如何識別和處理運行中的窯磨軸瓦發熱現象

呂培林鄭用琦

（1.桐鄉河山南方水泥有限公司，桐鄉314510 2.武漢理工大學回轉窯管理技術研究中心，武昌430070）

從原料礦物結構式分析節能因素（上）

傅圣勇來正新秦至剛

如何識別和處理運行中的窯磨軸瓦發熱現象

呂培林1鄭用琦2

（1.桐鄉河山南方水泥有限公司，桐鄉314510 2.武漢理工大學回轉窯管理技術研究中心，武昌430070）

生產運行中的回轉窯和管磨機軸瓦發熱是很常見的現象。通過對窯磨軸瓦出現的各種發熱現象深入分析，提出了一系列窯磨在運行中預防和處理發熱現象的新觀點新方法，為企業設備管理技術人員提供了識別正誤方法的尺度。

識別處理窯磨軸瓦發熱

在水泥生產過程中引起回轉窯和管式磨機軸瓦發熱的原因有很多,若以設備管理工程技術學科門類的設備現代綜合管理理念來分析，則將貫穿于設備的規劃、設計、制造、驗收、安裝、使用、維護、維修等全過程的管理之中。本文所說的窯、磨軸瓦發熱是指除上述情況之外，即生產運行過程中因工藝管理原因導致打亂了窯、磨均衡穩定運行而產生的軸瓦發熱，即運行中的軸瓦發熱現象，是生產過程中常見的現象，也是企業比較關注的問題。

1 回轉窯在運行中的托輪軸瓦發熱

當窯的工藝操作出現異常情況時易引起軸瓦發熱，如：配料成分波動、噴煤管位置不當、預熱器局部堵塞和來料不勻等原因導致窯皮的厚薄不均，使窯筒體在徑向或軸向溫差過大、筒體局部發生變形而使托輪受力不均等情況引起軸瓦發熱，即為運行中的軸瓦發熱。

長期以來，工藝操作者往往有只注重熟料產量和質量的習慣，而不太重視對窯皮的保護和防范，保持它的均勻性和牢固程度，并認為掉窯皮是不可避免的事，只要熟料質量不受影響而無關緊要。有時則恰恰相反，由于不關注對窯皮的保護，會使窯皮在軸向或徑向，或二者并存的窯皮不均勻現象時有發生。窯皮的厚薄不均勻，會使得窯筒體沿軸向和徑向發生不均勻的膨脹和收縮，從而破壞了窯中心線的直線度。尤其在窯頭和中間兩檔輪帶的筒體上出現這種狀況更應值得關注和警惕，因為它將會直接導致托輪受力狀態的變化，引起軸瓦發熱。

由于配料成份的波動、預熱器局部堵塞、來料不均、噴煤管位置不當等原因會很容易使窯皮出現不均勻的狀況，這一觀點大多數有經驗的技術管理人員都會認同。當出現這種情況若不及時調整和采取措施，隨著時間的延續，托輪軸與瓦之間的受力不均會導致油隙變小，油膜破壞，軸瓦開始發熱，軸和瓦處在無油的干摩擦狀態中很快就會傷軸拉瓦，甚至發生一系列更嚴重的事故。

2 磨機在運行中的軸瓦發熱

磨機在運轉過程中，中空軸軸頸和主軸承球形瓦之間，不可避免地要產生摩擦、磨損和發熱，且消耗一部分動力，即摩擦功耗。為了減少摩擦功耗、降低磨損速度、緩和沖擊和控制球面瓦溫度，必須保證軸和瓦之間良好的潤滑狀態，以便提高磨機的工作效率和使用壽命。磨機軸瓦因潤滑不良等機械方面原因，會造成軸瓦發熱以致燒瓦，甚至導致中空軸軸頸磨損的重大事故。排除磨機因安裝過程中軸瓦研刮不當，軸肩預留間隙過大或過小以及平衡不當等原因引起的軸瓦發熱，尤其在安裝后的試生產期間表現突出，這類情況因為原因明確，可作有針對性的處理，故本文不作討論。

