江蘇省建材行業團體標準《水泥工業用回轉窯》解讀

賁道春，張亞華，董超，李曉平，施鵬宇

（1.江蘇鵬飛集團股份有限公司，江蘇 海安 226623；2.江蘇鑒華質量技術服務有限公司，江蘇 蘇州 215000；3.江蘇科泰檢測技術有限公司，江蘇 蘇州 215000）

0 引言

中國是水泥工業用回轉窯制造和使用最多的國家。江蘇省水泥工業用回轉窯產銷量在全國名列前茅，在全球市場占有率較高。隨著建材工業的革新發展和檢測手段的不斷完善，客戶對高質量產品的需求不斷提升，迫切需要有更先進的規范性文件指導水泥工業用回轉窯的設計、制造、安裝和檢驗。對于打造行業精品，具有十分重要的意義。

1 基本要求和整機要求的全面性

從安裝維護、環保、長期穩定運行角度出發，江蘇省團體標準T/JSJCXH 1—2021《水泥工業用回轉窯》[1]（以下簡稱“團標”）基本要求和整機要求得到更全面具體反映。眾多基本要求由原來依靠設計保證變成標準條款約束。

在國家標準GB/T 32994—2016《水泥工業回轉窯》（以下簡稱“國標”）基礎上增加的基本要求和整機要求有：大規格螺栓應配置專用扳手；大齒圈應配置安裝用調整工具；出廠段節宜配置對接調整工具；噪聲控制設計應符合GB/T 50087的規定；液壓系統及其元件應符合GB/T 3766的規定；液壓元件應符合GB/T 7935的規定；氣動系統及其元件應符合GB/T 7932的規定；寒冷地區使用的液壓系統應設置保溫加熱裝置；寒冷地區使用的齒輪潤滑油池和托輪軸承組潤滑油池應設置電加熱器；寒冷地區使用的水冷卻系統應設置防凍裂用排水閥門；室外使用的回轉窯齒輪傳動裝置宜設置防止雨水進入齒輪潤滑油池的裝置；大齒圈和小齒輪變位系數分配宜滿足齒輪副滑動率差小于1‰；托輪表面和擋輪表面應設置潤滑裝置；輪帶和墊板接觸面宜設置潤滑裝置；托輪軸承座和擋輪液壓油缸與筒體之間應設置隔熱裝置。

基本要求融入了傳動齒輪滑動率差趨近于零[2]的先進的設計理念。先以“滑動率差小于1‰”引導設計理念，以便將來往更好的方向（如滑動率差小于萬分之一）發展。

2 材料選擇要求先進性和合理性

2.1 筒體材料

回轉窯筒體是回轉窯關鍵件，長期以來，筒體材料一般選擇碳素結構鋼Q235B或質量等級較高的Q235C。

由于使用材料含較高有害化學成分導致回轉窯筒體碎裂和嚴重腐蝕的情況屢見不鮮[3]。因此團標起草中注重使用過程中的突發性事故原因，根據回轉窯的支承點數量、筒體公稱內徑、經濟性和合理性等確定筒體材料牌號。規定為：公稱內徑不大于φ4 m的三檔回轉窯筒體使用的材料機械性能應不低于Q235B；公稱內徑不大于φ4 m的兩檔回轉窯和公稱內徑大于φ4 m的三檔回轉窯筒體使用的材料機械性能應不低于Q235C；公稱內徑大于φ4 m的兩檔回轉窯筒體使用的材料機械性能應不低于Q245R或的Q355D；窯頭端小段節材料的機械性能宜不低于06Cr18Ni11Ti。

2.2 關鍵軸材料

長期以來規定回轉窯關鍵軸（托輪軸、材料軸、擋輪軸）材料不低于優質碳素結構鋼45鋼的規定。回轉窯重要軸類零件由于機械性能原因斷裂的問題時常發生。

40Cr鋼淬透性和調質處理后的綜合力學性能優于45鋼，團標起草中顧及關鍵軸的經濟性和合理性，從實際出發規定關鍵軸材料為40Cr。

2.3 擋輪材料

長期以來規定擋輪材料使用性能不低于ZG35Cr1Mo。鑒于擋輪的重要性，團標規定擋輪材料的機械性能應不低于ZG42Cr1Mo。

2.4 耐熱鋼件材料

國標對耐熱鋼件沒有做任何規定。團標明確規定：①窯頭護板材料的機械性能應不低于ZG40Cr25Ni20Si2；②尾護板和鑄造回料勺材料的機械性能應不低于ZG35Cr24Ni7Si2；③焊接回料勺材料的機械性能應不低于06Cr18Ni11Ti。

