大型回轉(zhuǎn)窯筒體載荷計算方法

閆 偉

(中國有色(沈陽)冶金機(jī)械有限公司 外協(xié)管理部， 遼寧 沈陽 110141)

大型回轉(zhuǎn)窯筒體載荷計算方法

閆 偉

(中國有色(沈陽)冶金機(jī)械有限公司 外協(xié)管理部， 遼寧 沈陽 110141)

本文針對中國有色(沈陽)冶金機(jī)械有限公司承制的緬甸達(dá)貢山還原鎳紅土礦回轉(zhuǎn)窯項(xiàng)目的主體設(shè)備——Φ5.5 m×115 m大型焙燒回轉(zhuǎn)窯的筒體載荷進(jìn)行計算分析，通過對窯體自重、物料重量、窯襯重量、窯皮重量、齒圈重量等諸多方面進(jìn)行綜合考慮，為科學(xué)、準(zhǔn)確地確定回轉(zhuǎn)窯的筒體載荷提供依據(jù)。

回轉(zhuǎn)窯； 筒體載荷； 計算

0 前言

回轉(zhuǎn)窯時對散狀或漿狀物料進(jìn)行熱處理的熱工設(shè)備，回轉(zhuǎn)窯廣泛用于有色冶金、黑色冶金，耐火材料。水泥、化工和造紙等工業(yè)部門。回轉(zhuǎn)窯屬于回轉(zhuǎn)圓筒類設(shè)備。筒體內(nèi)有耐火磚襯及換熱裝置，以低速回轉(zhuǎn)，物料與煙氣一般為逆流換熱，物料從窯的高端(又稱為冷端或窯尾端)加入[1]。由于筒體傾斜安裝，在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)物料在沿周向翻滾的同時沿軸向移動。

筒體是回轉(zhuǎn)窯的基體，由鋼板卷成，是物料完成物理及化學(xué)變化的容器，窯內(nèi)物料溫度可達(dá)1450 ℃以上，故筒體內(nèi)均砌筑耐火材料(即窯襯)，起保護(hù)筒體和減少散熱的作用。筒體分為若干跨：換熱裝置、滾圈、支承裝置、傳動裝置、窯頭罩、燃燒器、窯尾罩、喂料設(shè)備[2]。所以筒體窯有足夠的剛度和強(qiáng)度，筒體剛度主要是筒體截面的巨大的橫向切利作用下抵抗向變形的能力。筒體強(qiáng)度問題表現(xiàn)為筒體在載荷作用下產(chǎn)生裂紋，尤其是滾圈附近的筒體，引起筒體強(qiáng)度變形和剛度變形的因素就是載荷[3]。

本文針對中國有色(沈陽)冶金機(jī)械有限公司承制的緬甸達(dá)貢山還原鎳紅土礦回轉(zhuǎn)窯項(xiàng)目的主體設(shè)備——Φ5.5 m×115 m焙燒回轉(zhuǎn)窯的筒體載荷進(jìn)行計算，并根據(jù)計算結(jié)果選擇合適的電機(jī)和設(shè)計結(jié)構(gòu)。

1 回轉(zhuǎn)窯筒體載荷計算

1.1 回轉(zhuǎn)窯的技術(shù)參數(shù)

筒體內(nèi)徑D=Φ5500 mm

筒體長度L=115000 mm

生產(chǎn)能力 按產(chǎn)出焙砂：80～100 t/h

筒體轉(zhuǎn)速n=1.2 r/min

窯凈空內(nèi)徑De=5.02 m

窯體有效長度Le=115 m

物料堆比重γ=1300 kg/m3

物料休止角ψ=38°

填充率φ=5%～15%；

窯傾斜角β=3.5%(2.0045°)

1.2 筒體自重計算

鋼圓筒每米長的自重q′s：

q′s=7.85π(D+δ)δ

(1)

式中q′s—鋼圓筒每米長的自重，t/m；D—筒體內(nèi)徑，m；δ—壁厚，m；

1.筒節(jié)一 2.筒節(jié)二 3.筒節(jié)三 4.筒節(jié)四 5.筒節(jié)五 6.筒節(jié)六 7.筒節(jié)七 8.筒節(jié)八 9.筒節(jié)九圖1 筒體構(gòu)造圖