當磨機喂入物料的溫度、產量和通風情況變化時會引起磨尾軸瓦溫度的變化，且開流磨比閉流磨表現更為明顯。在磨頭若是稀油站供油潤滑冷卻系統正常，中空軸的油膜形成狀況良好，而中空軸表面溫度偏高，水泥磨一般是由于喂入熟料的溫度較高，風掃磨和中卸磨則是入磨熱風風溫較高，或是喂入物料相對偏少所致。若是稀油站供油潤滑冷卻系統不正常，供油系統壓力偏低導致供油量不足；或是油冷卻器冷卻效果不好，導致進出潤滑油溫差偏小，也會使軸瓦溫度升高。在磨尾除了與磨頭存在相似的情況之外，磨內隔倉板或篩板堵塞或喂料過多接近飽磨的情況下使磨內溫度升高而導致軸瓦發熱。尤其在夏季環境溫度高引起物料溫度、入口風溫和循環冷卻水的溫度相應升高，使軸瓦發熱的機會將相應增大。磨尾中空軸表面溫度一般靠近磨筒體一端偏高，一般是由于中空軸與筒體接合部隔熱效果相對較差引起的。

3 回轉窯托輪軸瓦發熱的預防處理

在回轉窯運行管理和維護中對偶然出現的軸瓦發熱現象如何正確處理，它不僅關系到如何緩解設備存在的問題，還關系到設備長期安全運行問題，故處理方法正確與否至關重要。

3.1 幾種不宜采用的處理方法

往軸瓦上注水來處理軸瓦發熱的方法起源于上世紀六、七十年代濕法窯和半干法窯上，當時的技術水平相對落后，瓦口接觸角都為60～70°左右，有的甚至到90°。由于接觸角過大，軸瓦一旦發熱，極易發生瓦將軸抱緊抱死，發生傷軸并與瓦融為一體的嚴重事故。為了在軸瓦發熱時首先保護軸，不得已采取棄瓦保軸的辦法。當發現軸瓦發熱的情況時，常常先將窯停下來，隨后往軸和瓦上注水使瓦口張開，事后再頂窯換瓦；也有的不停窯，注水的同時讓窯繼續運行。因注水后軸瓦之間原本僅存少量的油膜已遭到破壞，在無油膜的狀態下運行僅可降溫，避免瓦不抱軸的現象出現，但不能減小軸與瓦之間的摩擦，若不換瓦將給以后的再度發熱留下隱患。以上的處理方法在六、七十年代是屢見不鮮習以為常的，后隨著國內外先進技術的發展和進步，逐步認識到這種方法的弊端而被否定，已不再被推崇使用。在九十年代以來的新型干法窯上，軸瓦瓦口接觸角的大小隨著技術的進步已發生改變,由原來60～70°的接觸角發展為30°，油膜的生成狀況得到明顯的改善和提高，軸瓦發熱后的瓦抱軸現象已大為減少，在軸瓦發熱時往里注水的方法已逐漸消失。但仍有少數企業及個別安裝公司在生產調試期間遇到軸瓦發熱時仍有向軸承座內注水的習慣，對于當前新型干法窯來說這類方法是有害的。

使用含有石墨或二硫化鉬等固體外加劑的潤滑油可能會暫時緩解發熱狀況,但也會留下禍根,因為外加劑的固體殘留物和油臘混合后，會在軸瓦接合部入口縫隙邊緣形成一道稠狀不規則的堤壩，擋住潤滑油正常通過，影響油膜生成的均勻性，也給軸瓦以后再度發熱留下了隱患。八十年代石化行業的某潤滑研究機構，在中小水泥和化工企業的磨機軸瓦上推廣使用二硫化鉬潤滑脂，不到兩年時間其弊端逐步顯現出來，其主要原因是油膜形成的均勻性不如潤滑油好，對軸瓦的長期安全運行不利而被停止推廣使用。

