辊道窑设计说明书 (1)

景德镇陶瓷大学《窑炉课程设计》说明书

题目：日产8500m2抛光砖辊道窑设计

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目录

摘要 (1)

前言 (2)

1.设计任务书 (3)

2.烧成制度的确定 (4)

2.1温度制度 (4)

2.2 气氛制度 (5)

2.3压力制度 (5)

3.窑体主要尺寸的确定 (6)

3.1窑内宽 (6)

3.2 窑长 (6)

3.3三带长度与比例 (7)

3.4窑内高 (8)

4.工作系统的确定 (9)

4.1.排烟系统 (9)

4.2 燃烧系统 (9)

4.3 冷却系统 (10)

4.4传动系统 (11)

4.5窑体附属结构 (13)

5.燃料燃烧计算 (15)

5.1 理论空气量 (15)

5.2实际空气量 (15)

5.3理论烟气量 (15)

5.4实际烟气量 (15)

5.5燃烧温度 (15)

6.窑体材料及厚度的确定 (16)

6.1窑墙 (16)

6.2窑顶 (16)

6.3窑底 (17)

7.物料平衡计算 (188)

7.1.每小时烧成制品质量： (18)

7.2.每小时烧成干坯的质量 (18)

7.3每小时欲烧成湿坯的质量 (18)

7.4.每小时蒸发自由水的质量 (18)

7.5每小时从精坯中产生的CO2 (18)

8.热平衡计算 (199)

9.窑体材料概算 (299)

10.后记 (311)

参考文献 (322)

摘要

本设计的题目是日产8500m2抛光砖辊道窑设计。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、传动设计等的计算。

本设计所采用的燃料为液化石油气，在烧成方式上采用明焰裸烧的方法，既提高了产品的质量和档次，又节约了能源，辊子运输可减少窑内装卸制品，和窑外工序连在一起，操作方便，同时具有很高的自动化控制水平。

本说明书内容包括：烧成制度确定、窑体主要尺寸的确定、工作系统的确定、窑体材料和厚度的确定、燃料燃烧计算、物料平衡计算、传动计算、工程材料概算等。

关键词：辊道窑; 液化石油气;

前言

辊道窑是近几十年发展起来的新型快烧连续式工业窑炉，目前已广泛用于釉面砖、墙地砖、彩釉砖等建筑陶瓷工业生产中，它代表了陶瓷工业窑炉的发展方向，这是因为辊道窑具备其他陶瓷工业窑炉无可比拟的优点。

辊道窑断面呈扁平形，制品一般为单层焙烧，故上下温差很小；辊上下还能同时加热，并且制品不装匣钵（采用裸烧），传热速率加快，窑内断面温度也均匀，从而大大缩短了烧成时间，保证了快速烧成的实现。辊道窑普遍广泛采用新型轻质耐火材料，并且取消了窑车和匣钵，仅用薄垫板，建筑瓷砖还大多不用垫板，使热耗大为降低。辊道窑属中空窑，窑内阻力小，压降也就小，故窑内正负压都不大；加上辊道窑无曲封、车封、沙封等空隙，窑体密封性能好，减少了漏风，从而大大提高了热利用率。没有了窑车吸热，也就没有了车下漏风，也就保证了窑内上下温度的均匀。

辊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；而辊道窑中空、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。机械化，自动化程度高，并能和其它生产设备组成完整的现代化生产线。所以，辊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。

在烧成过程中，温度控制是最重要的关键。没有合理的烧成控制，产品质量和产量都会很低。要想得到稳定的产品质量和提高产量，首先要有符合产品的烧成制度。然后必须维持一定的窑内压力。最后，必须要维持适当的气氛。这些要求都应该遵循。

1.设计任务书

2.烧成制度的确定

2.1温度制度：

①最高烧成温度:1230 ，烧成周期62min，高火保温时间:13.87min。

②需考虑坯体入窑水分为1﹪，不会引起坯体开裂，20～250℃可以快速升温；250～900℃氧化分解阶段，坯体12mm厚，升温速率减慢；为促使坯体内部物理化学变化进一步完善，同时调整窑内给部分温差，在1230℃时保温。