已知：D=Φ5500 mm=5.5 m、L=115 m、δ1=0.04 m、δ2=0.05 m、δ3=0.07 m、δ4=0.09 m，將D和δ帶入公式后求得：

q′s1=7.85×3.14×(5.5+0.04)×0.04=5.46 t/m,

q′s2=7.85×3.14×(5.5+0.05)×0.05=6.84 t/m,

q′s3=7.85×3.14×(5.5+0.07)×0.07=9.61 t/m,

q′s4=7.85×3.14×(5.5+0.09)×0.09=12.4 t/m。

一般將q′s加大25%～35%，為了能夠?qū)⑼搀w滾圈下有加厚部分和墊板、窯口護(hù)板等件的重量包含其中：

qs=(1.25～1.35)q′s

(2)

所以有：

qs1=1.35×5.46=7.37 t/m，
qs2=1.35×6.84=9.23 t/m，
qs3=1.35×9.61=12.97 t/m，
qs4=1.35×12.4=16.74 t/m。

Ws=q′s×L×n

(3)

式中Ws—每節(jié)筒節(jié)的重量，t；L—每筒節(jié)的長度，m；n—同一長度、同一厚度筒節(jié)的數(shù)量，個。

如圖1所示，將筒體分為9個筒節(jié)，長度分別用L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8、L9表示，筒體厚度用δ1、δ2、δ3、δ4、δ5、δ6、δ7、δ8、δ9表示。

L1=8800 mm=8.8 m，δ=0.04，n=1個。

Ws1=q′s1×8.8×1=5.46×8.8×1=48.05 t；

L2=2000 mm=2 m，δ=0.07 m，n=7個。

Ws2=q′s3×2×7=9.61×2×7=134.5 t；

L3=2400 mm=2.4 m，δ=0.09 m，n=4個。

Ws3=q′s4×2.4×4=12.4×2.4×4=119 t；

L4=2000 mm=2 m，δ=0.04 m，n=1個。

Ws4=q′s1×2×1=5.46×2×1=10.92 t；

L5=6000 mm=6 m，δ=0.07 m，n=1個。

Ws5=q′s3×6×1=9.61×6×1=57.66 t；

L6=20800 mm=20.8 m，δ=0.04 m，n=1個。

Ws6=q′s1×20.8×1=5.46×20.8×1=113.57 t；

L7=4800 mm=4.8 m，δ=0.05 m，n=1個。

Ws7=q′s2×4.8×1=6.84×4.8×1=32.83 t；

L8=23600 mm=23.6 m，δ=0.05 m，n=2個。

Ws8=q′s2×23.6×2=6.84×23.6×2=322.85 t；

L9=3740 mm=3.74 m；δ=0.05 m，n=1個。

Ws9=q′s2×3.74×1=6.84×3.74×1=25.58 t；

筒體總重Ws—九個筒節(jié)重量的總和，t。

Ws=W1+W2+W3+W4+W5+W6+W7+W8+W9=
48.05+134.5+119+10.92+57.66+113.57+
32.83+322.85+25.58=865 t

(4)

1.3 窯襯重量qb

qb=πγb(D-h1)h1

(5)

式中qb—窯襯重量，t；h1—窯襯底泥總厚度，m；

γb—窯襯容重即窯襯的比重，t/m3。

h1=h+0.05

(6)

式中h—窯襯厚度即耐火材料的厚度，m，取各段窯襯厚度平均值得h=0.3；

對于這部分重量有工藝設(shè)計部門給出，所以此處計算取窯襯和底泥的平均厚度，求得：

qb=πγb(D-h1)

(7)

h1=3.14×1.2(5.5-0.35)×0.35=6.79 t/m
Wb=6.79×115=781 t

1.4 窯皮重量qp

回轉(zhuǎn)窯在燒成帶掛有窯皮，在操作過程中保護(hù)襯磚，窯皮長度：Lp=(1.5～2)D，燒油取小值，燒煤取大值，該回轉(zhuǎn)窯燒煤所以取2。

