遙控拆磚機(jī)在水泥干法回轉(zhuǎn)窯維修中的應(yīng)用

周志鴻，馬飛，鄭利霞

（1.北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院設(shè)備系，北京100083；2.北京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，北京100015）

1 回轉(zhuǎn)窯維修技術(shù)發(fā)展的歷史

1.1 三個(gè)發(fā)展階段

新型干法回轉(zhuǎn)窯技術(shù)是水泥行業(yè)主流的生產(chǎn)工藝，而回轉(zhuǎn)窯的拆磚維護(hù)和砌筑也已經(jīng)演變成為一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)激烈的領(lǐng)域。對(duì)于水泥廠業(yè)主來(lái)說(shuō)，縮短停窯時(shí)間，降低設(shè)備維修成本，保證作業(yè)安全，提高回轉(zhuǎn)窯利用率成為十分重視的問(wèn)題。縱觀國(guó)內(nèi)外水泥行業(yè)回轉(zhuǎn)窯維修技術(shù)和設(shè)備的發(fā)展歷史，對(duì)我們的回轉(zhuǎn)窯維護(hù)維修工作有著十分重要的啟示。

世界水泥工業(yè)干法回轉(zhuǎn)窯打窯皮和拆磚技術(shù)的發(fā)展至今已經(jīng)經(jīng)歷了三個(gè)階段：

（1）人工/風(fēng)鎬作業(yè)的模式，見(jiàn)圖1。

（2）小挖或者滑移裝載機(jī)改裝的拆磚機(jī)，見(jiàn)圖2。

圖1 人工作業(yè)

圖2 小型挖掘機(jī)拆磚

（3）有線/無(wú)線遙控拆磚機(jī)，見(jiàn)圖3。

1.2 人工/風(fēng)鎬作業(yè)的模式

傳統(tǒng)的打窯皮、拆磚維修方法，是人工手持風(fēng)鎬進(jìn)行。待回轉(zhuǎn)窯冷卻到人們可接受的溫度時(shí)，工人手持風(fēng)鎬進(jìn)入窯內(nèi)，進(jìn)行打窯皮和拆磚作業(yè)。這就需要回轉(zhuǎn)窯冷卻時(shí)間長(zhǎng)，動(dòng)用的人力很多，拆除效率低下，而且經(jīng)常發(fā)生人身事故。

圖3 遙控拆磚機(jī)

1.3 小挖或者滑移裝載機(jī)改裝的拆磚機(jī)

隨著回轉(zhuǎn)窯技術(shù)的發(fā)展，回轉(zhuǎn)窯的直徑不斷加大，產(chǎn)能不斷提高，從最初的2000噸/日以下發(fā)展到5000噸/日甚至10000噸/日的產(chǎn)能，回轉(zhuǎn)窯直徑從過(guò)去的3米發(fā)展到現(xiàn)在的4.8米甚至6米以上。人工打窯皮拆磚的方法無(wú)論是在拆除效率和人力成本方面，還是在安全性方面都難以滿足水泥廠的需要。

在上世紀(jì)80年代中期，美國(guó)的爐窯維修承包商HDPC最早把小型挖掘機(jī)裝上液壓破碎錘用于水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)打窯皮和拆磚，代替人工進(jìn)行回轉(zhuǎn)窯維修，提高了打窯皮和拆磚的速度，開(kāi)啟了機(jī)械化拆磚的歷史。其主要的改裝還包括割掉小挖的駕駛室以方便進(jìn)入窯門(mén)；為了滿足窯內(nèi)高溫高粉塵的條件，加大散熱器的容量。后來(lái)小挖掘機(jī)在北美、歐洲和日本的水泥工業(yè)得到不少的應(yīng)用，多種不同型號(hào)的小型挖掘機(jī)(卡特、山貓、凱思、小松)都有被改裝成拆磚機(jī)應(yīng)用于回轉(zhuǎn)窯維修的案例，在上世紀(jì)八十年代末和九十年代初成為水泥回轉(zhuǎn)窯修窯的主力設(shè)備。但是柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)的小挖在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)作業(yè)也帶來(lái)了不少的問(wèn)題，主要表現(xiàn)為：

