萬噸級回轉窯的升級改造及設備維護

王科學，盧華武，王明乾，鄧榮娟

某公司萬噸水泥熟料生產線回轉窯設備自國外進口，回轉窯規格?6m×90m，窯頭筒體縮口為?5.8m，窯尾筒體擴口為?6.4m，回轉窯斜度4%，最大窯速3.6r/min，傳動裝置配套雙傳動雙液壓擋輪，主電機功率2×845kW。

在生產過程中，回轉窯中間檔基礎處有明顯振動，輪帶和托輪接觸表面存在波浪紋；窯速較高時，中間檔輪帶附近耐火磚易脫落，窯速受限，回轉窯產量為10 000t/d時，窯速僅為3.2r/min左右；同時，回轉窯存在窯筒體鋼板明顯減薄變形，窯筒體偏擺量大，筒體中心線在中間檔處偏高，各檔輪帶滑移量不合理，傳動裝置大齒圈彈簧板多次斷裂，主減速機潤滑油溫度較高等問題。公司對該條萬噸水泥熟料生產線燒成系統進行改造后，對其回轉窯關鍵設備也進行了改造優化，本文重點介紹回轉窯關鍵設備的改造優化。

1 改造回轉窯筒體

1.1 更換中間檔部分窯筒體

回轉窯運行期間，中間檔窯墩處有明顯振動，輪帶和托輪、輪帶和擋輪的接觸表面均有波浪紋（如圖1所示），中間檔輪帶兩側的耐火磚也容易脫落，尤其是在窯速較高的情況下更易出現問題。分析可能是因為回轉窯運轉初期，窯中間檔處筒體溫度高，發生過多次掉磚、紅窯、輪帶和筒體抱死的事故，導致中間檔輪帶和輪帶下的窯筒體產生了損傷、變形，輪帶和筒體接觸不良，輪帶和托輪、輪帶和擋輪接觸轉動不平穩。為此，改造時更換了中間檔輪帶下及兩側過渡帶的窯筒體，拆卸了中間檔輪帶，并將其內外表面及錐面返廠加工平整，中間檔的擋輪表面也一并返廠加工，確保了中間檔各處接觸受力的平穩。中間檔托輪暫不作處理，在后續生產中，將根據輪帶和托輪表面的實際接觸情況，考慮是否對其進行在線加工改造。

圖1 中間檔輪帶和托輪、輪帶和擋輪的接觸表面出現波浪紋

1.2 更換二檔輪帶部分鋼板減薄的窯筒體段節

根據現場最新的回轉窯在線檢測報告及窯筒體鋼板厚度檢測數據，二檔輪帶后至大齒圈間的窯筒體鋼板明顯減薄，最薄處減量8mm，減薄量達25%（原筒體鋼板厚度32mm），且出現了較大偏擺。分析原因，是因為窯筒體二檔輪帶和大齒圈之間處于回轉窯上過渡帶，此處沒有穩定的窯皮保護，筒體溫度高、波動大，變形偏擺大，窯內有害氣體元素易富集，導致窯筒體鋼板易被侵蝕磨損，筒體鋼板減薄變形嚴重。改造時，更換二檔輪帶前至大齒圈下筒體段節（共37m長），新舊鋼板的對接處錯開焊縫熱影響區100mm。

1.3 改造窯尾懸臂段筒體

為配合燒成系統預熱器的改造，使改造優化后的預熱器系統布置更順暢，系統阻力進一步降低，需將窯尾懸臂段筒體截短2.7m，通過計算，確認了在窯尾懸臂段筒體截短前后，回轉窯設備的載荷受力均在許用值范圍內。

更換窯筒體時，重新調整找正新更換筒體段節和各檔輪帶處回轉窯筒體的中心線，調整各檔托輪的位置和斜度，如圖2所示。更換筒體后，采用在線檢測的方法，檢測窯筒體中心線，使窯筒體中心線平直，各檔托輪與輪帶接觸良好，位置正確，受力均勻合理。

圖2 檢測窯筒體中心線

2 更換傳動裝置

該萬噸水泥熟料生產線燒成系統技改后，回轉窯產量及窯速均有所增加，需整體更換回轉窯電機、減速機、傳動裝置，以滿足回轉窯運轉要求。改造時，將回轉窯主電機功率增至2×1 120kW，主減速機更換為扭力臂支撐的行星減速機，提高主減速機承載能力，降低速比，將回轉窯最高轉速提高至5r/min，配套更換聯軸器及輔助傳動裝置。

該生產線回轉窯的大小齒輪傳動裝置已運轉了十多年，齒面已出現了嚴重的磨損和點蝕，彈簧板也多次斷裂。此次改造中，對回轉窯大小齒輪進行了翻面使用，同時，對大小齒輪的安裝位置進行了調整找正，更換了小齒輪軸及彈簧板裝置。

