王懷波

（中鋁山東工程技術(shù)有限公司恒成機械制造廠 山東 淄博 255052）

焙燒窯是RKEF工藝的重要環(huán)節(jié)，可起到降低電耗及提高產(chǎn)能的作用，也影響到鎳鐵冶煉的技術(shù)指標。其采用逆流的方式對原料進行焙燒脫除礦石中剩余的自由水和結(jié)晶水，并選擇性還原出部分金屬。

工作原理：將經(jīng)調(diào)配好的紅土鎳礦原料通過進料管流入焙燒窯的進料端，同時從出料端的料罩內(nèi)用煤粉燒嘴將噴入窯內(nèi)的煤粉燃燒對紅土鎳礦混合物進行烘干、預熱（350℃～600℃）、焙燒（600℃～800℃）、還原（800℃～1050℃），經(jīng)焙燒還原后的物料借助回轉(zhuǎn)窯的斜度與回轉(zhuǎn)，既沿軸向翻滾又沿徑向流動，不斷完成焙燒、預還原的工藝過程，最終形成的物料—焙砂通過出料罩下部的卸料口進入儲料倉，再卸入移動鋼包內(nèi)，等待進入礦熱爐進行熔煉。

1 紅土鎳礦焙燒窯設(shè)計選型

此次設(shè)計的紅土鎳礦焙燒窯主要包括：螺旋進料裝置、窯尾罩及密封裝置、筒體裝置、支承裝置、擋輪液壓站、傳動裝置、減速機稀油站、風冷裝置、窯頭風冷裝置、窯頭罩及密封裝置。由于焙燒窯窯型規(guī)格的改變，其相應(yīng)的部件亦會隨之相應(yīng)的變化。如：窯頭窯尾密封、窯尾罩等在原有此類產(chǎn)品規(guī)格基礎(chǔ)上做出了改變及優(yōu)化設(shè)計。其他部件則重新進行選型及設(shè)計計算。

1.1 用戶提供參數(shù)

設(shè)備規(guī)格：筒體Φ4.85×100m 產(chǎn)能 60t/h（焙砂）

筒體轉(zhuǎn)速 0.5～1.57r.p.m 筒體斜度 （正弦）3.5%

主電機：采用直流變頻調(diào)速 絕緣等級F級 2×355KW（雙傳動）

焙砂溫度：800℃

1.2 設(shè)計計算

根據(jù)《化工回轉(zhuǎn)窯設(shè)計規(guī)定》[1]（HG/T20566-2011）對回轉(zhuǎn)窯進行設(shè)計計算與校核，確定該設(shè)備部件的參數(shù)與規(guī)格，以下列舉了焙燒窯主要部分的設(shè)計計算。

1.2.1 支點位置設(shè)計

筒體是回轉(zhuǎn)窯的基體，筒體的安全平穩(wěn)的運轉(zhuǎn)需有可靠的支承裝置，其不僅承受著回轉(zhuǎn)窯滿負荷運轉(zhuǎn)時全部重量，而且對窯筒體起定位作用，也使窯筒體保持著一定的直線度。支承裝置的數(shù)量與位置對回轉(zhuǎn)窯的平穩(wěn)運轉(zhuǎn)有著重要作用。

本次設(shè)計支承裝置采用四檔支承，其中間兩檔支承帶液壓擋輪裝置，支承裝置的位置對筒體的板厚、板材、布置等有一定的影響。筒體支點位置的確定見表1及示意圖1。

根據(jù)用戶要求筒體厚度有：32mm、36mm、42mm、55mm、80mm，材質(zhì)Q235B，筒體密度ρi=7850㎏/m3，筒體內(nèi)徑Di=4850mm，襯后內(nèi)經(jīng)Dio=4250mm，窯襯密度ρc=2500㎏/m3，物料密度ρ=1220㎏/m3，填充系數(shù)f=0.1。載荷計算結(jié)果見表2，載荷化簡結(jié)果見表3、圖2，彎矩、慣性矩、虛反力計算結(jié)果件表4，反力計算結(jié)果件表5，彎曲應(yīng)力計算及校驗見表6。

