水泥企業核心生產單元及潤滑技術

王力波 蔣世濱

中國石油蘭州潤滑油研究開發中心

本文對水泥企業各核心生產單元所使用的設備和設備用油要求進行了介紹，并推薦了相應的潤滑劑產品，為水泥行業在設備選油時提出最佳潤滑方案提供有價值的參考。

我國是世界水泥產量第一大國，我國水泥工業在國際上已經形成一定的產業優勢。水泥建設工程項目占全球市場份額45%以上，服務總包和投資建設的國外水泥生產線熟料產能超過8 000萬t[1]。2018年我國水泥總產量21.8億t[2]，占世界水泥總產量的55%。全國水泥企業3 465家，全國實際熟料產能20.2億t，水泥產能38.3億t。預計2019-2020年水泥需求在23.4 億 t～23.9 億 t之間[3]。

隨著水泥行業的不斷發展，其所使用的設備和用油也在不斷發展，充分了解水泥行業工藝流程、水泥企業各核心生產單元所使用的設備和用油情況，對我國水泥行業的發展具有推動作用和現實意義。

水泥生產工藝流程

水泥工藝生產過程見圖1。

水泥企業核心生產單元及潤滑技術

水泥廠核心生產部分主要由礦山開采、水泥生產、水泥粉磨運輸三個生產單元組成。

礦山開采單元

礦山開采是將礦體石灰石表面覆蓋的泥土層挖走，再用爆破的形式加上使用鉆機、破碎機等工具將石灰石（主要是含CaCO3、SiO2等物質）弄成碎塊，方便開采。然后將爆破產生的碎石塊經挖掘機、鏟車等工具裝載到礦用自卸車運輸系統上，輸送到粉碎設備進行粉碎，在下一道工序準備進行混合配制。石灰石是生產水泥用量最大的原料，開采后的粒度較大，硬度較高，因此石灰石是生產水泥用量最大的原料。而生產水泥所用的黏土質原料、骨料沙石和鐵礦渣等其他輔料的采掘和石灰石采掘大體相似。

礦山機械多屬于重負荷，中速或低速傳動，經常承受沖擊負荷，使用環境惡劣。受潮濕、灰塵、風吹、日曬、雨淋及夏熱冬冷等氣候變化影響，所以對潤滑油要求有良好的熱穩定性、氧化安定性、防銹性、抗腐蝕性等特性。礦山開采設備與工程機械行業設備類似，主要有鉆機、挖掘機、推土機、礦用自卸車、破碎機、皮帶運輸機等。該生產單元所使用的油品主要有重負荷柴油機油、液壓油、GL-4/GL-5車輛齒輪油、工業齒輪油、空氣壓縮機油等。礦山開采單元設備特點及推薦使用油品見表1。

圖1 水泥工藝生產過程

水泥生產單元

水泥生產單元是水泥廠最重要的部門，包括生料制備、煤粉制備、熟料煅燒3個部分：

◇生料制備。從礦山上開采并已破碎好的石灰石與黏土質原料、沙石、鐵礦渣等輔料依照特定的比例配合，在生料磨磨細后使礦物中的化學組分變得相對均勻，并使顆粒變細，調配為成分適宜煅燒的生料。在物料進入粉磨設備之前，要盡可能將大塊物料破碎至細小、均勻的粒度，以減輕粉磨設備的負荷，提高磨機的產量。為了使生料能在回轉窯系統內充分燃燒（化學反應），必須將粉磨好的生料放入生料均化庫中儲存一定時間，便于生料在回轉窯系統內充分燃燒。

◇煤粉制備。水泥生料煅燒所需的煤炭必須制備成煤粉，提供煤粉燃燒所需要的粒度，以便于充分燃燒，得到足夠的燃燒反應能力。

◇熟料煅燒。儲存后的以石灰石、黏土質原料、沙石、鐵礦渣等為主要原料的生料，通過斗提機、皮帶機、鏈斗機等運輸設備輸將生料送至懸浮式預分解爐中進行碳酸鈣的分解，這使得原本需要回轉窯分解1 h的預熱過程縮短為30～45 min[4]。分解后的生料進入回轉窯鍛燒至部分或全部熔融，鍛燒后的熟料通過蓖冷機急速冷卻獲得半成品熟料。

