（佛山市天禄智能装备科技有限公司）
摘要：建立了回转窑的实验装置，通过冷态实验研究了回转窑转速、倾角、内径和窑尾环高度的运行参数和结构参数对材料停留时间的影响。结果表明，回转窑中物料的停留时间分布近似为正态分布。随着回转窑转速、倾角和内径的增加，材料的停留时间缩短，窑尾环高度对材料停留时间的影响是复杂的。当它小于2.5 r / min时，窑端止动环高度的增加会延长材料停留时间，当转速大于2.5 r / min时，窑尾高度增加停止环将缩短材料停留时间。当回转窑倾斜时，材料停留时间和材料质量流速的乘积与每单位速度的材料质量流速近似成线性关系。
关键词：回转窑；操作参数；结构参数；停留时间；
引言
在实际生产中，材料在窑中的平均停留时间是回转窑煅烧的重要参数。它与碳回转窑的煅烧焦炭质量和窑内的温度控制操作直接相关。停留时间太短，该物质迅速通过窑中的煅烧区，难以控制煅烧过程的不完全性并影响煅烧焦炭的质量。停留时间太长，当进料量恒定时，料层的厚度将增加并且煅烧的焦炭将受到影响，质量的均匀性也可能导致窑尾返料。如果材料层满足要求，则仅减少进给量。这减少了回转窑的输出并且停留时间太长并且碳燃烧损失增加。因此，应适当控制材料在窑中的停留时间，以确保窑产量和煅烧焦炭的质量。
研究结果均表明物料停留时间随着回转窑转速和倾角的增加而缩短，随着窑头挡料圈高度的增加而延长。但他们并没有研究窑尾挡料罔高度对物料停留时间的影响。因此本文通过建立实验室装置进行冷态实验不仅研究了回转窑转速倾角窑内径对物料停留时间的影响.还研究了窑尾挡料圈高度对其影响。
一、实验装置和实验方法
1.1实验装置
实验装置如图所示窑外径686mm有效长度3000mm窑外壁由钢板卷成，并在筒体内安装一定厚度的耐火材料。在功率3 kW的无级变速电机驱动下回转窑筒体的转速可在0~16.7r/min内任意调节。回转窑筒体的倾斜角可通过调整两端底座的相对高度来实现，物料的进料量用加料仓下端管道上的调节阀门控制。文中制作了内径分别为450和554mm的两个回转窑来研究窑内径对物料停留时间的影响。同时还制作了两个外径均为686mm，内径分别为300和400mm的环形挡料罔来研究窑尾捎料圈高度对物料停留时间的影响：实验原料为2~6mm粒径分布的冶金焦（安息角340）。
1.2实验方法
采用示踪粒子（染有颜色的颗粒）法测量物料在窑内的停留时间，即当回转窑在某一设定情况下运行稳定时将一定数量的示踪粒子由进料口加入，测示踪粒子由进料口流入至出料口流出时所用的时间间隔，但由于固体物料颗粒非连续体其在沿回转窑轴线向前运动的同时会发生扩散。在同-工况条件下即使是同时进入回转窑内的物料在回转窑内的停留时间也不相同。而近似成正态分布“[5~7]。因而实验时物料在回转窑内的平均停留时间用下试求得：
二、实验结果与分析
2.1物料在回转窑内的停留时间分布
由图1可知.回转窑处于任何转速时.物料在窑内的停留时间分布均近似正态分布，再结合该工况下停留时间方差的大小（如图2所示），可以发现随着回转窑转速的增加停留时间的方差逐渐减小说明转速的增加减缓了物料在轴向的扩散性，使物料停留时间分布相对集中。
2.2回转窑转速对物料停留时间的影响
回转窑转速对物料在窑内停留时间的影响如图3所示。由图可知，在窑体斜度一定的情况下，随着回转窑转速的提高，物料在窑内的停留时间明显缩短，但缩短幅度存在较大差异，当转速小于4 r/min时，物料停留时间下降幅度显著，当转速高于4r/min时，物料停留时间虽然继续下降，但下降趋势明显平缓。由图可明显看出，物料停留时间与转速的变化曲线近似反比例函数曲线，若将窑长除以物料停留时间就可以得到物料轴向运动速度，这样就可以直观看出物料轴向运动速度与转速近似线性关系，如图3所示。总之，随着回转窑转速的增加，物料在窑内的停留时间逐渐缩短，物料轴向运动速度增加，这是因为随着回转窑转速的增加，单位时间内颗粒进入活动层的次数增加，即单位时间内颗粒的轴向位移增加，也即颗粒的轴向运动速度增加，所以物料在窑内的停留时间缩短。
