窑炉设计

景德镇陶瓷学院《窑炉课程设计》说明书题目：年产860万件汤盘天然气隧道窑设计说明书2目录前言一、设计任务书…………………………………………………………………4二、烧成制度的确定2.1温度制度的确定…………………………………………………………5三、窑体主要尺寸的计算..3.1棚板和立柱的选择………………………………………………………53.2窑长及各带长的确定……………………………………………………53.2.1装车方法……………………………………………………………53.2.2窑车尺寸确定………………………………………………………63.2.3窑内宽、内高、全高、全宽的确定………………………………63.2.4窑长的确定…………………………………………………………73.2.5全窑各带长的确定…………………………………………………7四、工作系统的确定4.1排烟系统………………………………………………………………74.2燃烧系统………………………………………………………………84.3冷却系统………………………………………………………………84.4传动系统………………………………………………………………84.5窑体的附属结构………………………………………………………8五、窑体材料及厚度的选择…………………………………………………8六、燃料燃烧计算…………………………………………………………12七、物料平衡计算…………………………………………………………13八、热平衡计算……………………………………………………………14九.冷却带的热平衡计算……………………………………………………18十、烧嘴的选用………………………………………………………………21十一、心得体会………………………………………………………………22十二、参考文献………………………………………………………………23前言3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。是以一条类似铁路隧道的长通道为主体，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成的窑顶，下部为由沿窑内轨道移动的窑车构成的窑底形成的一种烧成过程。随着经济的不断发展，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，某一种特定的窑炉可以烧制出其他窑炉所不能烧制的产品，而有时需要一种特定的产品，就需要对其窑炉的条件加以限制，因此，配方和烧成是陶瓷制品优化的两个重量级过程，每个过程都必须精益求精，才能得到良好，称心的陶瓷制品。隧道窑是现代化的连续式烧成的热工设备，以窑车为运载工具，具有生产质量稳定、产量大、消耗低的特点，最适合于工艺成熟批量生产的日用瓷。由于现在能源价格不断上涨，为了节约成本，更好的赢取经济利益，就需要窑炉在烧成过程中严格的控制温度制度、气氛制度，压力制度，提高生产效率及质量，更好的向环保节能型窑炉方向发展。所以，我们作为新一批的陶瓷制作学习者，要求经过这个设计周，全面了解一个合适，高校的烧成窑炉在生产实践中都应注意的问题，将自己学的理论知识与现实生产进行紧密贴合。了解隧道窑的设计过程，和在设计过程中应注意的问题。4一、设计任务书材料科学与工程学院2013.10专业无机非金属材料工程班级学生姓名指导教师题目年产860万件10寸汤盘隧道窑设计设计技术指标、参数：1．年产量：860万件(年工作日330天，合格率90%).2．产品规格：10英寸，0.48kg/块3．10寸汤盘坯料组成（%）4.入窑水分：〈3%5.最高烧成温度：1320℃6.燃料：天然气7.烧成曲线：自定8.气氛：常温-1050℃氧化气氛1050-1200℃还原气氛1200-1320℃中性气氛9.夏天最高气温：40℃SiO2Al2O3CaOMgOFe2O3K2O+Na2OI.L69.2019.960.870.490.883.125.48基本要求：1．进一步了解窑炉设备的基本结构。2．掌握窑炉设备的工作原理、工程制图方法和编制设计说明书的方法。3．应用热工知识进行正确设计和计算。4．设计过程要独立完成有一定的创新性。5．提供设计图纸。时间安排：2013.9.23～2013.10.11共三周时间完成1、2013.9.23～9.27确定窑体主要尺寸和结构、设计计算2、2013.9.30～10.4绘图、图纸上墨3、2013.10.7～10.11编写打印说明书5二、烧成制度的确定2.1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，制定烧成制度如下：温度（℃）时间h烧成阶段20—3002.0预热带300—6002.0预热带600—9502.0预热带950—13203.0烧成带1320—13201.0烧成带（高火保温）1320—8002.0冷却带（极冷带）800—4002.0冷却带（缓冷带）400-802.0冷却带（快冷带）表1烧成制度三、窑体主要尺寸的计算：3.1棚板和立柱的选择：查资料得10寸汤盘的详细参数如下：大小：333×333×20(单位：mm)单件制品质量：0.48kg考虑坯体收缩率8%，所以：坯体直径尺寸=产品尺寸/（1-烧成收缩）=333/(1-8%)=362mm坯体高度尺寸=产品尺寸/（1-烧成收缩）=20/（1-8%）=21.74mm所以，棚板的尺寸选择为：350×350×10（mm）支柱的尺寸为：50×50×100（mm）3.2窑长及各带长的确定：3.2.1装车方法采用窑车上设置棚板并14层码放，每块棚板放置一个平盘坯体。棚板设置规格为：5×6（其中5表示行数，6表示列数），相邻棚板间距为10mm，最底层四周棚板与垫板相距为15mm，每块棚板采用三个支柱，连线成等腰三角形。上下层棚板间距由支柱高度决定，为100mm。