19M31650℃剛玉制品高溫梭式窯設計班級：材料科學1101姓名：指導教師：徐長海設計總說明梭式窯，或稱抽屜窯，也叫車底式窯或活底式窯，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。隨著國內(nèi)陶瓷工業(yè)燃料結(jié)構由煤、油向煤氣、液化石油氣的過渡,梭式窯已被廣泛地用于陶瓷、耐火材料以及建筑材料等行業(yè)。本文是對19m31650℃氧化鋁制品高溫梭式窯的設計，主要包括窯墻與窯頂尺寸的設計和燃燒計算與燃燒設備的選擇,等等。本文中梭式窯選用重油燃料。關鍵詞：梭式窯，重油，高溫，剛玉制品19m3,1650℃CorundumProductsHighTemperatureShuttleKilnDesignDesignDescriptionTheshuttlekilnisalsocalleddrawerkiln,orbythenameofthekilnunderneaththecarorthekilnliveupstairs,whichisevolvedfromthetraditionaldowndraftkiln.sothiskindofkilnbelongsto"intermittent"or"semi-continuous"kilntype.Thedomesticceramicindustryfuelstructurehasexperiencedthechangefromcoalandoiltocoalgas,oil,liquefiedpetroleumgas,theshuttlekilnhasbeenwidelyusedinceramics,refractorymaterialsandbuildingmaterialsindustriesunderthistransformationcircumstance.Thisthesisdescribesthedesignof19m31650℃high-temperatureshuttlekilnwhichcanfabricatecorundunproducts.Itmainlyincludesthedimensiondesignofkilnwallandkilncrown,thecalculationofcombustionandthechoiceofcombustionequipment,etc.Theshuttlekilnusingheavyoilasfuelinthisarticle.Keywords: shuttlekiln,heavyoil,hightemperature,corundunproducts

目錄28561.設計要求 4293292.窯爐主要尺寸設計 4276933.窯爐砌筑體 657003.1砌筑體材質(zhì)的選擇 681723.1.1窯墻 6176913.1.3窯車 7167133.2砌筑體尺寸的確定 7130523.2.1窯墻尺寸的計算 8283813.2.2窯頂尺寸的計算 8320653.3膨脹縫 9279534.燃燒計算及燃燒設備的選擇 10267474.1燃料燃燒計算 10327644.2實際燃燒煙氣組成及實際燃燒溫度 1174994.3燒嘴的數(shù)量、選型以及布置 1323065致謝 1425843參考文獻 151.設計要求1.窯爐種類：剛玉制品高溫梭式窯2.窯內(nèi)有效容積：19m33.最高燒成溫度：1650℃4.每窯要求生產(chǎn)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(shù)：0.98.燃料種類及組成：重油表1.重油組成成分含量（%）85.511.50.50.52.0-9.空氣過系數(shù)α=1.1～1.1510.燃料消耗量：160kg/h11.當?shù)貧庀髼l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(jù)被煅燒制品的產(chǎn)量要求，產(chǎn)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(nèi)高為窯車臺面至窯頂?shù)目臻g高度。根據(jù)材料所能允許的堆垛高度來確定窯的內(nèi)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，故其窯內(nèi)高通常在1米左右；而硅磚由于其荷重軟化溫度高，其窯內(nèi)高通常在1.9—2.1米；現(xiàn)有粘土磚和高鋁磚窯內(nèi)高分別為1.5—1.9米和1.1—1.5米。磚跺上下所允許的溫差也是考慮窯內(nèi)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(zhì)量不均勻。本梭式窯的內(nèi)高設計為1400mm。(2)梭式窯的內(nèi)寬為窯內(nèi)兩側(cè)窯墻之間的距離。窯的內(nèi)寬與窯的產(chǎn)量和允許的溫差有關。產(chǎn)量隨窯寬的增加而增大，太寬則中心溫度偏低?，F(xiàn)代梭式窯多采用扁寬型斷面設計，窯的寬高比一般為EQ2，其中B為窯的內(nèi)寬，H為窯的內(nèi)高。本梭式窯的內(nèi)寬設計為2784mm。(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(chǎn)生下沉現(xiàn)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(chǎn)生開裂現(xiàn)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60°~180°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2784mm，矢高為373mm。(4)當梭式窯的內(nèi)高、內(nèi)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(chǎn)量要求及窯容積利用系數(shù)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==3.560m2，L=V/L=15÷3.158=5.340m3.窯爐砌筑體3.1砌筑體材質(zhì)的選擇選擇砌筑體材質(zhì)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1650℃。(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(zhì)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(jié)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)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(chǎn)。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(nèi)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(nèi)向外分別采用了剛玉磚（98%）、泡沫氧化鋁磚、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(nèi)，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20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%）、泡沫氧化鋁磚砌筑，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(jīng)過窯內(nèi)一次，既被加熱又被冷卻，經(jīng)受周期性的溫度變化，同時還要在窯車襯磚面上進行經(jīng)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(nèi)正常運行。