結(jié)果表明，筒體支點位置的選擇可滿足窯體的安全平穩(wěn)的運轉(zhuǎn)。

1.2.2 主電機設(shè)計校核

根據(jù)設(shè)計規(guī)定，傳動系統(tǒng)需保滿足：運行可靠、操作簡單、維修方便、足夠的調(diào)速范圍等要求。傳動功率的計算按《化工回轉(zhuǎn)窯設(shè)計規(guī)定》（HG/T20566-2011）中7.1.2-1～4公式計算求得：

表1 支點位置確定表

圖1 支點位置示意圖

（1）有效功率 N1=290.92KW

（2）摩擦功率 N2=119.62KW

（3）傳動所需總功率N=N1+N2=410.54

（4）電機功率ND=C1×C2×N

式中C1—啟動過載系數(shù)，一般取1.2～1.4，取值1.3

C2—功率增大系數(shù)，一般取1.1～1.4，取值1.25

故ND=667.13KW 因此所選電機2×355KW可滿足使用要求。

1.2.3 大齒圈、小齒輪設(shè)計

電機額定轉(zhuǎn)速n1=1000 r.p.m，減速機經(jīng)計算確定其速比i1=71，該窯是雙傳動回轉(zhuǎn)窯速比區(qū)間在9～12，大齒圈材質(zhì)ZG42CrMo，正火后硬度200，小齒輪材質(zhì)42CrMo，調(diào)質(zhì)后硬度240。按窯最大轉(zhuǎn)速n2=1.57 r.p.m計算大小齒輪速比i'=n/（i×1.57）=1000/（71×1.57）=8.97。根據(jù)模數(shù)與功率的關(guān)系，選擇齒圈模數(shù)m=40，小齒輪齒數(shù)選取Z1=21，則大齒圈齒數(shù)Z2=i'×21=188.37，根據(jù)速比區(qū)間及大齒圈齒數(shù)要求，也參照現(xiàn)有大齒圈規(guī)格，確定大齒圈Z2=196，則實際速比i=9.33。按手冊[2]校核大、小齒輪，均滿足設(shè)計要求。

1.3 窯頭罩設(shè)計

表2 載荷計算結(jié)果

表3 載荷化簡結(jié)果

圖2 載荷化簡

表4 彎矩、慣性矩、虛反力計算結(jié)果

表5 反力計算結(jié)果

表6 彎曲應(yīng)力計算及校驗

窯頭罩位于焙燒窯的出料端（低端），并安裝有煤粉、天然氣兩用燃燒器，內(nèi)部襯有耐火材料?？紤]到使用中停車檢修，在底部設(shè)置了車輪，基礎(chǔ)上鋪設(shè)導軌。燃燒器安裝側(cè)設(shè)置了窯門、觀察孔、檢修孔。檢修時，窯門可向兩側(cè)開啟，窯頭罩也可沿導軌移動，使筒端部露出，以便檢修或更換窯頭護板。

1.4 風冷裝置設(shè)計

在窯頭密封處、第Ⅰ、Ⅱ檔支滾圈處，設(shè)置了固定式及移動式風冷裝置，固定式風冷裝置常開，直吹窯頭處風冷套以及滾圈，而移動式防止局部溫度過高進行風冷。

2 結(jié)束語

目前國內(nèi)較大規(guī)格的、產(chǎn)量65～80噸/小時焙砂的紅土鎳礦焙燒窯經(jīng)我廠進行優(yōu)化設(shè)計、制造、安裝后，已投入使用三年。隨著RKEF工藝技術(shù)的成熟與提高，與工藝配套的裝備大型化已成必然趨勢，在設(shè)備大型化的同時，也需簡化設(shè)計，提高工作效率，降低能耗，增加設(shè)備運行可靠度。