關(guān)于回轉(zhuǎn)窯輪帶間隙測控及筒體溫度管控研究

周智勇

（安徽海螺集團(tuán)（安徽海螺川崎裝備制造有限公司），安徽 蕪湖 241000）

回轉(zhuǎn)窯是水泥熟料生產(chǎn)線系統(tǒng)核心熱工設(shè)備。由于回轉(zhuǎn)窯筒體經(jīng)常出現(xiàn)高溫，導(dǎo)致發(fā)生窯“縮頸”“紅窯”和“燒瓦”設(shè)備事故，分析事故與窯輪帶冷熱態(tài)間隙管控、工藝操作、熱工制度和設(shè)備管理關(guān)系很大，因此，研究回轉(zhuǎn)窯輪帶冷熱態(tài)間隙、窯筒體隔熱保溫、生產(chǎn)工藝和設(shè)備管理，避免設(shè)備事故發(fā)生，降低熟料綜合能耗和提高窯運(yùn)行周期尤為重要。

本文研究了“回轉(zhuǎn)窯輪帶與筒體滑移量、冷熱態(tài)間隙控制”“輪帶與筒體墊板調(diào)整”“窯筒體與墊板更換標(biāo)準(zhǔn)與方案”“窯筒體內(nèi)表面隔熱保溫措施”與“回轉(zhuǎn)窯中心線檢測與調(diào)整”等技術(shù)措施與方案，保障回轉(zhuǎn)窯安全穩(wěn)定高效運(yùn)行，具有一定指導(dǎo)意義。

1 回轉(zhuǎn)窯輪帶與筒體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 輪帶在窯筒體上的安裝方式

回轉(zhuǎn)窯一般由窯筒體、三檔輪帶及托輪支撐，采用電機(jī)驅(qū)動和減速機(jī)傳動熱工設(shè)備。筒體與輪帶采用活套式，減少了輪帶上的溫度應(yīng)力。當(dāng)窯運(yùn)轉(zhuǎn)時，墊板起到保護(hù)筒體的作用。為了保證輪帶與筒體的良好接觸，則輪帶的內(nèi)圓和墊板的外圓均需進(jìn)行機(jī)械加工。墊板與筒體的固定，采取在墊板一端連續(xù)焊接，其余部位點(diǎn)焊或間斷焊，如圖1所示。

圖1 活套式輪帶的墊板與擋板形式

1.2 輪帶與筒體墊板間隙的理論測算

設(shè)輪帶的設(shè)計(jì)內(nèi)徑為dr，筒體墊板外徑為Ds，則輪帶與筒體墊板的直徑方向間隙為：2δ1=dr-Ds（2δ1也稱冷態(tài)間隙）。在回轉(zhuǎn)窯工作時，由于溫度的影響，筒體和輪帶均要產(chǎn)生徑向膨脹，且筒體膨脹量窯大于輪帶膨脹量，兩者膨脹量差為：

式中，λ為鋼的線膨脹系數(shù)，λ=12×10-61/℃； Ts為筒體墊板外徑處的溫度，℃；Tro為輪帶的平均溫度，℃；T1為安裝時的環(huán)境溫度，℃。

窯工作狀態(tài)下（即熱態(tài)下），輪帶內(nèi)圓與筒體墊板外圓在直徑方向上的實(shí)際間隙為：

設(shè)計(jì)時，在理想狀態(tài)下，應(yīng)有Δ熱=2δ1-2δ2=0，即δ1=δ2?？紤]安裝方便和窯內(nèi)熱工制度，要求熱態(tài)下留有2～3mm間隙。即：實(shí)際設(shè)計(jì)時，應(yīng)保證：Δ熱=2δ1-2δ2=（2-3）mm，即2δ1=2δ2+（2-3）mm。

設(shè)計(jì)院在冷態(tài)下設(shè)計(jì)預(yù)留間隙為8mm，考慮熱態(tài)間隙2～3mm，一般設(shè)計(jì)日產(chǎn)5000t/d回轉(zhuǎn)窯Ⅰ擋、Ⅱ擋、Ⅲ擋輪帶冷態(tài)間隙分別為12mm、12mm和10mm。

在窯的運(yùn)行中，可采用實(shí)測法精準(zhǔn)測定輪帶間隙的大小：用一個簡單的測量輪帶間隙的裝置。它由兩個磁鐵組成，一個磁鐵固定在筒體上，其上面帶彈簧的記錄筆壓向用另一個磁鐵固定在輪帶上的記錄板上。當(dāng)窯回轉(zhuǎn)時，在記錄板上記錄下曲線。如圖2所示。

