江蘇省建材行業(yè)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《水泥工業(yè)用回轉(zhuǎn)窯》解讀

賁道春，張亞華，董超，李曉平，施鵬宇

（1.江蘇鵬飛集團(tuán)股份有限公司，江蘇 海安 226623；2.江蘇鑒華質(zhì)量技術(shù)服務(wù)有限公司，江蘇 蘇州 215000；3.江蘇科泰檢測技術(shù)有限公司，江蘇 蘇州 215000）

0 引言

中國是水泥工業(yè)用回轉(zhuǎn)窯制造和使用最多的國家。江蘇省水泥工業(yè)用回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)銷量在全國名列前茅，在全球市場占有率較高。隨著建材工業(yè)的革新發(fā)展和檢測手段的不斷完善，客戶對高質(zhì)量產(chǎn)品的需求不斷提升，迫切需要有更先進(jìn)的規(guī)范性文件指導(dǎo)水泥工業(yè)用回轉(zhuǎn)窯的設(shè)計、制造、安裝和檢驗。對于打造行業(yè)精品，具有十分重要的意義。

1 基本要求和整機(jī)要求的全面性

從安裝維護(hù)、環(huán)保、長期穩(wěn)定運(yùn)行角度出發(fā)，江蘇省團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)T/JSJCXH 1—2021《水泥工業(yè)用回轉(zhuǎn)窯》[1]（以下簡稱“團(tuán)標(biāo)”）基本要求和整機(jī)要求得到更全面具體反映。眾多基本要求由原來依靠設(shè)計保證變成標(biāo)準(zhǔn)條款約束。

在國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 32994—2016《水泥工業(yè)回轉(zhuǎn)窯》（以下簡稱“國標(biāo)”）基礎(chǔ)上增加的基本要求和整機(jī)要求有：大規(guī)格螺栓應(yīng)配置專用扳手；大齒圈應(yīng)配置安裝用調(diào)整工具；出廠段節(jié)宜配置對接調(diào)整工具；噪聲控制設(shè)計應(yīng)符合GB/T 50087的規(guī)定；液壓系統(tǒng)及其元件應(yīng)符合GB/T 3766的規(guī)定；液壓元件應(yīng)符合GB/T 7935的規(guī)定；氣動系統(tǒng)及其元件應(yīng)符合GB/T 7932的規(guī)定；寒冷地區(qū)使用的液壓系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置保溫加熱裝置；寒冷地區(qū)使用的齒輪潤滑油池和托輪軸承組潤滑油池應(yīng)設(shè)置電加熱器；寒冷地區(qū)使用的水冷卻系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置防凍裂用排水閥門；室外使用的回轉(zhuǎn)窯齒輪傳動裝置宜設(shè)置防止雨水進(jìn)入齒輪潤滑油池的裝置；大齒圈和小齒輪變位系數(shù)分配宜滿足齒輪副滑動率差小于1‰；托輪表面和擋輪表面應(yīng)設(shè)置潤滑裝置；輪帶和墊板接觸面宜設(shè)置潤滑裝置；托輪軸承座和擋輪液壓油缸與筒體之間應(yīng)設(shè)置隔熱裝置。

基本要求融入了傳動齒輪滑動率差趨近于零[2]的先進(jìn)的設(shè)計理念。先以“滑動率差小于1‰”引導(dǎo)設(shè)計理念，以便將來往更好的方向（如滑動率差小于萬分之一）發(fā)展。

2 材料選擇要求先進(jìn)性和合理性

2.1 筒體材料

回轉(zhuǎn)窯筒體是回轉(zhuǎn)窯關(guān)鍵件，長期以來，筒體材料一般選擇碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235B或質(zhì)量等級較高的Q235C。

