?4m×60m回轉窯筒體裂紋的修復

米東偉，馮勇

?4m×60m回轉窯筒體裂紋的修復

Crack Repairing for Shell of ? 4mm×6600m Rotary Kiln

米東偉，馮勇

某水泥廠使用的?4m×60m回轉窯運轉近12年的時間，筒體窯頭檔至中間檔中間的位置，出現一條1m左右的環向裂紋，經采取合理的焊接措施修復筒體裂紋后，該窯正常運轉至今近一年的時間里裂紋沒有繼續擴大，證明該措施切實可行，可為處理同類問題提供參考。

回轉窯；筒體裂紋

1 前言

某水泥廠的?4m×60m回轉窯筒體，裂紋出現在回轉窯的窯頭檔至中間檔中間的位置，裂紋長度約1m左右，裂紋位置見圖1所示，該處筒體板厚25mm。通過分析筒體裂紋情況，經論證決定采用焊接修復的方案，對筒體裂紋進行處理，從而避免了更換筒體段節，處理僅僅用了一個星期的時間，為該廠節約了上百萬元的費用，也為處理同類問題提供了依據。

2 筒體裂紋分析

（1）中間檔距離窯頭檔為22000mm，裂紋位置在距離窯頭檔約9000mm的位置。

（2）根據三彎矩方程計算中間檔處的彎矩，三彎矩方程如公式（1）：

可得出M2=-4018656Nm；計算中間檔至窯頭檔的支座反力，可得出R22=1262106N，得出該跨的最大彎矩處，即剪力為零點，距離中間檔13000mm位置，而裂紋出現的位置也恰好是裂紋最易出現的位置，且距離旁邊環形焊縫較近約200mm位置。

（3）觀察筒體內表面發現，筒體內表面有很多麻點，應為氣蝕所致，據廠內人員反映裂紋位置的耐火材料較其他位置薄，僅為150mm左右。

（4）通過上述分析可以初步判斷，筒體裂紋位置接近筒體最大彎矩位置，此處筒體變形較大，接近筒體小段節的環向焊縫，在筒體運轉過程中受到交變應力的影響較大；窯襯變薄致使筒體表面溫度高于規定值，導致筒體強度降低；筒體內表面出現氣蝕現象，再加上在長期交變應力的作用下筒體出現裂紋。

圖1 筒體焊縫位置

圖2 筒體裂紋位置受力簡圖

3 筒體裂紋的處理和方案

借鑒筒體制作經驗，通過焊縫的應力計算后，在滿足要求的情況下可以采取焊接修復裂紋的方法，而不更換筒體段節。處理方案是：確定焊縫位置，然后在裂紋位置增加加強板，利用合理的焊接工藝對筒體進行焊接。

筒體鋼板焊接后的彎曲應力校核如下：

式中：

M——焊接鋼板處彎矩，單位轉換成Nm

W——筒體截面模數，cm3

KS——接縫強度系數，人工焊接取0.9～0.95

KT——溫度系數，筒體表面溫度在300℃時為0.75，350℃時為0.7

通過計算得出筒體鋼板焊接后的強度為18.8MPa＜20.0MPa（有襯磚的筒體許用彎曲應力）。

焊接后的筒體鋼板強度理論上是滿足要求的，可以用焊接的方法修復裂紋。

4 裂紋修復的實施

首先停窯，清除裂紋周圍的耐火磚，讓裂紋全部顯現出來，便于裂紋的處理。

（1）打磨裂紋周圍50mm范圍，露出金屬光澤，利用UT、PT檢測來確定裂紋的具體位置，判斷焊縫結束的位置。

（2）在距離裂紋末端10mm左右處鉆?16～20mm左右的止裂孔。

（3）利用氣刨，沿著裂紋走向刨出“U”型坡口，采用角磨機打磨坡口，對口間隙3（0～2）mm。注意：因裂紋較長，加工坡口前焊接加強用的鋼板，騎在焊縫處以防止裂紋擴大及焊接時變形，如圖3所示。

圖3 加強板形式

（4）利用PT、MT檢查坡口周圍，如有裂紋繼續修磨，直至不見裂紋。

（5）對焊接部位及周圍預熱150～200℃，單側焊完2道焊縫后，背面氣刨清根，雙側交替焊接（如有條件可以采用雙面雙人對焊），每焊完一道焊縫后敲擊去除應力。

（6）焊接完后，將筒體內部焊縫打磨平整，以利于砌筑耐火材料，筒體外部焊縫圓滑過渡。

（7）將焊縫周圍120mm左右帶狀區域用遠紅外線加熱袋加熱至600℃左右，保溫2h，以每小時不高于150℃的速度降溫，以去除應力。

（8）利用UT檢測焊縫，不合格地方需刨開重新焊接，以保證焊縫質量。

（9）保證該處耐火材料的厚度，以降低該處筒體表面溫度，保證筒體強度。

（10）在筒體運轉過程中加強日常巡視，發現有裂紋跡象立即停機處理。

（11）從生產工藝、操作維護等方面分析總結導致局部筒體溫度過高現象的原因，并加以改善，確保回轉窯安全運行。

5 焊縫修復后的效果

通過采取上述措施，成功解決了筒體裂紋問題，該窯運行了將近一年的時間，筒體裂紋沒有擴大的跡象，為水泥廠節約了上百萬元費用，得到了用戶的認可。■

TQ172.622.29

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2014-04-16；編輯：呂光