φ44..88m m×7474m m回轉窯輪帶表面出現剝落和裂紋的原因分析及應對措施

何雪梅

φ44..88m m×7474m m回轉窯輪帶表面出現剝落和裂紋的原因分析及應對措施

何雪梅

水泥回轉窯輪帶作為回轉窯主要支撐件，因其單體重、體積大、生產制作周期較長，受力大、扭矩大、系統復雜，是影響回轉窯運轉率的主要因素之一。輪帶一旦出現質量問題，維修和更換困難，停窯時間較長，對企業的生產影響較大，因此輪帶的加工質量和日常維護至關重要。本文對國外某公司φ4.8m×74m回轉窯輪帶在使用過程中出現的問題進行了分析，并提出了一些應對措施。

1　輪帶常見質量問題

以前回轉窯輪帶大多采用鑄造方式，該公司的三檔輪帶也采用鑄造，材質多為ZG35SiMn。若輪帶在鑄造過程或熱處理過程中存在缺陷，帶病運行，加之后期運行過程中使用和維護不當，容易產生輪帶因疲勞點蝕而出現表面剝落及壓潰、表面裂紋，回轉窯軸向傳動、擋塊脫焊，墊板螺栓損壞等現象。

表1　某公司φ4.8m×74m回轉窯輪帶相關參數

現場采用DP法對兩條裂紋進行檢測，測出兩條裂紋長度為455mm和125mm。經過幾個月的觀察，隨著生產運行，輪帶裂紋有繼續延伸、脫落部位有繼續加大的趨勢，隨即停窯進行現場維修，確?；剞D窯正常運轉，同時購買新的輪帶以備不時之需。

2　輪帶出現裂紋或剝落現象的原因分析

圖1　第Ⅱ檔輪帶工作面出現裂紋

2.1使用環境

該回轉窯地處非洲，氣候干燥炎熱，除現場日常維護，正常情況下該回轉窯輪帶同時承受溫差應力、接觸應力和彎曲應力等幾方面力的綜合作用。

（1）回轉窯輪帶作為支撐件，每個輪帶均支撐著該段回轉窯筒體、耐火材料、窯皮、熟料等數百噸的重量。輪帶工作環境溫度較高，回轉窯運行時，由于輪帶內外表面距回轉窯筒體的距離不同，接受筒體熱輻射的強度也不同，加上對流和傳導的綜合作用，致使遠離筒體的輪帶外表面溫度遠遠低于靠近筒體的內表面，存在著100多度的溫差，由此產生溫差應力。輪帶長期受該應力作用，在外表面5～7mm產生微裂紋，該裂紋和輪帶所處的接觸應力相互平行或成45°角，且裂紋不斷擴散，貫穿甚至剝落，從而形成如圖2所示的輪帶表面剝落、掉皮現象。

（2）輪帶屬于大型鑄造件，在鑄造過程和熱處理過程中不可避免地存在空洞、砂眼、結構疏松、裂紋等內部鑄造缺陷，另外，鋼水澆注時也容易在鑄件內部出現成分偏析現象，局部區域由于含碳量增高而使得該區域硬度高于其他區域，同時其韌性塑性降低。所以在輪帶運轉過程中，該區域正常磨損量小于其他區域，從而造成此區域面凸起，形成接觸應力，且應力集中。在接觸應力作用下，輪帶會沿鑄造缺陷處形成微裂紋，并快速發展，在輪帶表面產生如圖1所示的接觸疲勞裂紋。

圖2　輪帶工作面出現剝落

（3）輪帶采用鑄鋼鑄造，其韌性、抗沖擊性比較差，塑性變形能力也比較差。因此，在低溫條件下，即使很小的變形也容易引起脆性裂紋，并且斷裂點大多在砂眼、加雜等雜質處開始形成。正常情況下的停窯檢修，窯筒體溫度從幾百度降到常溫時，筒體必然收縮，使得輪帶產生彎曲應力，導致輪帶與托輪的作用點也發生變化；當冷窯啟動時，處于低溫脆性下的輪帶受彎曲應力作用產生脆性裂紋，加之在實際生產中，經常采用冷卻水冷卻輪帶，冷卻水滲入裂紋后，會形成密閉“高壓腔”，將加速裂紋的擴展。

