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变化。

按筒体形状有以下几种窑型：(1)直筒型：制造安装方便，物料在窑内移动速度较均匀一致，操作控制较易掌握，同时窑体砌造及维护较方便；(2)热端扩大型：加大单位时间内燃烧的燃料量及传热量，在原窑直径偏小的情况下，扩大热端将相应提高产量，适用于烧成温度高的物料；(3)冷端扩大型：便于安装热交换器，增大干燥受热面，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，使物料流动的机会减少，还可以节约部分钢材；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，在干燥带及烧成带能力足够时，可以显著提高产量。

但这种窑型操作不便。

总之，不论扩大哪一带，必须保持预烧能力和烧结能力趋于平衡。

只有在生产窑上，经过生产实践和充分调查研究(包括必要的热工测定和计算)，发现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。

目前国内外发展趋势仍以直筒型窑为主，而且尺寸向大型方面发展。

其他有色金属工业用回转窑(还原、挥发、硫化精矿焙烧、氯化焙烧、离析、烧结转化等)多采用较短的直筒窑。

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确切，为了区别起见，称L/D均为有效长径比。

窑的长径比是根据窑的用途、喂料方式及加热方法来确定的。

根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，蒸发预热能力降低，对干燥不利；长径比太小，则窑尾温度高，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碳素煅烧窑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8~12——铅锌挥发窑14~1716.7~18.3铜离析窑——15~16氯化焙烧窑——12~17.7二、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。

3.按窑内物料流通能力：G=0.785D均2×ψ×料ω×γ料吨/小时(1)式中：G——单位生产率，吨/小时；D均——窑的平均有效内径，米；ψ——物料在窑内的平均填充系数，一般为0.04~0.12。

各类窑的填充系数见表2。

γ料——物料堆比重，吨/米；某些物料的堆比重见表3；ω料——物料轴向移动速度，米/小时；其值取决于窑运转情况，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ψ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0.06~0.08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1.2~1.3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硫化镍精矿1.6~1.8硫化镍焙砂1.2~2.0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1.3~1.44.按物料反应时间有些工艺过程要求物料有一定的高温持续时间，以完成物理化学反应。

若通过实验或生产实践得知物料必须在窑内停留的时间，则：G=0.785×L/τ×均D2×ψ×料γ吨/小时(2)式中：L——窑长(或某带长度)，米；τ——物料在窑内（或某带）停留时间，小时；其他符号同前。

5.按正常排烟能力为了控制窑灰带出的循环量，往往选择一个适宜的窑尾排气速度范围。

G=2826D均×干2×ωt×-ψ(1干)/V0×(1+β尾t)吨/小时(3)式中：V0——每吨产品的窑气量，标米3/吨；t尾——烟气离窑温度，℃；β——气体体积膨胀系数,β=1/2；73ωt——窑尾排气速度，m/s，一般3~8m/s；ψ干——干燥带物料填充系数；D 均干——干燥带平均有效内径，米。

6.按供热能力G=KB ×Q 低×η×/料q 吨/小时(4)式中：B ——燃料消耗量，公斤/小时或标米3/小时；Q 低——燃料低发热量，千卡/公斤或千卡/标米3；K—系数，对铝厂用窑预空气时，K=1.1~1.15；不预热时，K ＝1.0； η——窑的热效率为55~65%； q 料——每吨产品必须消耗的有效热，千卡/吨。

q 料=（G 干料+A)(q 吸+C ×t 高+600w/100-w)×103千卡/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 ——每公斤产品不可返回的飞，公斤/公斤 q 吸——每公斤产品吸热反应吸热量(除去放热反应放，千卡/公斤； C ×t 高——将物料加热到最高温度带)所需物理热，千卡/公斤； W ——湿生料中所含水分，%。

7.按窑内传：G=∑Q ÷q 料或G=Qi[q ÷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——物料必须在窑内吸收的总有效热量，千卡/吨； [q 料]i ——物料在某一工作带内必须吸收的有效热量，千卡/吨。

