陶瓷毕业设计.docx

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陶瓷毕业设计

XX理工学院

毕业设计说明书

题目：

15立方米焦炉煤气梭式窑

学号：

Z08010346

XX：

李会举

院系：

材料科学与工程系

专业：

材料工程技术

指导老师：

贾铁昆

二零一零年十二月

摘要

本设计是通过大学三年的学习，在了解隧道窑、辊道窑、梭式窑的基础上的设计的，在设计过程中，参考了众多关于梭式窑方面的学术论文，对多学的知识进行学以致用，通过本次设计，我对梭式窑的设计过程有了更深刻的认识，本设计的主要思路是：

联系产品的生产工艺要求；对梭式窑系统的安排;窑炉尺寸的确定；设计科学的烧成制度；通过物料的平衡、热平衡的计算来确定窑墙的厚度；对钢架结构进行校核计算以及工程材料概算。

加强对余热的利用，争取节能环保。

关键词：

梭式窑、结构、设计、焦炉煤气、镁质强化瓷

摘要：

....................................................................................................................2

前言....................................................................................................................5

1、任务书.............................................................................................6

1.1原始资料............................................................................................7

2、主要技术参数与经济指标...........................................................8

2.1入窑坯体的主要尺寸......................................................................................8

2.2窑体主要尺寸的确定.................................................................................8

2.3支柱规格............................................................................................................8

2.4窑内尺寸计算…………………………………………………………………8

3、工作系统的确定.......................................................................9

4、窑体材料及其厚度的确定........................................................10

4.1窑体材料的选择............................................................................................10

4.2窑体材料厚度的确定原则..............................................................................10

4.3材料选择..........................................................................................................10

4.4窑墙砌筑体尺寸的确定..................................................................................11

4.5窑外长宽高的确定.........................................................................................11

5、烧成制度的确定............................................................................12

5.1烧成制度的确定............................................................................................12

5.2温度烧成曲线图............................................................................................12

6、燃料燃烧计算...............................................................................13

6.1成分的换算....................................................................................................13

6.2理论空气量计算...........................................................................................13

6.3实际空气量计算............................................................................................13

6.4烟气生成量计算............................................................................................13

6.5理论燃烧温度计算........................................................................................15

7、物料平衡的计算...........................................................................16

8、热平衡的计算..............................................................................17

8.1确定热平衡计算X围...................................................................................17

8.2热平衡方框..................................................................................................17

8.3热收入计算..................................................................................................18

8.4热支出计算..................................................................................................18

8.5第一阶段燃料消耗量计算..........................................................................19

9、烟气阻力计算及烧嘴、烟囱设计.............................................20

9.1烟气的阻力计算..........................................................................................20

9.2烧嘴的选用.................................................................................................20

9.3烟囱设计.....................................................................................................20

10、工程材料概算...........................................................................22

10.1窑体主材料总表.........................................................................................22

10.2窑车材料总表.............................................................................................23

10.3管路材料总表.............................................................................................24

参考文献............................................................................................25

后记....................................................................................................26

前言

鉴于整个世界性的能源紧X形势，国家已经指定了多项节能减排法规。

因此，陶瓷企业节能降耗的任务更加急迫。

据有关资料介绍，目前我国建筑卫生陶瓷工业的燃料消耗，大约占总生产成本的30％~40％。

如何采取措施，降低生产中的能源消耗、提高产品市场的竞争力已成为急待解决的问题。

间歇式梭式窑炉，由于结构简单、建造费用低、窑内温差小及节能效率高等特点，正在成为国内外中小型陶瓷企业的首选炉型，得到大规模普及。

现在许多建筑卫生陶瓷企业使用了先进的梭式窑窑炉，进行产品烧成。

本设计书设计的是15m³自吸式烧嘴梭式窑，该窑是一种新型的高温间歇窑，该窑升温快、温差小、烧成温度升温速度可调X围宽、气氛可调、产品烧成质量高，是目前大多数工业陶瓷、特种陶瓷及耐火烧成首选热工设备之一。