在沒有準確判斷出引起托輪軸瓦發熱的原因之前，不要輕易調動托輪位置，經過觀察分析若確因工藝上原因使筒體局部溫度偏高而產生了變形，致使托輪受力狀況發生變化而引起的軸瓦發熱，在工藝上應盡快調整操作方案，讓托輪受力狀況恢復正常，會使處理軸瓦發熱的時間大大縮短。上世紀六十年代有一種習慣的作法是在軸瓦發熱時，事先就考慮調動托輪位置，以改變或減輕托輪的受力狀態，待軸瓦溫度降下來后再回復到原來的位置。其實不然，一般托輪在經過幾次調動后再調回原位是不太可能的，即使通過調動托輪溫度會暫時下降，當窯工藝恢復正常窯筒體的變形消失后，有可能導致下一輪軸瓦發熱現象開始，長此以往會增大窯兩線不平行程度，給今后的正常維護和管理增加難度。

現在新型干法窯也采用調整托輪的方法來處理軸瓦發熱現象更是不可取的，發熱軸瓦的托輪調動后在某一時間段受力狀況有可能會得到緩解，但調整后的托輪在它適應了新的位置后，在短時間內不可能使其恢復原狀態，隨著托輪調整次數的增多，即使做了詳細的調整筆錄也難以使其再調回到原位，因原位是窯中心線呈直線的位置。每次調進或調退時絲桿旋動的角位移與軸承座位移量不一定相符，在調進時因托輪需克服窯的重載和相應的摩擦阻力，使得軸承座部件會儲存部分能量而暫緩釋放，隨著窯體的旋轉運動可能會逐漸釋放，也有可能繼續儲存延緩釋放或不釋放，在釋放中會使軸承座悄然發生位移，其位移量難以估量，這就是托輪調退后很難調進回復原位的原因。托輪在經過數次調整后，窯中心線的直線度必然會引起變化，如此反復，托輪受力的均勻性狀態也必然會受到破壞。托輪軸瓦徑面和端面的發熱現象增多亦成必然。所以習慣性以調動托輪位置來處理軸瓦發熱的方法是不提倡的。

3.2 正確適宜的處理方法

在八十年代后期，國外水泥界就采用先進合理的體外油循環冷卻方法來處理軸瓦發熱現象，并逐步被大多數同行所認可并采用。國內不少企業也采取澆淋低溫潤滑油來處理軸瓦發熱現象，并取得很好的效果。近年來國內的某科研部門為了配合這種處理方法的推廣實施，研制出一種空氣能量分離器的冷風生成專利技術，這種能量分離器能產生0.2MPa壓力，0～15℃的低溫氣體，在處理和預防軸瓦發熱過程中發揮了很大的作用。

采用這種空氣能量分離器的使用方法是：當發現托輪軸瓦有發熱的趨勢或已經發現軸瓦溫度很高時，將窯速降低到2/3，喂料量也減少到2/3左右；同時迅速將平時庫存預留的同類型、高粘度、低溫潤滑油通過靠近輪帶一方的軸承座觀察孔向軸上不間斷地澆淋；卸下軸承座油位顯示器同時放出熱油；使用的潤滑油溫度應盡可能的低一些，因為此時軸瓦溫度都很高，油膜已經被破壞，采用的油溫越低，油膜的恢復和持續的時間將會越長，對冷卻和降低軸瓦溫度也將會更加有利；并將上述的能量分離器的出風管通過軸承座端部小端蓋口對準托輪軸端部中心，使低溫氣流吹向軸的中心，由于軸的中心是全軸徑向溫度最高的部位，抑制住了中心溫度的上升，全軸的溫度以及瓦溫和油溫就會明顯下降。在整個處理過程中，軸承座內潤滑油的溫度會經歷三個時間段，即：高溫持續階段——溫度下降階段——正常溫度穩定階段。經過不少企業的實踐經驗證明，該種方法不僅可以迅速降溫，還可以使被破壞的油膜迅速得到恢復。

以上是使用冷油處理方法上的創新，采用低溫潤滑油澆淋或注入的處理方法，能降低油溫，保持油的原有粘度，使摩擦副之間油膜不斷產生。總之,無論采取怎樣的方法處理托輪軸瓦發熱現象，都應遵循保證窯設備能保持長期安全運轉、符合機械設備摩擦與潤滑機理和窯兩線保持平行的三個基本原則，任何看似有效而違背這一規律的方法都是不可取的。

