Φ4×80 m回轉(zhuǎn)窯技術(shù)改造

苑明華，譚長明，趙玉會，錢旺龍

(南京西普水泥工程集團有限公司，南京 211100)

我司承接了一條700t/d干法中空窯生產(chǎn)線技術(shù)改造工程，要求利用原回轉(zhuǎn)窯土建基礎(chǔ)，改造后能達到日產(chǎn)3300t熟料新型干法水泥生產(chǎn)線。

原回轉(zhuǎn)窯規(guī)格為Φ4×80m，斜度為3.5%[1]，4檔支承，回轉(zhuǎn)窯調(diào)速范圍在0.5～1.66r/min，齒輪模數(shù)36，齒輪齒數(shù)178/21，額定功率160kW。跨距分布分別為5m，18.5m，23.5m，22.5m，10.5m。傳動位于第Ⅲ檔窯墩上(從窯頭向窯尾數(shù)，下同)，布置于第Ⅲ檔與第Ⅳ檔之間，距離第Ⅲ檔輪帶3.5m。輪帶外徑均為Φ4.84m，托輪直徑均為Φ1.4m。窯頭冷卻機采用單筒冷卻。

1 改造分析

目前國內(nèi)外新型干法回轉(zhuǎn)窯設(shè)置了旋風(fēng)預(yù)熱器帶分解爐，因此新型干法回轉(zhuǎn)窯長徑比在11～15之間，日產(chǎn)3 300 t熟料新型干法水泥生產(chǎn)線的回轉(zhuǎn)窯直徑可以定在4.3 m[2]。由于窯長度得到縮短，采用三檔支承即可滿足回轉(zhuǎn)窯的支承，因此需要利用原有的三個檔的支承進行設(shè)計、改造。

1.1 利用原第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ檔基礎(chǔ)方案

如果利用第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ檔基礎(chǔ)，會遇到一個明顯的問題需要解決。由于原有回轉(zhuǎn)窯傳動布置位于第Ⅲ檔與第Ⅳ檔之間，并且布置在Ⅲ檔窯墩上，假如傳動位置不變，那么便會出現(xiàn)傳動位置位于窯尾懸臂段。Φ4.3 m回轉(zhuǎn)窯窯尾懸臂長一般設(shè)計長度在10～12 m之間，會出現(xiàn)懸臂擺動幅度較大，不利于傳動的嚙合，嚴重影響回轉(zhuǎn)窯傳動效率，因此需要更改到第Ⅱ檔與第Ⅲ檔之間。在傳動位置放置的調(diào)整中，有兩種方法可以進行。

1)方案一：延長第Ⅱ到第Ⅲ檔跨距，并放置傳動裝置

第Ⅱ到第Ⅲ檔跨距增加3.5 m，即新的窯跨距分布分別改為6 m，18.5 m，27 m，11.5 m。窯的總長為63 m，長徑比為14.65。如此分布，新的第Ⅲ檔支承裝置放置在原傳動位置，支承裝置底座的螺栓孔需進行合理分布，可以有效躲避下部土建支腿，均可以打出穿孔，采用雙頭螺柱方案進行固定。新的傳動裝置放置在了原第Ⅲ檔支承裝置位置，小齒輪底座可以有效利用原支承裝置的地腳螺栓，達到固定的作用。由于減速器底座以及電動機底座的地腳螺栓小而密，不便于采用雙頭螺柱的方案，因此主減速器與小齒輪之間采用膜片聯(lián)軸器，可以有效將減速器與小齒輪底座的之間位置完全避開，這樣減速器和電動機的傳動基礎(chǔ)便伸出了原有窯墩，需要進行有效的加固和新建。減速器和電動機的基礎(chǔ)較小，新增的土建量不大。

該方案的優(yōu)點是窯長達到了63 m，長徑比為14.65，有利于燒成系統(tǒng)的操作和提產(chǎn)，并且土建的新增量比較少，原有的第Ⅳ檔窯墩可以不用拆除，直接在其周圍施工新建塔架，初期投資比較低。

該方案的缺點是第Ⅱ檔到第Ⅲ檔的窯跨距達到了27 m，該跨距內(nèi)的筒體鋼板必須進行加厚，以降低筒體應(yīng)力；并且該方案中第Ⅱ檔和第Ⅲ檔的支承載荷較大，而第Ⅰ檔則比較小[3]，使用的托輪支承組規(guī)格差異偏大，不利于備品備件規(guī)格的統(tǒng)一管理。

