1、窑炉课程设计说明书题目：年产 1000 万件 10 寸汤盘隧道窑设计学 号：201010210438姓 名：黄雅玲院 （系）：材料科学与工程学院专 业：10 无非四班指导教师：陆琳 孙健 汪和平 胡耀江 宫小龙目录1 前言2 设计任务与原始资料3 窑体主要尺寸的确定3.1 装车方法3.2 窑内宽的确定3.3 窑体长度的确定3.4 窑内高的确定3.5 各带长度的确定3.6 推车时间4 烧成制度的确定5 工作系统的确定5.1 燃烧系统5.2 排烟系统5.3 冷却系统5.4 传动系统5.5 其他附属系统结构5.5.1 事故处理孔5.5.2 测温测压孔及观察孔5.5.3 膨胀缝5.5.4 挡墙5.5.
2、5 窑体加固钢架结构形式6 燃料及燃烧计算6.1 空气量的计算6.2 烟气量的计算6.3 理论燃烧温度的计算7 窑体材料及厚度的确定7.1 窑体材料确定原则7.2 整个窑炉的所用材料和厚度8.物料平衡计算8.1 每小时出窑制品的质量8.2 每小时入窑干坯的质量8.3 每小时欲烧成湿制品的量8.4 每小时蒸发的自由水的质量8.5 窑具的质量9 热平衡计算9.1 热平衡计算基准及范围9.2 热平衡框图9.3 热收入项目9.4 热支出项目9.5 列出热平衡方程式9.6 列出预热带烧成带热平衡表10 冷却带热平衡10.1 热平衡计算基准及范围10.2 热平衡框图10.3 热收入项目10.4 热支出项目
3、10.5 列出热平衡方程式10.6 列出冷却带热平衡表11 烧嘴的选用12 总结13 参考文献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 ,比如隧道窑。隧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；而隧道窑中空、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。所以，隧道窑是当前陶瓷工业中优质、高产
4、、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，烧成也由窑炉的窑型决定。本人设计的是年产 1000 万件 10 寸汤盘隧道窑。窑炉总长 106 米，有效宽是 3.12 米，烧成温度是 1320，烧成周期为 20 小时。燃料采用发生炉煤气，燃烧器采用高速烧嘴。此设计的隧道窑，窑体趋向轻型化，烧成质量好，成品率高。说明书中具体论述了设计时应考虑的因素,诸如窑体结构、排烟系统、烧成系统和冷却系统等等.同时详细的进行了对窑体材料的选用、热平衡、管路、传动设计等计算为有效利用烟气热，现阶段设计的窑炉都采用分散排烟的方式，本设
5、计也采用此方法，另外在缓冷段采用抽热空气的方式来冷却制品，对热烟气也可加以利用。 全窑的控制采用计算机自动控制来实现，这样既提高了产品的成品率又降低的工作人员的工作强度，降低了生产成本。【关键词】 隧道窑 汤盘 发生炉煤气2 设计任务与原始资料专 业 无机非金属材料 班 级 2010 级无非（4）班学 生姓 名 黄雅玲指 导教 师 宫小龙题 目 年产 1000 万件 10 寸汤盘隧道窑设计设计技术指标、参数或课题研究主要内容人：1 年产量：1000 万件(年工作日 330 天，合格率 96%).2 产品规格：10 寸，0.48kg/块3 10 寸汤盘坯料组成（%）4 入窑水分：3%5 最高烧成
6、温度：13206 燃料：发生炉煤气7 烧成曲线：自定8 烧成周期：20 小时9 气氛：常温-1050 氧化气氛1050-1200 还原气氛1200-1320 中性气氛SiO2 Al2O3 CaO MgO Fe2O3 K2O+Na2O I.L69.20 19.96 0.87 0.49 0.88 3.12 5.48基本要求：1 应用热工知识进行正确设计和计算。2 设计过程要独立完成有一定的创新性。3 编写设的计说明书要符合规范。4 提供设计图纸其中至少有 1 张计算机绘图 。5 完成 1 篇英文译作。工作进度：1 14 周：实习，收集资料2 56 周：资料整理、消化吸收，提出初步的设计思路2716
7、 周：主要设备设计与计算，绘图317 周起：整理，准备答辩3 窑体主要尺寸的确定3.1 装车方法查资料得 10 寸汤盘的详细参数如下：33320mm，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：75075025 mm 支柱的尺寸为：5050100mm在窑车的长度方向上设置 6 列棚板，宽度方向上设置 4 排棚板，在窑车高度方向上装 12 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
8、，棚板与车边间距为 15 mm。由此确定窑车车面尺寸为：长：7506 + 105 + 152=4580mm 宽：7504 + 103 + 152=3060mm3.2 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 30mm，所以窑内宽 B 为 3120mm3.3 窑体长度的确定窑车装载量为 46412=1152 件每车，故装窑密度为 1152/4.58=251.53 件/米。窑长 L= 装 窑 密 度成 品 率 年 工 作 日 烧 成 时 间生 产 任 务 = (1000000020)/(330240.96251 .53)=104.58 m窑内容车数：n=104.58/4.58=22.8