圖2 簡易間隙測量儀

由于熱態(tài)間隙對筒體的剛度起著很大作用，根據(jù)前面的理論分析，要求熱態(tài)下應(yīng)留有間隙2～3mm，窯輪帶滑移量控制在6～18mm，熱態(tài)間隙控制在3～5mm較正常。當(dāng)滑移量L≤5mm，則表明可能會發(fā)生與“縮頸”現(xiàn)象，引起窯內(nèi)耐火磚脫落“紅窯”。

1.3 輪帶與筒體墊板間隙實(shí)際測算

輪帶與筒體墊板冷態(tài)間隙的測定

方法一，采用估算法，根據(jù)公式Ln=nπΔ，則Δ=Ln/nπ

實(shí)際上,可按照下式進(jìn)行估算：Δ‵=Ln/2n。

方法二，在回轉(zhuǎn)窯停窯筒體恢復(fù)到常溫時，用1m規(guī)格的塞尺在窯筒體的正上方測量每塊筒體墊板與輪帶之間最小徑向間隙Δn（每塊筒體墊板編號，并記錄好對應(yīng)的間隙）；在回轉(zhuǎn)窯的正上方測量，最后求出整圈墊板n塊的算術(shù)平均數(shù)，就是回轉(zhuǎn)窯的冷態(tài)間隙：

輪帶與筒體墊板熱態(tài)間隙的測定。

方法一，計(jì)算法，輪帶與筒體墊板間的直徑方向的間隙為：2δ1=dr-Ds（2δ1也稱冷態(tài)間隙），回轉(zhuǎn)窯工作時，兩者的膨脹量差為：

2δ2=λ[(Ts-T1)Ds-(Tro-T1)dr]=λDs(Ts-Tro)，窯工作狀態(tài)下（即熱態(tài)下），輪帶內(nèi)圓與筒體墊板外圓在直徑方向上的實(shí)際間隙為：

考慮安裝時的方便和窯內(nèi)熱工制度，2δ1（冷態(tài)間隙）=2δ2（膨脹量）+（2-3）mm。

方法二，根據(jù)中央控制室操作畫面，查出回轉(zhuǎn)窯Ⅰ擋、Ⅱ擋和Ⅲ擋的滑移量，根據(jù)公式L=πΔ熱，得出輪帶與筒體墊板熱態(tài)間隙：

式中，L為輪帶（筒體）轉(zhuǎn)動一周的滑移量，mm，可在24小時內(nèi)和一周內(nèi)測出n組數(shù)據(jù)，則熱態(tài)間隙平均值，即：

同時，要測出熱態(tài)間隙最小值Δ熱小，一般用最小值計(jì)算墊板厚度

2 輪帶與筒體墊板厚度的計(jì)算

假設(shè)原設(shè)計(jì)輪帶與筒體墊板的厚度為A(mm)，輪帶與筒體從冷態(tài)到熱態(tài)的最大膨脹量差為：2δ2=λ[(Ts-T1)Ds-(Tro-T1)dr]=λDs(Ts-Tro)，窯 工作狀態(tài)下（即熱態(tài)下），輪帶內(nèi)圓與筒體墊板外圓在直徑方向上的實(shí)際間隙為：Δ熱=2δ1-2δ2=（2-3）mm，冷態(tài)標(biāo)準(zhǔn)間隙：2δ1標(biāo)準(zhǔn)=2δ2+（2-3）mm，此數(shù)據(jù)可以查閱窯設(shè)計(jì)圖紙輪帶間隙驗(yàn)證。

根據(jù)方法二測量冷態(tài)時輪帶的頂部間隙，要轉(zhuǎn)窯測出若干次求出算術(shù)平均值，在冷態(tài)下頂部測出的間隙：Δ冷態(tài)平均=2δ1=（Δ1+Δ2+Δ3+Δ4+---+Δn）/n，則墊板應(yīng)該增加的厚度為：A增加=（Δ冷態(tài)平均-2δ1標(biāo)準(zhǔn)）/2，字母代號見前面。

在輪帶內(nèi)圓與筒體墊板磨損情況下，筒體墊板總厚度：ΣA=A+A增加。優(yōu)先采取加厚的整體墊板（非標(biāo)準(zhǔn)）更換；也可考慮在窯筒體和原墊板之間墊薄墊鐵（A增加）。