63.2.2窑车尺寸确定由此确定窑车车面尺寸为：长：350×6+10×5+15×2=2180mm宽：350×5+10×4+15×2=1820mm窑车架高223mm，窑车衬面边缘用四层的轻质砖共4×65+4×2=268mm，则：窑车总高为：223+268=491mm3.2.3窑内宽、内高、全高、全宽的确定①内宽：隧道窑内宽是指窑内两侧墙间的距离，包括制品有效装载宽度与制品和两边窑墙的间距。窑车与窑墙的间隙尺寸一般为25~30mm，此次设计中取用30mm，则预热带与冷却带窑内宽:B=2180+30×2=2240mm②内高：内高是指，隧道窑内可装制品部分的空间高度，通常指从窑车面到窑顶的高度。为了避免火焰直接冲刷到局部制品上，影响火焰流动，造成较大温差，窑车的台面与垫板间、上部制品与窑顶内表面之间都设有火焰通道，其高度：棚板下部通道取230mm，上部火焰通道取239mm。因此，窑内高初定为：230（下火道）+14×10（棚板）+6×100（支柱）+239（上空间）=1209mm由于具体的高度确定还与选择的耐火砖尺寸厚度的整数倍有关。通常耐火砖厚度取65mm，所以高度方向上，耐火砖块数=1209/65=18.6，取19块，则高度为：19×65=1235mm，灰缝：19×2=38mm，则预热带、冷却带窑内高：1235+38=1273mm，对于烧成带，内高增大一块标准砖的宽度134mm，所以，烧成带内高=1273+134=1407mm③全窑高即轨面至窑顶外表面：在内高的基础上加上窑车高。预热带、冷却带：1273+491+350=2114mm烧成带：1407+491+450=2348mm④全窑宽（两侧外墙之间的距离，没有包括钢架）：根据窑墙所选的材料,预热带、冷却带单侧窑墙厚度为405mm，烧成带单侧窑墙厚度为455mm，故:预热带、冷却带全窑宽=405×2+2240=3050mm烧成带全窑宽=455×2+2240=3150mm3.2.4窑长的确定窑车每层装载制品数为5×6=30件，共14层,所以，每车装载制品数为：30×14=420件，干制品质7量480g，则每车装制品质量为480g×420=201.6kg,装窑密度g=每车装载件数/车长=420/2.18m=192.66件/m.则窑长：96.9818.242099.0163302410860244gKDyGLmG—生产任务，件/年；L—窑长，m；—烧成时间，h；K—成品率，%；D—年工作日，日/年；g—装窑密度，件/每米车长。窑内容车数：n=98.96/2.18=45.39辆，取整数46辆，此时窑长=46×2.18m=100.28m。该窑采用钢架结构，全窑不设进车和出车室，故全窑长取102.00m。全窑分为51个标准节，每节长为2m。3.2.5全窑各带长的确定根据烧成曲线，各带烧成时间与烧成周期的比值，预热带取19节，烧成带取13节，冷却带取19节，则各带长及所占比例为：预热带长=2×19=38m，占总长的37.25%烧成带长=2×13=26m，占总长的25.50%冷却带长=2×19=38m，占总长的37.25%四、工作系统的确定4.1排烟系统其中1~7节为排烟段，第一节前半节两侧墙及窑顶设置一道封闭气幕，喷入由冷却带抽来的热风。后半节上部和下部各设1对排烟口（180×100mm，为砌筑的方便高度取3×67=201mm），目的是使窑头气流压力自平衡，以减少窑外冷空气何向内侵入。其余每节在其上、下部各设1对排烟口，位置正对。烟气经过窑墙内水平烟道，由垂直烟道经窑顶金属管道到排烟机，然后由铁皮烟囱排至大气。4.2燃烧系统在烧成带20节到23节设对燃烧室，每节一对，不等距分布，前疏后密，一排布置，两侧相错排列，有利于烧成带温度制度的调节。24节到32节，各节设3个燃烧室，相错排布，上不一个，下部两个。84.3冷却系统冷却带按照烧成工艺分成三段：第33--39节为急冷段。该段采用喷入急冷风直接冷却方式，除急冷首节（第33节）只在后半节设冷风喷管（尺寸67）（上设3个，下设2个）外，其余每节上部设5个冷风喷管，下部设4个冷风喷管，上下喷管交错设置。第40--45节为缓冷段。本设计中采用直接热风冷却的方法，为了能使急冷段和快冷段来的热风对制品进行充分缓冷，设计中40节不设抽热风口，46节不设喷风管。其余5节各设1对相错的抽热风口。第46--49节为快冷段。第47~49节上下部各设3对冷风喷管，49节前半部上下部各设置2个，通过喷管鼓入冷风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℃。4.4传动系统由于窑车连续性传动，原理：由于螺旋杆上的活塞在油压的作用下连续不断的向前前进，推动窑车在窑内移动。4.5窑体的附属结构4.5.1事故处理孔事故处理孔下面应与窑底面平齐，以便于清除出落在窑底上的碎片。事故处理孔尺寸为：宽345mm，高115mm，设在41号车位。4.5.2测温孔及观察孔在烧成曲线的关键处设置测温孔，低温段布稀点，高温处密点，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。4.5.3膨胀缝窑体受热会膨胀，产生很大的热应力，为避免窑体开裂，挤坏，必须重视窑体膨胀缝的留设。在此次设计中窑节之间留20毫米膨胀缝，以陶瓷棉填充。五、窑体材料及厚度的选择5.1窑体窑体由窑墙主体、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。5.2钢架9每一钢架长度为2米，含钢架膨胀缝。全窑共35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。5.3窑墙窑墙采用轻质耐火隔热材料。常用材质如下：石棉板、轻质粘土砖、硅藻土砖、普通硅酸耐火纤维板、含铬耐火纤维毡、轻质高铝砖、矿渣棉等耐火材料。窑墙砌筑在钢架结构上。每隔2米留设20mm左右的热膨胀缝，用含锆散棉填实。窑墙最外面用10mm厚的石棉板（为方便画图，画图时没考虑灰缝的长度）。5.4窑顶窑顶是由吊顶板或吊顶砖和角