由于使用材料含較高有害化學(xué)成分導(dǎo)致回轉(zhuǎn)窯筒體碎裂和嚴(yán)重腐蝕的情況屢見不鮮[3]。因此團(tuán)標(biāo)起草中注重使用過程中的突發(fā)性事故原因，根據(jù)回轉(zhuǎn)窯的支承點(diǎn)數(shù)量、筒體公稱內(nèi)徑、經(jīng)濟(jì)性和合理性等確定筒體材料牌號。規(guī)定為：公稱內(nèi)徑不大于φ4 m的三檔回轉(zhuǎn)窯筒體使用的材料機(jī)械性能應(yīng)不低于Q235B；公稱內(nèi)徑不大于φ4 m的兩檔回轉(zhuǎn)窯和公稱內(nèi)徑大于φ4 m的三檔回轉(zhuǎn)窯筒體使用的材料機(jī)械性能應(yīng)不低于Q235C；公稱內(nèi)徑大于φ4 m的兩檔回轉(zhuǎn)窯筒體使用的材料機(jī)械性能應(yīng)不低于Q245R或的Q355D；窯頭端小段節(jié)材料的機(jī)械性能宜不低于06Cr18Ni11Ti。

2.2 關(guān)鍵軸材料

長期以來規(guī)定回轉(zhuǎn)窯關(guān)鍵軸（托輪軸、材料軸、擋輪軸）材料不低于優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼45鋼的規(guī)定?；剞D(zhuǎn)窯重要軸類零件由于機(jī)械性能原因斷裂的問題時常發(fā)生。

40Cr鋼淬透性和調(diào)質(zhì)處理后的綜合力學(xué)性能優(yōu)于45鋼，團(tuán)標(biāo)起草中顧及關(guān)鍵軸的經(jīng)濟(jì)性和合理性，從實(shí)際出發(fā)規(guī)定關(guān)鍵軸材料為40Cr。

2.3 擋輪材料

長期以來規(guī)定擋輪材料使用性能不低于ZG35Cr1Mo。鑒于擋輪的重要性，團(tuán)標(biāo)規(guī)定擋輪材料的機(jī)械性能應(yīng)不低于ZG42Cr1Mo。

2.4 耐熱鋼件材料

國標(biāo)對耐熱鋼件沒有做任何規(guī)定。團(tuán)標(biāo)明確規(guī)定：①窯頭護(hù)板材料的機(jī)械性能應(yīng)不低于ZG40Cr25Ni20Si2；②尾護(hù)板和鑄造回料勺材料的機(jī)械性能應(yīng)不低于ZG35Cr24Ni7Si2；③焊接回料勺材料的機(jī)械性能應(yīng)不低于06Cr18Ni11Ti。

2.5 軸瓦材料

國標(biāo)對軸瓦規(guī)定“鋅合金可采用尚未錄入該標(biāo)準(zhǔn)由ZA27衍生的新品種ZA303”。但ZA303材料暫沒有公開的規(guī)范性引用文件指導(dǎo)制造和檢驗，因此標(biāo)準(zhǔn)起草組通過調(diào)研和研究規(guī)定了ZA303材料的化學(xué)成分和力學(xué)性能要求，能夠指導(dǎo)制造和質(zhì)量控制。

3 質(zhì)量控制的經(jīng)濟(jì)性和可靠性

3.1 段節(jié)焊縫區(qū)域的表面形狀

國標(biāo)規(guī)定段節(jié)縱向焊縫區(qū)域和環(huán)形焊縫區(qū)域表面形狀內(nèi)外均需控制。由于鋼板厚度公差帶較寬，差異有可能達(dá)到幾毫米。如厚度100 mm的鋼板允許上偏差為+3 mm，下偏差為-1.5 mm，差異達(dá)到4.5 mm。因此同時控制焊縫區(qū)域內(nèi)外表面形狀不合理。

回轉(zhuǎn)窯筒體內(nèi)表面形狀影響內(nèi)襯砌筑質(zhì)量，影響筒體的母線直線度，因此控制筒體內(nèi)表面形狀能保證筒體質(zhì)量。團(tuán)標(biāo)規(guī)定只需控制段節(jié)焊縫區(qū)域內(nèi)表面形狀，具有科學(xué)合理性。