该窑采用优质耐火材料的梭式窑，减轻窑炉负重，减少蓄热，减少对钢架的使用，达到烧成质量高，燃料消耗少，占地面积小，投资节省的目的，可取得良好的经济效益。

该窑以燃烧热值高，污染少的焦炉煤气为燃料，可实现无匣明焰烧成，热利用率大大提高，同时自然冷却，不需要任何动力，有显著的节能效果和推广价值。

该窑设计力求从实际出发，结合镁质强化瓷的生产工艺要求，制定出科学合理的烧成制度，设计出一个性能稳定、节能、高效、环保、寿命长的梭式窑。

一、XX理工学院毕业设计任务书

院系：

材料科学与工程系2010年12月

专业

材料工程技术

班级

Z080103

XX

李会举

指导老师

贾铁昆

题目

15m³焦炉煤气梭式窑设计

主要研究内容和设计参数

1.产品名称及规格：

连体座便器（470*660*520）

2.窑炉有效容积：

15m³

3.窑炉外壁温度：

≤70℃

4.燃料：

焦炉煤气

5.烧成合格率：

80%

6.坯体入窑水分：

＜1.5%

7.坯体线收缩率：

10%

8.烧成时间：

（不包括冷却时间）：

12h

9.烧成温度：

1230℃

10.窑的容积系数：

0.9

11.装窑密度：

1.2吨/立方米

设计要求（含成果要求）：

1．独立思考完成；

2．设计计算准确，窑体结构及工作系统安排合理；

3．说明书完整详细，并按格式排版打印；

4．图纸整洁清晰，制图规X，尺寸齐全，图纸上墨或计算机打印出图；

5．设计图纸X围：

窑体结构图，窑体断面图。

设计进度计划

1、2010.12.6~2010.12.08确定窑体主要尺寸和完成设计计算

2、2010.12.8~2010.12.10确定窑体结构，绘制结构草图

3、2010.12.10~2010.12.14完成窑炉结构图，主要断面图，图纸上墨

4、2010.12.14~2010.12.16编写、打印设计书

1.1原始数据：

1、表1—1座便器坯体化学组成（%）

SiO2

Al2O3

Fe2O3

K2O+Na2O

CaO

MgO

灼减

71.92

18.27

0.62

2.86

0.96

0.77

4.6

2、表1—2温度制度（最高烧成温度：

1250℃）

温度/℃

20~300

300~500

500~800

800~1050

1050~1230

1230保温

气氛

1.1

1.1

1.2

0.9

1

1

3、燃料：

焦炉煤气

CO

H2

CH4

C2H4

H2S

CO2

N2

O2

Qnet（MJ/Nm3）

8.0

53.2

22.7

4.0

0.3

4.0

7.0

0.8

17.8

4、年工作日：

280天

5、夏天最高气温：

38℃

6、其他设计参数自定

二、窑体主要尺寸的确定

本次设计的梭式窑有效容积为15m³，属于中小型轻体化的梭式窑，故采用平顶结构。

2.1入窑坯体的主要尺寸

座便器高470mm宽520mm长660mm

坯体收缩率10%

入窑坯高470/（1－10%）=522mm

入窑坯宽520/（1－10%）=578mm

入窑坯长660/（1－10%）=734mm

2.2窑体主要尺寸的确定

棚板尺寸：

620*620*15㎜³

棚板间留有20m宽的火道，坯体间留有15mm火道

窑车主要尺寸计算

棚板间留有20mm的火道，沿窑车宽度方向棚板外边缘与窑车边缘留有5mm的空隙，沿窑车方向棚板外边缘留有15mm的空隙，沿窑长度方向，在与窑门配合的地方有65mm厚的高铝砖砌体。

