as possible by means of temperature, the atmosphere is easy to adjust and improve the firing quality, narrowing the difference in temperature of the kiln for rapid firing, improve production efficiency, save fuel and reduce costs.Keyword：Shuttle kiln. Heavy oil. High temperature. Alumina products目錄前言31.設計要求32.窯爐主要尺寸設計43.窯爐砌筑體53.1砌筑體材質的選擇53.1.1窯墻53.1.2窯頂53.1.3 窯車63.2砌筑體尺寸的確定73.2.1窯墻尺寸的計算73.2.2窯頂尺寸的計算83.3膨脹縫84.燃燒計算及燃燒設備的選擇94.1燃料燃燒計算94.2實際燃燒煙氣組成及實際燃燒溫度溫度104.3燒嘴的數量、選型以及布置13參考文獻14致謝：14前言梭式窯（Shuttle kiln,也稱：往復窯，或稱：臺車式窯）是從傳統(tǒng)的倒焰窯演變而來，故而屬于“間歇式”或“半連續(xù)式”窯型。自80年代來，我國引進不少梭式窯，也在借鑒的基礎上，自行研制開發(fā)不少梭式窯，梭式窯在我國投入使用以來，因其具有升、降溫速度快、操作靈活方便，便于維修等特點，近年來在冶金、化工、陶瓷、無機材料等領域得到廣泛使用。本文中梭式窯選用重油燃料，主要敘述了梭式窯梭式窯主體的設計、窯體的主要尺寸計算、燃料燃燒的計算等。 1.設計要求1.窯爐種類：氧化鋁制品高溫梭式窯2.窯內有效容積：15m33.最高燒成溫度：17004.每窯要求生產成品：5-150噸/窯5.成品率：95%6.裝窯密度：1.2噸/立方米7.窯容積系數：0.98.燃料種類及組成：重油表1. 重油組成成分CarOarHarWarSar含量（%）85.50.511.52.00.59.空氣過系數=1.11.1510.燃料消耗量：160kg/h11.當地氣象條件：夏季平均溫度27，年平均大氣壓力96000Pa2.窯爐主要尺寸設計窯體的主要尺寸主要依據被煅燒制品的產量要求，產品性能、燒嘴噴射能力、溫度分布均勻性等各方面因素綜合確定。(1) 梭式窯內高為窯車臺面至窯頂的空間高度。根據材料所能允許的堆垛高度來確定窯的內高。如鎂磚由于其荷重軟化溫度和他的燒成溫度接近，磚跺高度不宜太高，姑其窯內高通常在1米左右；而硅磚由于其荷重軟化溫度高，其窯內高通常在1.92.1米；現有粘土磚和高鋁磚窯內高分別為1.51.9米和1.11.5米。磚跺上下所允許的溫差也是考慮窯內高時應注意的影響因素之一。窯高增加，上下溫差加大，容易造成燒成質量不均勻。本梭式窯的內高設計為1300mm。(2) 梭式窯的內寬為窯內兩側窯墻之間的距離。窯的內寬與窯的產量和允許的溫差有關。產量隨窯寬的增加而增大，太寬則中心溫度偏低?，F代梭式窯多采用扁寬型斷面設計，窯的寬高比一般為2，其中B為窯的內寬，H為窯的內高。本梭式窯的內寬設計為2668mm。(3) 拱中心角的選擇。梭式窯的窯頂有拱頂和吊頂兩種類型。耐火材料梭式窯，燒成溫度高，多為拱頂窯。拱頂采用楔形磚砌筑，拱中心角的選擇很重要，拱中心角太小，拱磚受力太大，在使用過程中還會產生下沉現象；反之若拱中心角大，拱半徑小，當受熱時，拱磚膨脹，拱會被擠起而產生開裂現象，同時拱過高，拱頂制品之間孔隙加大，增加上下溫差。拱中心角一般在60180之間，其中60的拱中心角采用較多。本梭式窯的拱中心角采用60，其半徑為2668mm，矢高為358mm。(4) 當梭式窯的內高、內寬確定以后，就可以計算出梭式窯的橫截面積，而后再確定出梭式窯的總長度L：L=式中：V窯容積，m3?？捎裳b窯密度、產量要求及窯容積利用系數求出；F窯橫截面積，m2。可由窯矩形及弓形面積之和求出。