2)方案二：采用原有跨距，并放置傳動裝置

繼續(xù)采用原有跨距，即新的窯跨距分布分別為6 m，18.5 m，23.5 m，12 m。窯的總長為60 m，長徑比為13.95。如此分布，支承裝置依然布置在原支承裝置的位置，可以有效利用原有的8顆地腳螺栓，而新的傳動裝置，包括小齒輪底座在內(nèi)全部在原窯墩之外，需要進行新建。

該方案的優(yōu)點是窯的受力分布比較好，筒體鋼板可以做到比較薄，支承裝置也可以減小，總體來說設(shè)備重量最輕。

該方案的缺點是，窯尾預(yù)熱器塔架位置與第Ⅲ檔窯墩距離過近，塔架的土建設(shè)計和施工均不方便，會增加土建的施工成本，并且傳動位置基礎(chǔ)全部需要新建，土建投資較高。

1.2 利用原第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ檔基礎(chǔ)方案

如果利用原第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ檔基礎(chǔ)，那么遇到的問題則又有所不同。由于廢棄原第Ⅰ檔基礎(chǔ)，此處需布置安裝冷卻機，因此需要拆除到0平面。該方法可以形成一個新的方案。

1)方案三：拆除Ⅰ檔基礎(chǔ)

利用原第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ檔基礎(chǔ)，那么新窯的跨距分布可以分別改為6.5 m，23.5 m，22.5 m，10.5 m，窯的總長為63 m，長徑比為14.65。傳動基礎(chǔ)可以放置在原第Ⅲ檔與第Ⅳ檔之間，靠近第Ⅳ檔布置，由于原第Ⅳ檔窯墩較小，因此傳動基礎(chǔ)位置需要進行重新設(shè)計增加。

燒成帶筒體橫截面上的彎曲應(yīng)力公式為[4]

(1)

式中,σ為彎曲應(yīng)力；M為彎矩；KS為焊縫強度系數(shù)；KT為鋼板溫度系數(shù)，取值見表1；W為筒體截面模數(shù)；[σ]為許用彎曲應(yīng)力。

表1 鋼板的溫度系數(shù)KT

由公式(1)可以看到，筒體橫截面上的彎曲應(yīng)力與鋼板的溫度系數(shù)KT成反比；在計算中，有襯砌回轉(zhuǎn)窯的許用彎曲應(yīng)力[σ]=20 MPa，允許個別點[σ]=20～25 MPa。因此溫度越高，計算彎曲應(yīng)力越大，對筒體越不利。在實際計算中取筒體表面溫度為400 ℃，燒成帶鋼板厚度32 mm，計算出彎曲應(yīng)力為23 MPa；如果取燒成帶鋼板厚度為36 mm，計算出彎曲應(yīng)力為20 MPa。由于該位置位于燒成帶位置，為了回轉(zhuǎn)窯運轉(zhuǎn)的安全考慮，需要取鋼板厚度為36 mm。

該方案的優(yōu)點是冷卻機的布置空間較大，有利于冷卻機減少寬度，提高冷卻效率；窯尾塔架不用考慮回轉(zhuǎn)窯窯墩的影響，土建設(shè)計難度較小。

該方案的缺點是燒成帶鋼板厚度較厚，會造成設(shè)備重量大幅度增加；由于傳動基礎(chǔ)需要新建，Ⅰ檔窯墩需要拆除，因此土建施工費用較高。

2 結(jié) 語

由于方案三的土建費用較高，并且設(shè)備重量也較高，不利于降低投資費用，并且回轉(zhuǎn)窯的鋼板厚度較厚位置在燒成帶，不利于長期運行，因此方案三首先放棄。

方案二中，雖然設(shè)備的受力狀況最佳，設(shè)備重量最輕，對設(shè)備設(shè)計來說是最佳的，但是該方案存在窯尾預(yù)熱器塔架位置與第Ⅲ檔窯墩距離過近的致命缺點，不利于窯尾塔架的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，也不利于降低土建費用。

雖然方案一也存在著第Ⅱ檔到第Ⅲ檔的跨距過大，需要對跨距內(nèi)的筒體鋼板進行加厚的問題，但相較方案三，方案一的筒體加厚位置在分解帶，筒體溫度較低，筒體橫截面上的彎曲應(yīng)力受溫度影響較小，可以節(jié)省部分設(shè)備重量，并且方案一的土建施工費用最低。

綜合考慮三個方案的投資、設(shè)備受力、設(shè)備重量等各方面因素，我們最終選擇了方案一進行設(shè)計，目前項目正在緊張施工中。