（1）在高溫高粉塵的環(huán)境下，柴油機(jī)故障頻繁，維修成本和維修工作量很大，而且噪音大，冒黑煙；

（2）小挖的兩臂結(jié)構(gòu)不能進(jìn)行上打，視線受限，拆磚時(shí)容易損傷筒體；

（3）小挖掘機(jī)配備的液壓錘的沖擊功較小，遇到窯頭澆注料需要更換時(shí)力量太小，無(wú)法拆除；

（4）為進(jìn)入窯內(nèi)作業(yè)，需要改動(dòng)窯頭罩；

（5）最為關(guān)鍵的是，操作員必須坐在小挖上在窯內(nèi)作業(yè)，惡性人身傷亡事故頻繁發(fā)生，給爐窯公司和水泥廠造成極大的困擾。美國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、日本都有這方面的廣泛報(bào)導(dǎo)。

1.4 有線/無(wú)線遙控拆磚機(jī)

為了克服小挖修窯的弊端和安全生產(chǎn)的考慮，上世紀(jì)九十年代初期，瑞典Brokk公司將其機(jī)器人形式的遙控打渣機(jī)應(yīng)用于回轉(zhuǎn)窯維修。由于其采用電液驅(qū)動(dòng)、有線遙控操作和三臂結(jié)構(gòu)的技術(shù)和車(chē)小力大的獨(dú)特設(shè)計(jì)理念，專(zhuān)門(mén)用于高溫高粉塵的特殊作業(yè)環(huán)境，很快全面取代了小型挖掘機(jī)在水泥回轉(zhuǎn)窯維修中的使用，徹底解決了小挖在拆除效率、操作安全和環(huán)保等方面存在的問(wèn)題。拆除效率比小挖提高30%以上，并克服了回轉(zhuǎn)窯維修過(guò)程中的安全問(wèn)題，帶來(lái)了回轉(zhuǎn)窯維修技術(shù)上的革命。

隨著無(wú)線電技術(shù)的發(fā)展，拆磚機(jī)從有線過(guò)渡到無(wú)線控制。從1996年開(kāi)始，無(wú)線遙控拆磚機(jī)全面普及，成為國(guó)際知名的水泥公司包括拉法基、海德堡、Holcim、Cemex、亞洲水泥等跨國(guó)水泥企業(yè)的必選設(shè)備。

1.5 三種回轉(zhuǎn)窯拆磚維修方式的對(duì)比

從表1可以看出，遙控拆磚機(jī)比小挖掘機(jī)的工作效率高出近1倍，工作安全性等指標(biāo)也都好于小挖掘機(jī)。

表1 三種回轉(zhuǎn)窯拆磚維修方式的對(duì)比

2 拆磚機(jī)的基本要求

2.1 耐高溫與高粉塵

水泥窯的維修主要包括打窯皮、拆磚、清理以及砌筑。為了盡量縮短停窯時(shí)間，一般是在回轉(zhuǎn)窯冷卻10-12小時(shí)后進(jìn)行打窯皮和拆磚，這時(shí)窯內(nèi)的溫度仍會(huì)在90℃以上，因此打窯皮和拆磚都是在高溫高粉塵環(huán)境下進(jìn)行。

根據(jù)常識(shí)，一般不希望柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)的設(shè)備在高溫高粉塵的條件下使用，因?yàn)椴裼蜋C(jī)不耐高溫，而高粉塵會(huì)糊死空氣濾清器和散熱器，致使故障頻發(fā)，影響拆磚作業(yè)。