2.3回转窑倾斜角对物料停留时间的影响
在同一转速下，随着回转窑斜度的增大，物料停留时间同样逐渐变短，如图4所示。这是因为物料在窑内运动时，由于摩擦力的作用而被向上带起，到达物料安息角位置后，由于重力的作用而沿着料层表面翻滚下来，当窑倾角增加时，重力沿轴向方向上的分力增大，从而物料沿轴向运动的速度增大，物料停留时间缩短。
2.4窑尾挡料圈高度对物料停留时间的影响
近年来，许多研究者研究了窑头挡料圈高度与物料停留时间的关系，但未涉及窑尾挡料圈高度[2，3，8～ 10]，本文对此进行了研究，实验结果如图5所示。在转速小于2.5 r/min时，随着窑尾挡料圈高度的增加，物料停留时间延长；随着转速的进一步增加，当转速达到2.5～ 3 r/min时，随着窑尾挡料圈高度的增加，物料停留时间反而缩短。这说明随着窑尾挡料圈高度的增加，物料停留时间或缩短或延长。这是因为，窑尾挡料圈的安装对停留时间的影响有两方面：一方面使物料层的斜度增加，物料轴向运动速度增加，物料停留时间缩短；另一方面使物料层厚度增加，颗粒流动的横截面面积扩大，物料轴向运动速度减小，物料停留时间延长。物料停留时间的延长与缩短主要取决于这两个方面的综合作用。
2.5回转窑内径对物料停留时间的影响
如图6所示，在某一转速时，随着窑内径的增加（由450 mm增加到554 mm），物料停留时间均缩短。窑内径由450 mm扩大到554 mm，即窑内径扩大为原来的1.23倍，物料停留时间反而缩短为原来的1.1～ 1.2倍，说明物料停留时间与窑内径的倒数近似成反比。窑内径扩大，物料层厚度减薄，颗粒流动的横截面面积缩小，物料轴向运动速度增大，因此物料停留时间缩短。
2.6物料停留时间与窑产量的关系
到现在为止，许多研究者已对物料停留时间和物料质量流率（回转窑处于稳态运行工况时，由窑尾至窑头单位时间内物料的流出量）的关系进行了不同程度的研究，并取得了一定的成果。
由实验结果可知，当任一参数比如窑转速，窑倾角，窑尾挡料圈高度，窑内径等的变化都会引起物料停留时间和物料质量流率的变化，且两者随各参数的变化趋势恰好相反，这说明它们之间必然存在一定的关系。由此这里引入两参数，一是物料质量流率G与转速n的比值，即G/ n，一是物料停留时间T与物料质量流率G的乘积，记作M即M= T× G。对实验数据结果进行整理可得出下列关系式：
物料停留时间和物料质量流率的乘积也就是窑内物料的滞留量，由式（2）、式（3）和图7可知，在某一窑倾角时，滞留量M与单位转速内物料质量流率G/ n近似成线性关系，这一结果与其它研究结果一致[2，3]。但是其数学表达式差别很大，这可能是由于本文中物料质量流率的测试方法与其它参考文献：不同[2，3]。本实验中的物料质量流率为某一测试工况下的窑内物料最大质量流率，且不等于进料速度，窑尾始终保持返料状态，而其它文献中的物料质量流率也即窑头处的出窑物料质量流率等于进料速度，窑尾不返料。
结束语
（1）回转窑内物料停留时间的分布近似正态分布，且随着回转窑转速、倾角的增大而缩短。在0.5～ 4 r/min转速范围内，物料停留时间下降趋势显著，高于4 r/min变化趋势变缓。
（2）窑尾挡料圈高度对物料停留时间具有显著的影响，在转速小于2.5 r/min时，窑尾挡料圈高度的增加使物料停留时间延长；而高于2.5r/min时，窑尾挡料圈高度的增加反而使物料停留时间缩短。
（3）随着回转窑内径的增加，物料停留时间缩短，且物料停留时间与窑内径的倒数近似成反比。
（4）在某一固定窑倾角时，物料停留时间与物料质量流率的乘积即滞留量M与单位转速内物料质量流率G/ n近似成线性关系。
参考文献：
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论文作者:黄俊初
论文发表刊物:《电力设备》2019年第8期
论文发表时间:2019/9/15
标签：物料论文; 时间论文; 转速论文; 回转窑论文; 内径论文; 质量论文; 高度论文; 《电力设备》2019年第8期论文;