不同于國內常規回轉窯傳動裝置結構，該回轉窯傳動裝置采用橋式彈簧板結構連接（圖3），大齒圈和窯筒體之間的彈簧板兩側設置U型支座與筒體焊接連接。橋式彈簧板在大齒圈徑向側剛度較弱，大齒圈的徑向跳動值大。在安裝找正過程中，應在大齒圈處整圈搭建腳手架，通過安裝工具調整、找正大齒圈的安裝位置后，將在地面預組裝的橋式彈簧板裝置與大齒圈連接。在安裝彈簧板時，通過調整墊片，使彈簧板位置處于水平狀態，將彈簧板U型支座與筒體焊接牢固；拆除一組彈簧板與大齒圈之間的墊片，使彈簧板凸向大齒圈方向，彈簧板處于預張緊狀態，用于補償熱態運轉時，窯筒體和U型支座的熱膨脹偏差；使用扭矩扳手緊固大齒圈和彈簧板間的連接螺栓，復核大齒圈的端面跳動和徑向跳動數值，如有需要，可進行微調；移除大齒圈安裝工具，安裝大齒圈和窯筒體間的隔熱罩。

圖3 橋式彈簧板結構大齒圈

大齒圈安裝到位后，根據大齒圈的安裝位置，調整找正小齒輪的安裝位置。由于回轉窯設備長期運轉后，托輪、輪帶、墊板各接觸面均有磨損，窯中心線整體有所降低，大齒圈的中心位置也隨之降低，導致大小齒輪之間的齒頂間隙減小。在調整找正小齒輪安裝位置時，小齒輪裝置應整體外移，留出合理的大小齒輪之間的齒頂間隙，確保大小齒輪之間有合理的齒面接觸面積。現場小齒輪裝置是襯瓦支撐結構，通過球面瓦循環水進行冷卻，小齒輪裝置調整找正時，應兼顧小齒輪軸與襯瓦的接觸狀態，保證其接觸位置合理。

現場主減速機通過扭力臂連接固定（見圖4），輔傳裝置固定在主減速機上，小齒輪裝置整體外移后，電機減速機的安裝位置也應隨之向外側調整，以確保傳動裝置連接位置準確，設備運轉平穩。改造后，更換了主減速機稀油站，使之由不帶油箱布置在主減速機旁，改為在地面獨立配置，且潤滑油泵為“一用一備”，加大了稀油站冷卻面積，提高了其對主減速機潤滑油的冷卻能力和系統的可靠性。

圖4 傳動裝置扭力臂支撐結構

3 更換窯尾密封裝置及窯尾護板

燒成系統改造后，窯尾煙室擴口加大，通風截面積增大，窯內通風改善，煙室系統阻力降低。隨著窯尾煙室結構尺寸的加大，與煙室連接配套的窯尾密封裝置需相應加大結構尺寸，窯尾護板內徑也需相應加大尺寸。

此處改造，對窯尾密封裝置和窯尾護板進行了整體更換優化。改造后，窯尾密封裝置（圖5）采用氣缸壓緊摩擦片式結構，選用高品質耐高溫氣缸，氣缸外設置隔熱防塵罩，氣缸下半圈布置在煙室一側，以減少窯尾處高溫多塵、易漏料等工況對氣缸的影響。改造時，還加大了窯尾回料勺的容積、揚料板的數量及傾斜角度，使之回料能力提高，避免了窯尾漏料。此外，在窯尾密封裝置和煙室之間增加了柔性密封結構，可以隨著窯尾密封裝置上下移動，以避免該處盤根（密封填料）磨損后出現間隙，易漏風漏灰，更好地保證了密封效果。

圖5 窯尾密封裝置結構

4 增加小窯門罩截面積并更換窯門結構

隨著系統產量的增加，需增加小窯門罩的截面積，以減小二次風速，避免窯頭“飛砂”問題。改造時，現場的小窯門罩靠噴煤管一側的端面，將整體外擴至土建梁附近，以增加小窯門罩和冷卻機接口的截面積，確保二次風速符合要求。

現場小窯門罩的窯門是傳統帶軌道、滑軌對開式結構，重量大，滾輪滑軌處易卡死，窯門開關不便，長期熱態使用后，易燒損變形，甚至出現窯門傾倒事故。窯門處的密封效果差，造成漏風、漏灰，不僅影響燒成系統穩定，增加熱耗，而且影響周邊環境。另外，窯門罩前端面平移外擴后，窯門將與土建平臺位置相干涉。

為解決上述問題，開發了一種新結構的絞鏈旋轉打開式窯門，如圖6所示。該結構的窯門兩側有固定銷軸，窯門插入到窯門罩的開孔內，可以繞著銷軸旋轉打開。為避免窯門殼體變形，影響窯門開關，將插入到窯門罩開孔內的窯門殼體設計成錐形結構，留出合理的間隙值，避免了因殼體燒損變形而導致的卡碰問題。窯門殼體選用耐熱鋼板，且窯門四周有插槽式密封結構。改造后，窯門處的密封效果大幅提高，總重約為原窯門總重的1/3，絞接式的連接結構使窯門開關更加迅速，使用更加安全、可靠。