3.2 接縫處的周長差

國標(biāo)規(guī)定“出廠兩相鄰大段節(jié)在接縫處的周長差應(yīng)不大于0.15%的筒體內(nèi)徑，且不超過6.0mm”，如φ5 m的回轉(zhuǎn)窯允許接縫處的周長差為7.5 mm。如此大的周長差必然影響兩相鄰大段節(jié)的對接質(zhì)量。而團(tuán)標(biāo)允許小規(guī)格回轉(zhuǎn)窯接縫處的周長差為3.1 mm，大于6 m的回轉(zhuǎn)窯接縫處的周長差只允許4.0 mm，從而能夠間接保證大筒體的對接質(zhì)量。

3.3 出廠段節(jié)任意橫截面上內(nèi)徑差

國標(biāo)規(guī)定筒體小段節(jié)同一橫截面上的最大直徑與最小直徑之差應(yīng)符合“安裝輪帶或大齒圈處同一筒體小段節(jié)不應(yīng)大于筒體公稱內(nèi)徑的0.15%”和“其余同一小段節(jié)不應(yīng)大于筒體公稱內(nèi)徑的0.20%”要求。

任意橫截面上內(nèi)徑差代表了段節(jié)內(nèi)徑制造質(zhì)量的穩(wěn)定性和互換性。因而團(tuán)標(biāo)規(guī)定出廠段節(jié)任意橫截面上內(nèi)徑差應(yīng)符合如下要求：①安裝輪帶和大齒圈處段節(jié)截面內(nèi)徑差不大于筒體公稱內(nèi)徑的0.10%；②其他段節(jié)內(nèi)徑差不大于筒體公稱內(nèi)徑的0.15%。

3.4 出廠段節(jié)端面偏差

國標(biāo)規(guī)定筒體出廠段節(jié)兩端的端面偏差f應(yīng)不大于1.0 mm，目的是保證大筒體對接質(zhì)量。而對于出廠段節(jié)端面偏差影響現(xiàn)場對接的質(zhì)量參數(shù)不止于國標(biāo)規(guī)定的兩種情況。因此團(tuán)標(biāo)將出廠段節(jié)兩端的端面偏差范圍擴(kuò)展到整個出廠段節(jié)兩端的端面。

3.5 出廠段節(jié)的長度偏差

國標(biāo)規(guī)定出廠大段節(jié)的長度偏差為該段節(jié)長度的±0.025%。出廠大段節(jié)的長度偏差能保證現(xiàn)場安裝效果，因此團(tuán)標(biāo)規(guī)定允許在保證輪帶在筒體上安裝位置不變的前提下進(jìn)行出廠段節(jié)長度的修正，從而增加了現(xiàn)場安裝效果質(zhì)量控制的靈活性。

3.6 墊板緊密貼合

國標(biāo)規(guī)定墊板與筒體焊接前應(yīng)緊密貼合，但沒有量化緊密貼合的指標(biāo)，缺少質(zhì)量控制依據(jù)。而團(tuán)標(biāo)明確規(guī)定墊板與段節(jié)焊接前貼合間隙不大于0.5 mm。

3.7 人孔門等開孔

國標(biāo)規(guī)定筒體的人孔門未規(guī)定棱角倒圓尺寸、拋光、著色探傷和磁粉探傷要求。

參照國外回轉(zhuǎn)窯知名企業(yè)的經(jīng)驗，團(tuán)標(biāo)增加規(guī)定“邊緣拋光至平滑過渡，周邊倒圓半徑為（4±1）mm”和“人孔邊緣表面探傷質(zhì)量等級達(dá)到GB/T 9443—2019表3中SP2級或表4中LP2級/AP2級，或達(dá)到GB/T 9444—2019表1中的SM2級”的規(guī)定。

