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        煅燒窯的功率計算及結(jié)構(gòu)設(shè)計

        2015-04-09 08:36:26劉文泉
        中國有色金屬 2015年3期
        關(guān)鍵詞:窯體輪帶托輪

        劉文泉|文

        本文根據(jù)國際化工行業(yè)中較先進(jìn)的鈦白粉煅燒工藝,合理設(shè)計了在國內(nèi)同類產(chǎn)品中具有先進(jìn)技術(shù)水平的鈦白粉Φ3.2×55m煅燒窯,同時最大限度地降低了制造成本,為中鋁山東工程技術(shù)有限公司進(jìn)軍化工設(shè)備市場進(jìn)行多元化發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

        結(jié)構(gòu)及工作原理概述

        Φ3.2×55m煅燒窯是國內(nèi)鈦白粉行業(yè)最大規(guī)格的煅燒窯,年產(chǎn)量為6萬噸鈦白粉。鈦白粉煅燒窯的結(jié)構(gòu)類似于氧化鋁、水泥等行業(yè)中的回轉(zhuǎn)窯,現(xiàn)簡述如下:筒體由鋼板卷制而成,筒體內(nèi)鑲砌耐火襯,且與水平線形成規(guī)定的角度,筒體上套有三件矩形輪帶支撐在各檔支承裝置上,在中間輪帶附近的筒體上用切向彈簧板固定一個大齒圈,其下30°處有一小齒輪與其嚙合。正常運轉(zhuǎn)時,由主傳動電動機(jī)經(jīng)主減速器向該開式齒輪裝置傳遞動力,驅(qū)動煅燒窯。

        煅燒窯主要工作原理為:將經(jīng)過濾后的二氧化鈦水解物濾餅輸入具有一定斜度且緩慢回轉(zhuǎn)的窯體尾端,同時窯頭方向的燃燒混合室將潔凈的火焰及熱風(fēng)吹入窯內(nèi)對濾餅加以脫水、煅燒,經(jīng)1000℃高溫脫水、煅燒后的水解二氧化鈦濾餅借助傾斜的回轉(zhuǎn)窯體,既沿圓周方向翻滾又沿軸向(從高端向低端)移動,不斷完成脫水和煅燒的工藝過程,最終通過窯頭罩下部的雙液壓翻板卸料閥進(jìn)入冷卻機(jī),經(jīng)冷卻、篩分后的物料即為鈦白粉成品。

        煅燒窯的組成

        Φ3.2×55m煅燒窯主要由燃燒混合室、窯頭罩及密封裝置、雙液壓翻板卸料裝置、測溫裝置、兩檔托輪支承裝置、一檔帶擋輪的托輪支承裝置、傳動裝置、筒體裝置、窯尾罩及密封裝置組成。

        用戶所提供工藝技術(shù)參數(shù)

        設(shè)備規(guī)格:Φ3.2×55m,產(chǎn)能6000kg/h;

        筒體轉(zhuǎn)速:0.1~0.32 r.p.m,筒體斜度4%;

        主電機(jī)功率:55~75kW,采用變頻調(diào)速方式。

        主傳動功率驗算

        根據(jù)《化工設(shè)備設(shè)計全書》中的介紹,佐野氏公式是常用的計算回轉(zhuǎn)設(shè)備傳動功率方法之一。它包括:

        1.筒體內(nèi)物料運動需要的動力(克服偏心力矩)

        式中:δ-粉體物料休止角,取δ=36°;

        Sp-粉體物料的比重,取Sp=1.6t/m3;

        C1-充 滿 度 系 數(shù)0.00457sin3θ,θ是充滿度夾角。當(dāng)筒體充滿度系數(shù)為15%時,求 得θ=42°,所 以,C1=0.001369143;

        C2-充滿度系數(shù)9.61×10-7(1-cos4δ)。據(jù)δ=36°,求得C2=5.5×10-7;

        D-筒體有效直徑,取D=2.8m;

        L-筒體有效長度,取L=50m;

        N-筒體轉(zhuǎn)速,取N=0.32r/min。

        得:P1=26.6×2.83×50×1.6×0.32×(0.001369143×sin36°+5.5×10-7×2.8×0.322)=12.03馬力。

        2.筒體旋轉(zhuǎn)所需要的動力

        式中:MT—筒體重量(包括附屬物),取MT=300t;

        所 以,P2=7.016×10-2×300×2.82×0.322=16.9馬力。

        3.筒體支承部分的摩擦阻力

        式中:DT-滾圈直徑,取DT=3.9m;

        xT-筒體內(nèi)物料重量,取xT=100t;

        μT-滾圈與托輪之間的摩擦系數(shù),0.08~0.1,取0.1;

        μB-軸承的摩擦系數(shù),潤滑油0.018,潤滑脂0.06,取0.06;

        DB-軸承內(nèi)徑,取0.28m;

        DR-托輪直徑,取1.1m;

        α-筒體的傾斜度,取0.86°;

        γ-滾圈與托輪之間的接觸角,取30°;

        所以,P3=0.0697×3.9×0.32×(300+100)×(0.1+0.06×0.28/1.1)×cos0.57°/cos30°=4.63馬力。

        4.總功率

        考慮其他因素,取安全系數(shù)1.2,則:

