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1、回转窑的设计一、窑型和长径比1.窑型所谓窑型是指筒体各段直径的改变。按筒体形态有以下几种窑型：(1)直筒型：制造安装便利，物料在窑内移动速度较匀称一样，操作限制较易驾驭，同时窑体砌造及维护较便利；(2)热端扩大型：加大单位时间内燃烧的燃料量及传热量，在原窑直径偏小的状况下，扩大热端将相应提高产量，适用于烧成温度富的物料；(3)冷端扩大型：便于安装热交换器，增大枯燥受热面，加速料浆水分蒸发，降低热耗及细尘飞损，适用于处理蒸发量大、烘干困难的物料；(4)两端扩大型(哑铃型)：中间的填充系数提高，使物料流淌的时机削减，还可以节约局部钢材；还有单独扩大烧成带或分解带的“大肚窑”，这种窑型易挂窑皮，在枯
2、燥带及烧成带实力足够时，可以显著提高产量。但这种窑型操作不便。总之，不管扩大哪一带，必需保持预烧实力和烧结实力趋于平衡。只有在生产窑上，经过生产实践和充分调查探讨(包括必要的热工测定和计算)，发觉某一带确为热工上的薄弱环节，在这种特定条件下将该带扩大，才会得出较明显的效果。目前国内外开展趋势仍以直筒型窑为主，而且尺寸向大型方面开展。其他有色金属工业用回转窑(复原、挥发、硫化精矿焙烧、氯化焙烧、离析、烧结转化等)多采纳较短的直筒窑。2.长径比要得长径比有两种表示方法：一是筒体长度L与筒体公称直径D之比；另一是筒体长度L与窑的平均有效直径D均之比。L/D便于计算，L/D均反映要的热工特点更加准确，
3、为了区分起见，称L/D均为有效长径比。窑的长径比是依据窑的用途、喂料方式及加热方法来确定的。依据我国生产实践的不完全统计，各类窑的长径比示于表1中。长径比太大,窑尾废气温度低，蒸发预热实力降低，对枯燥不利；长径比太小，那么窑尾温度高，热效率低。同类窑的长径比与窑的规格有关，小窑取下限，大窑取上限。表1各类窑的长径比窑的名称公称长径比有效长径比氧化铝熟料窑(喷入法)20-2522-27氧化铝焙烧窑20-2321.5-24碳素煨烧窑13.5-1917-24干法和半干法水泥窑11-15湿法水泥窑30-42单筒冷却机812铅锌挥发窑14-1716.7-183铜离析窑15-16氯化焙烧窑1217.7二、
4、回转窑的生产率回转窑生产是一个综合热工过程，其生产率受多方面因素影响。分析其内在规律性,可以建立以下几个方面的数量关系。1 .均2料Xy料吨/小时式中：G单位生产率，吨/小时；D均窑的平均有效内径，米；物料在窑内的平均填充系数，一般为0.040.12O各类窑的填充系数见表2。Y料一物料堆比重，吨/米；某些物料的堆比重见表3；料一物料轴向移动速度，米/小时；其值取决于窑运转状况，可按式(12)、式(13)及式(14)计算或测定。表2各类窑的平均填充系数窑名称平均填充系数铜离析窑0.06-0.08铅锌挥发窑0.04-0.08氧化焙烧窑0.04-0.07氯化焙烧窑0.04-0.07氧化铝熟料窑0.0
5、6-0.08氧化铝焙烧窑0.06-0.08表3某些物料的堆比重物料名称堆比重锌浸出渣1.6-1.65锌浸出残渣与50%焦粉混合料1.21.3铅鼓风炉水碎渣与50%焦粉混合料1.4-1.5氯化铜矿1.16锌沸腾焙烧细尘1.80硫化锲精矿1.6-1.8硫化锲焙砂1.22.0氧化铝和干氢氧化铝1.0碱石灰铝土矿干生料1.2碱石灰铝土矿熟料1.3-1.42 .按物料反响时间有些工艺过程要求物料有肯定的高温持续时间，以完成物理化学反响。假设通过试验或生产实践得知物料必需在窑内停留的时间，那么：G=0.785LD均2料吨/小时式中：L窑长(或某带长度)，米；T物料在窑内(或某带)停留时间，小时；其他符号同