水泥生產單元設備種類較多，主要有定量皮帶秤、堆取料機、板

式給料機、皮帶輸送機、鏈式輸送機、生料磨機、斗提機、大功率風機和高溫風機、回轉窯、蓖冷機、收塵器、拉鏈機、熟料磨機、煤磨機等。該生產單元所使用的油品主要有回轉窯托輪大瓦專用油、回轉窯高溫輪帶油、蝸輪蝸桿油、抗磨液壓油、汽輪機油、空氣壓縮機油、汽缸油等。水泥生產單元設備特點及推薦使用油品見表2。

表1 礦山開采單元設備特點及推薦使用油品

水泥生產單元主要工藝是燒結工段，燒結工段主體設備是回轉窯。水泥回轉窯主要用來煅燒水泥熟料，是生產水泥的“心臟”。回轉窯是指旋轉煅燒窯（俗稱旋窯），屬于建材設備類，是廣泛用于冶金、化工、建材、環衛等行業的長圓桶設備。回轉窯按處理物料不同可分為水泥窯、冶金化工窯和石灰窯。水泥窯主要用于煅燒水泥熟料，分干法生產水泥窯和濕法生產水泥窯兩大類。現階段主要以采用了新型的干法窯作為主要的生產水泥的設備。

（續表1）

表1 礦山開采單元設備特點及推薦使用油品

水泥回轉窯主要由筒體、支撐軸承、帶擋輪支撐軸承、輪帶（又稱滾圈）、托輪、傳動裝置、活動窯頭、窯尾密封裝置和噴煤管裝置等部件構成，見圖2。

回轉窯圓桶外裝有幾道輪帶，回轉窯筒體以一定的斜度均布在與輪帶相對應的若干擋輪、托輪支撐軸承上。輪帶是一個堅固的大鋼圈套裝在桶體上，支撐回轉窯（包括窯磚和物料）的全部重力。輪帶的重量從20 t（直徑3.6 m）到100 t（直徑5.6 m）不等。輪帶附近的壁厚增大，目的是減少托輪的壓力而產生的變形。支撐托輪也是窯體的一部分，和輪帶對應與地基相連，是整個回轉窯的承重支柱。通常一組托輥，由兩個托輥和兩個擋輪組成。回轉窯在正常運轉時里面要鋪上耐火磚。托輪通過軸承支撐著回轉窯，軸承安裝在水泥墩上；為使托輪磨損均勻，窯體每班上下移動1～3次，每次移動幅度約50 mm，上下移動可通過托輪的傾斜、液壓擋輪來完成。液壓擋輪是圍繞縱向軸運動的滾輪，安裝在窯尾輪帶靠近窯頭側的平面上，其作用是及時指出窯體在托輪上的運轉位置是否合理，并限制或控制窯體軸向竄動。回轉窯傳動裝置主要由電動機、主減速器、輔傳系統和開式大小齒輪組成，是回轉窯的重要組成部分之一。傳動裝置通過電動機、減速機、小齒輪傳動筒體上的大齒輪，使筒體以一定的速度轉動，支撐筒體的托輪也同時轉動，托輪通過滑動軸承套在托輪軸上，滑動軸承承受高溫、高負荷，需要性能優良的潤滑油進行潤滑[5]。

回轉窯在高溫環境下重負荷交變慢速運轉，長期處于高溫、高壓、低速、重載、沖擊負荷大、窯筒體熱輻射強的工作狀態。窯的重量超過1 000 t，整個窯體分三檔托輪支撐，平均每檔托輪瓦承重50 t左右，再加上沖擊負荷，因此輪瓦油所承受的負荷更大。回轉窯表面溫度在190 ℃左右，燒結溫度在1 400 ℃左右。在這樣的高負荷和高溫下，對潤滑油的要求十分苛刻，因此潤滑技術性能要求更高。回轉窯主要潤滑的部件有：窯體墊板與輪帶之間的潤滑，輪帶與托輪之間的潤滑，輪帶與檔圈、擋輪之間的潤滑。

