Φ4.85×100m紅土鎳礦焙燒窯的設計與應用

王懷波

（中鋁山東工程技術有限公司恒成機械制造廠 山東 淄博 255052）

焙燒窯是RKEF工藝的重要環節，可起到降低電耗及提高產能的作用，也影響到鎳鐵冶煉的技術指標。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晶水，并選擇性還原出部分金屬。

工作原理：將經調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用煤粉燒嘴將噴入窯內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℃），經焙燒還原后的物料借助回轉窯的斜度與回轉，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，等待進入礦熱爐進行熔煉。

1 紅土鎳礦焙燒窯設計選型

此次設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。由于焙燒窯窯型規格的改變，其相應的部件亦會隨之相應的變化。如：窯頭窯尾密封、窯尾罩等在原有此類產品規格基礎上做出了改變及優化設計。其他部件則重新進行選型及設計計算。

1.1 用戶提供參數

設備規格：筒體Φ4.85×100m 產能 60t/h（焙砂）

筒體轉速 0.5～1.57r.p.m 筒體斜度 （正弦）3.5%

主電機：采用直流變頻調速 絕緣等級F級 2×355KW（雙傳動）

焙砂溫度：800℃

1.2 設計計算

根據《化工回轉窯設計規定》[1]（HG/T20566-2011）對回轉窯進行設計計算與校核，確定該設備部件的參數與規格，以下列舉了焙燒窯主要部分的設計計算。

1.2.1 支點位置設計

筒體是回轉窯的基體，筒體的安全平穩的運轉需有可靠的支承裝置，其不僅承受著回轉窯滿負荷運轉時全部重量，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。支承裝置的數量與位置對回轉窯的平穩運轉有著重要作用。

本次設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。

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

結果表明，筒體支點位置的選擇可滿足窯體的安全平穩的運轉。

1.2.2 主電機設計校核

根據設計規定，傳動系統需保滿足：運行可靠、操作簡單、維修方便、足夠的調速范圍等要求。傳動功率的計算按《化工回轉窯設計規定》（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，一般取1.2～1.4，取值1.3

C2—功率增大系數，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、小齒輪設計

電機額定轉速n1=1000 r.p.m，減速機經計算確定其速比i1=71，該窯是雙傳動回轉窯速比區間在9～12，大齒圈材質ZG42CrMo，正火后硬度200，小齒輪材質42CrMo，調質后硬度240。按窯最大轉速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。根據模數與功率的關系，選擇齒圈模數m=40，小齒輪齒數選取Z1=21，則大齒圈齒數Z2=i'×21=188.37，根據速比區間及大齒圈齒數要求，也參照現有大齒圈規格，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，均滿足設計要求。

1.3 窯頭罩設計

表2 載荷計算結果

表3 載荷化簡結果

圖2 載荷化簡

表4 彎矩、慣性矩、虛反力計算結果

表5 反力計算結果

表6 彎曲應力計算及校驗

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，內部襯有耐火材料。考慮到使用中停車檢修，在底部設置了車輪，基礎上鋪設導軌。燃燒器安裝側設置了窯門、觀察孔、檢修孔。檢修時，窯門可向兩側開啟，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 風冷裝置設計

在窯頭密封處、第Ⅰ、Ⅱ檔支滾圈處，設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 結束語

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