6、前。3 .按正常排烟实力为了限制窑灰带出的循环量，往往选择一个相宜的窑尾排气速度范围。G=2826xD均干2xtx(l-干)V0(l+伏尾)吨/小时(3)式中：VO每吨产品的窑气量，标米3/吨；I尾烟气离窑温度，;气体体积膨胀系数,=1/273；t窑尾排气速度，m/s,一般38ms；干一枯燥带物料填充系数；D均干一枯燥带平均有效内径，米。4 .按供热实力G=KXBXQ低xq料吨/小时（4）式中：B燃料消耗量，公斤/小时或标米3/小时；Q低一燃料低发热量，千卡/公斤或千卡/标米3；K系数，对铝厂用窑预热二次空气时，K=LIM.15；不预热时，K=LO；窑的热效率，一般为5565%;q料每吨产品必
7、需消耗的有效热，千卡/吨。q料=IG干料+A）（q吸+Cxt高+600w100-w）xl03千卡/吨式中：G干料每公斤产品理论消耗干生料量（不包括水分），公斤/公斤；A每公斤产品不行返回的飞尘损失，公斤/公斤q吸一每公斤产品吸热反响吸热量（除去放热反响放热量），千卡/公斤；CXt高将物料加热到最高温度（烧成带）所需物理热，千卡/公斤；W一湿生料中所含水分，%O5 .按窑内传热实力：GNQq料或G=Qiq料i千卡/小时（5）式中：Q窑内各带对物料的总给热量，千卡/小时；Qi窑内某一工作带中对物料的传热量，千卡/小时；q料物料必需在窑内汲取的总有效热量，千卡/吨；q料H物料在某一工作带内必需汲取的
8、有效热量，千卡/吨。所谓有效热量指的是不考虑非生产性消耗和热损失的热量。回转窑内传热过程比拟困难，各工作带内传热方式也不尽一样。在枯燥带，气体温度较低，传热以对流为主。另外，窑壁及热交换装置对物料也有传导作用，因传导的计算较繁杂，而辐射的份量又不大，为简化计算，往往将两种热交换综合在对流给热系数之中，用一个经验公式表示：Q干=干XF干t干式中：a干一枯燥带给热系数，千卡/米2.小时.C,依据热交换装置类型不同，有各种经验公式，如在挂链条状况下：（式中30为窑全断面的平均流速，Nm/S）；F干一枯燥带中总传热面积（窑的内衬外表+热交换装置总外表），m2；At干一枯燥带两端炉气与物料温度差的对数平
9、均值，七。图1回转窑内传示意图图2回转窑内壁示意图其他带内，对物料袒露外表的传热可近似按火焰炉内传热公式计算；对与窑衬接破的物料外表，窑衬外表将通过辐射与传导向物料传热，但随着窑衬温度上升及物料颗粒变粗（由粉料变成小球进而烧结成块），其间传导作用将越来越小，传热量按下式计算：Qi=tF弦XC壁料（T壁/100）4-（T料/100）4xF弧式中：a综合给热系政，等于a对+a辐，千卡/米2.小时.C；a对-炉气对物料的对流给热系数，千卡/米2.小时.；a辐炉气及窑壁对物料的辐射给热系数，千卡/米2.小时.C。a辐二C气料壁KTl100）4-（T2100）4t气T料式中：C气料壁=4.88e料（F壁