圖6 絞鏈旋轉打開式窯門結構

5 配置托輪軸承組強制循環潤滑冷卻裝置

隨著回轉窯窯速的提高，托輪軸和軸瓦接觸摩擦加劇，托輪軸瓦發熱風險上升。為了確保托輪軸承組的長期穩定運轉，改造時配置了托輪軸承組強制循環潤滑冷卻裝置，如圖7 所示。該裝置運行時，將軸承座內的潤滑油泵出，進行循環、過濾、冷卻，然后將冷卻后的低溫潤滑油不斷注入軸承座內，降低軸承座內潤滑油和襯瓦的溫度。運用該裝置，軸承座內軸瓦摩擦產生的熱量被不斷帶出，使軸承座內的溫度達到動態平衡，以控制軸承座內的油溫和瓦溫，保證托輪軸承組的穩定運轉。

圖7 托輪軸承組強制循環潤滑冷卻裝置

該套潤滑冷卻系統布局緊湊、體積小、泵送能力強、系統流量大、冷卻面積大、冷卻效果好，雙筒過濾器可在線檢修更換。改造時，在現場12 個軸承座處預留潤滑油和循環冷卻水接口，在每個窯墩上布置1套潤滑冷卻裝置，當某個軸承座軸瓦發熱時，將潤滑冷卻裝置移動到軸承座附近，通過軟管快速連接潤滑冷卻裝置，控制軸瓦溫度，確保托輪軸承組長期穩定運轉。

配置此強制循環潤滑冷卻裝置，僅起輔助冷卻作用。在實際生產中，當軸瓦發熱時，應先查找發熱原因，再采取調整托輪、減緩止推盤受力、更換被污染的潤滑油等措施，以上措施均無效時，再考慮使用潤滑冷卻裝置應急降溫，維持設備運轉。由于此措施僅為應急措施，不建議長期使用循環油泵，應進一步查找發熱原因，通過調整托輪或刮瓦換瓦，從根本上解決軸瓦發熱問題。

6 增加輪帶下墊板自動噴射潤滑系統

回轉窯提產提速后，輪帶內表面和輪帶下墊板之間的磨損也會加劇，輪帶和墊板之間的間隙會逐漸加大，滑移量增加，有可能會造成輪帶下筒體變形加大，輪帶和墊板接觸不良，磨損出溝槽，受力不均，進而造成輪帶下耐火磚承受筒體變形產生的機械應力加大，易斷裂脫落；托輪和輪帶接觸不良，托輪受力變化可能會引起軸瓦發熱等問題，同時，各檔墊板磨損不均、受力不勻，也可能導致窯筒體中心線變化，引起窯體振動。

目前現場輪帶下墊板的潤滑普遍采用的是人工氣動泵、手動操作噴射潤滑的方式。由于輪帶和墊板之間的縫隙狹小，接觸面非常長，人工操作長達數米的噴槍，很難將墊板潤滑油有效噴射到輪帶和墊板的整個狹長接觸面內部，不僅不能潤滑墊板表面、減緩磨損，而且還會造成墊板潤滑油的浪費和環境的污染。

針對這一問題，設計開發了輪帶下墊板自動噴射潤滑系統，如圖8 所示。改造時，提前在輪帶下安設潤滑油噴嘴及噴射系統，由PLC 程序控制，將墊板潤滑油從兩塊墊板間的空隙，精確均勻地自動噴射到輪帶和墊板內部接觸面。通過高溫傳感器實時監測回轉窯轉速和墊板位置，精確控制噴射位置和噴油時間，當窯體轉到墊板空隙位置時，開始噴射。該系統能夠實現遠程自動控制，做到定時定量噴射潤滑，性能可靠，潤滑充分；可有效減緩墊板磨損，改善輪帶和墊板的接觸及受力，延長墊板的使用壽命，合理控制輪帶和墊板的間隙，減少潤滑油的消耗，減輕工人的勞動強度；有利于實現回轉窯設備的精確、自動化控制，使回轉窯設備長期穩定運行。

圖8 輪帶下墊板自動噴射潤滑系統

7 結語

該萬噸水泥生產線回轉窯關鍵設備改造后，轉速達4r/min，運行平穩，無異響和振動。傳動裝置整體運行平穩，窯尾密封裝置處無漏料現象，摩擦片貼合緊密，密封效果良好。窯頭二次風風速符合要求，無“飛砂”，絞鏈旋轉打開式窯門密封效果良好，窯門處無漏風漏灰現象。輪帶下墊板自動噴射潤滑系統工作正常，可將潤滑油自動噴射至輪帶內表面，有效保證了輪帶和墊板的潤滑效果。托輪軸承組強制潤滑冷卻裝置可應急處置托輪軸承組的油溫瓦溫異常，確保回轉窯設備連續穩定運轉。