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1、石灰窑结构和性能改进设计 刘俊海 李海丽（焦作神华重型机械制造有限公司，河南 焦作 454100）摘要：石灰窑是纯碱工业、钢铁工业、电石工业、氧化铝工业、耐火材料等行业工序中的重要设备，石灰窑结构的良好设计（包括石灰窑的高径比的确定，窑前石灰石配焦比，窑顶密封及撒石器系统，窑底出灰系统及风机的合理配置，窑底传动的稳定性等）是石灰窑正常生产中得以正常操作的保证条件，本文中主要针对窑底传动的稳定性进行了论述及计算。关键词：石灰窑 螺锥盘 中心定位机构 Abstract: lime kiln is the soda ash industry, steel industry, calcium carb
2、ide industry, aluminum industry, refractory materials and other industries in the process of important equipment, lime kiln structure design (including lime kiln with high ratio of height to diameter determination, former limestone kiln with coke, the kiln top seal and cast stone system, kiln bottom
3、 ash system and fan of reasonable configuration, the kiln bottom transmission stability of lime kiln ) is normal production can be normal operation conditions, this article mainly aims at the kiln bottom driving stability are discussed and calculation.Key words: lime kiln Screw bevel wheel Center po
4、sitoning mechanism 0引 言 钢铁工业，电石工业，氧化铝工业，耐火材料等工业都是石灰消耗大户，近几年这几个行业都是高速发展的行业。每年的产量基本都是以20%以上的速度增长。可它们需要的主要材料（辅助材料）石灰却没有相应增长，所以造成了石灰的紧张，所以推行现代新技术石灰窑势在必行。所谓现代新技术石灰窑就是具有环保、节能功能和机械化、自动化程度较高的现代化石灰窑。它生产的石灰，不但质量好而且成本低。对利用这一新技术的企业，经济效益会有明显增加，因此推广新技术石灰窑的具有现实意义。本文对机械化程度较高的石灰窑窑底出灰螺锥中心定位结构设计特点进行分析研究后，提出了一种改进定位设计装置
5、，这种新装置对石灰窑稳定运行延长齿轮使用寿命及可靠性均有好处。1、石灰窑窑底结构改进前后结构比较图1改进前窑底出灰螺锥的结构1.1改进前窑底出灰螺锥的结构如图1所示原石灰窑系统装置中，由于没有定位装置和支撑装置，并且使用的为单层出灰板，在石灰窑安装完毕后，造成石灰窑的出灰螺锥及其传动系统的大齿轮和小齿轮的中心不论在水平方向上，还是在垂直方向上都是在不断变化的，由于这种运动，物料对出灰螺锥在水平方向和垂直方向上必然要产生不断的推力，出灰螺锥及其传动系统的大齿轮和小齿轮就会水平、垂直来回窜动，对传动系统中大小齿轮的传动影响很大，使用过程中造成齿面的损坏，会逐渐损坏大小齿轮。1.2改进后窑底出灰螺锥
6、结构如图2所示图2改进后窑底出灰螺锥的结构其特点：a窑底采取风管支座及抗偏装置，并且通过电动干油站进行润滑；以防止滚轮转动引起出灰螺锥偏离石灰窑中心，结构采用焊接结构。b螺锥托灰板采用双层托灰板，保证出料均匀，防止物料出现拥挤、卡料现象。c下层托灰板采用8件支撑装置支撑，防止运转过程中托灰板变形，引起托灰板与其他装置摩擦。d窑底传动采用摆线针轮减速机，结构简单，传动平稳，小齿轮支撑采用两侧轴承座支撑，防止小齿轮运转时受力不均，造成小齿轮沿轴向窜动。1.3理论分析通过上述的改进，出灰螺锥的这种往复窜动是可以克服的，下面用理论分析得到证明。将出灰螺锥分成螺锥和大小齿轮传动组成的机械系统，则整个系统
