萬噸級回轉(zhuǎn)窯的升級改造及設(shè)備維護

王科學(xué)，盧華武，王明乾，鄧榮娟

某公司萬噸水泥熟料生產(chǎn)線回轉(zhuǎn)窯設(shè)備自國外進口，回轉(zhuǎn)窯規(guī)格?6m×90m，窯頭筒體縮口為?5.8m，窯尾筒體擴口為?6.4m，回轉(zhuǎn)窯斜度4%，最大窯速3.6r/min，傳動裝置配套雙傳動雙液壓擋輪，主電機功率2×845kW。

在生產(chǎn)過程中，回轉(zhuǎn)窯中間檔基礎(chǔ)處有明顯振動，輪帶和托輪接觸表面存在波浪紋；窯速較高時，中間檔輪帶附近耐火磚易脫落，窯速受限，回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)量為10 000t/d時，窯速僅為3.2r/min左右；同時，回轉(zhuǎn)窯存在窯筒體鋼板明顯減薄變形，窯筒體偏擺量大，筒體中心線在中間檔處偏高，各檔輪帶滑移量不合理，傳動裝置大齒圈彈簧板多次斷裂，主減速機潤滑油溫度較高等問題。公司對該條萬噸水泥熟料生產(chǎn)線燒成系統(tǒng)進行改造后，對其回轉(zhuǎn)窯關(guān)鍵設(shè)備也進行了改造優(yōu)化，本文重點介紹回轉(zhuǎn)窯關(guān)鍵設(shè)備的改造優(yōu)化。

1 改造回轉(zhuǎn)窯筒體

1.1 更換中間檔部分窯筒體

回轉(zhuǎn)窯運行期間，中間檔窯墩處有明顯振動，輪帶和托輪、輪帶和擋輪的接觸表面均有波浪紋（如圖1所示），中間檔輪帶兩側(cè)的耐火磚也容易脫落，尤其是在窯速較高的情況下更易出現(xiàn)問題。分析可能是因為回轉(zhuǎn)窯運轉(zhuǎn)初期，窯中間檔處筒體溫度高，發(fā)生過多次掉磚、紅窯、輪帶和筒體抱死的事故，導(dǎo)致中間檔輪帶和輪帶下的窯筒體產(chǎn)生了損傷、變形，輪帶和筒體接觸不良，輪帶和托輪、輪帶和擋輪接觸轉(zhuǎn)動不平穩(wěn)。為此，改造時更換了中間檔輪帶下及兩側(cè)過渡帶的窯筒體，拆卸了中間檔輪帶，并將其內(nèi)外表面及錐面返廠加工平整，中間檔的擋輪表面也一并返廠加工，確保了中間檔各處接觸受力的平穩(wěn)。中間檔托輪暫不作處理，在后續(xù)生產(chǎn)中，將根據(jù)輪帶和托輪表面的實際接觸情況，考慮是否對其進行在線加工改造。

圖1 中間檔輪帶和托輪、輪帶和擋輪的接觸表面出現(xiàn)波浪紋

1.2 更換二檔輪帶部分鋼板減薄的窯筒體段節(jié)

根據(jù)現(xiàn)場最新的回轉(zhuǎn)窯在線檢測報告及窯筒體鋼板厚度檢測數(shù)據(jù)，二檔輪帶后至大齒圈間的窯筒體鋼板明顯減薄，最薄處減量8mm，減薄量達25%（原筒體鋼板厚度32mm），且出現(xiàn)了較大偏擺。分析原因，是因為窯筒體二檔輪帶和大齒圈之間處于回轉(zhuǎn)窯上過渡帶，此處沒有穩(wěn)定的窯皮保護，筒體溫度高、波動大，變形偏擺大，窯內(nèi)有害氣體元素易富集，導(dǎo)致窯筒體鋼板易被侵蝕磨損，筒體鋼板減薄變形嚴重。改造時，更換二檔輪帶前至大齒圈下筒體段節(jié)（共37m長），新舊鋼板的對接處錯開焊縫熱影響區(qū)100mm。

1.3 改造窯尾懸臂段筒體

為配合燒成系統(tǒng)預(yù)熱器的改造，使改造優(yōu)化后的預(yù)熱器系統(tǒng)布置更順暢，系統(tǒng)阻力進一步降低，需將窯尾懸臂段筒體截短2.7m，通過計算，確認了在窯尾懸臂段筒體截短前后，回轉(zhuǎn)窯設(shè)備的載荷受力均在許用值范圍內(nèi)。