③考虑无光釉的烧成制度影响，要保证足够晶体析出时间，急冷处与缓冷处的温度坡度应适宜，适当提前烧成带，延长釉的熔融时间，相应延长急冷时间，使釉有足够的时间形成、发育、析出。

④坯体造型及装窑方式:生产的产品为瓷质砖，以为进窑方向。

升温速率图表如下:

表2.1.1升温速率表

图2.1.1烧成温度曲线

2.2 气氛制度：

全氧化气氛。

2.3压力制度：

预热带负压操作-40~-25Pa，烧成带微正压＜8Pa,冷却带正压。

3.窑体主要尺寸的确定

3.1窑内宽

产品规格： 8003800312mm

产品进窑宽度，考虑烧成收缩为 4%，则： 坯体尺寸=产品尺寸÷（1-烧成收缩）

坯体宽度(入窑方向) =800÷（1-4%）=833（mm ） 坯体长度=800÷（1-4%）=833（mm ） 坯体高度=12÷（1-4%）=12.5（mm ）

窑内宽的确定主要是根据选用的燃料及窑型，并参考上述经验数据，由产品尺寸来计算。考虑辊棒等材料性能、生产任务较大，所用的燃料（液化石油气）等因素，所以暂定窑内宽B =2899mm 。设计横断面上并排每排3块砖坯，离两内墙间隙有:

（2899-33833）÷2=200（mm ），符合要求。 最后定窑内宽为2899mm 。 3.2 窑长:

计算得坯体尺寸为8333833312.5mm 。入窑方式为以坯体一边进入窑内，横截面上并排每排 3块砖坯，由于坯体长度为833 mm ，每排间留有一定间隙，故设定每米排数为1.2 排。窑长（有效长度）主要取决于产量，计算如下：

装窑密度 = 每米排数3每排片数3每片砖面积（m 2/每米窑长） 即 )每米窑长/(3.28.08.032.12m k =???=。

窑长 L=（生产任务3烧成时间）÷（年工作日3243成品率3装窑密度） 即)(168)3.295.024320()60623208500(m L =???÷÷??=。

窑体总长度：窑头工作台是制品进窑烧成的必经之路，也是使制品整齐有序进窑的停留之处。窑头工作台不宜太长，根据经验取值为3m 。窑尾工作台是烧成后的产品从窑内出来，再经人工检验产品的部位。由于出窑产品温度一般高达80℃，所以窑尾的工作台不宜太短，根据经验取值为5m 。

窑体总长度＝168000＋3000＋5000＝176000mm

3.3三带长度与比例

本设计采用装配式，设计每节长2200 ㎜，节与节之间留设8 ㎜。 则节数168000220876.08=÷= （节） ，取节数为76节 。

因而窑长度为：220876167808

()167.808()L mm m =?== 根据烧成曲线，划分三带长度如下:

预热带（20～900℃）:取24节，长度= 2208324 =52992（mm ），占总长24/76 3100%=31.6 %

烧成带（900～1230℃）：取 23节，长度= 2208323 =50784（mm ），占总长23/76 3100%=30.3 %

冷却带（1230～70℃ ）：取 29节，长度=2208 329 =64032（mm ），占总长29/76 3100%= 38.1%

表3.3.1 窑炉各带温度划分

3.4窑内高

辊道窑的内高被辊子分隔成辊上高和辊下高两部分。对于辊上高的设置，要考虑以下四个方面：损坏的坯体能否顺利从辊棒之间掉下去，烧嘴的设置也要有一定的高度，气体与坯体之间的换热强度，气流通畅与燃烧空间。

而对于辊下高的设置而言，主要是损坏的坯体能否顺利从辊棒之间掉下去即保证处理事故的方便，根据砖下落的可能性，一般辊下高大于三倍辊距。

一般烧成带内高比预热带前段、冷却带后段要高出200～400mm。

结合各方因素，内高的设置如下：

4.工作系统的确定

4.1.排烟系统

（1）排烟结构。

在窑顶、窑底设置矩形排烟口。采用准集中排烟，排烟口宽与窑内宽相同，长为150mm。 1~8节为排烟段，2、4、6、8节设置4处排烟口，每处在窑底和辊上窑侧墙同时设置，窑底排烟口设置在该节后半部，一排五个，用1.5mm的耐热钢板制成Φ200mm 的排烟支管直接从窑底插入窑辊道下部，为防止落渣，开口向着烟气来流方向。辊上排烟口设在该节前半部，用1.5mm的耐热钢板制成4003230mm的排烟支管直接从窑顶下部插入两侧墙。上下排烟口均由Φ400mm的垂直烟气支管圆管引出，汇总到窑顶Φ900mm 排烟总管中，最后连接到排烟机排出。在10、11节窑顶设置排烟机平台，上设两台排烟机，其中一台备用。

