石墨干燥窑相关动力设计分析

朱芳，许灿

（湖南省环科院环境工程有限责任公司，湖南 长沙 410000）

湿石墨粉料经过真空上料机送到料斗，然后经螺旋给料机输送到干燥圆筒的进料端，干燥圆筒是一个与水平线略成倾斜的旋转圆筒，物料从高的一端进入，石墨粉收到布置在中部的电加热炉的热量辐射，间接得到了加热，石墨粉料得以干燥。

1 工作原理

湿石墨粉料经过真空上料机送到料斗，由于筒体与水平存在角度，物料在随筒体转动而扬起的同时并前移，干燥圆筒内壁设有抄板，它的作用是把石墨分抄起来又撒下，使石墨粉与气流的接触表面增大，以提高干燥速率并促进石墨粉料的前进，且圆筒外壁上还装有振打装置，以防止石墨粉料因湿度过大堆积在某一处。干燥时间与筒体转动速度有关，筒体转速越大，干燥时间越短；反之，干燥时间长。

考虑到石墨在超过400℃时氧化（干燥温度高达850℃），故在干燥之前就必须对设备充入惰性气体来置换筒内氧气及其他气体，防止石墨氧化影响纯度。

干燥后的石墨粉料经过干燥圆筒后在尾部流出，最终可直接进行收料装袋或进行筛分作不同用途。

干燥圆筒进料端有排气管道，通过将筒体内物料挥发份气体外排实现气体流动；考虑到尾气中含有微量的石墨粉料，尾气在前端进行沉淀之后，经由引风机吸入布袋除尘器，可完全过滤石墨粉料，过滤后的尾气再进行排放。

2 石墨干燥窑设备

2．1 设备特点

（1）可根据不同的物料调整设备运行角度，也可以设计不同的抄板类型或者加热方式。

（2）全自动真空上料，进料速度可控，干燥圆筒倾斜角度可调，可满足不同的干燥强度。

（3）筒体内设置抄板，提供干燥效率，对于干燥那些附着性大的物料也很有利。

（4）结构简单，操作方便，设备动力采用无极变速，易维护。

2．2 设备主要部件构成

设备部件构成如图1所示。

图1 设备部件构成

进料系统：由真空上料机、料仓、电动蝶阀、螺旋给料机构成，使物料连续进入干燥器内。真空上料可杜绝粉尘污染。

一级沉降室：安装在筒体前端，中部有加热介质管穿过进入筒体内。中部设有惰性气体接入口，底部为沉淀物料排放口，与蝶阀相接，方便排放。

干燥筒体：由于干燥筒体、抄板、振打机构、挡水圈、轮带等构成。筒体为圆筒状，筒端安装大链轮，通过链条传动，实现筒体转动。筒体前后有三个托辊，支撑筒体。筒体是干燥器的主体，内筒是物料干燥的场所。内筒内壁有抄板，增加物料与内壁的摩擦，拉动物料，不产生堆积现象，增加换热面积，干燥均匀。

电阻加热炉：由电阻丝、保温层、控温热电偶、设备外壳等组成，提供热源。

动力装置：由带变频电机的减速机、主动链轮、链轮防护罩等构成。

出料装置：安装在筒体后端，中部有加热介质管穿过进入筒体内，下部为出料孔，干燥好的物料由出料口流出。

水冷系统：安装在筒体的两端，采用活动水套结构，进水采用喷淋接头，冷却面积大。保护筒上设备因高温失效，延长使用寿命。

操作平台：主要有一个小平台（可调角度）与一大平台构成。大平台用来支撑整体系统以及操作检修。

2．3 传动系统设计

支撑装置承受着石墨干燥窑筒体等回转部件的全部重量（包括筒体、抄动叶片、物料、大链轮），并在径向对筒体起定位作用，使筒体能在托轮上平稳的转动。每个支撑装置由一对托轮、4个轴承和一个大底座组成。两个托轮对称、稳定的支撑着带轮回转，并带动筒体回转。各组托轮的安装位置如图2所示。

图2 托轮的安装位置

由于回转的功率主要用来克服轮带与托轮表面的滚动摩擦，故这里计算托轮与轮带的滚动摩擦所消耗的功率。

（1）先求一个轮带在一个托轮上的摩擦力矩M，根据滚动摩擦知识，如图3。

图3 轮带在一个托轮上的摩擦力矩

M=K，×F，

式中：K，为轮带与托轮间的滚动摩擦系数；F，为托轮的正压力。

钢轮与钢轨之间的滚动摩擦如下图，其中摩擦系数K=0.0005m。

利用下式中求K，

简化后得：

带入 M=K，×F，得

（2）一个轮带与一对托轮滚动时所消耗的功率P

因为每个支撑座的托轮与滚筒轮带都相等，则功率为：

图4 钢轮与钢轨之间的滚动摩擦

注：因水平计算时需要的扭矩最大，此处公式计算为圆筒水平放置的计算，如果圆筒由一定的倾斜角度，那么此处的重力G需要取垂直于桶轴线的分量作为计算。

计 算：G=2294kg,n=10r/min,D1=720mm,D2=160mm,g=取值10m/s2

根据功率计算公式，得出：

（3）考虑到还有以炉内物料运动与托轮轴承的摩擦阻力所消耗的功率，参照轮带与托轮的摩擦消耗功率取值为0.5kW，故整体消耗的功率为：

P总=1.5+0.5=2kW

（4）考虑链传动与减速机传动的机械效率

在转速为10r/min时，

根据减速机选型样本，选择型号D97Y100L2-4减速电机，电机功率3kW，传动比44.7，输出轴转速29r/min，输出扭矩 970N·m。

2．4 链传动系统设计

根据筒转速要求10r/min左右，输入功率3kW，输出轴转速29r/min

（2）小链轮齿数z1=25(根据推荐值，速比2-3，小链轮取27-25齿)。

（3）大链轮齿数为z2=75。

（4）修正功率Pc=Pf1f2=3×1×0.98=2.94kW。

式中，P为传动功率，kW；f1为工况系数，此处回转干燥类设备选1.0；f2为小链轮齿数系数，z1=25,f2=0.98。

（1）根据修正功率与z1选取20A单排滚子链，节距p=31.75。

（2）初定中心距a0=(30-50)p，此处选取a0=30p=30×31.75=952.5mm。

（5）实际中心距a=a0-Δa(Δa=(0.0002-0.004) a0),取Δa=0.003 a0=2.8575mm。

（8）作用在轴上的力

（9）润滑根据链速及链号选择用油壶或油刷定期人工润滑。

（10）验算小链轮包角

图5

3 实验验证

通过样机实验（如图5），回转窑整机动力装置运行良好，设计满足实际需求。

4 结语

通过对石墨回转窑设备动力装置的设计计算，在样机实验时，动力系统一次通过实验验证。少走了设计许多弯路，提高了效率，节省了成本，同时，也为以后的批量投产奠定了良好的设计基础。