3 窯筒體及筒體墊板的更換建議

（1）如果窯筒體出現(xiàn)“縮頸”和“紅窯”，加上輪帶與墊板的磨損，導(dǎo)致窯輪帶處滑移量超標(biāo)，當(dāng)滑移量超過26mm以上，則建議更換窯輪帶下縮頸處的窯筒體段節(jié)和窯筒體墊板（按照原設(shè)計(jì)墊板厚度），建議對輪帶墊板外圓精加工。

（2）當(dāng)間隙超過允許值（一般規(guī)定，筒體的相對橢圓度≤0.4%，也即輪帶間隙≤0.004D，D為筒體直徑）時，使筒體變形橢圓度太大，使窯內(nèi)耐火磚失穩(wěn)縮壽。務(wù)必更換窯筒體墊板和輪帶下窯筒體縮頸變形段節(jié)。

（3）透過澆注料耐火材料的腐蝕性煙氣在酸露點(diǎn)以下會對回轉(zhuǎn)窯筒體內(nèi)表面造成低溫腐蝕，超過350℃會造成高溫腐蝕，加上窯筒體外圓面的銹蝕，可采用動態(tài)測厚儀測出窯筒體厚度分布圖，當(dāng)厚度磨蝕的原設(shè)計(jì)厚度的70%～75%時，考慮更換相應(yīng)窯筒體段節(jié)。

（4）由于窯筒體墊板或窯筒體段節(jié)更換后，建議復(fù)核輪帶間隙，在窯運(yùn)轉(zhuǎn)后進(jìn)行窯筒體中心線在線檢測與調(diào)整。如史密斯公司、伯力鳩斯公司和海螺建安公司服務(wù)較好。

（5）回轉(zhuǎn)窯輪帶墊板更換，宜在回轉(zhuǎn)窯頂部更換墊板。對各個墊板相對筒體的位置做好標(biāo)記，采取“轉(zhuǎn)窯全對稱方式”更換墊板。做好更換后間隙的實(shí)測記錄。

4 保溫隔熱涂料在回轉(zhuǎn)窯領(lǐng)域的應(yīng)用

回轉(zhuǎn)窯是一臺熱工設(shè)備，在窯頭燒成帶氣流溫度高達(dá)1600～1700℃以上，窯筒體厚度一般在40mm左右，而窯筒體表面溫度也達(dá)到300～330℃，由于窯熱工制度、物料的搭配、耐火磚失效和操作技能等因素，窯筒體表面掃描溫度高達(dá)380～420℃以上，因此，窯筒體的熱輻射和熱傳導(dǎo)散熱大，標(biāo)準(zhǔn)煤耗和熱耗上升，導(dǎo)致窯筒體“縮頸”和“紅窯”，嚴(yán)重時導(dǎo)致窯筒體開裂，窯托輪軸和瓦燒損。

透過澆注料耐火材料的腐蝕性煙氣在酸露點(diǎn)以下會對回轉(zhuǎn)窯筒體內(nèi)表面造成低溫腐蝕，超過350℃會造成高溫腐蝕。因此，把窯筒體的隔熱保溫工作做好，阻止窯的熱輻射、熱傳導(dǎo)散熱和減少窯筒體腐蝕，對于企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營成效顯著。

在回轉(zhuǎn)窯筒體內(nèi)壁添加一層隔熱保溫材料，減少散熱損失,降低熟料熱耗，起到降低窯筒體溫度、保護(hù)窯筒體、促進(jìn)窯內(nèi)熱工制度穩(wěn)定的作用。如國內(nèi)志盛威華研發(fā)生產(chǎn)的ZS-1型涂料，是一款耐高溫、導(dǎo)熱系數(shù)低、隔熱保溫效果好的保溫隔熱涂料。為了控制回轉(zhuǎn)窯三擋輪帶窯筒體的傳導(dǎo)熱和輻射熱，建議在一、二、三擋輪帶下筒體內(nèi)表面（覆蓋窯托輪面積）按照規(guī)范噴涂耐溫1500～2000℃的隔熱保溫防腐涂料，然后，再砌筑相應(yīng)的耐火磚。

5 結(jié)語

國家倡導(dǎo)節(jié)能環(huán)保，企業(yè)義不容辭。本文旨在推進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新和管理創(chuàng)新，加強(qiáng)設(shè)備管理與生產(chǎn)管理，避免設(shè)備事故發(fā)生，降低綜合能耗指標(biāo)，提高回轉(zhuǎn)窯運(yùn)行周期，提高生產(chǎn)經(jīng)營效益，為企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展做出貢獻(xiàn)。通過對回轉(zhuǎn)窯的技術(shù)攻關(guān)研究，希望為我國建材行業(yè)發(fā)展做貢獻(xiàn)。