1、11.前言陶瓷工业窑炉是陶瓷工业生产中最重要的工艺设备之一，对陶瓷产品的产量、质量以及成本起着关键性的作用。它把原料的化学能转变成热能或直接把电能转变成热能，以满足制品焙烧时所需要的温度，在期间完成一系列的物理化学变化，赋予制品各种宝贵的特性。因此，在选择窑炉时，为了满足陶瓷制品的工艺要求，应充分了解窑炉类型及其优缺点，考察一些与已投入生产的陶瓷厂，然后结合本厂实际情况和必要的技术论证，方可定之。隧道窑是耐火材料、陶瓷和建筑材料工业中最常见的连续式烧成设备。其主体为一条类似铁路隧道的长通道。通道两侧用耐火材料和保温材料砌成窑墙，上面为由耐火材料和保温材料砌筑的窑顶，下部为由沿窑内轨道移动的窑车
2、构成的窑底。隧道窑的最大特点是产量高,正常运转时烧成条件稳定,并且在窑外装车,劳动条件好,操作易于实现自动化,机械化.隧道要的另一特点是它逆流传热,能利用烟气来预热坯体,使废气排出的温度只在 200C 左右,又能利用产品冷却放热来加热空气使出炉产品的温度仅在 80C 左右,且为连续性窑,窑墙,窑顶温度不变,不积热,所以它的耗热很低,特别适合大批量生产陶瓷,耐火材料制品,具有广阔的应用前景.本人设计的是年产 960 万件 10 寸汤盘隧道窑。窑炉总长 106m，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
3、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。本窑炉采用轻质耐火保温材料，高速调温烧嘴，对余热进行集中利用，产品能耗较低，实现了自动化控制，连续式生产，大大提高了生产效率。符合大量生产的要求。在设计过程中，使我对窑炉设计及施工过程有了更深的认识。隧道窑是当前陶瓷工业中优质、高产、低消耗的先进窑炉，在我国已得到越来越广泛的应用。22.窑炉课程设计任务书一、设计任务：年产 960 万件 10 寸汤盘隧道窑设计二、原始数据1.产品规格：10 寸，0.48kg/块2.10
4、 寸汤盘坯料组成（%）3.入窑水分：3%4.最高烧成温度：13205.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%).SiO2 Al2O3 CaO MgO Fe2O3 K2O+Na2O I.L69.20 19.96 0.87 0.49 0.88 3.12 5.4833.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：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
5、（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：5050100mm3.2 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 15 mm。由此确定窑车车面尺寸为：长：7506 + 105 + 152=4580mm 宽：7505 + 103 + 152=3820mm3.3 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 40m
6、m，所以窑内宽 B 为 3900mm3.4 窑长的确定窑车装载量为 46510=1200 件每车，故装窑密度为 1200/4.58=262 件/米。窑长 L= 装 窑 密 度成 品 率 年 工 作 日 烧 成 时 间生 产 任 务 = (960000020)/(330240.90262)=102.8 m窑内容车数：n=102.8/4.58=22.45 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 260
7、mm，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 1009+2510=1150mm，堇青 莫来石板，厚度 =20mm， ；硅酸铝棉，厚度 =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=460 mm，故烧成带窑高为： 485+300+
8、1150+115+230+230+100=2610mm,有效高度为：1665mm。3.6 窑车窑内容车数 23 辆，则4推车时间：2060/23=52.174 min/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=6.8106/20=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
9、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：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 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4.2 烧成曲线的确定 55.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。
10、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： 1025 节只设置下部烧嘴 32 对，共 64 只；2633 节设置每节下部烧嘴 3 只，上部烧嘴 2 只
11、， 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
12、了 2 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 42 至 45 节设置 2 组中空墙来进行间壁6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
13、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
14、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 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
15、，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7每隔 2 米留设 20mm 左右的热膨胀缝，用含
16、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
17、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
18、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：Q d=6061kJ/Nm3用经验公式计算，得理论空气需要量 L0 = (Nm3/Nm3) 24.10.612.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 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)9.125.017.dQ实际烟气量：V g= Vg0+（ -1）L 0=1.9+(1.3-1)1.242=2.27(Nm3/Nm3)a6.3 燃烧温度 理论燃烧温度T=（Q d+LaCaTa+CfTf）/（V gC）8在室温 T
19、a=20时空气比热为 Ca=1.30 kJ/(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=1.67 kJ/(Nm3)代入公式得T=(6061+1.6151.3020+1.4220)/（2.271.67）=1617.4相对误差为：（1800-1617.4）/18005%，认为合理。取高温系数 n=0.8，则实际燃烧温度为 tp=nt=0.81800=1440。14401320=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
20、 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
21、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)：230mm 聚轻高铝砖+230mm 轻质粘土砖+100mm 陶瓷棉； 第 39-53 节窑墙（厚 445mm）：345mm 轻质保温砖+230mm 轻质粘土砖+100mm 陶瓷棉； 窑顶部分： 9堇青莫来石板制品具有
22、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+230 mm 硅酸铝纤维毡+230mm 耐火砖； 第 34-38 节窑顶（厚 460mm）：230mm 莫来石绝热砖+230 mm 硅酸铝纤维毡+230mm 耐火砖； 第 39-53 节窑顶（厚 250mm）：20mm 堇青莫来石板+230mm 硅酸铝纤维毡+230mm 耐火砖； 8.物料平衡计
23、算8.1 每小时出窑制品的质量Gm=推车速度每车载重=1.15576=662.4kg/h8.2 每小时入窑干坯的质量G 干 = Gm =662.4 =700.8kg/hI.L1048.5108.3 每小时欲烧成湿制品的质量G1= G 干 =700.8 =722.5kg/h38.4 每小时蒸发的自由水的质量GW= G1_ G 干 =722.5700.8=21.7 kg/h8.5 窑具的质量窑具主要是支柱和棚板。单个棚板质量=7507501010 -62.2=12.375 Kg 单个支柱质量=505010010 -62.2=0.55 Kg棚板总重量=103012.375=3712.5Kg支柱总重量=9390.55=193.05 Kg窑具的质量 Gb=(3712.5+193.05)1.15=4491.9kg/h109.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；Q76543Qs2Q18af