表2 水泥生產單元設備特點及推薦使用油品

（續表2）

表2 水泥生產單元設備特點及推薦使用油品

圖2 水泥回轉窯主要結構示意

主體設備回轉窯筒體和輪帶及其用油

筒體是回轉窯的主要組成部分，中間有3～5個輪帶，它是由不同厚度鋼板卷成的分節的圓筒。回轉窯筒體本身耐火，在兩道托輪之間的筒體會產生軸向彎曲，在輪帶處產生橫截面的徑向變形。

回轉窯輪帶又稱滾圈，是回轉窯最重要的支撐部件。滾圈部分窯體由于承重，比其他部分窯體鋼板稍厚。其作用是把筒體的全部重力（包括耐火磚、內部裝置和物料等的重力）傳遞給托輪，并使筒體能在托輪上平穩地回轉，因此輪帶要具有足夠的強度和耐久性。同時，輪帶又是加強筒體徑向剛度的零件，應有足夠的剛度。輪帶是以鑄鋼或鍛鋼制成，通常套在筒體上，其與筒體間沒有固定，筒體通過輪帶安放在2～7檔滑動或滾動軸承的支撐裝置的托輪上。國外進口回轉窯輪帶油產品價格昂貴，國內則有昆侖KL1000髙性能輪帶油和龍日HF-高溫輪帶潤滑劑。

昆侖KL1000髙性能輪帶油由優質特殊結構的合成基礎油和新型耐高溫固體潤滑劑配制而成，能在輪帶與托輪、輪帶與回轉窯墊板、輪帶與托輪、輪帶與擋圈擋輪之間起到很好的潤滑作用，可保證輪帶及相關部件在高溫高負荷下保持良好的潤滑狀態，有效減少摩擦和磨損；同時具有優良的擦傷性能，可防止膠著等不良狀況發生，并有效地防止回轉窯抖動扭曲變形，防止耐火磚脫落，可延長回轉窯壽命[5]。其所含新型耐高溫固體潤滑劑可在500 ℃高溫時仍保持良好的穩定性與潤滑性能。

龍日HF-高溫輪帶潤滑劑采用優質復合合成油并加入多種納米超細耐高溫固體潤滑材料及不易燃添加劑精制而成，具有良好的極壓、抗磨、耐高溫性能，最高使用溫度可達600 ℃以上。產品能形成高強度的高溫保護潤滑膜，有效地防止回轉窯抖動、扭曲、變形及耐火磚脫落，延長回轉窯使用壽命，適用于回轉窯輪帶與墊板、輪帶與托輪、輪帶與擋圈、擋輪之間的潤滑。龍日HF-高溫輪帶潤滑劑質量指標見表3。

表3 龍日HF-高溫輪帶潤滑劑質量指標

主體設備回轉窯托輪、傳動裝置及其用油

回轉窯每道輪帶的下方兩側，各有一對托輪，支撐窯的部分重力。回轉窯的傳動裝置由電動機、減速機及大小齒輪所組成。電力驅動電動機運轉，通過電動機減速，動力傳遞到小齒輪，小齒輪驅動筒體上的大齒輪，使大齒輪運轉。大齒輪一般安裝在靠近窯筒體尾部。減速機高速軸用彈性聯軸器與電動機相連，低速軸有較大徑向位移和聯軸器與小齒輪軸連接[5]。

托輪是支承回轉窯運轉的，而托輪軸承是支承回轉窯正常運轉的關鍵所在。回轉窯托輪軸承采用齒輪油進行潤滑。生產水泥的回轉窯托輪軸承軸瓦是水泥企業中非常重要的潤滑部位，而在整個托輪軸承中，軸瓦是最核心的零件。一旦因為設備溫度升高而燒損軸瓦，處理起來停機時間長，影響整個生產進程；并且不僅僅造成停工損失，還會造成投料損失，甚至導致設備損壞等情況。昆侖DW100托輪大瓦油和龍日HF-回轉窯托輪大瓦專用油是針對回轉窯托輪軸承軸瓦工況所開發的專用油品。