10、/F弦+1-气）/料+气（I-料）1-气/气+F壁/F弦千米/小时式中：料，气物料及炉气的黑度；F壁/F弦=D-L弧/L弦t该带内炉气与物料的平均温度差，C,取始末两端温差的对数平均值：t=t,-t71n(t,t,f)其中：八tw始端及末端的气与料的温度差，C；当At与At之值相差不大（不超过一倍）时，可用算术平均值，即：t=l2（tr+tw）C式（7）中其次项系考虑窑衬遮挡外表与接触物料弧形外表间的辐射（视为两平行外表组成的封闭体系），式中有关参数确定如下：C壁料=4.88（l三+lM-l）千卡/米2.小时.K4式中：壁窑壁黑度；另外T壁为窑衬遮挡外表在该带内的平均温度，K；考虑到与物料接触
11、过程中的温度降低，此值可近似取以下平均值：T壁=1/2（T料+P壁）其中未遮挡的窑壁外表温度T壁可近似按火焰炉内炉墙外表温度公式确定：J三科1100IiooJ式中符号意义及单位同前。附F弦、F弧、F壁的计算：计算出各带的填充系数:=4G（D2均xs料XY料）（a）计算物料填充的弓形面积：f料=R2（b）计算物料填充中心角:因f料=0.5R2（180-sin）联解（b）、（c）两式得：2=l80-sin参考弓形几何尺寸表，由f填;R2之值可查出对应的值，其中间值可按试算靠近法求出。求弦长及弧长：L弦=D均XSine/2米；L弧=360x兀XD均米；L壁=xD均x（l-0360）米求面积：F弦=L
12、弦XL带m2；F弧=L弧XL带m2；F壁=L壁XL带m2；式中L带为各相应带的窑长，米。以上五个方面确立的生产率关系式是确定窑体尺寸、运转参数及操作条件的理论依据。热工设计的任务就是综合五个方面的关系，合理确定各参数，使上述各式反映出的生产实力到达平衡（即设计的生产实力水平）。生产中必定由于某一参数的波动或突破，引起原来平衡的破坏，再经过操作中对有关参数的调整，使到达新的水平上的平衡（实际生产实力）。6 .按经验公式在计算窑的实际生产实力时，往往用一些详细化了的简化公式。在详细条件一样时，这些简化公式能简明、精确地反映生产率与其中12个参数的关系。（1）回转窑产能与筒体尺寸之间关系：G=KXD
13、I.5均XL吨/小时式中：D均一窑的平均有效内径，米；L窑的有效长度，米；K经验系数，受多方面因素的影响。依据我国生产实践的统计，各类窑的数据列于表4中。表4经验系数K窑类K值铅锌挥发窑铜矿离析窑氧化铝焙烧窑0.07-0.08（有热交换器时氧化铝熟料窑0.055-0.065（无热交换器时0.071-0.074（有热交换器时0.09-0.10（热端扩大时）湿法水泥长窑干法水泥窑（2）按单位面积产能计算：G=GFF1OOO吨/日式中：F窑的有效内外表积，m2；GF窑的单位内外表积产能，公斤/米2.小时。依据我国生产实践统计：铅锌挥发窑：GF=23-30公斤/米2.小时；氧化铝熟料窑GF=4148公
14、斤/米2.小时；氧化铝焙烧窑：GF=3340公斤/米2.小时；单筒冷却机：GF=I20公斤/米2.小时。（3）按单位容积产能计算：G=GVxV吨/日式中：V窑的工作容积，米3；Gv窑的单位容积产量，吨/日.米3。依据我国生产实践的不完全统计，GV的数值举荐如下：氧化铝熟料窑：Gv=1.31.5吨/日.米3；氧化铝焙烧窑：Gv=1.4-1.6吨/日米3；铅锌挥发窑：Gv=1.0-1.2吨/日.米3。应当指出，按经验公式计算，虽然简洁也较精确，但它是统计某一时期的某些厂详细窑的产量得出来的，随着窑型及运转状况的改变和生产技术水平的提高，式中的经验数据就会有某种程度的差异0三运转参数的确定1 .转速