4 磨機軸瓦發熱的預防處理

磨機軸瓦發熱后潤滑油溫度將逐漸升高，在中空軸軸頸外表面極易形成粘有巴氏合金的條痕，條痕最深可達2mm左右，且疏密不均使軸頸表面的光潔度下降，使瓦面接觸點受剪應力作用而引起大面積拉傷破壞，巴氏合金顆粒粘貼在中空軸軸頸表面，隨中空軸轉到上部與冷潤滑油相遇并被冷處理，從而提高了硬度，當其隨中空軸轉到下方時，就將瓦面再次拉傷，反復出現間距不等的條狀痕跡。同時，粘有巴氏合金顆粒的中空軸經循環運轉摩擦后，潤滑油溫度逐漸升高。出現這種情況的處理方法是應將軸瓦拉出，重新刮研瓦面，條痕過深處，還應補焊同質巴氏合金。如果軸瓦磨損嚴重，軸瓦及中空軸的間隙大，這時應該重新在瓦上澆注巴氏合金并加工后安裝使用。

有時軸瓦一端出現高溫。其原因有可能是由于球面瓦座調整不靈活，使瓦面與中空軸軸頸小面積接觸、靜載荷變大造成的。這種情況應將磨機筒體頂起，檢查球面瓦瓦背與瓦座的接觸情況，必要時應重新研磨瓦座和瓦背，使其調心自如。同時重新刮研瓦面，將氧化層徹底刮掉，并用油石磨光中空軸軸頸。另一種可能是磨筒體運動時受熱引起軸向膨脹，由于安裝時預留間隙過小，使軸肩頂死低端的瓦肩，造成摩擦加劇發熱，此時需用油石和細砂布磨光中空軸軸頸。

在軸瓦溫度升高時，中空軸表面光澤灰暗，并有粘連現象，這種情況有可能是由于瓦面局部高溫而出現膠合造成的，此時應對軸瓦進行刮研。有時軸表面局部光亮，這有可能是由于油質不良，油內雜質多造成的，應當更換潤滑油。

有時油溫偏高，但沒有巴氏合金粘連現象。其原因有可能是潤滑油供給量少及粘度較低，不能形成油膜；或是油變質不潔凈；或是研刮瓦時沒有達到規范要求，瓦口間隙過小；或是軸瓦的冷卻水不暢通；或是稀油站的供油潤滑設備出現故障造成的；或是過濾網壓差高，安全閥動作造成油量少油壓低而油溫高；還有可能是油泵漏油或損壞泵，油少也會造成油溫高。應分別采取換油、重新刮瓦、暢通冷卻水和維護潤滑設備等措施進行處理。

此外，應該注意的是新安裝或檢修更換新瓦后的磨機在試車時，應將新軸瓦處的潤滑油供油量稍調大一點，以加強潤滑油的冷卻及沖洗作用，同時要特別注意觀察中空軸的溫度。目前大多數水泥廠磨機軸瓦測溫裝置采用的是安裝于軸瓦環向120°端面深孔內的電接點壓力式溫度計，由于其測溫部分僅位于瓦體中部，只能反應局部軸瓦溫度，所以試車時將溫度計示值當作軸瓦溫度是不太準確的。一般磨機試重車時，應有人守候在主軸承旁，觀察中空軸表面的油膜情況，用手觸摸中空軸各個區段位置油膜厚薄，憑手感估測溫度情況，若溫度較高，可用手持式激光測溫儀檢測中空軸表面的溫度，一般中空軸溫度在65℃以下為正常，超過65℃就必須注意觀察，溫度達到70℃時，應立即停磨或采取慢轉了。

但磨機在正常生產過程中也常常因磨內物料溫度過高等工藝方面的原因引起軸瓦發熱，此時采取停磨的方法來處理是比較可靠的，待磨機內溫度降下來后再開磨，同時設法降低磨內物料溫度。但多數企業不愿意采用停磨的方法，其原因是不愿影響生產，往往磨內物料溫度在運行中一般不是很容易降下來的，尤其是熟料入庫時由于冷卻不夠，使得入磨熟料溫度高，致使在繼續維持生產運行還是停磨保護設備的問題上一直是矛盾著的。在這種情況下有些企業采用磨內噴水使溫度下降的辦法雖能湊效，但由于水量難以控制和調節，萬一失控引起大事故而不敢放心使用。