更換窯筒體時，重新調(diào)整找正新更換筒體段節(jié)和各檔輪帶處回轉(zhuǎn)窯筒體的中心線，調(diào)整各檔托輪的位置和斜度，如圖2所示。更換筒體后，采用在線檢測的方法，檢測窯筒體中心線，使窯筒體中心線平直，各檔托輪與輪帶接觸良好，位置正確，受力均勻合理。

圖2 檢測窯筒體中心線

2 更換傳動裝置

該萬噸水泥熟料生產(chǎn)線燒成系統(tǒng)技改后，回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)量及窯速均有所增加，需整體更換回轉(zhuǎn)窯電機、減速機、傳動裝置，以滿足回轉(zhuǎn)窯運轉(zhuǎn)要求。改造時，將回轉(zhuǎn)窯主電機功率增至2×1 120kW，主減速機更換為扭力臂支撐的行星減速機，提高主減速機承載能力，降低速比，將回轉(zhuǎn)窯最高轉(zhuǎn)速提高至5r/min，配套更換聯(lián)軸器及輔助傳動裝置。

該生產(chǎn)線回轉(zhuǎn)窯的大小齒輪傳動裝置已運轉(zhuǎn)了十多年，齒面已出現(xiàn)了嚴重的磨損和點蝕，彈簧板也多次斷裂。此次改造中，對回轉(zhuǎn)窯大小齒輪進行了翻面使用，同時，對大小齒輪的安裝位置進行了調(diào)整找正，更換了小齒輪軸及彈簧板裝置。

不同于國內(nèi)常規(guī)回轉(zhuǎn)窯傳動裝置結(jié)構(gòu)，該回轉(zhuǎn)窯傳動裝置采用橋式彈簧板結(jié)構(gòu)連接（圖3），大齒圈和窯筒體之間的彈簧板兩側(cè)設(shè)置U型支座與筒體焊接連接。橋式彈簧板在大齒圈徑向側(cè)剛度較弱，大齒圈的徑向跳動值大。在安裝找正過程中，應(yīng)在大齒圈處整圈搭建腳手架，通過安裝工具調(diào)整、找正大齒圈的安裝位置后，將在地面預(yù)組裝的橋式彈簧板裝置與大齒圈連接。在安裝彈簧板時，通過調(diào)整墊片，使彈簧板位置處于水平狀態(tài)，將彈簧板U型支座與筒體焊接牢固；拆除一組彈簧板與大齒圈之間的墊片，使彈簧板凸向大齒圈方向，彈簧板處于預(yù)張緊狀態(tài)，用于補償熱態(tài)運轉(zhuǎn)時，窯筒體和U型支座的熱膨脹偏差；使用扭矩扳手緊固大齒圈和彈簧板間的連接螺栓，復(fù)核大齒圈的端面跳動和徑向跳動數(shù)值，如有需要，可進行微調(diào)；移除大齒圈安裝工具，安裝大齒圈和窯筒體間的隔熱罩。

圖3 橋式彈簧板結(jié)構(gòu)大齒圈

大齒圈安裝到位后，根據(jù)大齒圈的安裝位置，調(diào)整找正小齒輪的安裝位置。由于回轉(zhuǎn)窯設(shè)備長期運轉(zhuǎn)后，托輪、輪帶、墊板各接觸面均有磨損，窯中心線整體有所降低，大齒圈的中心位置也隨之降低，導(dǎo)致大小齒輪之間的齒頂間隙減小。在調(diào)整找正小齒輪安裝位置時，小齒輪裝置應(yīng)整體外移，留出合理的大小齒輪之間的齒頂間隙，確保大小齒輪之間有合理的齒面接觸面積?，F(xiàn)場小齒輪裝置是襯瓦支撐結(jié)構(gòu)，通過球面瓦循環(huán)水進行冷卻，小齒輪裝置調(diào)整找正時，應(yīng)兼顧小齒輪軸與襯瓦的接觸狀態(tài)，保證其接觸位置合理。

現(xiàn)場主減速機通過扭力臂連接固定（見圖4），輔傳裝置固定在主減速機上，小齒輪裝置整體外移后，電機減速機的安裝位置也應(yīng)隨之向外側(cè)調(diào)整，以確保傳動裝置連接位置準(zhǔn)確，設(shè)備運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。改造后，更換了主減速機稀油站，使之由不帶油箱布置在主減速機旁，改為在地面獨立配置，且潤滑油泵為“一用一備”，加大了稀油站冷卻面積，提高了其對主減速機潤滑油的冷卻能力和系統(tǒng)的可靠性。

圖4 傳動裝置扭力臂支撐結(jié)構(gòu)

