陶瓷毕业设计.docx
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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
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