2.2潤滑不當

白麗筠的名聲在我的同學們中間十分糟糕。就算我可以不考慮這種名聲帶來的影響，可是我的父母能否承受得起別人的議論？尤其是到了舉行婚禮那一天，面對眾人竊竊私語面帶各種復雜表情，我的父母能否受得了，我真的說不上來。

由于回轉窯輪帶及筒體墊片之間間隙過小，潤滑困難，在回轉窯運轉過程中，輪帶與窯筒體墊片接觸，形成滑動摩擦，造成墊板磨損加快，導致回轉窯筒體抖動、變形，輪帶墊板和側面擋塊的磨損及金屬拉傷，影響輪帶正常使用。

2.3輪帶材質及成分的影響

目前輪帶大多采用碳素鑄鋼進行鑄造，常用材質為ZG35SiMn或ZG35CrMo，具體見表2。

S和P通常被視為危害元素，其成分超標將降低材料的整體性能。S和Mn的結合可改善鋼的切削性能，但S在鋼中偏析嚴重，高溫下會降低鋼的塑性。S元素通常以FeS的形式存在，FeS熔化將削弱晶體間的結合力，導致鋼的熱脆性現象，容易造成熱裂紋。輪帶中S含量過高，補焊接時由于SO2的產生，將在表面形成氣孔和疏松，造成焊接質量缺陷，易產生焊接裂紋。

P元素在鋼中固熔強化和冷作硬化的作用強，可提高鋼的強度和耐大氣腐蝕性能，但會降低其冷沖壓性能。P也能增加鋼的切削性能，增加工件的表面質量，提高鋼的強度和硬度，但是P的最大害處是偏析嚴重，增加回火脆性，顯著降低鋼的塑性和韌性，易造成“冷脆”現象，產生冷裂紋。

因此，在輪帶鑄件中要嚴格控制各種微量元素的含量，尤其是嚴格控制S和P的含量，同時盡量減少成分偏析現象的發生。

2.4澆注工藝

目前輪帶澆鑄通常采用地坑和樹脂砂造型的方法，由于φ4.8m×74m回轉窯輪帶質量較大，通常需3包鋼水同時完成澆鑄。澆鑄溫度高低對鑄件質量影響較大，澆鑄溫度偏低時鑄件容易出現冷隔，表面出現皺皮缺陷；反之，澆鑄溫度過高時易出現大面積粘砂，鑄件易疏松，嚴重時出現集中縮孔。通常澆鑄冒口部位為裂紋、疏松等缺陷易產生區域。

表2　碳素鑄鋼輪帶微量元素控制范圍表，%

2.5熱處理

JC/T333-2006《水泥工業用回轉窯》明確要求輪帶熱處理后工作面的硬度＞185HB，常對輪帶進行正火+回火處理。熱處理控制不當，一方面會造成輪帶表面硬度偏低、易磨損，影響其使用壽命；另一方面，輪帶表面硬度偏高（一般要求托輪硬度應高于輪帶硬度20HB），又容易產生表面裂紋；第三，熱處理不均勻造成輪帶工作面上硬度偏差大，使用中造成受力、磨損不均。對于輪帶補焊部位，如熱處理工藝不當，其補焊部位硬度會明顯高于母材硬度，在后續生產使用中易造成該處應力集中，易產生裂紋。在制造中進行大面積補焊的輪帶，其補焊部位極易出現大面積脫落。如補焊部位沒有采取有效的消除應力措施，也會造成該部位延遲裂紋的產生。