9、34 辆 取 23 辆 有效窑长为 234.58=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 2m。3.4 窑体高的确定窑车架高 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。此部分用材料如下：堇青莫来石板，厚度 =20 mm，导热系数 0.2 w/（m） ；硅酸铝纤维毡，厚度 =230 mm，导热系数 0.24 w/（m） ；在料跺上方预留 115mm 插热电偶的空间，窑车上装制
10、品的高度为(25+100)12=1500mm，所以窑全高（轨面至窑顶）：预热带、冷却带为：485+300+1500+115=2400mm，有效高度为 1915mm.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=460 mm，故烧成带窑高为：485+300+1500+115+230+230+100=2710mm.有效高度为：2225mm.3.5 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=6.8106/20=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=5.6106/20=29.68m
11、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=7.6106/20=40.28m因窑炉每节长度为 2 米，故预热带取 20 节。3.6 推车时间窑内容车数 23 辆，则推车时间：2060/23=52.17 min/车；推车速度：60/52.17=1.15 车 /小时4 烧成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，制订烧成制度曲线如下：20200 2.3 小时 预热带200600 2.5 小时 预热带 600900 2.0 小时 预热带9001050 0.8 小时 烧成带10501200 1.8 小时 烧成带12001320
12、2.0 小时 烧成带 1320 1.0 小时 烧成带 1320700 2.0 小时 急冷带 700400 4.0 小时 缓冷带40080 1.6 小时 快冷带2468102014（ .3,）（ ）（ .,9）（ 7.6,5）（ 120）（ .4,3）（ .,120）（ .,7）（ 84）（ 0,） h5 窑体及工作系统的确定5.1 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：1625 节只
13、设置下部烧嘴 20 对，共 40 只；2633 节设置下部烧嘴 16 对，上部烧嘴 8 对，共 48 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：88 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。5.2 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。5.3 冷却系统制品在冷却带有晶体成长
14、、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 20 对急冷风管，直接向窑内喷入冷风，并在 39 节设置了4 对侧部抽热风口。 5.5.2 缓冷段 制品冷却到 700400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 40 至 49 节设置 10 组中空墙来进行间壁冷却。
15、5.5.3 快冷段在 49 节设置 4 对侧部抽热风口，在 50-51 节分上下两排设置 18 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 4 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
16、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
17、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 500520 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1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19节与22节各设置一处测温孔，第24、26、28、30、32节的窑顶和窑
18、侧墙处设置测温孔，共12处测温孔；第34、36、38、40、42、44、46、48、50、52节各设置一处测温孔，共10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
19、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。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 空气量计算查设计手册可知发生炉煤气热值为：Q d=6061kJ/Nm3用经验公式计算，得理论空气需要量 L0 = (Nm3/Nm3) 24.103.612.取空气过剩系数 =1.3a则实际空气需要 La=1.31.242=1.615(Nm3/Nm3)6.2 烟气量计算
