回轉(zhuǎn)窯拖輪改造

劉永燕

(新疆新鑫礦業(yè)股份有限公司阜康冶煉廠阜康831500)

回轉(zhuǎn)窯拖輪改造

劉永燕

(新疆新鑫礦業(yè)股份有限公司阜康冶煉廠阜康831500)

針對(duì)系統(tǒng)中回轉(zhuǎn)窯拖輪在運(yùn)行過(guò)程中暴露出的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)綜合分析，對(duì)回轉(zhuǎn)窯拖輪的材料選用、軸承選用進(jìn)行了變更，提高了回轉(zhuǎn)窯的運(yùn)轉(zhuǎn)率，并降低了維修人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

回轉(zhuǎn)窯載荷材料軸承選用磨損

1 概述

回轉(zhuǎn)窯是指旋轉(zhuǎn)煅燒窯（俗稱旋窯），屬于建材設(shè)備類(lèi)。回轉(zhuǎn)窯按處理物料不同可分為水泥窯、冶金化工窯和石灰窯。其中冶金化工窯主要用于冶金行業(yè)鋼鐵廠貧鐵礦磁化煅燒；鉻、鎳鐵礦氧化煅燒。

回轉(zhuǎn)窯最重要的組成部分就是筒體，由鋼板卷制而成，筒體內(nèi)鑲砌耐火襯。一般回轉(zhuǎn)窯的規(guī)格也是按筒體長(zhǎng)短及內(nèi)徑大小而規(guī)定的。回轉(zhuǎn)窯筒體的中心線一般與地面的水平線成一定的傾角。筒體的支撐是通過(guò)支撐裝置來(lái)完成的，通常通過(guò)數(shù)道輪帶安裝在數(shù)對(duì)托輪上，由傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)慢速回轉(zhuǎn)。筒體的外端有大齒輪，它與小齒輪嚙合。電機(jī)帶動(dòng)小齒輪旋轉(zhuǎn)，將動(dòng)力傳遞給大齒輪，帶動(dòng)筒體攪動(dòng)物料，使物料充分氧化，達(dá)到理想的化學(xué)反應(yīng)。

2 工作原理

圖1 回轉(zhuǎn)窯簡(jiǎn)圖

由窯尾把生料粉加入回轉(zhuǎn)窯，由于窯筒體與水平呈一夾角安裝在托輪上(尾高，頭低)（圖1），筒體在傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)時(shí)，生料在筒體內(nèi)沿周翻滾的同時(shí)，沿軸線由窯尾向窯頭移動(dòng)；在窯頭有燃燒器將燃油或煤粉噴入已點(diǎn)燃的窯內(nèi)，所形成的火焰或熱氣向窯尾流動(dòng)，這樣使沿周向翻滾且沿軸線由窯尾向窯頭移動(dòng)的生料粉在移動(dòng)的過(guò)程中被加熱煅燒，生料粉在加熱和煅燒過(guò)程中發(fā)生物理和化學(xué)反應(yīng)，最終煅燒成熟料由窯頭卸出。

3 存在的問(wèn)題

多品種車(chē)間回轉(zhuǎn)窯主要擔(dān)負(fù)貴金屬車(chē)間漿化配料后溶液的酸化焙燒任務(wù)，其設(shè)備的工作狀態(tài)直接影響到系統(tǒng)產(chǎn)品產(chǎn)量。2011年初，多品種車(chē)間擴(kuò)產(chǎn)，新投入的Φ800回轉(zhuǎn)窯在運(yùn)行初期，回轉(zhuǎn)窯拖輪、擋輪故障頻發(fā)，導(dǎo)致回轉(zhuǎn)窯不能正常運(yùn)行，無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)要求，嚴(yán)重影響車(chē)間任務(wù)的完成。經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)分析，拖輪磨損、表面裂紋占到了48%，軸承損壞占到了總維修次數(shù)的52%。

4 問(wèn)題分析

多品種車(chē)間回轉(zhuǎn)窯窯體總長(zhǎng)9 m，共安裝拖輪2對(duì)。針對(duì)拖輪表面裂紋和軸承損壞的形式，進(jìn)行了分析。

4.1 表面裂紋

表面裂紋集中在靠近拖輪兩側(cè)邊緣，見(jiàn)圖2。

圖2 拖輪剖面圖

拖輪的主要基材為HT20-40，材料本身具有自潤(rùn)滑性能，且具有良好的加工性、耐磨性、減震性，但強(qiáng)度較低，壁厚20～40 mm時(shí)，抗拉強(qiáng)度為165 N/mm2,由圖2可知，拖輪邊緣厚度最厚處為15 mm，而裂紋多是分布于距離邊緣20 mm的范圍內(nèi)的冷裂紋，顯示強(qiáng)度不足。