2.5 軸瓦材料

國標對軸瓦規定“鋅合金可采用尚未錄入該標準由ZA27衍生的新品種ZA303”。但ZA303材料暫沒有公開的規范性引用文件指導制造和檢驗，因此標準起草組通過調研和研究規定了ZA303材料的化學成分和力學性能要求，能夠指導制造和質量控制。

3 質量控制的經濟性和可靠性

3.1 段節焊縫區域的表面形狀

國標規定段節縱向焊縫區域和環形焊縫區域表面形狀內外均需控制。由于鋼板厚度公差帶較寬，差異有可能達到幾毫米。如厚度100 mm的鋼板允許上偏差為+3 mm，下偏差為-1.5 mm，差異達到4.5 mm。因此同時控制焊縫區域內外表面形狀不合理。

回轉窯筒體內表面形狀影響內襯砌筑質量，影響筒體的母線直線度，因此控制筒體內表面形狀能保證筒體質量。團標規定只需控制段節焊縫區域內表面形狀，具有科學合理性。

3.2 接縫處的周長差

國標規定“出廠兩相鄰大段節在接縫處的周長差應不大于0.15%的筒體內徑，且不超過6.0mm”，如φ5 m的回轉窯允許接縫處的周長差為7.5 mm。如此大的周長差必然影響兩相鄰大段節的對接質量。而團標允許小規格回轉窯接縫處的周長差為3.1 mm，大于6 m的回轉窯接縫處的周長差只允許4.0 mm，從而能夠間接保證大筒體的對接質量。

3.3 出廠段節任意橫截面上內徑差

國標規定筒體小段節同一橫截面上的最大直徑與最小直徑之差應符合“安裝輪帶或大齒圈處同一筒體小段節不應大于筒體公稱內徑的0.15%”和“其余同一小段節不應大于筒體公稱內徑的0.20%”要求。

任意橫截面上內徑差代表了段節內徑制造質量的穩定性和互換性。因而團標規定出廠段節任意橫截面上內徑差應符合如下要求：①安裝輪帶和大齒圈處段節截面內徑差不大于筒體公稱內徑的0.10%；②其他段節內徑差不大于筒體公稱內徑的0.15%。

3.4 出廠段節端面偏差

國標規定筒體出廠段節兩端的端面偏差f應不大于1.0 mm，目的是保證大筒體對接質量。而對于出廠段節端面偏差影響現場對接的質量參數不止于國標規定的兩種情況。因此團標將出廠段節兩端的端面偏差范圍擴展到整個出廠段節兩端的端面。

3.5 出廠段節的長度偏差

國標規定出廠大段節的長度偏差為該段節長度的±0.025%。出廠大段節的長度偏差能保證現場安裝效果，因此團標規定允許在保證輪帶在筒體上安裝位置不變的前提下進行出廠段節長度的修正，從而增加了現場安裝效果質量控制的靈活性。

3.6 墊板緊密貼合

國標規定墊板與筒體焊接前應緊密貼合，但沒有量化緊密貼合的指標，缺少質量控制依據。而團標明確規定墊板與段節焊接前貼合間隙不大于0.5 mm。

3.7 人孔門等開孔

國標規定筒體的人孔門未規定棱角倒圓尺寸、拋光、著色探傷和磁粉探傷要求。

參照國外回轉窯知名企業的經驗，團標增加規定“邊緣拋光至平滑過渡，周邊倒圓半徑為（4±1）mm”和“人孔邊緣表面探傷質量等級達到GB/T 9443—2019表3中SP2級或表4中LP2級/AP2級，或達到GB/T 9444—2019表1中的SM2級”的規定。

3.8 大齒圈探傷

國標規定大齒圈粗加工后，齒面至向內60 mm范圍內和重點受力區域應進行超聲檢測，其目的是控制輪齒區域的缺陷。

鑒于較大模數的全齒深超過60 mm和容易影響使用的區域缺陷，團標規定“齒頂向內3 mn（mn為法向模數）深度范圍內、哈夫面和彈簧板聯接凸臺超聲檢測”和“齒面、彈簧板聯接凸臺平面及凸臺R區表面探傷”。

3.9 大齒輪變形或齒形同軸度

國標未規定大齒圈的變形控制要求和小齒輪同軸度的要求。變形控制要求和小齒輪同軸度是回轉窯傳動控制的關鍵。GB/T 50561和JCJ/T 3—2017均規定了大齒圈的徑向跳動允許值，但是如果大齒圈的制造達不到要求，徑向跳動安裝調整將無濟于事。

團標規定大齒圈同一端面任意處齒根圓直徑差應不大于0.05 mn（mn為法向模數）；規定小齒輪端面處齒根圓對內孔中心點的同心度應不大于0.003 mn（mn為法向模數），直接控制了制造質量。