（2）支烟道、总烟道的走向、位置、形状尺寸、闸板布置。

烟气自上、下排烟口进入排烟支管，窑顶每个排烟支管上都安装有支闸，调节各支管排烟量，窑底由于操作不便，仅在窑底汇总支管下设有一调节闸板，窑底汇总支管从窑一侧向上进入窑顶的总烟气管道，由于辊道窑要考虑更换棍子的方便，将窑底支烟气管道设在辊子传动的主动端一侧。

4.2 燃烧系统

（1）烧嘴的布置、数量。

本设计的为明焰辊道窑，且使用液化石油气作燃料，采用小流量多烧嘴系统，共装216只烧嘴，同一层烧嘴两侧交错布置，同一侧烧嘴上下交错布置。

在600℃ ，第17节就开始设置烧嘴，有利于快速升温和温度调节，缩短烧成周期，达到快烧的目的。考虑到在低温段设置烧嘴不宜太多。因此，在17～24节每节的辊下设置2对烧嘴，交错布置；为加强窑内气流扰动，在设有烧嘴的对侧墙上部设有Φ48mm的喷风机，在烧成带25～47节，每节辊上下各设置2对烧嘴，辊上下烧嘴及对侧烧嘴均互相错开排列，并在辊上下每个燃烧器对侧窑墙分别设置一个火焰观察孔，但如遇到事故处理孔则取消观察孔。总管设在窑顶，液化石油气经由Φ90mm的分管，再由Φ42mm的金属软管送至各烧嘴。

（2）烧嘴的名称、规格型号、主要技术参数。

（3）燃料的调节、输送。

液化石油气由升压风机升压，通过石油气总管、阀门、总管石油气处理系统（汽水分离器→过滤器→调压器），总管设在窑顶石油气经由分管，再由金属软管送至各烧嘴。为使结构紧凑，助燃风管设在窑砌体四角，助燃风管系用1.2mm厚302耐热钢板焊接制成，助燃空气经直接焊在助燃风管上的分管、阀门送至烧嘴。在每个控制单元设置一电磁阀，有断电保护功能，防止断电后液化石油气气泄入窑内。

4.3 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，余热风可供干燥或者作助燃风用，达到节能的目的。

4.3.1急冷段结构

从烧成最高温度至850℃以前，制品中由于液相的存在而具有塑性，此时可以进行急冷，最好的办法是直接吹风冷却。辊道窑急冷段应用最广的直接风冷是在辊上下设置横窑断面的冷风喷管。每根喷管上均匀地开有圆形或狭缝式出风口，对着制品上下均匀地喷冷风，达到急冷效果。由于急冷段温度高，横穿入窑的冷风管须用304不锈耐热钢制成，管径为76mm。本设计也采用此种结构，其中48、49节为过度区，在50~52

节窑长进行急冷，每节辊上均匀分布6支急冷风管，辊下4根风管，风管采用交错排列布置。前两节急冷管开口比后面的三节急冷管开口少。

4.3.2 缓冷段结构

850～550℃该阶段主要是提供石英晶型转变的场所，故缓冷区要足够长，使降温过程平稳缓慢，安全度过石英晶型转换期。为了使降温过程平稳缓慢，一般采用热风冷却制品的办法。大多数辊道窑在该段设有多处抽热风口，使从急冷段与窑尾快冷段过来的热风流经制品，让制品慢慢均匀冷却下来。

本设计设置一节过度，在54-68布置换热管和抽热风的方法，抽走来至急冷带和快冷带的热风，这样可缓和降温速率，达到抽走急冷段的热风。换热管布置在窑顶，每节布置2个小抽热风口。