3 更換窯尾密封裝置及窯尾護板

燒成系統(tǒng)改造后，窯尾煙室擴口加大，通風(fēng)截面積增大，窯內(nèi)通風(fēng)改善，煙室系統(tǒng)阻力降低。隨著窯尾煙室結(jié)構(gòu)尺寸的加大，與煙室連接配套的窯尾密封裝置需相應(yīng)加大結(jié)構(gòu)尺寸，窯尾護板內(nèi)徑也需相應(yīng)加大尺寸。

此處改造，對窯尾密封裝置和窯尾護板進行了整體更換優(yōu)化。改造后，窯尾密封裝置（圖5）采用氣缸壓緊摩擦片式結(jié)構(gòu)，選用高品質(zhì)耐高溫氣缸，氣缸外設(shè)置隔熱防塵罩，氣缸下半圈布置在煙室一側(cè)，以減少窯尾處高溫多塵、易漏料等工況對氣缸的影響。改造時，還加大了窯尾回料勺的容積、揚料板的數(shù)量及傾斜角度，使之回料能力提高，避免了窯尾漏料。此外，在窯尾密封裝置和煙室之間增加了柔性密封結(jié)構(gòu)，可以隨著窯尾密封裝置上下移動，以避免該處盤根（密封填料）磨損后出現(xiàn)間隙，易漏風(fēng)漏灰，更好地保證了密封效果。

圖5 窯尾密封裝置結(jié)構(gòu)

4 增加小窯門罩截面積并更換窯門結(jié)構(gòu)

隨著系統(tǒng)產(chǎn)量的增加，需增加小窯門罩的截面積，以減小二次風(fēng)速，避免窯頭“飛砂”問題。改造時，現(xiàn)場的小窯門罩靠噴煤管一側(cè)的端面，將整體外擴至土建梁附近，以增加小窯門罩和冷卻機接口的截面積，確保二次風(fēng)速符合要求。

現(xiàn)場小窯門罩的窯門是傳統(tǒng)帶軌道、滑軌對開式結(jié)構(gòu)，重量大，滾輪滑軌處易卡死，窯門開關(guān)不便，長期熱態(tài)使用后，易燒損變形，甚至出現(xiàn)窯門傾倒事故。窯門處的密封效果差，造成漏風(fēng)、漏灰，不僅影響燒成系統(tǒng)穩(wěn)定，增加熱耗，而且影響周邊環(huán)境。另外，窯門罩前端面平移外擴后，窯門將與土建平臺位置相干涉。

為解決上述問題，開發(fā)了一種新結(jié)構(gòu)的絞鏈旋轉(zhuǎn)打開式窯門，如圖6所示。該結(jié)構(gòu)的窯門兩側(cè)有固定銷軸，窯門插入到窯門罩的開孔內(nèi)，可以繞著銷軸旋轉(zhuǎn)打開。為避免窯門殼體變形，影響窯門開關(guān)，將插入到窯門罩開孔內(nèi)的窯門殼體設(shè)計成錐形結(jié)構(gòu)，留出合理的間隙值，避免了因殼體燒損變形而導(dǎo)致的卡碰問題。窯門殼體選用耐熱鋼板，且窯門四周有插槽式密封結(jié)構(gòu)。改造后，窯門處的密封效果大幅提高，總重約為原窯門總重的1/3，絞接式的連接結(jié)構(gòu)使窯門開關(guān)更加迅速，使用更加安全、可靠。

圖6 絞鏈旋轉(zhuǎn)打開式窯門結(jié)構(gòu)

5 配置托輪軸承組強制循環(huán)潤滑冷卻裝置

隨著回轉(zhuǎn)窯窯速的提高，托輪軸和軸瓦接觸摩擦加劇，托輪軸瓦發(fā)熱風(fēng)險上升。為了確保托輪軸承組的長期穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，改造時配置了托輪軸承組強制循環(huán)潤滑冷卻裝置，如圖7 所示。該裝置運行時，將軸承座內(nèi)的潤滑油泵出，進行循環(huán)、過濾、冷卻，然后將冷卻后的低溫潤滑油不斷注入軸承座內(nèi)，降低軸承座內(nèi)潤滑油和襯瓦的溫度。運用該裝置，軸承座內(nèi)軸瓦摩擦產(chǎn)生的熱量被不斷帶出，使軸承座內(nèi)的溫度達到動態(tài)平衡，以控制軸承座內(nèi)的油溫和瓦溫，保證托輪軸承組的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。