采用稀油站的體外油循環冷卻的方法來處理軸瓦發熱現象是目前較好的方法。但由于油冷卻器的使用效果并不十分令人滿意，尤其在夏季，或循環冷卻水溫度較高，水中雜質多或冷卻器內結有水垢情況下，使得進出油冷卻器的潤滑油冷卻效果不理想，冷卻前后潤滑油的溫差小，有的只有1～2℃，板式換熱器雖然換熱效率高于列管式換熱器，但對于循環冷卻水中雜質和污垢引起換熱效率的下降仍是無法避免。利用前面介紹的能量分離器能產生0.2MPa壓力，0～15℃的低溫氣體，在處理和預防磨機軸瓦發熱過程中也能發揮作用，一種簡單快捷的方法是在軸承座觀察孔旁開一個直徑為34mm的圓孔，然后焊一節內徑為25mm短管作為低溫氣體直接輸入軸承座內的噴氣嘴，在軸瓦發熱溫度升高時迅速打開開關使冷氣流吹向軸瓦，可以達到抑制軸瓦溫度上升，降低軸瓦溫度的效果。還有一種方法是將能量分離器產生的低溫氣體作為油冷卻器的熱交換介質，這種以潔凈氣體作為熱交換介質的油冷卻器由于不存在以水為介質的雜質多或冷卻器內易結水垢的弊端，由于兩種介質溫差大，熱交換效果比板式和列管式的換熱器高。使用中將軸承座內的回油先進入該油冷卻器，冷卻后的潤滑油再回到油箱，出油冷卻器的低溫氣體同前一種方法一樣再送入軸承座內，繼續對軸瓦進行冷卻，這種方法的效果大于前一種，只是系統顯得較為復雜一點。

0 前言

對水泥原料研究主要有三個方面：（1）原料的成份；（2）原料的礦物；（3）原料的工藝匹配。水泥原料的礦物組成和礦物結構所構成的原料特性，在水泥生產中關系到多項技術經濟指標，尤其對產量和煤耗起到關鍵性的作用。對此，我們總結如下：以原料的地質成因為基礎，調整傳統的原料結構為方向，以原料中巖礦特性匹配為技術手段，開發利用地質潛能為目標。在此基礎上，本文著重對原料礦物的結構表達式來認識和判斷原料中礦物的節能因素，為水泥燒成節能減排啟示新的技術理念和技術手段。

1 一般礦物結構表達式及構成規則

在知道水泥原料成因基礎上進行化學分析和X衍射結果，就可以從各種成分數量，組合出何種礦物，得出各礦物的結構式，從而判斷出其易燒性。例如：沉積成因泥質巖，SiO2高，Al2O3高：（1）石英顆粒SiO2組成占多數；（2）層狀Si-O結構的SiO2組合占46.54%、Al2O3占39.5%的高嶺石礦物高。

1.1 單元素礦物結構表達式

只用元素符號單獨表示：Au自然金礦物，自然銅礦物Cu，金剛石礦物C。在有類質（離子半徑大小接近）同像（結構形式相似）代替元素存在時。按數量多少依次排列，主在前，次在后，中間用逗號點開，并且同時用小括號括起來。例如：Ag代替Au，寫成（Au，Ag）。

1.2 金屬相互化合物結構表達式

基本原則：按金屬性強弱遞減順序從左向右排列。例如：銀礦AgTe，Ag金屬性比Te大。砷（As）鉑（Pt）礦PtAs，Pt金屬性比As大。

1．3 離子化合物結構表達式

陽離子寫在前面，陰離子寫在后面。例如：Ca-CO3、NaCl、BaSO4。但還有以下六種情況：

（1）當存在兩種以上的陽離子時。

按堿性從強到弱的順序排列。例如：白云石CaMg（CO3），Ca堿性比Mg強。

（2）當陽離子為同一元素，但有不同價態時。例如：Fe2+、Fe3+磁鐵礦化學式Fe3O4實際結構式，FeFe2O4=FeO+Fe2O3，前面的Fe2+是低價。Fe2+熔點低，氧化Fe2+→Fe3+后會放出能量400kJ/kg。