4.3.3快冷段结构

制品冷却到250℃以后可以进行快速冷却。介由于制品温度较低，使传热动力温差小，即使允许快冷也不易达到。而此段冷却也很重要，如达不到快冷目的出窑产品温度大于70℃时，制品即使在窑内没有开裂，也会因出窑温度过高而出窑后炸裂，故要加强该段的吹风冷却。一般都采用快冷风管和轴流风机进行快冷。其冷却效果好，并便于该段温度的调节。本设计快冷段的69-76节窑顶设置轴流风机，每节并排2台T35-11 3.55A YSF-7132 0.75kW 小型轴流风机。

4.4传动系统

4.4.1辊子的选择:

辊子是组成辊道窑的基本部分，辊子在辊道窑内不断转动，承受制品的重量，同时经受高温作用，其质量好坏影响到辊道窑的运行精度。因此，要求辊子性能好、能满足使用要求、成本低。

第17~52节温度较高，采用85%Al

2O

3

陶瓷管。

4.4.2辊子联接方式

采用开口销孔联接，需将开口销穿过辊子与接头的销孔，要求辊子连接部位加工销孔，为使其安装对中，辊子联接处必须满足与接头的配合尺寸要求，必要时还需进行磨削加工。

4.4.3辊孔的密封

为使辊子能够自由转动，且不被孔砖卡住，辊子与孔砖上的辊孔之间留有一定间隙，一般辊孔孔径比辊子外径大5～10mm，为避免窑内热气外逸或冷空气进入窑内，注意辊孔的密封。

本设计采用填塞陶瓷棉的方法。

4.4.4辊距

确定辊距的主要依据是制品长度、辊子直径以及制品在辊道上移动的平稳性。需符合以下要求:1.辊道正常运行时始终有3根以上辊子支撑制品；2.每节钢架的长度必须是辊距的整数倍；3.高温下，辊子强度要能承担辊上全部制品的重量。

H=(1/3～1/5)L=180～300mm, 因为每节长度取2200mm ，故取辊距为160mm ，每节窑长取14根辊子，全窑共1064 根辊子。 4.4.5传动方案的确定

传动系统由电动机、减速设备和传动机构组成。采用链传动，分段带统一传动，全窑由一台电机经减速器由链传动带动主轴运转，主轴上安装若干轮胎联轴器联接沿窑长分布，每一单元节配有一台小型蜗杆减速器及链传动装置。

4.4.6辊子转速n 的计算：

根据辊子转速的公式：

t d L K n ???=

π

1.05 =K 一般取,考虑虑到制品的滑动系----K mm

,辊子直径----d min ,烧成周期----t mm ,窑长----L

则: n= (1.053167808)/(π335362)=25.85r/min

所以，各段转速统一，n= 25.85（r/min ）

4.5窑体附属结构 4.

5.1 事故处理孔

设计将事故处理设在辊下，且事故处理孔下面与窑底面平齐，以便于清除出落在窑底上的砖坯碎片。为加强窑体密封，应尽量少设置事故处理口，而为了便于处理事故，两侧墙事故处理一般采用交错布置形式，为了能清除窑内任何位置上的事故而不造成“死角”，两相邻事故处理孔间距不应大于事故处理孔对角线延长线与对侧内壁交点连线。经过计算，取:

事故处理孔尺寸为：辊下处理孔3503120mm 。

4.5.2 测温孔与观察孔

测温测压孔间距一般为3～5 m，高温段布密些，低温段布稀些，在烧成曲线的关键点，如氧化末段，晶型转化点，釉始熔点，成瓷段，急冷结束等都应设测温孔。

本设计在窑前带、预热带和冷却带每隔一节窑顶设置测温测压孔，对应的窑墙与窑顶错开每隔一节设置；在烧成带窑顶均设置，窑墙错开设置；在各带联接处多设置一两个。

每个烧嘴的对侧窑墙设置直径30mm的观察孔，上窑墙观察孔的里面要向下打个斜角，以便可以观察窑内砖的走势情况及其它燃烧情况。

4.5.3 膨胀缝

由于窑体受热会膨胀，产生很大的热应力，为避免砌体开裂、挤坏，必须重视窑体膨胀的留设，窑墙、窑顶等砌体都要留设，一般每隔2m左右留设10-20mm膨胀缝，内填与窑墙材料同等耐火度的陶瓷棉。为保证节间的气密性，窑体膨胀缝应在每节的中部留设。本设计留设了10mm膨胀缝。