求得：F= =3.158 m2， L=4.750m3.窯爐砌筑體3.1砌筑體材質的選擇選擇砌筑體材質時充分考慮了砌筑體所處的工作條件，其中包括：(1) 工作溫度：該窯爐因用于剛玉制品，最高燒成溫度為1700。(2) 溫度應力：承受溫度應力較大的部位，選擇穩(wěn)定性好的材料。(3) 承重荷載：承受荷重大的部位選擇了強度大的磚。輕質磚和硅藻土磚不能用于砌筑承重拱頂或拱角磚，也不能用于砌筑同鋼結構立柱相接觸的窯垟。在溫度下承重還考慮了材料的荷重軟化點。(4) 機械損傷：如煅燒原料的豎窯和回轉窯都要考慮受料的沖擊和磨損。 (5) 化學侵蝕：不同種類的耐火制品砌筑接觸時，考慮了它們之間的反應；對于整個窯體來說，還要防止由于局部砌體過早損壞而導致停產。3.1.1窯墻窯墻要有一定強度才能承受荷重、支持窯頂；要耐高溫；要能保溫，以維持窯內煅燒溫度，減少散熱損失，降低環(huán)境溫度。本梭式窯的窯墻由內向外分別采用了剛玉磚（98%）、輕質高鋁磚、粘土磚砌筑。3.1.2窯頂窯頂除要有一定強度、耐熱、保溫性能好壞，還要不漏氣、重量輕，推力小等要求。當拱頂選用粉料保溫時，為了防止粉料在拱頂膨脹時掉到拱磚縫內，停窯時拱磚不能復原，以及為使窯頂嚴密可在拱頂上鋪一層磚，其上抹10毫米厚粘土熟料泥漿，窯頂表面平鋪一層紅磚以便行走。本梭式窯的窯頂采用剛玉磚（98%）、輕質高鋁磚砌筑，用高爐礦渣填充。3.1.3 窯車窯車襯磚是梭式窯的活動窯底，它是用來保護金屬窯車和裝載制品燒成的，它每經過窯內一次，既被加熱又被冷卻，經受周期性的溫度變化，同時還要在窯車襯磚面上進行經常性的裝卸工作，因此窯車襯磚較易松動和損壞，嚴重時阻礙窯車在窯內正常運行。剛玉磚（98%）、輕質高鋁磚、粘土磚、高爐礦渣的最高使用溫度、體積密度及相應的導熱系數如表2:表2. 耐火材料、建筑材料及絕熱材料的導熱系數剛玉磚（98%）輕質高鋁磚粘土磚高爐礦渣最高使用溫度（）170018001300140013001400700體積密度（kg /m3）3000750導熱系數W/(m)2.900.5810-3t0.175+0.26810-3t0.698+0.6410-3t0.531.23.2砌筑體尺寸的確定根據公式q=（-）來確定各種材料的厚度。由此公式可以堆出：（-）3.2.1窯墻尺寸的計算對于本窯爐，窯內最高溫度為1700，保溫層的溫度為530，窯墻的外表面溫度取120，空氣溫度取20。查表得：散熱表面的溫度120時，散熱表面垂直（窯墻）時的散熱量為1380千卡/ 米2時，散熱表面向上（窯頂）時的散熱量為1600千卡/ 米2時。窯墻散熱量：q1=13801034.1843600=1604J/m2s剛玉磚（98%）:1=2.900.5810-3(1700+1350)2=2.0155 W/(m)（-）= =0.440m查表后取464mm; 驗算：代入=464mm，得，相對誤差為1.43%4%輕質高鋁磚：2=0.175+0.26810-3(1350+550)2=0.430 W/(m)（-）=0.214m查表后取232mm;驗算：代入=232mm，得，相對誤差為0.36%4%粘土磚：3=0.698+0.64103(550120)2=0.912W/(m)（-）(550120)=0.244m查表后取348mm；驗算：代入=348mm，得，相對誤差為0.83%4%。3.2.2窯頂尺寸的計算窯頂散熱量：q2=16001034.1843600=1860J/m2s剛玉磚（98%）：4=2.900.5810-3(1700+1450)2=1.99 W/(m)（-）(1700-1450)=0.267m查表后取272mm;驗算：代入=272mm，得，相對誤差為0.28%4%輕質高鋁磚：5=0.175+0.26810-3(1450+600)2=0.4497 W/(m)（-）(1450600)=0.193m查表后取204mm;驗算：代入=204mm，得，相對誤差為1%4%高爐礦渣：6=0.53 W/(m)（-）(650-120)=0.151m取152mm；驗算：代入=152mm，得，相對誤差為2.56%4%3.3膨脹縫幾種常用的耐火材料每米砌體的膨脹縫按下列尺寸留設。