15、（n）的确定回转窑转速对窑内物料活性外表、物料停留时间、物料轴向移动速度、物料的混合程度以及窑的填充系数等都有亲密关系。窑的转动起到翻动物料的作用，在肯定条件下，提高转速可以强化物料与气流间的热交换。近来趋向“放平快转，国内某氧化铝熟料窑的转速到达4.5转/分。但转速太大，那么物料在窑内停留时间短，反响不完全，产品质量不能保证，设备修理困难；转速大小，会降低窑的生产率。依据我国生产实践，各类回转窑的常用转速n（转/分）举荐如下，供选用时参考。表5回转窑常用转速n窑类常用转速n值铅锌挥发窑0.06670.75离析窑0.8l2黄铁矿烧渣球团焙烧窑0.5-13氧化焙烧窑2-4.5氧化铝熟料窑1.83
16、-3氧化铝焙烧窑1.71-2.74碳素窑1.1-2.1水泥窑0.5-1.842 .斜度（i）的确定回转窑的斜度i一般指窑轴线上升与窑长的比值，习惯上取窑倾角P的正弦sin,一般范围为25%o斜度过高会影响窑体在托轮上的稳定性。对于物料流淌性强的窑，如氧化铝焙烧窑，斜度不宜过大，取2-2.5%;水泥及氧化铝熟料窑通常采纳34%：铅锌挥发窑多采纳5%；氧化及氯化焙烧窑多用23%o斜度与转速的关系亲密，选择时应满意以下关系式：ni=Gsin（1.48D3均料）式中：G单位生产率，吨/小时：D均窑的平均有效内径，米；n窑的转速，转/分；i窑的斜度，%：物料在窑内的填充系数；Y料一物料在窑内的堆比重，吨
17、/米3（见表4）；窑内物料的自然堆角（安眠角），度。某些物料在窑内的自然堆角（安眠角）如下：有色重金属烧结窑：a=5Q-60o:有色重金属焙烧窑：a=3270。铅锌挥发窑：a=50-60：氯化铝熟料窑：a=3545。；氧化铝焙烧窑：a=3033。；贫铁矿磁化焙烧窑：a=36-40o3 .物料在窑内轴向移动速度四料和停留时间窑内物料轴向移动速度料与许多因素，特殊是与物料的状态有关。虽然对窑内物料移动速度料做过各种探讨，得出了不少的经验公式，但各个公式不是普遍适用的，有其局限性。下面举荐几个常用的公式。3料=5.78D均XPXn式中：D均窑的平均有效内径，米；窑的倾斜角，度；m窑的转速，转/分。（
18、2）料=3.24xD均Xni（24a）式中：i窑的斜度，%；物料在窑内的自然堆角(安眠角)，度；3 3)4=2.32Di)nisinasin32(-sin)米/小时式中：一窑内物料填充中心角，见图2,度；式中其它符号同前。在窑内各种热交换装置影响区，粗略计算时，可在料公式中乘入校正系数Kl,其近似数值如下：扬料抄板K1=0.829-0.808；格子式热交换器K1=0.61-0.99；花环挂链K1=0.659-0.067；单头垂挂链K1=0.594-0.84。在挡料圈或隔板影响范围内还要乘以系数：K2=2H(Hh+h)0.5式中：H出口挡料圈作用范围外的料层高度，米，即弓形鼓面的矢高；h出口挡料
19、圈高度，米。出口挡料圈的作用范围为100hi米，其中i为窑的斜度，%O当窑体长度L及物料轴向移动速度料的状况下，停留时间可按下式求出：=L料小时或(分)重有色冶金回转窑物料在窑内停留时间介于12小时。4 .物料在窑内填充系数某一截面上的填充率等于物料层的截面与整个截面面积之比。某一段窑长的平均填充率等于该段窑长内装填物料占有体积与该段窑的有效容积之比。=fM(4D2均)或=4Gm(D2均料町料)式中：f料一i物料层所占弓形面积，米2；Gm物料流通量，吨/小时。在窑的出口处及冷却机内，Gm等于窑产量，在窑的入口处，Gm等于原料最；喷入法的氧化铝熟料窑应按干生料量近似估算，Gm=I.4G(G为窑的