3.8 大齒圈探傷

國標(biāo)規(guī)定大齒圈粗加工后，齒面至向內(nèi)60 mm范圍內(nèi)和重點(diǎn)受力區(qū)域應(yīng)進(jìn)行超聲檢測，其目的是控制輪齒區(qū)域的缺陷。

鑒于較大模數(shù)的全齒深超過60 mm和容易影響使用的區(qū)域缺陷，團(tuán)標(biāo)規(guī)定“齒頂向內(nèi)3 mn（mn為法向模數(shù)）深度范圍內(nèi)、哈夫面和彈簧板聯(lián)接凸臺超聲檢測”和“齒面、彈簧板聯(lián)接凸臺平面及凸臺R區(qū)表面探傷”。

3.9 大齒輪變形或齒形同軸度

國標(biāo)未規(guī)定大齒圈的變形控制要求和小齒輪同軸度的要求。變形控制要求和小齒輪同軸度是回轉(zhuǎn)窯傳動控制的關(guān)鍵。GB/T 50561和JCJ/T 3—2017均規(guī)定了大齒圈的徑向跳動允許值，但是如果大齒圈的制造達(dá)不到要求，徑向跳動安裝調(diào)整將無濟(jì)于事。

團(tuán)標(biāo)規(guī)定大齒圈同一端面任意處齒根圓直徑差應(yīng)不大于0.05 mn（mn為法向模數(shù)）；規(guī)定小齒輪端面處齒根圓對內(nèi)孔中心點(diǎn)的同心度應(yīng)不大于0.003 mn（mn為法向模數(shù)），直接控制了制造質(zhì)量。

3.10 齒輪控制參數(shù)

國標(biāo)對于開式齒輪齒厚偏差和公法線長度偏差沒有規(guī)定。團(tuán)標(biāo)規(guī)定了齒厚偏差Esn或齒輪公法線長度偏差Ebn設(shè)計方法，目的是統(tǒng)一設(shè)計規(guī)范。

團(tuán)標(biāo)推薦大齒圈和小齒輪的控制項目為公法線長度變動公差Fw、單個齒距偏差±fpt和螺旋線總偏差Fβ。推薦控制項目既考慮了控制齒輪運(yùn)行的精確性、平穩(wěn)性、載荷分布的均勻性，又考慮了項目檢測方便可行。

3.11 硬度要求

為了有效保證小齒輪齒面硬度，團(tuán)標(biāo)規(guī)定“小齒輪應(yīng)在齒槽齒面粗加工余量不大于5 mm的前提下進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理”。輪帶和托輪工作面的硬度要求較國標(biāo)提高10 HB。

3.12 輪帶擋輪接觸錐面母線的直線度

國標(biāo)對輪帶和擋輪接觸面的母線的直線度沒有規(guī)定，其直線度影響使用中的接觸效果。團(tuán)標(biāo)明確規(guī)定了“錐面母線的直線度不大于0.05 mm”。

3.13 主要鑄鋼件缺陷

輪帶、托輪、擋輪和大齒圈的缺陷界定、限制和處理至關(guān)重要。國標(biāo)允許對工作面的缺陷進(jìn)行補(bǔ)焊，但工作面的缺陷補(bǔ)焊對使用的影響特別大。

鑒于部分鑄造企業(yè)水平有了提高，能夠保證工作面不存在需要補(bǔ)焊的缺陷，故團(tuán)標(biāo)對不需補(bǔ)焊的缺陷規(guī)定“工作面的缺陷不允許補(bǔ)焊”，對需補(bǔ)焊的缺陷規(guī)定“缺陷不允許存在于工作面”。并且對主要鑄鋼件不需補(bǔ)焊的缺陷的總數(shù)量和分布根據(jù)零件大小進(jìn)行了限制。

4 其他規(guī)定

4.1 安裝要求

團(tuán)標(biāo)規(guī)定“輪帶在筒體上的安裝位置應(yīng)考慮窯體的竄動和熱工工況，達(dá)到竄動行程中托輪工作面全長范圍內(nèi)與輪帶工作面接觸?！保瑥陌惭b的最終使用效果為目的提出了接地氣的要求。

