?4m×60m回轉(zhuǎn)窯筒體裂紋的修復(fù)

米東偉，馮勇

?4m×60m回轉(zhuǎn)窯筒體裂紋的修復(fù)

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(zhuǎn)窯運(yùn)轉(zhuǎn)近12年的時(shí)間，筒體窯頭檔至中間檔中間的位置，出現(xiàn)一條1m左右的環(huán)向裂紋，經(jīng)采取合理的焊接措施修復(fù)筒體裂紋后，該窯正常運(yùn)轉(zhuǎn)至今近一年的時(shí)間里裂紋沒有繼續(xù)擴(kuò)大，證明該措施切實(shí)可行，可為處理同類問題提供參考。

回轉(zhuǎn)窯；筒體裂紋

1 前言

某水泥廠的?4m×60m回轉(zhuǎn)窯筒體，裂紋出現(xiàn)在回轉(zhuǎn)窯的窯頭檔至中間檔中間的位置，裂紋長(zhǎng)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(jīng)論證決定采用焊接修復(fù)的方案，對(duì)筒體裂紋進(jìn)行處理，從而避免了更換筒體段節(jié)，處理僅僅用了一個(gè)星期的時(shí)間，為該廠節(jié)約了上百萬元的費(fèi)用，也為處理同類問題提供了依據(jù)。

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(jù)三彎矩方程計(jì)算中間檔處的彎矩，三彎矩方程如公式（1）：

可得出M2=-4018656Nm；計(jì)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(diǎn)，距離中間檔13000mm位置，而裂紋出現(xiàn)的位置也恰好是裂紋最易出現(xiàn)的位置，且距離旁邊環(huán)形焊縫較近約200mm位置。

（3）觀察筒體內(nèi)表面發(fā)現(xiàn)，筒體內(nèi)表面有很多麻點(diǎn)，應(yīng)為氣蝕所致，據(jù)廠內(nèi)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(jié)的環(huán)向焊縫，在筒體運(yùn)轉(zhuǎn)過程中受到交變應(yīng)力的影響較大；窯襯變薄致使筒體表面溫度高于規(guī)定值，導(dǎo)致筒體強(qiáng)度降低；筒體內(nèi)表面出現(xiàn)氣蝕現(xiàn)象，再加上在長(zhǎng)期交變應(yīng)力的作用下筒體出現(xiàn)裂紋。

圖1 筒體焊縫位置

圖2 筒體裂紋位置受力簡(jiǎn)圖

3 筒體裂紋的處理和方案

借鑒筒體制作經(jīng)驗(yàn)，通過焊縫的應(yīng)力計(jì)算后，在滿足要求的情況下可以采取焊接修復(fù)裂紋的方法，而不更換筒體段節(jié)。處理方案是：確定焊縫位置，然后在裂紋位置增加加強(qiáng)板，利用合理的焊接工藝對(duì)筒體進(jìn)行焊接。

筒體鋼板焊接后的彎曲應(yīng)力校核如下：

式中：

M——焊接鋼板處彎矩，單位轉(zhuǎn)換成Nm

W——筒體截面模數(shù)，cm3

KS——接縫強(qiáng)度系數(shù)，人工焊接取0.9～0.95

KT——溫度系數(shù)，筒體表面溫度在300℃時(shí)為0.75，350℃時(shí)為0.7

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

焊接后的筒體鋼板強(qiáng)度理論上是滿足要求的，可以用焊接的方法修復(fù)裂紋。

4 裂紋修復(fù)的實(shí)施

首先停窯，清除裂紋周圍的耐火磚，讓裂紋全部顯現(xiàn)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(cè)來確定裂紋的具體位置，判斷焊縫結(jié)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(jī)打磨坡口，對(duì)口間隙3（0～2）mm。注意：因裂紋較長(zhǎng)，加工坡口前焊接加強(qiáng)用的鋼板，騎在焊縫處以防止裂紋擴(kuò)大及焊接時(shí)變形，如圖3所示。

圖3 加強(qiáng)板形式

（4）利用PT、MT檢查坡口周圍，如有裂紋繼續(xù)修磨，直至不見裂紋。

（5）對(duì)焊接部位及周圍預(yù)熱150～200℃，單側(cè)焊完2道焊縫后，背面氣刨清根，雙側(cè)交替焊接（如有條件可以采用雙面雙人對(duì)焊），每焊完一道焊縫后敲擊去除應(yīng)力。

（6）焊接完后，將筒體內(nèi)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?guī)顓^(qū)域用遠(yuǎn)紅外線加熱袋加熱至600℃左右，保溫2h，以每小時(shí)不高于150℃的速度降溫，以去除應(yīng)力。

（8）利用UT檢測(cè)焊縫，不合格地方需刨開重新焊接，以保證焊縫質(zhì)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(qiáng)度。

（10）在筒體運(yùn)轉(zhuǎn)過程中加強(qiáng)日常巡視，發(fā)現(xiàn)有裂紋跡象立即停機(jī)處理。

（11）從生產(chǎn)工藝、操作維護(hù)等方面分析總結(jié)導(dǎo)致局部筒體溫度過高現(xiàn)象的原因，并加以改善，確保回轉(zhuǎn)窯安全運(yùn)行。

5 焊縫修復(fù)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(yùn)行了將近一年的時(shí)間，筒體裂紋沒有擴(kuò)大的跡象，為水泥廠節(jié)約了上百萬元費(fèi)用，得到了用戶的認(rèn)可。■

TQ172.622.29

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1001-6171（2014）05-0094-02

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2014-04-16；編輯：呂光