2.6補焊修復

通常對粗加工后的輪帶進行初次超聲探傷，確定輪帶中存在的鑄造缺陷類型及位置，以便采取必要處理措施。鑄造缺陷通常有鑄造疏松或縮孔、線形缺陷、晶粒粗大、點狀缺陷等幾種類型。對于前兩類缺陷，制造廠一般采用補焊修復的方式。焊接前需進行預熱，焊補后對焊補面進行消除應力熱處理，焊補處硬度低于母材硬度，其中心與母材硬度差值≯10%。

在對輪帶表面進行磁粉探傷檢測時，補焊部位受焊工水平、焊接環境及焊接工藝影響較大，易出現補焊裂紋。

3　應對措施

3.1使用維護

合理使用和周期性養護是延長輪帶使用壽命的關鍵。做好回轉窯運轉過程的定期巡檢和維護，調整好輪帶與墊板間隙，定期加潤滑油，結合現場實際情況和中控數據，控制好輪帶的升溫，均是延長輪帶使用壽命行之有效的措施。

3.2輪帶修復

我們針對該公司輪帶表面出現的剝落和非貫通裂紋進行了研究分析，認為該輪帶經過修復后還可以正常使用。修復步驟具體如下：確定基準，找準筒體和輪帶定位。回轉窯筒體軸向伸縮量在停窯前后變化較大，要確定輪帶在筒體周向的固定位置，保證窯正常運轉時輪帶定位中心線與托輪寬度中心線基本保持一致。修復前，先用磁力鉆打止裂孔，防止裂紋繼續延伸，將裂紋部位刨去，并開出V形坡口或U形坡口（角度視裂紋情況而定），打磨后進行無損探傷，確認無裂紋和其他鑄造缺陷后再準備焊接。焊接前用氧炔焰進行局部預熱至200～300℃。焊條在焊接前應在200～300℃烘箱烘干2h，用保溫桶盛裝，隨用隨取。每層焊接后，立即輕輕捶擊焊縫，以消除焊接殘余應力；蓋面焊縫，高度略高于輪帶表面，以便打磨。焊完保溫10h。打磨焊縫，用樣板復查，待完全冷卻后對補焊部位進行UT和MP探傷檢測。該輪帶在修復后在生產中加強了保養和維護，同時增加了巡檢和檢查的頻率，目前運轉正常，沒有新的裂紋和剝落情況出現。

3.3后續建議

（1）加強輪帶制造過程中的質量監控。輪帶的鑄造和熱處理過程對輪帶的使用壽命至關重要，因此加強生產過程中的質量管控非常重要，有問題盡早發現并及時處理，上一道工序檢驗不合格不得轉入下一道工序。

（2）采用新的生產工藝，如采用全冒口澆注工藝或輪帶使用鍛件。全冒口澆注工藝可使輪帶達到更高的質量等級，在加工過程中，將冒口部位及易產生裂紋、疏松等鑄造缺陷的區域，作為切削量全部處理，從而提高輪帶的質量等級；輪帶采用鍛件，可有效避免鑄造輪帶中的一系列鑄造缺陷，且鍛造輪帶組織結構細密、晶粒分布均勻，可大幅提高設備總體性能，大幅延長使用壽命。

4　結語

本項目回轉窯輪帶出現質量問題后，我們進行了系統分析，并提出了維修措施，后期現場反應使用情況良好。為長遠生產考慮，我們建議訂購鍛造輪帶作為備件。

［1］賈應霖.回轉窯輪帶故障原因分析及改進的探討［J］.中國金屬通報，2009年增刊：249-250.

［2］劉啟元，陳華.回轉窯輪帶應力和材質探索［J］.水泥工程，2010，（5）：37-39.

Cause Analysis and Solution of Spalling and Cracking on the Surface of φ4.8m×74m Rotary Kiln Tire

TQ TQ172172..622622..1919文獻標識碼：A A文章編號：10011001--61716171（20162016）0303--00410041--0303

通訊地址：合肥水泥研究設計院，安徽合肥230051；2015-11-18；編輯：孫娟