（3）當陽離子為同一元素而具有不同配位數量。將低配位寫在前，高配位寫在后，例如：孔雀石CuCu [CO3]（OH）2。前面的Cu結構是Cu與[CO3]組成立方體的四配位，分解溫度高，耗能高，后面Cu與（OH）構成八面體成為6配位。脫水解出Cu離子，能耗相對低。

（4）礦物有陰離子或絡陰離子團組成時。陰離子或絡陰離子寫在陽離子之后，并把絡陰離子用方括號括起來，例如：白云石CaMg[CO3]，透輝石CaMg [Si2O6]。

（5）若有附加陰離子時，將它寫在主要陰離子后面。如磷灰石Ca5[PO4]3(F,Cl)，Cl易釋放，F多的在前，Cl少的在后，起礦化作用能耗變低。

（6）互為類質同像的離子，用括號括起來，并按其量從多到少的順序排列，中間用逗號分開。例如：鐵閃鋅石(Zn，Fe)S，Fe以類質同像加入，Fe比Zn少。

鎂鐵是類質同像系列礦物，兩端用以下寫出：

Mg2[SiO2]—Fe2[SiO4]，其中的Mg、Fe互為類質，互相取代，逐漸變化。

1.4 礦物成分中水的表達形式

水按不同性質用不同表達形式。

（1）結構水。結構水是離子水，用（OH）表示。寫在礦物化學結構式的最后，例如：高嶺石：Al4[Si4O10] (OH)8，透閃石：Ca2Mg5[Si4O11]2（OH）2、十字石：Fe2Al9[SiO4]3O7（OH），這個水是難脫水，能耗要變高，600～900℃脫水解體。

（2）結晶水。結晶水是中性水，用H2O來表達。它寫在與它相聯的陽離子后面：一般在450～600℃左右脫水，陽離子解體，能耗相對比（OH）水低，例如：二水石膏：Ca（H2O）2[SO4]，多水高嶺石：A l8(H2O)4[Si4O10](OH)8。

（3）沸石水。沸石水為含在結晶孔中的中性水，它寫在化學結構式的最后面，用圓點分開。這種水200～450℃脫水，脫水能耗低。例如：

鈉沸石：Na2[Al2Si2O10]·2H2O

斜發沸石：Na[AlSi5O12]·4H2O

絲光沸石：Na[AlSi5O12]·3H2O

（4）層間水。層間水是層狀礦物中與陽離子結合的所含中性水，寫在交換陽離子的后面，并用小括號括起來，例如：

鈉蒙托石：Na0.33（H2O）{（Al1.67Mg0.22[Si9O10](OH)2）}

伊里石K1-x(H2O)x{A l2[AlSi3O10](OH)2-x(H2O)}

（5）膠體水。膠體水是膠體礦物固有的特征，在化學結構式中要反映出來。由于其含量不定，以nH2O或ag形式表示。寫在化學式最后，也用圓點分開，例如：蛋白石SiO2·nH2O或SiO2·ag。

（6）吸附水。吸附水不屬于礦物本身的化學組成，在化學式中不表示。

1.5 有附加陰離子的層狀硅酸鹽礦物表達式

附加陰離子屬于結構單位層的一部份時，要用大括號括起整個結構層。如云母類礦物：

黑云母：{K（Mg,Fe）3[AlSi3O10]（OH，F）}，蒙脫石：Na0.33（H2O）4{Al1.67Mg0.33[Si4O10](OH)2}，伊里石：K1-2（H2O）x{Al2[AlSi3O10](OH)2-x（H2O）x}，綠泥石：（Mg·Fe·Al）3(OH)6{（Mg·Fe·Al）3[（A l，Si）4]（OH）}。

蒙脫石、伊里石、綠泥石要脫兩種水：一個是陽離子后的（H2O），結晶水是中性水，脫水熱耗比較低，近450～600℃；另一個是Si-O結構層中的附加陰離子結構水，這個水脫水溫度在900℃左右。所以這類礦物脫水熱耗較高。

（待續）

（編輯：方圓）

TQ172.6 文獻標識碼：B 文章編號：1007-6344（2010）04-0007-04

2010-05-05】

（編輯：方圓）

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傅圣勇來正新秦至剛

B 文章編號：1007-6344（2010）04-0005-02