國標(biāo)對大小齒輪安裝的冷態(tài)最嚙合關(guān)系沒有具體規(guī)定，其引用標(biāo)準(zhǔn)GB/T 50561規(guī)定大齒圈與小齒輪的齒頂間隙為[0.25 mn+(2.0～3.0)]，JCJ/T 3—2017也有同樣規(guī)定。但是由于齒厚極限偏差選擇多樣性、滾切刀具尺寸偏差、不同的加工工藝、齒頂圓圓度、齒頂圓直徑及其公差選擇多樣性、兩頂隙(c1和c2)較大的差異等原因?qū)е孪嚓P(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的頂隙規(guī)范不合理和不實(shí)用[4]。團(tuán)標(biāo)規(guī)定“大小齒輪冷態(tài)最小處側(cè)隙宜為（0.06～0.07）mn（mn為法向模數(shù)）”，直接控制側(cè)隙嚙合參數(shù)。

4.2 智能化要求

團(tuán)標(biāo)融入更多更先進(jìn)的電氣控制與智能化要求，體現(xiàn)了先進(jìn)的智能要求。如規(guī)定“數(shù)據(jù)通訊應(yīng)采用工業(yè)現(xiàn)場總線，通信網(wǎng)絡(luò)安裝應(yīng)符合GB/T 26336的規(guī)定”“電氣控制設(shè)備應(yīng)設(shè)置集中控制通信接口”“過程控制數(shù)據(jù)通信接口應(yīng)采用滿足數(shù)據(jù)交互通訊要求的通用接口”“重要過程控制參數(shù)的采集率達(dá)到100%”“獲取、存儲、傳輸、分析和處理重要過程控制參數(shù)”“識別和顯示故障狀況及環(huán)保指標(biāo)”“調(diào)節(jié)和優(yōu)化工藝運(yùn)行參數(shù)”等。

4.3 新的試驗方法

團(tuán)標(biāo)中新的試驗方法主要為：出廠段節(jié)端面偏差的檢測、球面瓦球心位置度檢測、齒輪滑動率差的測算、墊板外徑的測量、托輪軸承座中心高的測量。這些測量方法解決了長期以來部分企業(yè)測量方法不合理、不科學(xué)和不準(zhǔn)確的問題。

4.4 出廠檢驗質(zhì)量分類

團(tuán)標(biāo)在國標(biāo)出廠檢驗質(zhì)量分類的基礎(chǔ)上一般項有原來的13項增加到37項，增加近兩倍。其目的是注重更多的細(xì)節(jié)，打造完美產(chǎn)品。

4.5 貯存

團(tuán)標(biāo)在貯存規(guī)定中更注重防止重要零部件的損壞，規(guī)定了“長期存放的輪帶、托輪、擋輪、齒輪、托輪軸和大底座的托輪軸承座等重要零件安裝面、工作面、裝配接觸面應(yīng)定期涂抹防銹油”“長期存放的零部件、軸承裝置、油站、電氣控制裝置、電氣元器件和儀表應(yīng)采取防潮和防雨措施”。

5 結(jié)語

針對金屬材料的技術(shù)進(jìn)步，加工質(zhì)量的提高，用戶需求的提高，基于已經(jīng)實(shí)施多年的國標(biāo)起草了江蘇省團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)。在國標(biāo)基礎(chǔ)上突出質(zhì)量控制重點(diǎn)和細(xì)節(jié)，融入更多能體現(xiàn)目前水泥工業(yè)回轉(zhuǎn)窯技術(shù)水平的要求和試驗方法，形成了一部具有地方特色的能夠引領(lǐng)目前國內(nèi)先進(jìn)水平和發(fā)展方向的指導(dǎo)性文件。團(tuán)標(biāo)的發(fā)布和實(shí)施將有助于我國回轉(zhuǎn)窯的制造質(zhì)量躍上一個新臺階。