拆磚機(jī)的設(shè)計(jì)必須考慮在高溫高粉塵情況下可靠作業(yè)，故障率要低，使用成本低。因此，國(guó)際上普遍不再把柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)的工程機(jī)械用在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)打窯皮拆磚。

2.2 外形尺寸小

受窯門(mén)尺寸的影響，過(guò)橋一般都比較窄，為了進(jìn)入較小的窯門(mén)，而又不想對(duì)窯頭罩進(jìn)行額外的改造，要求拆磚機(jī)的寬度和高度要小，重量要輕。

2.3 遙控作業(yè)

機(jī)器由過(guò)橋通過(guò)蓖冷機(jī)時(shí)最好要人車(chē)分離。駕駛小挖掘機(jī)通過(guò)過(guò)橋造成人車(chē)掉入蓖冷機(jī)的惡性事故國(guó)內(nèi)外都有報(bào)道。

拆磚和打窯皮是通過(guò)液壓破碎錘來(lái)進(jìn)行破碎，不可避免的有碎渣蹦濺和窯皮塌落的情況，為了防止人身安全事故的發(fā)生，操作者要遠(yuǎn)離作業(yè)面，不要固定坐在機(jī)器上。

2.4 液壓破碎錘的沖擊能與沖擊頻率可調(diào)

拆磚機(jī)的液壓破碎錘的沖擊功率要大，以快速完成作業(yè)，而且要打得動(dòng)窯頭澆注料。拆磚機(jī)要能夠快速打窯皮拆磚，但不能損傷筒體。而這需要液壓破碎錘的沖擊能和頻率無(wú)級(jí)可調(diào)。

3 遙控拆磚機(jī)的拆磚工藝流程

遙控液壓拆磚機(jī)在窯內(nèi)作業(yè)的主要工作流程如下：

（1）回轉(zhuǎn)窯冷卻一段時(shí)間到100℃左右后，機(jī)器開(kāi)上過(guò)橋，站立在過(guò)橋上打掉窯頭澆注料，遙控操作，工人在窯外。

（2）清理完窯頭后，機(jī)器進(jìn)入窯內(nèi)，從前向后打窯皮。拆磚機(jī)履帶行走，工作時(shí)支腿放下，三臂快速定位，液壓錘把窯皮打落，然后機(jī)器不斷行進(jìn)。打窯皮的速度一般大于10米/小時(shí)，見(jiàn)圖4。

圖4 布魯克遙控拆磚機(jī)工作中

（3）窯皮打完后，轉(zhuǎn)窯把窯皮轉(zhuǎn)出窯外。然后機(jī)器再進(jìn)入進(jìn)行拆磚作業(yè)

（4）窯皮打完后，拆磚機(jī)進(jìn)窯拆磚，從后向前打，一般拆磚速度達(dá)到12米/小時(shí)，見(jiàn)圖5。

（5）布魯克（Brokk）拆磚機(jī)可以快速換成鏟斗進(jìn)行清運(yùn)作業(yè)。也可以用運(yùn)磚叉車(chē)攜帶箕斗進(jìn)行清運(yùn)，如果是兩個(gè)箕斗輪換，效率很高。有的公司也用滑移裝載機(jī)進(jìn)行清運(yùn)，人工將碎磚揀入斗內(nèi)。

4 布魯克遙控拆磚機(jī)的性能特點(diǎn)

圖5 布魯克遙控拆磚機(jī)拆磚方向

為了克服用小挖拆磚作業(yè)的弊端，布魯克遙控液壓拆磚機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，相對(duì)于小型挖掘機(jī)拆磚，其主要的改進(jìn)和優(yōu)勢(shì)在于：