昆侖DW100托輪大瓦油由精制礦物型基礎油和性能優良的極壓抗磨劑、油性劑、防銹劑調配而成。產品具有良好的抗磨損性能和極佳的負載能力，適合苛刻工作條件下的齒輪系統，為設備提供有效保護；具有優良的氧化安定性和熱安定性，保證油品長久的使用壽命；具有優良的防銹防腐性、抗乳化性，在齒輪油工作中進水情況下可有效地防止機件腐蝕；具有優良的抗泡沫性，能提供有效的油膜保護，起良好的潤滑、散熱作用；具有良好的防水、防塵、防銹性，流動性好；具有良好的黏附能力，保證開式齒輪的潤滑的需求，可為設備提供有效的保護，延長設備的使用周期；不含有金屬和氯，符合環保要求。昆侖DW100托輪大瓦油典型數據見表4。

龍日HF-回轉窯托輪大瓦專用油采用高黏度指數合成油、多種固體潤滑材料和抗磨添加劑配制而成，對回轉窯托輪軸瓦有研磨填補、修復拉絲作用，從而使軸瓦之間相對平整光滑配伍到位，并且形成一層具有吸附力強的臨界隔離膜，達到最佳的減摩潤滑作用，使回轉窯托輪軸承安全度過磨合期。龍日HF-回轉窯托輪大瓦專用油質量指標見表5。

表4 昆侖DW100托輪大瓦油典型數據

表5 龍日HF-回轉窯托輪大瓦專用油質量指標

回轉窯的小齒輪和大齒圈為開放式設備，長期在多粉塵、高負荷、大振動、高溫下運行，要求潤滑油具有高負荷能力、防銹抗腐蝕性強、潤滑劑工作溫度范圍寬。回轉窯大齒圈用油推薦使用開式工業齒輪油[5]。昆侖KC-B500開式齒輪油由精制礦物型基礎油與添加劑配制而成，是全負荷工況下磨機、轉窯類等設備的齒輪副專用潤滑油。此齒輪油具有優異的抗磨性能，在一定的工況條件下，在主動齒輪與被動齒輪之間形成緩沖油膜，且無溶劑和瀝青，是一種環保產品。此齒輪油具備優良的機械穩定性，可在嚴苛的工況過程中保持特有的防護特性。昆侖KC-B500重負荷開式齒輪油在使用過程中還表現出了良好的黏附性、潤滑冷卻性和優異的抗氧防銹性。其質量指標和典型數據見表6。

表6 昆侖KC-B500開式齒輪油質量指標和典型數據

主體設備回轉窯液壓擋輪及其潤滑

由于水泥回轉窯桶體是傾斜放置，在自重分力作用下，回轉窯回轉工作時，其桶體必然要下滑，為了限制桶體下滑，使滾圈、托輪、大齒圈、與小齒輪在全寬度范圍內均勻磨損，延長設備的使用壽命，在回轉窯上均要設置擋輪裝置。

液壓擋輪裝置是回轉窯擋輪裝置的一種主要形式，其結構很多，但都大同小異。主要由液壓擋輪缸、活塞桿、擋輪、滾圈、移座、導向軸、支座組成。工作時，液壓擋輪缸中的活塞桿推動擋輪，擋輪與滾圈的側斜面接觸，從而推動滾圈帶動回轉窯桶體上移。擋輪裝在具有兩個導向套桶的移座上，移座沿導向軸往復移動。液壓擋輪缸和擋輪都裝在支座上，活塞向左移動靠液壓力推動，向右移動靠桶體自重分力作用。活塞桿其頭部加工成球面，實現自動調心。每臺一般設置兩只液壓擋輪，兩只液壓擋輪并聯驅動擋輪機構，使回轉窯桶體上下移動。

回轉窯液壓擋輪系統要承受連續工作中的液壓傳動所帶來的磨損，同時要求在高、低溫下能順利啟動，這就要求所用潤滑劑具有抗磨性、抗氧化性、抗腐蝕性和抗乳化性。擋輪軸承潤滑脂推薦使用昆侖3號極壓復合鋰基潤滑脂。