Lp=2D=2×5.5=11 m

(8)

qp=πγp(Dp-hp)hp

(9)

式中qp—長度窯皮的重量，t；γp—窯皮比重，此處γp=5；Dp—燒成帶有效直徑，m；hp—窯皮厚度，此處hp=0.3 m。

Wp=qp×lp

(10)

式中Wp—窯皮的總重，t/m3；

Wp=3.14×5×(5.02-0.3)×0.3×11=244.5 t

1.5 物料重量qm

(11)

式中qm—物料重量，t；γ—物料容重，t；φ—填充率；

由于qm占載荷總重的比例較小，可取全窯平均值：

(12)

式中C″—窯內(nèi)各段物料通量的變化及窯內(nèi)設(shè)施對物料量影響有關(guān)的系數(shù)，此處C″=1.25；

G—為窯的產(chǎn)量，t/h；

t—物料在窯內(nèi)停留的時間，min。

(13)

式中n—窯轉(zhuǎn)速，r/min；β—窯傾斜的斜度，°； sinβ—斜度，%；a—物料自然堆角(靜態(tài)值)，°；L—筒體的有效長度，m；D1—筒體的有效直徑，此處取筒體的凈空內(nèi)徑De。

將各數(shù)值代入公式(13)中得：

將t=28帶入公式(12)得：

Wm=qm×L=0.5×115=57.5 t

1.6 各種換熱裝置重量

(1)回轉(zhuǎn)窯為噴入法窯用的刮料器，單位長度重量一般為0.3～0.4 t/m。

(2)擋料板重量包含在窯襯重量內(nèi)。

1.7 齒圈重量

GG=0.19mBG2dr2

(14)

式中GG—齒圈重量，kg；m—齒圈模數(shù)；BG2—齒寬,m；dr2—分度圓直徑,m。

因?yàn)椋簃=40，BG2=500 mm=50 cm，dr2=8400 mm=840 cm。故：

GG=0.19×40×50×840=319200 kg=319.2 t。

筒體重量為所有筒節(jié)重量的總和：

W=Ws+Wb+Wp+Wm+GG=

865+781+244.2+57.5=1947.7 t

2 結(jié)論

在計算Φ5.5 m×115 m大型回轉(zhuǎn)窯的傳動功率過程中，考慮了回轉(zhuǎn)窯窯頭、窯尾密封裝置有一部分重量通過筒體傳遞到支承裝置上，凡是與筒體回轉(zhuǎn)的載荷均計入，上述各項(xiàng)載荷計算與最終圖紙完成后的實(shí)際重量相符合，根據(jù)筒體所計算出的重量，能夠更加準(zhǔn)確的估算出電機(jī)功率。

[1] 崔和濤，雪萍，徐有生.我國鎳冶金的發(fā)展與工藝技術(shù)進(jìn)步[J].礦冶，1997.

[2] 譚世雄.我國鎳冶煉工藝技術(shù)發(fā)展[J].科學(xué)中國人，1999.

[3] 劉鴻文.材料力學(xué)(第4版)[M].北京：高等教育出版社，2004.

Method of Load Calculation for Large Rotary Kiln Shell

YAN Wei

(The Assist Production and Management Department, NFC(Shenyang) Metallurgical Machinery Co., Ltd. Shenyang 110141, China)

The paper calculates shell load of Ф5.5 m×115 m large rotary kiln in Myanmar Dagon Hill project, which made by NFC(Shenyang) metallurgical machinery Co., Ltd., analyses effects of kiln weight, the material weight, the liner weight, the calcinations material weight, the ring gear weight, helps to calculate kiln shell load scientifically and exactly.

rotary kiln； shell load； calculation

2013-09-22

閆偉(1981-)，男，黑龍江牡丹江人，工程師，大學(xué)本科，主要從事現(xiàn)場技術(shù)施工和技術(shù)管理工作，現(xiàn)任中國有色(沈陽)冶金機(jī)械有限公司外協(xié)管理部副部長。

TQ172.622

B

1003-8884(2014)01-0029-03