        P總=1.2P=1.2×33.56=40.27馬力=54.79kW。

        結(jié)論:本煅燒窯選取電機(jī)功率55kW是足夠的,這樣既滿足了用戶要求,又滿足了設(shè)計要求,同時預(yù)留了合理的富裕系數(shù)。

        傳動系統(tǒng)的選用

        根據(jù)中鋁山東工程技術(shù)有限公司在回轉(zhuǎn)窯、冷卻機(jī)等方面多年積累的豐富的設(shè)計與制造經(jīng)驗,考慮到窯體最高轉(zhuǎn)速0.32r.p.m,最低轉(zhuǎn)速只有0.1r.p.m,具有調(diào)速要求且減速比太大,特選用具有較高啟動轉(zhuǎn)矩的8極變頻調(diào)速電動機(jī),電機(jī)型號確定為:YVF2315S-8,功率:55kW,電壓:380V,額定轉(zhuǎn)速:750r.p.m,防護(hù)等級:IP44,絕緣等級:F級,采用變頻調(diào)速控制以達(dá)到回轉(zhuǎn)窯的調(diào)速要求,驅(qū)動一臺硬齒面齒輪減速器帶動窯的開式齒輪副,減速器與小齒輪軸之間采用傳動扭矩較大的膠塊聯(lián)軸器,以增加傳動的可靠性及穩(wěn)定性。如圖1所示,大齒圈通過切向彈簧板與窯體連接,這種結(jié)構(gòu)能使齒圈與窯體間留有足夠的散熱空間,并能減少窯體彎曲變形等對嚙合精度的影響,還有一定的減震緩沖作用,有利于延長窯襯的壽命。

        1.減速器的選取

        根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)減速機(jī)的產(chǎn)品樣本選取減速器的速比i=250,最大傳遞功率為110 kW,功率富余較大。確定減速器的型號為:TE1400-250-ⅤR,i=250。

        2.末級開式齒輪參數(shù)的確定

        (1)開式齒輪的模數(shù)采用類比法確定:決定選取大小齒輪的模數(shù)為m=30mm;

        (2)開式齒輪的齒數(shù)的確定:根據(jù)鈦白粉煅燒窯的轉(zhuǎn)速需要決定選取大小齒輪的齒數(shù)比為:i=168/19=8.84。

        圖1 傳動裝置示意圖

        3.根據(jù)上述參數(shù)計算窯體的轉(zhuǎn)速

        此時窯體最高轉(zhuǎn)速為:n=750/(8.84×250)=0.339r.p.m;

        窯體最低轉(zhuǎn)速為:n=220/(8.84×250)=0.099r.p.m。

        筒體部分的選用

        筒體材料采用能保證五項機(jī)械性能(σs、σb、δ%、αk和冷彎試驗)的Q235-C鋼板卷制,對接處采用自動焊焊接。筒體壁厚:一般為22mm,輪帶下為40mm,由輪帶下到跨間為30mm厚的過渡段節(jié)。在筒體上套有三個材質(zhì)為ZG310~570的矩形實心輪帶,輪帶與筒體墊板間的間隙由熱膨脹量決定。合理分配筒體各支承點的跨度,使得運轉(zhuǎn)中筒體兩端的擺幅較小,可保證窯頭窯尾密封的正常使用,并使各檔支承裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計更加合理。

        支承裝置的選取

        按《回轉(zhuǎn)圓筒用托輪、擋輪標(biāo)準(zhǔn)》(HG5-1306~1307-80)中規(guī)定:選取適用于系統(tǒng)操作溫度較高、需要設(shè)置窯襯的重型系列,根據(jù)窯體總長55m確定該窯須設(shè)置三檔支承;根據(jù)窯體直徑Φ3.2m及滾圈直徑Φ3.9m選取托輪直徑Φ1.1m寬度0.56m,內(nèi)孔直徑Φ0.32m,托輪材料選取我們廠常用的ZG340~640,托輪軸材料選取調(diào)質(zhì)處理的45#鍛鋼,最大直徑Φ0.32m,總長1.6m;根據(jù)窯體回轉(zhuǎn)部分總重400t可知每組支承需承重130t,選取中寬系列的雙列向心球面滾子軸承22356(GB288-2002),其額定動負(fù)荷為242t,額定靜負(fù)荷為465t,可以滿足窯體內(nèi)物料偏重時造成的附加載荷;為防止軸向力對軸承造成的危害,特在軸端增加了中低系列的推力向心對稱球面滾子軸承9069344(GB303-2002),為減小軸承座體積同時增大承受力選取45°斜面剖分式軸承座。

        結(jié)束語

        由中鋁山東工程技術(shù)有限公司進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計的國內(nèi)最大、年產(chǎn)20萬噸的三條Φ3.2×55m鈦白粉煅燒窯,在中國藍(lán)星化工集團(tuán)濟(jì)南裕興化工有限責(zé)任公司組織的招標(biāo)活動中一舉中標(biāo)。Φ3.2×55m煅燒窯是在保證用戶正常使用的前提下,根據(jù)國際鈦白粉生產(chǎn)行業(yè)中較先進(jìn)的煅燒工藝及生產(chǎn)技術(shù),結(jié)合本公司多年來在回轉(zhuǎn)窯、冷卻機(jī)等大型回轉(zhuǎn)設(shè)備中積累的豐富的設(shè)計與制造經(jīng)驗研制開發(fā)的,該煅燒窯不僅在國內(nèi)同類產(chǎn)品中具有先進(jìn)的技術(shù)水平,而且最大限度地降低了制造成本,填補(bǔ)了公司的空白,為本公司擴(kuò)大產(chǎn)品市場、進(jìn)行多元化發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。相信隨著本公司設(shè)計制造能力的不斷提高和生產(chǎn)業(yè)績的不斷增長擴(kuò)大,中鋁山東工程技術(shù)有限公司的明天一定會更加美好!

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