剛玉磚（98%）、泡沫氧化鋁磚、粘土磚、紅磚、高爐礦渣的最高使用溫度、體積密度及相應的導熱系數(shù)如表2:表2.耐火材料、建筑材料及絕熱材料的導熱系數(shù)剛玉磚（98%）泡沫氧化鋁磚紅磚高爐爐渣粘土磚最高使用溫度（℃）1700~180015006006001300~1400體積密度（kg/m3）3000380~4801900~2300500~550導熱系數(shù)[W/(m·℃)]2.90~0.58×10-3t~0.250.7~1.20.093+0.291×10-3t0.698+0.64×10-3t3.2砌筑體尺寸的確定根據(jù)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(nèi)最高溫度為1650℃，保溫層的溫度為530℃，窯墻的外表面溫度取100~120℃，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=1380×103×4.184÷3600=1604J/m2·s剛玉磚（98%）:λ1=2.90–0.58×10-3×(1650+1500)÷2=1.9865W/(m·℃)（-）=1.9865÷1604×(1650-1500)=0.186m查表后取232mm;驗算：代入=232mm，得=1462.6℃，相對誤差為2.5%<4%。泡沫氧化鋁磚：λ2=0.25W/(m·℃)（-）=0.25÷1604×(1500-500)=0.155m查表后取232mm;驗算：代入=232mm，得=384℃，相對誤差為3.5%<4%。粘土磚：λ3=0.698+0.64×10-3×(500+120)÷2=0.8964W/(m·℃)（-）=0.8964÷1604×(500－120)=0.212m查表后取232mm;驗算：代入=232mm，得=120.6℃，相對誤差為0.5%<4%。3.2.2窯頂尺寸的計算窯頂散熱量：q2=1600×103×4.184÷3600=1860J/m2·s剛玉磚（98%）：λ4=2.90–0.58×10-3×(1650+1450)÷2=2.001W/(m·℃)（-）=2.001÷1860×(1650-1450)=0.215m查表后取232mm;驗算：代入=232mm，得=1434℃，相對誤差為1.07%<4%。泡沫氧化鋁磚：λ5=0.25W/(m·℃)（-）=0.25÷1860×(1450－600)=0.114m查表后取116mm;驗算：代入=116mm，得=586.9℃，相對誤差2.17%<4%。高爐爐渣：λ6=0.093+0.291×10-3×(500+120)÷2=0.183W/(m·℃)（-）=0.183÷1860×(500-120)=0.40m取40mm;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(zhì)粘土磚砌體5~6mm/m硅磚砌體12mm/m鎂磚砌體10~12mm/m高鋁磚砌體6~8mm/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，關應按間距2米左右均布。窯墻膨脹縫的內(nèi)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。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(shù)α=1.1。(1)每1kg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=αV=1.1×10.67=11.74Nm3/kg(2)1kg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=11.34Nm3/kg實際生成煙氣量為：V=V0+(α－1)V=11.34+(1.1－1)×10.67=12.413Nm3/kg4.2實際燃燒煙氣組成及實際燃燒溫度（1）煙氣組成：CO2=×22.4××100%=×22.4××100%=12.86%SO2=×22.4××100%=×22.4××100%=0.028%H2O=(+)×22.4××100%=+×22.4××100%=10.58%O2=(α－1)V×21%××100%=(1.1－1)×10.67×21%××100%=1.81%N2=Va×79%××100%=11.74×79%××100%=74.7%（2）實際燃燒溫度溫度液體油的發(fā)熱量:Qnet=32793Car+98320Har－9100(Oar－Sar)－2450War=32793×0.855+98320×0.115+9100－9100(0.005－0.005)－2450×0.02=39295.815kJ/kg燃燒所需空氣量：Va=11.74Nm3/kg實際煙氣量：V=12.413Nm3/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0~27℃的平均比熱容為1.296kJ/Nm3.℃,重油在0~27℃的平均比熱容為1.36kJ/Nm3.℃。理論燃燒溫度：tth==（39295.815+1.36×27+11.74×1.296×27）/12.413c即12.413ctth=39743.341設tth′=1900℃,查表知重油燃燒產(chǎn)物的平均比容物C′=1.66kJ/Nm3.℃，則Q′=12.413×1.66×1900=39150.602＜39743.341設tth′′=2000℃，查表知重油燃燒產(chǎn)物的平均比容物C′′=1.67kJ/Nm3.℃，則Q′′=12.413×1.67×2000=41459.420＞39743.341此時，tth的值必在tth′與tth′′之間，可用內(nèi)插法以求tth值，即：==解得tth=1925.67℃實際燃燒溫度tp=ηtth，設取高溫系數(shù)η=0.75（陶瓷倒焰窯）需對空氣進行預熱，（利用余熱）：設預熱到600℃，則由tth=，得=1.3837kJ/Nm3.℃（600℃）得到，tth=設=2200℃，→=12.413×1.69×2200=46151.534<49120.8設=2400℃，→=12.413×1.71×2400=50942.952>49120.8此時，tth的值必在tth′與tth′′之間，可用內(nèi)插法以求tth值，即：=解得tth=2323.94℃實際燃燒溫度tp=ηtth，設取高溫系數(shù)η=0.75（陶瓷倒焰窯）∴tp=0.75×2323.94=1743℃>1700℃，滿足要求4.3燒嘴的數(shù)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：表3.燒嘴各項技術指標熱負荷燃氣助燃空氣流量調(diào)節(jié)比例火焰長度爐膛溫度流量壓力流量溫度壓力2×104Kcal/h2.4Bm3/h1000Pa～0.2MPa24Bm3/h常溫～550℃1500～3500Pa1：6200～30001800℃布置在窯墻兩側(cè)，在同一水平面上交錯布置，每只還配置了自力式燃氣—空氣比例調(diào)節(jié)器以及分散單元式小型換熱器。高速凋溫燒嘴選擇重油和預熱空氣預混無焰完全燃