Производительность и размеры печей для обжига керамики

В этом разделе курсового проекта рассчитывают размеры рабочего пространства печи по заданной производительности или производительность по заданным размерам.

Плотность садки

Плотность садки (ρ_с) это удельная величина, характеризующая полноту использования рабочего пространства печи. Она равна отношению массы или количества изделий в печи к рабочему (полезному) объему печи и измеряется в кг/м³ (т/м³) или шт/м³. Величина плотности садки зависит от вида изделий, особенностей технологии и связана с продолжительностью обжига. На практике в отношении туннельных печей используют и другой показатель – емкость вагонетки (ε), которая равна массе или количеству изделий на одной вагонетке и измеряется в кг (т) или шт.

Проектирование схемы расположения изделий в печи это сложная технико-экономическая задача, решаемая обычно на основе предыдущего опыта и с учетом особенностей работы данной печи.

Чем выше плотность садки, тем полнее используется объем печи и выше её производительность. Но в то же время повышение плотности садки приводит к уменьшению пространства для прохода печных газов к внутренним слоям садки, садка становится всё более теплотехнически массивной. В результате удлиняется требуемая продолжительность выравнивания температур по объему садки, а при неизменной продолжительности обжига будет наблюдаться разброс качества изделий и брак.

Изделия простой формы из материалов, не образующих большое количество расплава при температурах обжига, такие как огнеупоры и некоторые виды строительной керамики, устанавливают в несколько рядов по высоте, оставляя через один или несколько горизонтальных рядов продольные и поперечные вертикальные щели и проемы для прохода газов. При обжиге грубой и тонкой строительной керамики часто используют огнеприпас в виде канализированного пода для прогрева садки снизу.

Изделия из материалов, в которых при высоких температурах образуется много расплава, и глазурованные изделия можно устанавливать только в один ряд по высоте, чтобы избежать деформации и склеивания. Это относится к фарфору, фаянсу и подобным им материалам. Тонкостенные изделия или изделия сложной формы могут не выдержать давления верхних слоев садки и разрушиться уже на стадии нагрева. В этих случаях применяют огнеприпас в виде этажерок, подставок и т.п., в т.ч. применяют канализированный под.

Во всех случаях применение огнеприпаса, в т.ч. канализированного пода, немного снижает плотность садки.

Расчет производительности и конструктивных размеров печи

При проектировании нового агрегата известна годовая производительность печи по годным изделиям G_годн. (в т/год) и необходимо рассчитать размеры печи. Производительность по обожженным изделиям равна:

Gобож. = Gгодн., т/год,

(0)

где Брак – доля бракованных изделий, %. Величиной доли брака задаются на основе предыдущего опыта производства.

Производительность по необожженным заготовкам:

Gнеобож. = Gобож. , т/год,

(0)

где ППП – потери при прокаливании, %

Производительность туннельной печи по обожженным изделиям также равна:

Gобож. = , т/год или	(0)
Gобож. = , т/год.	(0)

В этих формулах: ρ_с – плотность садки, т/м³; V_печи – объем рабочего пространства печи, м³; τ_обж. – продолжительность обжига, ч; ε – емкость вагонетки, т/ваг.; N_ваг. – число вагонеток в печи; n – среднегодовое число рабочих дней. Среднегодовое число рабочих дней определяется продолжительностью компании печи между остановками на холодный ремонт и составляет от 345 до 360 дней. Чем выше рабочая температура печи, тем быстрее она требует ремонта и меньше число рабочих дней n^*. Из формулы (0) находят объем рабочего пространства V_печи, а затем размеры туннеля.

Для этого сначала выбирают или задаются по справочным данным размерами вагонетки – шириной b_ваг. и длиной l_ваг. в м. Обычно l_ваг. = 1 – 1,5 b_ваг., кроме вагонеток современных печей для обжига строительной керамики, у которых l_ваг. = 0,2 – 0,5 b_ваг. (см. ниже).

Обычно применяют вагонетки следующих размеров: для обжига огнеупоров – 3,0×3,1 м; для обжига санитарного фаянса – 2,0×1,5 м или 1,75×1,0 м; для обжига канализационных труб – 2,15×1,7 м. Современные печи для обжига строительной керамики, например, кирпича, имеют ширину до 4 ‑ 5 м и более при высоте канала около 1 ‑ 1,5 м. Такие размеры обеспечивают высокую производительность и препятствуют сильному расслоению газов, а невысокие температуры обжига (около 1000ºС) позволяют столь широким сводам стабильно работать. В туннельных печах с более высокими рабочими температурами ширина и высота канала обычно не превышают 2 – 3 м.

Расстояние между стенами, т.е. ширина печи b_печи, м:

bпечи= bваг. + 2 δ,

(0)

где b_ваг. – ширина вагонеток, м; δ – ширина зазоров между вагонеткой и стенами (около 0,05 ‑ 0,1 м с каждой стороны).

Высоту канала туннельных печей h от глухого пода вагонеток до пяты свода целесообразно проектировать несколько меньше или равной ширине и не более 1,5 ‑ 2 м, чтобы ослабить расслоение газов.

Объем печного канала:

Vпечи = bпечи·h·Lпечи = (Gнеобож·τ)/(24·n·ρс), м3,

(6)

где b_печи – ширина канала, м; h – высота канала, м; L_печи – длина туннеля, м; ρ_с - плотность садки (из таблицы 1 мет.2484)

Длина печи (в зависимости от выбранной садки):

L_печи = (G_необож·τ)/(24·n·ρ_с· b_печи·h), м (7)

Туннельные печи вмещают целое число вагонеток выбранной длины l_ваг.:

Nваг.= Lпечи /lваг., м.

(0)

По формуле (0) находят величину N_ваг. и округляют её до целого числа.

После округления корректируют L_печи, определяя ее реальную длину:

L_печи = N_ваг.· l_ваг, м (9)

потом по формуле (6) – реальный V_печи. Затем пересчитывают скорректированное значение ρ_с по формуле (0).

В случае поверочного расчета туннельной печи известны размеры её рабочего канала, размеры вагонеток (согласно паспорту и чертежам печи) и необходимо рассчитать производительность по обожженным G_обож., по годным изделиям G_годн. и по необожженным заготовкам G_{необож.}.

Скорость движения вагонеток или часовое количество выходящих из печи вагонеток определяется по формуле:

ʋ= n/(τ*3600), ваг/с (10)

*Низкими считаются температуры обжига около 1000ºС, высокими – около 1450ºс и выше.