（1）電液驅(qū)動(dòng)，不用柴油機(jī)，低噪音，不冒煙；

（2）履帶行走，工作時(shí)支腿放下保持平衡，解決了小挖易在窯內(nèi)翻車(chē)死人的問(wèn)題；

（3）無(wú)線遙控操作，操作工不需坐在機(jī)器上，可以始終站在窯內(nèi)已經(jīng)清理干凈的安全地方操作機(jī)器；

（4）三大臂結(jié)構(gòu)，模擬人手，可以上打、下打、側(cè)打，不留死角；

（5）車(chē)小力大，液壓沖擊錘沖擊功達(dá)610焦耳以上，而且可以連續(xù)調(diào)整，快速拆窯皮又不會(huì)損傷筒體；

(6)使用成本很低，投資回報(bào)快。

5 遙控拆磚機(jī)在中國(guó)水泥工業(yè)的應(yīng)用

1993年第一臺(tái)布魯克（Brokk）遙控拆磚機(jī)進(jìn)入中國(guó)水泥行業(yè)，用于回磚窯的維修，那時(shí)的機(jī)器還是老舊的有線遙控形式。后來(lái)國(guó)內(nèi)有代表性的冀東水泥、海螺、華潤(rùn)、華新、亞?wèn)|、巨龍、小野田、中聯(lián)水泥等分別引進(jìn)這種專(zhuān)業(yè)的拆磚機(jī)，為提高回轉(zhuǎn)窯利用率和安全生產(chǎn)打下了良好基礎(chǔ)，見(jiàn)圖6。在水泥廠的應(yīng)用主要包括：回轉(zhuǎn)窯打結(jié)圈、窯皮、拆磚，打窯頭澆筑料，修理預(yù)熱塔和冷卻機(jī)，處理結(jié)圈雪人。

圖6 布魯克遙控拆磚機(jī)

據(jù)統(tǒng)計(jì)，至今我國(guó)已經(jīng)有五十多個(gè)水泥企業(yè)和爐窯公司使用遙控拆磚機(jī)，從未出現(xiàn)安全事故，為企業(yè)創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

最近十年以來(lái)，遙控拆磚機(jī)也被國(guó)外先進(jìn)水泥企業(yè)用于篦冷機(jī)和預(yù)熱塔的維修，杜絕了在預(yù)熱塔維修過(guò)程中的人員傷亡，同時(shí)提高了生產(chǎn)效率。比如Brokk50拆磚機(jī)的機(jī)重只有470kg，在分解爐內(nèi)襯的拆除中，巧妙的代替了人工作業(yè)，降低了企業(yè)成本，見(jiàn)圖7。

圖7 布魯克遙控拆磚機(jī)維修分解爐方案示意圖

6 結(jié)語(yǔ)

（1）柴油機(jī)在高溫高粉塵的回轉(zhuǎn)窯內(nèi)作業(yè)，故障頻繁，使用成本很高。遙控拆磚機(jī)采用電動(dòng)液壓驅(qū)動(dòng)，克服了柴油機(jī)的缺點(diǎn)。

（2）遙控拆磚機(jī)的作業(yè)安全性好，回轉(zhuǎn)窯的維修工況惡劣復(fù)雜，危險(xiǎn)程度高。幾年來(lái)，有些小爐窯公司使用小挖在回轉(zhuǎn)窯維修過(guò)程中引起人身傷亡事故的新聞屢有報(bào)道，國(guó)外已經(jīng)走過(guò)的彎路，國(guó)內(nèi)公司不應(yīng)以生命的代價(jià)去重復(fù)。在安全生產(chǎn)日益受到重視的情況下，遙控拆磚機(jī)的使用會(huì)越來(lái)越普遍，

（3）布魯克遙控拆磚機(jī)的工作效率高，施工質(zhì)量好，最近幾年，國(guó)內(nèi)成立的水泥維修爐窯公司越來(lái)越多，競(jìng)爭(zhēng)也越來(lái)越激烈。業(yè)主對(duì)工期的要求、對(duì)施工質(zhì)量的要求也越來(lái)越嚴(yán)格，工欲善其事，必先利其器，布魯克遙控拆磚機(jī)是一個(gè)極好的利器。