坯体与其上面的棚板间留30mm。

故窑车长与宽为：

窑车长：

620*5+20*4+（65－15）+15=3245mm

宽：

620*4+20*3+5*2=2550mm

窑内有效尺寸的计算

因为有效内宽就是窑车宽，有效内长就是窑车长，故

有效内长：

3245mm

有效内宽：

2550mm

有效内高：

15/（=1813mm

窑车其他参数设定：

ａ窑车车轮直径：

450mm

b窑车的耐火砖由上自下一次采用了普通硅酸铝纤

维、高铝砖、氧化空心球砖。

窑车高（含耐火砖）为855mm

2.3支柱规格

支柱除需要满足强度要求外，还要求平稳且有效体积尽量小

支柱规格：

40*40*（522+30）mm3最底部支柱：

40*40*100mm3

1813/（522+30+15）=3.20

所以制品可分为3层。

附：

棚板，支柱均可采用碳化硅质，参数有

Ρ＞2500kg/m³，所选棚板ρ=2700kg/m³，C=0.96+0.146*10-3t

2.4窑内尺寸计算

对于该窑沿窑宽方向两侧相对于窑车宽各留450mm用于烧嘴的安装，沿长度方向相对于窑车长各留175mm用于一些耐火砖的砌筑。

窑顶预留200mm空间

计算得窑内长：

3245+175×2=3595mm

窑内宽：

2550+450×2=3450mm

窑内高：

1813+855+200=2860mm

设计为窑内长:

3600mm

窑内宽:

3500mm

窑内高:

2900mm

三、工作系统的确定

梭式窑的工作系统包括排烟系统，燃烧系统及要提到额附属设备。

梭式窑工作系统的好坏与窑的工作性能有很大的关系，只有确定一个好的工作系统，才能保证窑炉的正常工作和运行。

3.1排烟系统

梭式窑的排烟系统是由火道、水平烟道、垂直烟道、排烟罩、烟囱等排烟装置组成。

窑窑底的90块棚板与窑的前后墙之间都留有火道，火道均匀分布在窑底上，可使窑内水平截面上的温度分布均匀，同时，窑底水平烟道和后墙上的垂直烟道相通。

烟道由火道从窑内水平烟道，经由垂直烟道及设置在窑顶上的排热罩，最后从烟道排出。

窑顶和排烟罩底部之间有烟道闸板，闸板采用两块碳化硅质耐火板在角钢内滑动的方式。

可通过调节闸板开度的大小来调节窑内的压力制度，也可通过调节闸板来改变排烟阻力。

梭式窑理利用排烟抽力自然排烟，所以不设置风机。

3.2燃烧系统

计采用12个高速调温烧嘴，均匀分布在窑车两侧。

烧系统由钢瓶、供气管道、烧嘴等组成。

钢瓶由烟囱水套输出的热水进行预热，既可以充分利用余热，也可使用钢瓶中的燃料使用充分，同时在供气管道上设有减压阀等，使气体燃料的压力稳定，实现微调节。

该窑采用直头自吸式焦炉煤气烧嘴，通过烧嘴的自然吸气来助燃。

这种烧嘴能产生较大的喷出速度，气体喷出后会有一定的初速度，气体沿窑内的燃烧空间上升到窑顶，再向下流动与制品发生充分的热交换后由排烟系统排除。

3.3冷却

由于梭式窑属于间歇式窑炉，因而采用自然冷却方式冷却。

3.4附属设备

该窑的附属设备包括：

测温装置‘测温孔、关火孔等。

在窑体窑顶的中心设有一个测温孔，内插入热电偶，在窑门上设有五个观火孔，可观察窑内的燃烧及制品的烧制情况。

3.5窑门窑门采用悬挂平移式窑门，砌体结构与窑墙相同，整个窑门按固定高度悬挂在窑头工字钢横梁轨道上，并设有纵横运动小车，通过各自的独立变速装置实现窑门的开闭，即沿窑体纵向平移时可开启或关紧窑门，沿窑体横向平移时可移开窑门或使其复位。

悬挂平移式窑门的优点是上下左右均可活动，便于关紧窑门。

3.6窑车窑车采用型钢制作加工而成，轴承采用高温轴承，最高耐温300℃，车体耐火材料为：

车台面砖选用抗热震性好的硅酸铝纤维、高铝砖等。

中间选用隔热砖砌筑。

车台面砖干砌的优点在于可大大减少窑车检修次数，延长窑车使用寿命。

窑内烧成时容车1部。

四、窑体材料及其厚度的确定

4.1窑体材料的选择

本次设计的高温梭式窑，其最高烧成温度为1250℃。

考虑到现代间歇窑向轻型化、灵活化发展。

因此在选择窑体材料时要尽量满足以下几个要求：

（1）窑体材料包括耐火材料和隔热材料

（2）由于窑在使用中要受到周期性的冲击，因此窑体材料热稳定性要好。

（3）耐火材料必须能够耐高温，具有良好耐热性能并具有一定的强度，以保证窑炉升到最高温而不倒塌，同时导热系数要低，以降低外表面的温度，减少散热量，降低能耗，保证烧成温度。