昆侖3號極壓復合鋰基潤滑脂性能優越，由12-羥基硬脂酸鋰稠化，用深度精制的礦物油添加無鉛極壓添加劑、防銹和抗氧化劑，通過特殊技術工藝制成。該潤滑脂具有良好的耐極壓性、抗水性、機械安全性、防銹性和防腐性、抗氧化性和泵送性。其特點是滴點高，使用溫度范圍廣，對各種高溫高轉速的潤滑尤為適合。該潤滑脂適用于高負荷機械設備軸承及齒輪潤滑系統，特別適用于高溫工作環境，滴點高達290 ℃，對軸承提供全面保護，極大地延長軸承壽命。該潤滑脂是通用潤滑脂，可替代鈣基潤滑脂、鈉基潤滑脂、鈣鈉基潤滑脂，適用在-20～120 ℃工作溫度范圍內的各種機械設備的滾動軸承和滑動軸承及其他摩擦部位的潤滑。昆侖3號極壓復合鋰基潤滑脂質量指標和典型數據見表7。

表7 昆侖3號極壓復合鋰基潤滑脂質量指標和典型數據

水泥粉磨運輸單元

水泥粉磨運輸單元是將石膏、黏土、粉煤灰等材料按照一定比例配制，然后加入到已經生產出的熟料中，研磨成粒徑大小合適的微粒，使水泥具有最大的抗壓強度[6]。再將粉磨好的成品水泥進行包裝或散裝，通過火車、汽車等交通運輸工具輸送到各地。由于摻入到熟料中的混合材料大部分是城市產生的廢渣，如果把水泥粉磨站和熟料生產線一起建在礦山，這些混合材料要運到建在礦山附近的水泥生產廠里，磨成水泥后再運到城市，增加了運輸成本。因此，熟料生產線要建在礦山附近，水泥粉磨站要建在主要市場周邊地區。很多水泥企業目前也采取將生產的熟料輸送至主要市場周邊地區的粉磨站與石膏、黏土、粉煤灰等材料進行研磨，而后直接將研磨好的成品水泥運送到混凝土加工站的方式，這樣更有利于節約運輸成本和綠色環保。因此，水泥粉磨單元是水泥生產中的最后成品階段單獨獨立出來而形成的水泥成品生產單位，是一個具有綠色效益的產業。

粉磨運輸單元所擁有的設備比較簡單，主要有行車、龍門吊、定量皮帶秤、水泥磨、收塵器、斗提機、水泥散裝機、包裝機、皮帶輸送機以及汽車、火車等運輸工具等。該生產單元所使用的油品主要有工業齒輪油、車用發動機油、空氣壓縮機油、抗磨液壓油、火車機車用油等。水泥粉磨運輸單元設備特點及推薦使用油品見表8。

龍日HF-球磨機軸瓦專用油使用優良精制用的礦物基礎油，添加各種高效復合添加劑配制而成。產

品具有抗磨、耐高溫、耐氧化、成膜牢固等優點，能最快地修復拉絲，減少磨損，降低軸瓦溫度。該產品廣泛適用于礦山、水泥等行業磨礦、磨煤、磨料等雙滑履磨機及一般磨機上使用。龍日HF-球磨機軸瓦專用油質量指標見表9。

表8 水泥粉磨運輸單元設備特點及推薦使用油品

（續表8）

表8 水泥粉磨運輸單元設備特點及推薦

表9 龍日HF-球磨機軸瓦專用油質量指

結束語

中國石油和中國石化均是世界和中國國內頂級的潤滑油脂生產商，所生產的潤滑油脂性能優良，可以滿足水泥企業工況要求。而洛陽正本潤滑材料有限公司是針對水泥企業生產研制特種潤滑油的專業廠家，其生產的龍日HF-回轉窯托輪大瓦專用油享譽水泥行業。整體看來，目前水泥行業生產機械對潤滑油的要求包括：適宜的黏度、高的黏度指數和良好的高低溫性，良好的抗氧化安定性、極壓抗磨性、防銹腐蝕性以及長的使用壽命。用戶可按照自身的生產需求和設備特點，選擇最合適的潤滑油品，最大程度地減少設備停機時間，提高生產效率，創造更好的經濟效益。