4.2 拖輪軸承損壞

拖輪采用的是311單列向心球軸承。此類(lèi)軸承主要承受徑向載荷，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，摩擦系數(shù)小，極限轉(zhuǎn)速高，高速旋轉(zhuǎn)時(shí)可用來(lái)承受純軸向載荷，但是抗沖擊能力差。而回轉(zhuǎn)窯拖輪的現(xiàn)場(chǎng)工況為：轉(zhuǎn)速較低，＜20 r/ min；精度要求一般，不需要自動(dòng)調(diào)心。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)查看回轉(zhuǎn)窯的安裝工況，一般安裝坡度為3%～4%，而現(xiàn)場(chǎng)的回轉(zhuǎn)窯由于安裝誤差，其安裝坡度為6°。拖輪的安裝位置見(jiàn)圖3。

圖3 拖輪安裝位置示意圖

5 采取的措施

通過(guò)查閱《實(shí)用金屬材料手冊(cè)》，鑄鋼的機(jī)械性能遠(yuǎn)優(yōu)于灰鑄鐵，通常被用于制造重型機(jī)械的零部件。ZG25的屈服強(qiáng)度為240 N/mm2，抗拉強(qiáng)度為450 N/mm2，完全能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)需求。與ZG25機(jī)械性能相近的還有45#碳素鋼，但由于制作的滾輪直徑較大，所以采用ZG25代替灰鑄鐵自作拖輪。

根據(jù)拖輪的安裝方式，對(duì)回轉(zhuǎn)窯拖輪的受力進(jìn)行了分析，見(jiàn)拖輪正面的受力分析簡(jiǎn)圖，見(jiàn)圖4。

圖4 拖輪正面的受力分析簡(jiǎn)圖

在拖輪的自重忽略不計(jì)的情況下，拖輪承受來(lái)自窯體的壓力，與重心方向呈30°，運(yùn)用力的平行四邊形法則，對(duì)拖輪受到的壓力進(jìn)行分解，得到PX和PY，窯體自重約3 000 kg，投入的物料約500 kg，狼牙棒488 kg，由2組拖輪支撐，所以，每個(gè)拖輪承受的合力P約為997 kg。通過(guò)理論計(jì)算，PX=499 kg；PY=864 kg

從另一個(gè)方向?qū)Υ怪毕蛳碌牧Y再次進(jìn)行分解，得到軸向力PX’和徑向力PY’。其中，根據(jù)平行四邊形法則，徑向壓力PY’為858 kg，軸向壓力PX’為91 kg。對(duì)兩個(gè)徑向力合成，得到總徑向壓力：P≈993 kg所以，拖輪實(shí)際承受2個(gè)方向上的壓力，分別是：P=993 kg（徑向力）；PX’=91 kg（軸向力）。

根據(jù)軸承的特性：同時(shí)承受軸向和徑向載荷時(shí)可選用角接觸軸承和圓錐滾子軸承，而一般滾子軸承的承載能力大于相同尺寸的球軸承，且承受沖擊載荷能力更強(qiáng)。因而確定用圓錐滾子軸承替代原設(shè)計(jì)中的球軸承。根據(jù)圓錐滾子軸承成對(duì)安裝特性，用兩個(gè)圓錐滾子軸承代替原設(shè)計(jì)中的單列向心球軸承。

強(qiáng)度校核：校核3212圓錐滾子軸承的徑向載荷

根據(jù)徑向動(dòng)載荷

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)狀況，溫度系數(shù)、載荷系數(shù)均取1；壽命指數(shù)?=10/3；31312軸承的額定動(dòng)載荷Cr=138 kN,將以上數(shù)據(jù)帶入上式：

由于回轉(zhuǎn)窯拖輪需要隨時(shí)調(diào)整，單輪承受的載荷需要增大。通過(guò)核算，31312軸承承載能力完全滿足要求。

拖輪的最終的結(jié)構(gòu)形式見(jiàn)圖5，拖輪軸加工圖見(jiàn)圖6。改造后，拖輪的工作狀態(tài)（圖7，圖8）：

圖5 拖輪的最終的結(jié)構(gòu)形式

圖6 拖輪軸加工圖

圖7 拖輪安裝圖

圖8 拖輪工作狀態(tài)圖

6 改造效果

改造后回轉(zhuǎn)窯運(yùn)行一年來(lái)，拖輪組件維修次數(shù)為0，調(diào)整15次。此項(xiàng)改造,不僅解決了拖輪頻繁損壞造成的設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率不達(dá)標(biāo)問(wèn)題,同時(shí)也大大降低了維修人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，為工藝指標(biāo)的落實(shí)提供了保障。

7 結(jié)束語(yǔ)

此項(xiàng)改造主要是基于回轉(zhuǎn)窯安裝角度偏差進(jìn)行的。改造從根本上解決了拖輪軸承強(qiáng)度不足問(wèn)題，減少了維修工作量，也降低了維修成本。

參考資料

[1]劉澤九.滾動(dòng)軸承應(yīng)用手冊(cè).北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2006，1.

[2]【美】J.E.希格利C.R.米什科.機(jī)械設(shè)計(jì)通用手冊(cè)，河南大學(xué)機(jī)械學(xué)院譯.機(jī)械工業(yè)出版社，1993，8.

收稿：2014-03-21