所谓有效热量指的是不考虑非生产性消耗和的热量。

回转窑内传热过程比较复杂，各工作带内传热方式也不尽相同。

在干燥带温度较 低，传热以对。

另外，窑壁及热交换装置对物料也有传导作传算较繁 杂，而辐射的份量又不大往往将两种热交换综合在对流给热中，用一 个经验公：Q 干=α干×F 干×Δ干t 式中：α干——干燥带给热系数，千卡/米2.小 时.℃，根据热交换装置类型不同，有各种经验公式，如：(式中ω0为窑全断面的平均流速，N m /S )；F 干——干燥带中总传热面积（窑表面+热交换装置总，m2； Δt 干——干燥带两端炉气与物料温度差的对数平均值，℃。

图1回转窑 3/10图2回转窑内壁示意图其他带内，对物料裸露表面的传热可近似按火焰炉内传热公式计算；对与窑衬接砝的物料表面，窑衬表面将通过辐射与传导向物料传热，但随着窑衬温度升高及物料颗粒变粗（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=αΣ×弦Δ×t×CF壁料[(T壁/100)4-(T料/100)4]F×弧式中：αΣ——综合给热系政，等于α对+α辐，千卡/米2.小时.℃；α对——炉气对物料的对流给热系数，千卡/米2.小时.℃；α辐——炉气及窑壁对物料的辐射给热系数，千卡/米2.小时.℃。

α辐=C气料壁[(T1/100)4-(T2/100)4]/t气-t料式中：C气料壁=4.88ε料(F壁/F弦+1-ε气)/[ε料+ε气(1-ε料)]1-ε气/ε气+F壁/F弦千米/ 小时式中：ε料，ε气——物料及炉气的黑度；F壁/F弦=π×D-L弧/L弦Δt——该带内炉气与物料的平均温度差，℃，取始末两端温差的对数平均值：Δt=Δ-Δt′t″/ln(Δt℃′/Δt″)其中：Δt、′Δt″——始端及末端的气与料的温度差，℃；当Δt′与Δt〃之值相差不大(不超过一倍)时，可用算术平均值，即：Δt=1/2(Δt′+℃Δ式t″(7))中第二项系考虑窑衬遮蔽表面与接触物料弧形表面间的辐射(视为两平行表面组成的封闭体系)，式中有关参数确定如下：C壁料=4.88÷（1/壁ε+1/ε料-1）千卡/米2.小时.K4式中：ε壁——窑壁黑度；另外T壁为窑衬遮蔽表面在该带内的平均温度，K；考虑到与物料接触过程中的温度降低，此值可近似取以下平均值：T壁=1/2（T料+T′壁）其中未遮蔽的窑壁表面温度T壁可近似按火焰炉内炉墙表面温度公式确定：式中符号意义及单位同前。

[附]F弦、F弧、F壁的计算：①计算出各带的填充系数ψ：ψ＝4G÷(π×D均2×ω料×γ料)(a)②计算物料填充的弓形面积：f料=ψ×π×R2(b)③计算物料填充中心角θ：因f料=0.5×R2×(π÷-1s8i n0θθ)联解(b)、(c)两式得：2π×ψ=π÷1-s 8i 0n θθ参考弓形几何尺寸表，由f 填÷R2之值可查出对应的θ值，其中间值可按试算逼近法求出。

④求弦长及弧长：L 弦＝D 均×sin θ/2米；L 弧＝θ÷360×π×均D 米；L 壁＝π×D均×(1-θ÷360米)⑤求面积：F 弦＝L 弦×L 带m2；F 弧＝L 弧×L 带m2；F 壁＝L 壁×L 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能力 达到平衡(即设计的生产能力水平)。

生产中必然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，使达到新的水平上的平衡(实际生产能力)。

8.按经验公式在计算窑的实际生产能力时，往往用一些具体化了的简化公式。

在具体条件相同时，这些 简化公式能简明、准确地反映生产率与其中1~2个参数的关系。

(1)回转窑产能与筒体尺寸之间关系：G=K ×D1.5均×L 吨/小时式中：D 均——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。

根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0.05~0.07铜矿离析窑0.05~0.07氧化铝焙烧窑0.07~0.08(有热交换器时0.55~0.065(无热交换器时氧化铝熟料窑0.071~0.074(有热交换器时0.9~0.10(热端扩大时)湿法水泥长窑0.028~0.032干法水泥窑0.048~0.056(2)按单位面积产能计算：G=GF ×F ÷1000吨/日式中：F ——窑的有效内表面积，m2；GF ——窑的单位内表面积产能，公斤/米2.小时。