耐火粘土磚和輕質粘土磚砌體56mm/m硅磚砌體 12mm/m鎂磚砌體 1012mm/m高鋁磚砌體 68mm/m由于上述所用的材料的工作溫度都大于800，都應設膨脹縫，且膨脹縫的位置應避開受力部位和骨架，并應按間距2米左右均布。窯墻膨脹縫的內層與外層之間留成鋸齒形，上下層之間留成鎖口形式以保證密封。窯頂膨脹縫，單層拱頂留直縫，為保證密封應在拱頂壓一層磚；多層拱頂膨脹縫應錯開，最上一層應拱頂也應壓一層磚保證密封。硅磚拱頂除長向留置膨脹縫以外，拱磚之間每隔35磚夾23毫米油氈紙。如圖1： 圖14.燃燒計算及燃燒設備的選擇4.1燃料燃燒計算窯爐使用的重油組成如表1，空氣過剩系數=1.1。(1) 每1 kg重油燃燒所需要的空氣量理論空氣量為：V= V=(+)22.4= (+) 22.4=10.67Nm3 / kg實際空氣量為：Va=V =1.110.67=11.74 Nm3 / kg(2) 1 kg重油燃燒生成煙氣量理論生成煙氣量為：V0=+=(+) 22.4+V=(+)22.4+10.67=11.342Nm3 /kg實際生成煙氣量為：V= V0 +(1)V=11.342+(1.11)10.68=12.410 Nm3 /kg4.2實際燃燒煙氣組成及實際燃燒溫度溫度（1）煙氣組成：CO2=22.4100%=22.4100%=12.86%SO2 =22.4100%=22.4100%=0.028%H2O=(+)22.4100%=（+）22.4100%=10.58%O2 =(1) V 21%100%=(1.11) 10.6721%100%=1.81%N2 = Va79%100%= 11.7479%100%=74.73% （2）實際燃燒溫度溫度液體油的發(fā)熱量:Qnet=32793Car+98320Har9100(OarSar)2450 War=327930.855+983200.1159100(0.0050.005)24500.02=392950815kJ /kg 燃燒所需空氣量：Va=11.74Nm3/ kg實際煙氣量：V=12.407Nm3/ kg發(fā)生燃燒時重油溫度tf與空氣溫度ta均為27，其中空氣在027的平均比熱容為1.296 kJ/Nm3. ,重油在027的平均比熱容為1.36 kJ/Nm3. 。理論燃燒溫度：tth= 即12.410ctth=39784.641設tth=1900,查表知重油燃燒產物的平均比容物C=1.66 kJ/Nm3. ，則Q=12.4101.661900=39141.14039784.641設tth=2000，C=1.67kJ/Nm3. ，則Q=12.4101.672000=41449.40039784.641此時，tth的值必在tth與tth之間，可用內插法以求tth值，即：= 解得tth=1927.88實際燃燒溫度tp=tth，設取高溫系數=0.75（陶瓷倒焰窯）tp=0.751928=1445.601700需對空氣進行預熱，（利用余熱）：設預熱到600，則由tth=，查書得（姜金寧硅酸鹽工業(yè)熱工過程及設備P304）=1.3837 kJ/Nm3. （600）tth= 得到，tth=設=2200，C=1069=12.4131.692200=46140.38049961.0此時，tth的值必在tth與tth之間，可用內插法以求tth值，即： = 解得tth=2359.52實際燃燒溫度tp=tth，設取高溫系數=0.75（陶瓷倒焰窯）tp=0.752359.52=1769.641700，滿足要求4.3燒嘴的數量、選型以及布置本窯采用2對北京神霧公司的WDH-TCC2型燒嘴該燒嘴技術性能如下：熱負荷燃氣助燃空氣流量調節(jié)比例火焰長度爐膛溫度流量壓力流量溫度壓力2104Kcal/h2.4Bm3/h1000Pa0.2MPa24Bm3/h常溫5