5.燃料燃烧计算

本设计选用液化石油气，根据《热工手册》计算液化石油气经验公式可得： 5.1 理论空气量： V 0α=

331.12 1.12

d/1000=110000/100029.43(/)4186.84186.8

Q Nm Nm ??=

取空气过剩系数为：1.30 5.2实际空气量:

V α=α V 0α =1.3329.43=38.26（Nm 3/Nm 3） 5.3理论烟气量:

根据《热工手册》计算液化石油气经验公式可得：

V 0=110000/4186.8+4.5=30.77（Nm 3/Nm 3）（液化石油气α=4.5） 5.4实际烟气量:

V=V 0+（α-1）V 0α =30.77+(1.3-1)329.43=39.6（Nm 3/Nm 3） 5.5燃烧温度 取室温20℃，

平均比热容为C f = 1.30KJ/Nm 3

2℃，（液化石油气）的比热容C a =1.42 KJ/Nm 3

2℃。 设烟气温度为1600℃，查表得烟气比热容：1.675KJ/Nm 3.℃ 燃烧温度t th =

110000 1.422038.26 1.320

39.6 1.675

+?+???=1674℃

1674-1600

=0.0461600

4.6%＜5%，则所设温度合理。

取高温系数为0.85，则实际温度为t=0.8531600=1363℃， 1363℃-1230 ℃=133 ℃

根据计算，能满足实际燃烧温度应高于制品最高烧成温度要求，则可不预热助燃空气。

6 窑体材料及厚度的确定

6.1窑墙

窑墙需具备耐高温、具有一定强度和保温性能好三个基本条件。窑墙均采用新型高级轻质耐火材料。烧成温度小于1250℃的辊道窑窑墙厚度一般为300～350mm，窑墙材料内层用115～230mm的高温莫来石轻质高铝砖或高铝聚轻球砖，外层用70～200mm厚高铝纤维毡或硅酸铝纤维毡（即陶瓷棉）。

窑顶除了必须耐高温、积散热小及具有一定的机械强度外，还要保证其结构合理，使之不易漏气。

确定窑墙材料及其厚度时须遵循以下原则：

（1）选用的材料要保证材料长期允许使用工作温度大于实际使用的最高温度。

（2）要保证散热量小--窑墙外壁最高温度应不大于80℃。

（3）两侧窑墙厚度与窑内宽之和应小于所选用的辊子长度。

6.2 窑顶

窑顶支撑在窑墙上，由于处在窑道空间上方，窑内热气体在几何压头的作用下有自然向上运动的趋势，因此，除了必须耐高温、积散热小及具有一定的机械强度外，特别要保证其结构合理，使之不易漏气。另外，辊道窑是轻体窑，为减少窑墙或其支撑结构的负荷，更要采用轻质耐火材料构筑窑顶。辊道窑窑顶结构形式主要有大盖板砖结构、拱顶结构、吊顶结构三种。

本设计选用的是耐热钢穿轻型吊顶砖的结构形式。吊顶砖1由直径10～12mm耐热钢棒2穿吊，钢棒的材质一般为Cr23Nil8；钢棒由挂钩3与上部金属横梁4连接在一起而形成吊顶。吊顶砖在高温段可用高温莫来石质轻质高铝砖，它可设计为曲封形（图5.2.2a），以增加窑顶的气密性。但由于异形砖在成型时存在的应力，高温下长期使用容易在曲封处断裂，因此现也有设计成直形砖的（图5.2.2b）。此时须注意砌筑吊顶所用灰浆的质量与饱满，以保证其密封性。吊顶砖上层由陶瓷棉毯或矿渣棉覆盖。这种吊顶结构简单、高温下耐火保温性能好，不仅意大利WELKO公司、POPI公司等引进窑采用，我国自建的辊道窑吊顶也多采用此种结构形式。

6.2 窑底

表6-1 窑体材料及厚度