7、的重心（质心）坐标y用它们各自的重心坐标y1和y2表示，则有：y= （1）式中的m1和m2分别为螺锥和大小齿轮传动的质量根据机械系统重心的运动理论得出:F= （2）F表示作用在螺锥和大小齿轮传动上的所有外力之和。（作用在系统中的物料重力、大小齿轮的传动力，螺锥回转阻力等）F=m1m2 （3）根据螺锥和大小齿轮传动的重心坐标可以导出：=R412cos（1-x12）tan （4）=R422cos（1-x22）tan （5）又： -arc sinx-x=+ （6）式中：-出灰螺锥的倾斜角R-石灰窑筒体半径-出灰螺锥的回转角速度1、2-螺锥的长度和大小齿轮传动的长度V1、V2-螺锥和大小齿轮的体积-螺
8、锥转角x1、x2-由方程式求出的螺锥和大小齿轮传动的相对水平坐标-物料填充率如果用m1=1V1，m2=2V2和2=以及（4）（5）（6）式代入到（3）式中，则：F= （7）式中： -比转速F值基本按正弦规律变化，因此上式可简化为：F= （8）式中：-物料的平均密度，x0-当=0时，螺锥的相应水平x-当=时，螺锥的相应水平物料对螺锥影响区的相对半径为：=（Z1-Z2） （9）式中：-物料的自然休止角 Z1、Z2-方程根 （10）因此得：xC=0.832-1.68 （11）在计算F力时，必须将以公式（9）计算出的R值代换（8）式中的L1和L2。F力的幅度与螺锥的比转速和筒体半径的平方成正比，而与其
9、长度和螺锥的倾斜角的正切成反比，即：A= （12）用公式（9）（12）计算出的函数式=f（）和A= f（），都随着的增大而减小，这意味着，随着物料的自然休止角的增加而物料的横向流动性变小，物料自然休止角对纵横向力和大小齿轮传动机构的影响半径的作用最大。在装有定位装置和支撑装置及双托灰板的机构运转过程中，纵横向力周期性地作用到螺锥和大小齿轮机构上，阻止这个力只有定位装置和支撑装置及双托灰板的滑动摩擦力Ff 。两者平衡，则有：Ff=f1W （13） 式中：f1-螺锥与定位机构和螺锥与支撑机构的滑动摩擦系数W-螺锥回转部分（包括物料）的负荷。其为： W= Wr + Wd （14）式中：Wr-螺锥回转
10、部分的负荷 Wd-物料产生的动负荷。其Wd=（m1+m2）2hf式中hf是物料重心至螺锥中心线的距离，它等于：hf=0.863（1-）R （15）因此有下式：Ff= f1（m1+m2）g+（m1+m2）2hf如果满足下式：FfA 或 FfF （16）此时螺锥不会发生水平移动和纵向窜动，否则，便会产生有害的螺锥纵横向的往复窜动。2 改进设计后的石灰窑结果和结论我们从石灰窑的用途、弊端以及对它的结构设计，了解到石灰窑在化工、冶金等行业的应用情况，为此，从使用的角度和提高生产效率等方面进行改进设计；通过对石灰窑窑底装置增加定位机构、支撑装置及单托灰板改为双托灰板，窑底实行强制通风装置；通风效果良好，
11、窑截面上的阻力减小，石灰窑的烧成率从原来的70%提高到90%以上，而且使出料系统更加稳定，振动降低，小齿轮的更换由原来的大约1-2年，变为5-6年。 通过改进的石灰窑不仅在结构上进行了合理设计，而且在加工工艺方面进行了简化，在各个行业使用中，得到了良好的效果。 优点：石灰窑结构更加合理，通风性能良好，密封稳定性高，大大提高了石灰窑的生产率，减轻了工人维修的强度，节省人力等优点，为石灰窑的发展和推广具有重要意义。参考文献(1 ) 纯碱生产工艺与设备计算 主编 王楚， 1995(2 ) 化工机械维修手册 下卷2004 年 化学工业出版社(3) 冶金石灰生产技术手册初建民 冶金工业出版社 2009年(4 ) 材料力学刘鸿文. 高等教育出版社 1985年 作者简介：刘俊海（1964- ）河南焦作人，1985年毕业于河南广播电视大学机械设计专业，现为河南煤业化工集团特聘师，