3.10 齒輪控制參數

國標對于開式齒輪齒厚偏差和公法線長度偏差沒有規定。團標規定了齒厚偏差Esn或齒輪公法線長度偏差Ebn設計方法，目的是統一設計規范。

團標推薦大齒圈和小齒輪的控制項目為公法線長度變動公差Fw、單個齒距偏差±fpt和螺旋線總偏差Fβ。推薦控制項目既考慮了控制齒輪運行的精確性、平穩性、載荷分布的均勻性，又考慮了項目檢測方便可行。

3.11 硬度要求

為了有效保證小齒輪齒面硬度，團標規定“小齒輪應在齒槽齒面粗加工余量不大于5 mm的前提下進行調質處理”。輪帶和托輪工作面的硬度要求較國標提高10 HB。

3.12 輪帶擋輪接觸錐面母線的直線度

國標對輪帶和擋輪接觸面的母線的直線度沒有規定，其直線度影響使用中的接觸效果。團標明確規定了“錐面母線的直線度不大于0.05 mm”。

3.13 主要鑄鋼件缺陷

輪帶、托輪、擋輪和大齒圈的缺陷界定、限制和處理至關重要。國標允許對工作面的缺陷進行補焊，但工作面的缺陷補焊對使用的影響特別大。

鑒于部分鑄造企業水平有了提高，能夠保證工作面不存在需要補焊的缺陷，故團標對不需補焊的缺陷規定“工作面的缺陷不允許補焊”，對需補焊的缺陷規定“缺陷不允許存在于工作面”。并且對主要鑄鋼件不需補焊的缺陷的總數量和分布根據零件大小進行了限制。

4 其他規定

4.1 安裝要求

團標規定“輪帶在筒體上的安裝位置應考慮窯體的竄動和熱工工況，達到竄動行程中托輪工作面全長范圍內與輪帶工作面接觸?！?，從安裝的最終使用效果為目的提出了接地氣的要求。

國標對大小齒輪安裝的冷態最嚙合關系沒有具體規定，其引用標準GB/T 50561規定大齒圈與小齒輪的齒頂間隙為[0.25 mn+(2.0～3.0)]，JCJ/T 3—2017也有同樣規定。但是由于齒厚極限偏差選擇多樣性、滾切刀具尺寸偏差、不同的加工工藝、齒頂圓圓度、齒頂圓直徑及其公差選擇多樣性、兩頂隙(c1和c2)較大的差異等原因導致相關標準規定的頂隙規范不合理和不實用[4]。團標規定“大小齒輪冷態最小處側隙宜為（0.06～0.07）mn（mn為法向模數）”，直接控制側隙嚙合參數。

4.2 智能化要求

團標融入更多更先進的電氣控制與智能化要求，體現了先進的智能要求。如規定“數據通訊應采用工業現場總線，通信網絡安裝應符合GB/T 26336的規定”“電氣控制設備應設置集中控制通信接口”“過程控制數據通信接口應采用滿足數據交互通訊要求的通用接口”“重要過程控制參數的采集率達到100%”“獲取、存儲、傳輸、分析和處理重要過程控制參數”“識別和顯示故障狀況及環保指標”“調節和優化工藝運行參數”等。

4.3 新的試驗方法

團標中新的試驗方法主要為：出廠段節端面偏差的檢測、球面瓦球心位置度檢測、齒輪滑動率差的測算、墊板外徑的測量、托輪軸承座中心高的測量。這些測量方法解決了長期以來部分企業測量方法不合理、不科學和不準確的問題。

4.4 出廠檢驗質量分類

團標在國標出廠檢驗質量分類的基礎上一般項有原來的13項增加到37項，增加近兩倍。其目的是注重更多的細節，打造完美產品。

4.5 貯存

團標在貯存規定中更注重防止重要零部件的損壞，規定了“長期存放的輪帶、托輪、擋輪、齒輪、托輪軸和大底座的托輪軸承座等重要零件安裝面、工作面、裝配接觸面應定期涂抹防銹油”“長期存放的零部件、軸承裝置、油站、電氣控制裝置、電氣元器件和儀表應采取防潮和防雨措施”。

5 結語

針對金屬材料的技術進步，加工質量的提高，用戶需求的提高，基于已經實施多年的國標起草了江蘇省團體標準。在國標基礎上突出質量控制重點和細節，融入更多能體現目前水泥工業回轉窯技術水平的要求和試驗方法，形成了一部具有地方特色的能夠引領目前國內先進水平和發展方向的指導性文件。團標的發布和實施將有助于我國回轉窯的制造質量躍上一個新臺階。