20、小时产能，吨/小时)；氧化铝焙烧窑的湿氧氧化铝量Gm(1.71.87)G(当水分为10-18%时)；在窑的中部，Gm可取窑出、入口平均值；D均一窑的某处、某段或全窑长的平均有效内径，米。其他符号意义同前。填充率是筒体及传动功率计算的依据之一，它对传动功率的影响甚大，需通过生产实践和必要的测定摸清各项操作条件对填充率的影响，从而确定填充率的精确值。四、回转窑筒体尺寸的计算1 .窑体直径计算(1)从限制窑灰循环量的观点，选定窑尾排烟速度t,由公式(3)得：D=188V0(l+t尾)t(l-干)0.5米式中：t窑尾在实际温度下的排气速度，米/秒，一般38米/秒，对细料多取2.55米/秒。近来有些氧化
21、铝厂，为了强化窑的枯燥实力，有意加大窑灰循环量，在这种状况下应适当提高流速，多取68米/秒。按物料流通实力，即由公式及(4),可得：D=0.82(Gsina(-sin)nit料XSin321/3米式中符号同前。由于影响物料流通实力的因素较多，求出的直径有肯定误差，故式(8)仅能作为验算参考。上面公式确定的直径D均为有效内径，加上窑衬厚度，即得筒体直径为：D筒=D+2米。式中：窑衬厚度，一般为0.150.25米2 .窑体长度计算对一般高温烧结及焙烧窑，都按物料进展的物理一化学改变将窑分成假设干工作带。首先分别确定各带长度，然后可得全窑长度，再从构造、单位生产率及物料停留时间等参数进展验算校正。(
22、1)枯燥带：L干=G干料XGX(W/100-W)XIoOO0.785D2干XAW米式中：G干料每公斤产品的理论干生料消耗量，公斤/公斤；C窑小时产量，吨/小时；W生料含水员，%；W枯燥带枯燥强度，公斤水/米3.小时，随该带内热交换装置的型式及窑尾气体温度与流速的不同而异，一般在65190之间对于直筒型或冷端扩大型氧化铝熟料窑，料浆水分40%,窑尾气体温度200500时，220-260公斤水/米3.小时。但事实上出枯燥带的球料还含有水分10%。另外，这里包括了局部料浆在立烟道与旋风器之间蒸发的水重量。故枯燥带的实际枯燥强度要比上述数值小。枯燥带长度虽然可用上式计算，但对于氧化铝熟料窑(喷入法)一
23、般认为枯燥带长度就是窑尾刮料器的长度。(2)预热带及分解带依据分段热平衡确定各带物料所需热景q料i千卡/吨；依据分段热平衡确定各带界面物料及窑气温度；由公式(5)及(7),可得：Li=GXHq料10、1弦+(2壁料(丁壁/100)4-(1料/100)4比弧米。式中符号及单位同前。(3)烧结带假设烧结带物料吸热较大时，也必需按式(II)计算长度。但对一般过程，物料在该带吸热不多，主要是完成物料中的物理化学变化及晶形转变，故主要应保证物料在这一带的停留时间。按公式(14),(13)或(14)计算出该带物料的轴线移动速度(料，米/秒)，式中物料堆角相应取烧结带数值。依据试验或工厂生产经验，确定物料必
24、需在烧结带停留的时间烧结(小时)后，那么L烧结=3料烧结米。(4)冷却带高湿产品离开烧结带后应将自身的热量传给喷入窑内的燃料与空气，使后者加热到着火温度，故这一带的长度取决于：燃烧器伸入窑内的长度；混合物喷出的流速；空气预热的温度。一般烧结及焙烧窑中：L冷却=58米附：按烧结烧带概念计算烧结带及冷却带长度的方法烧结带长与冷却带长度之和称为燃烧段长：L燃=L烧结+L冷却依据经验，燃烧段长度有如下公式：对湿法烧结窑：L燃=(45)D米对干法加料烧结窑：L燃=(34)D米依据物料必需在烧结带及冷却带停留的时间，分别确定烧结带及冷却带长度。以3料燃代表燃烧段内物料轴线运动速度，其值等于：料燃=L燃(烧