（4）隔热材料的蓄热少，散热也不大，要具有良好的保温性能以降低热耗。

（5）对某些安全使用温度限制的保温材料，要校核所安排的位置能否在材料的使用温度X围内。

（6）窑体材料要轻，以减少窑体的重量及窑体蓄热。

（7）为增加窑体的气密性和便于砌筑，梭式窑一般采用钢板外壳。

4.2窑体材料厚度的确定原则

1.了砌筑方便和外形整齐，墙体厚度变化不要太多。

2.与砖型尺寸一致，厚度方向不允许砍砖。

总之确定材料种类及其厚度，应在考虑满足生产基本要求以及安全、经济的基础上，使窑体蓄热和散热两者都尽可能少或总和尽可能少。

本次设计的梭式窑采用多种耐火材料的窑体，为提高窑体寿命，降低造价，通常是几种不同的热震性好，抗侵蚀性好的耐火材料。

4.3材料选择

根据以上原则，结合实际情况，所选的材料和厚度如下图

材料名称

高铝砖

氧化铝空心球砖

普通硅酸铝纤维

碳钢

（C=1%）

矾土耐火泥

最高使用温度（℃）

1500—1600

1800

1200

1300

1200

体积密度kg/m3

2200—2500

1180

128

7790

导热系数

w/m℃

0.92+0.7×10-3t

0.78

0.26

42.8（100℃时）

平均比热容KJ/kg℃

0.84+0.23×10-3t

0.86

1.13

0.47

窑墙：

窑墙要有一定的强度才能承受荷重、支持窑顶；要耐高温；要能保温，以维持窑内煅烧温度，减少散热损失。

所以本梭式窑的窑墙由内到外依次采用了高铝砖、矾土水泥耐火混凝土（密封层）、氧化铝空心球砖、普通硅酸盐纤维、碳钢（外护）砌筑。

窑顶

本梭式窑为平顶结构，窑顶除要有一定的强度、耐热、保温性好，还要不漏气、重量轻等要求。

所以本梭式窑的窑顶由内至外一次采用了氧化铝空心球砖、矾土水泥耐火混凝土、普通硅酸铝纤维、碳钢（外护）。

4.4窑墙砌筑体尺寸的确定

根据公式q=λ×（t内－t外）／δ来确定各种材料的厚度。

窑墙尺寸的计算

对于本窑炉，窑内最高温度为t1=1250℃,经过耐火层（高铝砖）,温度降为t2=850℃，假定密封层处温度还是t2=850，再经过氧化铝空心球砖，温度变为t3=450℃,然后再通过普通硅酸铝纤维，温度降至t4=70℃。

即窑墙的外表温度。

空气温度取20℃。

经查相关资料，取q=3000w/m2

高铝砖：

λ=0.92+0.7×10-3×（1250+850）／2=1.66w/m℃

δ1=λ×（t1－t2）／q=1.66×（1250－850）／3000=0.221m

经查表，取δ1=230mm

矾土水泥耐火混凝土作密封层：

取δ2=10mm

氧化铝空心球砖：

λ=0.78w/m℃

δ3=λ×（t2－t3）／q=0.78×（850－450）／3000=0.104mm

经查表，取δ3=110mm

普通硅酸铝纤维：

λ=0.26w/m℃

δ4=λ×（t2－t3）／q=0.26×（350－70）／3000=0.033mm

经查表，取δ4=45mm

外护层：

碳钢δ5=5mm

窑墙总厚度δ=230+10+110+45+5=400mm

窑顶尺寸的计算

对于本窑炉，窑内最高温度为t1=1250℃,经过氧化铝空心球砖，,温度降为t2=650℃，假定密封层处温度还是t2=650，再通过普通硅酸铝纤维，温度降至t3=70℃。

即窑顶的外表温度。

空气温度取20℃。

经查相关资料，取q=3000w/m2

氧化铝空心球砖：

λ=0.78w/m℃

δ6=λ×（t1－t2）／q=0.78×（1250－650）／3000=0.156m

经查表，取δ1=185mm

矾土水泥耐火混凝土作密封层：

取δ2=10mm

普通硅酸铝纤维：

λ=0.26w/m℃

δ7=λ×（t2