圖7 托輪軸承組強制循環(huán)潤滑冷卻裝置

該套潤滑冷卻系統(tǒng)布局緊湊、體積小、泵送能力強、系統(tǒng)流量大、冷卻面積大、冷卻效果好，雙筒過濾器可在線檢修更換。改造時，在現(xiàn)場12 個軸承座處預(yù)留潤滑油和循環(huán)冷卻水接口，在每個窯墩上布置1套潤滑冷卻裝置，當(dāng)某個軸承座軸瓦發(fā)熱時，將潤滑冷卻裝置移動到軸承座附近，通過軟管快速連接潤滑冷卻裝置，控制軸瓦溫度，確保托輪軸承組長期穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。

配置此強制循環(huán)潤滑冷卻裝置，僅起輔助冷卻作用。在實際生產(chǎn)中，當(dāng)軸瓦發(fā)熱時，應(yīng)先查找發(fā)熱原因，再采取調(diào)整托輪、減緩止推盤受力、更換被污染的潤滑油等措施，以上措施均無效時，再考慮使用潤滑冷卻裝置應(yīng)急降溫，維持設(shè)備運轉(zhuǎn)。由于此措施僅為應(yīng)急措施，不建議長期使用循環(huán)油泵，應(yīng)進一步查找發(fā)熱原因，通過調(diào)整托輪或刮瓦換瓦，從根本上解決軸瓦發(fā)熱問題。

6 增加輪帶下墊板自動噴射潤滑系統(tǒng)

回轉(zhuǎn)窯提產(chǎn)提速后，輪帶內(nèi)表面和輪帶下墊板之間的磨損也會加劇，輪帶和墊板之間的間隙會逐漸加大，滑移量增加，有可能會造成輪帶下筒體變形加大，輪帶和墊板接觸不良，磨損出溝槽，受力不均，進而造成輪帶下耐火磚承受筒體變形產(chǎn)生的機械應(yīng)力加大，易斷裂脫落；托輪和輪帶接觸不良，托輪受力變化可能會引起軸瓦發(fā)熱等問題，同時，各檔墊板磨損不均、受力不勻，也可能導(dǎo)致窯筒體中心線變化，引起窯體振動。

目前現(xiàn)場輪帶下墊板的潤滑普遍采用的是人工氣動泵、手動操作噴射潤滑的方式。由于輪帶和墊板之間的縫隙狹小，接觸面非常長，人工操作長達數(shù)米的噴槍，很難將墊板潤滑油有效噴射到輪帶和墊板的整個狹長接觸面內(nèi)部，不僅不能潤滑墊板表面、減緩磨損，而且還會造成墊板潤滑油的浪費和環(huán)境的污染。

針對這一問題，設(shè)計開發(fā)了輪帶下墊板自動噴射潤滑系統(tǒng)，如圖8 所示。改造時，提前在輪帶下安設(shè)潤滑油噴嘴及噴射系統(tǒng)，由PLC 程序控制，將墊板潤滑油從兩塊墊板間的空隙，精確均勻地自動噴射到輪帶和墊板內(nèi)部接觸面。通過高溫傳感器實時監(jiān)測回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速和墊板位置，精確控制噴射位置和噴油時間，當(dāng)窯體轉(zhuǎn)到墊板空隙位置時，開始噴射。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)遠程自動控制，做到定時定量噴射潤滑，性能可靠，潤滑充分；可有效減緩墊板磨損，改善輪帶和墊板的接觸及受力，延長墊板的使用壽命，合理控制輪帶和墊板的間隙，減少潤滑油的消耗，減輕工人的勞動強度；有利于實現(xiàn)回轉(zhuǎn)窯設(shè)備的精確、自動化控制，使回轉(zhuǎn)窯設(shè)備長期穩(wěn)定運行。

圖8 輪帶下墊板自動噴射潤滑系統(tǒng)

7 結(jié)語

該萬噸水泥生產(chǎn)線回轉(zhuǎn)窯關(guān)鍵設(shè)備改造后，轉(zhuǎn)速達4r/min，運行平穩(wěn)，無異響和振動。傳動裝置整體運行平穩(wěn)，窯尾密封裝置處無漏料現(xiàn)象，摩擦片貼合緊密，密封效果良好。窯頭二次風(fēng)風(fēng)速符合要求，無“飛砂”，絞鏈旋轉(zhuǎn)打開式窯門密封效果良好，窯門處無漏風(fēng)漏灰現(xiàn)象。輪帶下墊板自動噴射潤滑系統(tǒng)工作正常，可將潤滑油自動噴射至輪帶內(nèi)表面，有效保證了輪帶和墊板的潤滑效果。托輪軸承組強制潤滑冷卻裝置可應(yīng)急處置托輪軸承組的油溫瓦溫異常，確保回轉(zhuǎn)窯設(shè)備連續(xù)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。