25、+冷)米/小时1.烧结=料燃烧米；L冷却=料燃冷米这一方法的优点在于能确保物料在烧结及冷却带的停留时间，但的经验公式有肯定局限性，仅可作前一种方法的补充。(5)窑总长的验算依据前几项的计算，可得窑总长：L=L干+L预+L分解+L烧结+L冷却另外还可参考综合性经验指标单位面积产能C,验算窑长：L=318xGGFxG均式中符号及单位参看式(9)、3 .窑体尺寸的经验计算法(1)确定窑的生产率：依据设计的生产规模，通过冶金计算确定窑的生产率G,吨/小时或吨/日。(2)选定同类生产窑的单位容积产量GV,吨/米3.日，或单位面积产量Gf,公斤/米2.小时。参考公式(10)或公式(9)。(3)算出窑的总容
26、积或总面积(VF)V=GGvm3F=1000GGFm3;(4)选定窑的直径D,或选定窑尾烟气流速尾，用公式(17)求D尾。(5)求窑长并验算长径比L/D1.=FD当L与D求出后，再求长径比L/D,与表(1)比拟，然后确定直径和长度尺寸。五、窑内热交换器在一些湿法喂料的窑中，水蒸发所需的热量占很大比重，这局部热量的交换集中在枯燥带和预热带,致使回转窑的预烧实力小于烧成实力。为了增加枯燥和预热带的预烧实力,提高窑的产能，目前在氧化铝熟料窑及焙烧窑、氧化铜离析窑及水泥窑上均安装有热交换器。1.热交换器的型式：主要有蜂窝式(3)和格板式(4)。蜂窝式格数多，常用于热交换在枯燥、预热带起主要作用的氧化铝
27、焙烧窑上。格数少的格式常用于氧化铝熟料窑及水泥窑上。图4格板式换热器热交换器截面内的格数，对于2.54米氧化铝焙烧窑，可为3055格，同心圆筒23个，用68亳米厚钢板制成，每排长1.5米，排与排问留膨胀间隙。格子板式一般为610格，用1620亳米厚钢板或较薄钢板，以筋板加强刚性，每排长0.8-1米。2.热交换器面积与位置依据我国生产实践经验，对于氧化铝焙烧窑可按：F器：F窑=1-1.2来确定；对热交换器的传于氧化铝熟料窑可按F器：F窑=0.16-0.23来确定。式中符号：F器热面积，米2(按钢板双面计)；F窑窑的内外表积，米2。我国氧化铝焙烧窑及氧化铝熟料窑的热交换器传热面积列于下表，供选用时
28、参考。SIK-IO格子板换热藩的位置密名规格米）窑内表面积米。热交换器传热而积米。按纲板双面计）飙3.052.583.0556.6466538化d2.882.58x56.6420500铝焙烧02.85/2.5856.54205003.052.90/3.0557.5466469&d3.679829820黑4.35.23.83.64.37.25890142化3.63.053.672.4682铝热料L3363.872.4807175攻3.6/3.05/2.9/3.0572.5638144窑53.6/4.2/3.672.4769175关于热交器的位置，氧化铝焙烧窑的热交换器紧接推料螺旋，热交换器长10-18米，以热端气流温度不超过750800为宜。氧化铝熟料窑的热交换器那么在刮料器之前，距窑尾约1213米，热交换器本身长9l1米，其中格子板长57米，格子板前设扬料板，其长34米。3.材料对热交换器材料的主要要求是耐热，在高温下抗氧化，此外还应耐磨损，在高温下具有足够的强度与刚度。靠热端应采纳铝镭氮钢或耐热铝铁。为了节约耐热钢材，一般只在靠热端的几节用耐热钢或耐热铝铁制造，其余各节用一般钢材制造。
