石墨干燥窯相關動力設計分析

朱芳，許燦

（湖南省環科院環境工程有限責任公司，湖南 長沙 410000）

濕石墨粉料經過真空上料機送到料斗，然后經螺旋給料機輸送到干燥圓筒的進料端，干燥圓筒是一個與水平線略成傾斜的旋轉圓筒，物料從高的一端進入，石墨粉收到布置在中部的電加熱爐的熱量輻射，間接得到了加熱，石墨粉料得以干燥。

1 工作原理

濕石墨粉料經過真空上料機送到料斗，由于筒體與水平存在角度，物料在隨筒體轉動而揚起的同時并前移，干燥圓筒內壁設有抄板，它的作用是把石墨分抄起來又撒下，使石墨粉與氣流的接觸表面增大，以提高干燥速率并促進石墨粉料的前進，且圓筒外壁上還裝有振打裝置，以防止石墨粉料因濕度過大堆積在某一處。干燥時間與筒體轉動速度有關，筒體轉速越大，干燥時間越短；反之，干燥時間長。

考慮到石墨在超過400℃時氧化（干燥溫度高達850℃），故在干燥之前就必須對設備充入惰性氣體來置換筒內氧氣及其他氣體，防止石墨氧化影響純度。

干燥后的石墨粉料經過干燥圓筒后在尾部流出，最終可直接進行收料裝袋或進行篩分作不同用途。

干燥圓筒進料端有排氣管道，通過將筒體內物料揮發份氣體外排實現氣體流動；考慮到尾氣中含有微量的石墨粉料，尾氣在前端進行沉淀之后，經由引風機吸入布袋除塵器，可完全過濾石墨粉料，過濾后的尾氣再進行排放。

2 石墨干燥窯設備

2．1 設備特點

（1）可根據不同的物料調整設備運行角度，也可以設計不同的抄板類型或者加熱方式。

（2）全自動真空上料，進料速度可控，干燥圓筒傾斜角度可調，可滿足不同的干燥強度。

（3）筒體內設置抄板，提供干燥效率，對于干燥那些附著性大的物料也很有利。

（4）結構簡單，操作方便，設備動力采用無極變速，易維護。

2．2 設備主要部件構成

設備部件構成如圖1所示。

圖1 設備部件構成

進料系統：由真空上料機、料倉、電動蝶閥、螺旋給料機構成，使物料連續進入干燥器內。真空上料可杜絕粉塵污染。

一級沉降室：安裝在筒體前端，中部有加熱介質管穿過進入筒體內。中部設有惰性氣體接入口，底部為沉淀物料排放口，與蝶閥相接，方便排放。

干燥筒體：由于干燥筒體、抄板、振打機構、擋水圈、輪帶等構成。筒體為圓筒狀，筒端安裝大鏈輪，通過鏈條傳動，實現筒體轉動。筒體前后有三個托輥，支撐筒體。筒體是干燥器的主體，內筒是物料干燥的場所。內筒內壁有抄板，增加物料與內壁的摩擦，拉動物料，不產生堆積現象，增加換熱面積，干燥均勻。

電阻加熱爐：由電阻絲、保溫層、控溫熱電偶、設備外殼等組成，提供熱源。

動力裝置：由帶變頻電機的減速機、主動鏈輪、鏈輪防護罩等構成。

出料裝置：安裝在筒體后端，中部有加熱介質管穿過進入筒體內，下部為出料孔，干燥好的物料由出料口流出。

水冷系統：安裝在筒體的兩端，采用活動水套結構，進水采用噴淋接頭，冷卻面積大。保護筒上設備因高溫失效，延長使用壽命。

操作平臺：主要有一個小平臺（可調角度）與一大平臺構成。大平臺用來支撐整體系統以及操作檢修。

2．3 傳動系統設計

支撐裝置承受著石墨干燥窯筒體等回轉部件的全部重量（包括筒體、抄動葉片、物料、大鏈輪），并在徑向對筒體起定位作用，使筒體能在托輪上平穩的轉動。每個支撐裝置由一對托輪、4個軸承和一個大底座組成。兩個托輪對稱、穩定的支撐著帶輪回轉，并帶動筒體回轉。各組托輪的安裝位置如圖2所示。

圖2 托輪的安裝位置

由于回轉的功率主要用來克服輪帶與托輪表面的滾動摩擦，故這里計算托輪與輪帶的滾動摩擦所消耗的功率。

（1）先求一個輪帶在一個托輪上的摩擦力矩M，根據滾動摩擦知識，如圖3。

圖3 輪帶在一個托輪上的摩擦力矩

M=K，×F，

式中：K，為輪帶與托輪間的滾動摩擦系數；F，為托輪的正壓力。

鋼輪與鋼軌之間的滾動摩擦如下圖，其中摩擦系數K=0.0005m。

利用下式中求K，

簡化后得：

帶入 M=K，×F，得

（2）一個輪帶與一對托輪滾動時所消耗的功率P

因為每個支撐座的托輪與滾筒輪帶都相等，則功率為：

圖4 鋼輪與鋼軌之間的滾動摩擦

注：因水平計算時需要的扭矩最大，此處公式計算為圓筒水平放置的計算，如果圓筒由一定的傾斜角度，那么此處的重力G需要取垂直于桶軸線的分量作為計算。

計 算：G=2294kg,n=10r/min,D1=720mm,D2=160mm,g=取值10m/s2

根據功率計算公式，得出：

（3）考慮到還有以爐內物料運動與托輪軸承的摩擦阻力所消耗的功率，參照輪帶與托輪的摩擦消耗功率取值為0.5kW，故整體消耗的功率為：

P總=1.5+0.5=2kW

（4）考慮鏈傳動與減速機傳動的機械效率

在轉速為10r/min時，

根據減速機選型樣本，選擇型號D97Y100L2-4減速電機，電機功率3kW，傳動比44.7，輸出軸轉速29r/min，輸出扭矩 970N·m。

2．4 鏈傳動系統設計

根據筒轉速要求10r/min左右，輸入功率3kW，輸出軸轉速29r/min

（2）小鏈輪齒數z1=25(根據推薦值，速比2-3，小鏈輪取27-25齒)。

（3）大鏈輪齒數為z2=75。

（4）修正功率Pc=Pf1f2=3×1×0.98=2.94kW。

式中，P為傳動功率，kW；f1為工況系數，此處回轉干燥類設備選1.0；f2為小鏈輪齒數系數，z1=25,f2=0.98。

（1）根據修正功率與z1選取20A單排滾子鏈，節距p=31.75。

（2）初定中心距a0=(30-50)p，此處選取a0=30p=30×31.75=952.5mm。

（5）實際中心距a=a0-Δa(Δa=(0.0002-0.004) a0),取Δa=0.003 a0=2.8575mm。

（8）作用在軸上的力

（9）潤滑根據鏈速及鏈號選擇用油壺或油刷定期人工潤滑。

（10）驗算小鏈輪包角

圖5

3 實驗驗證

通過樣機實驗（如圖5），回轉窯整機動力裝置運行良好，設計滿足實際需求。

4 結語

通過對石墨回轉窯設備動力裝置的設計計算，在樣機實驗時，動力系統一次通過實驗驗證。少走了設計許多彎路，提高了效率，節省了成本，同時，也為以后的批量投產奠定了良好的設計基礎。