關于回轉窯輪帶間隙測控及筒體溫度管控研究

周智勇

（安徽海螺集團（安徽海螺川崎裝備制造有限公司），安徽 蕪湖 241000）

回轉窯是水泥熟料生產線系統核心熱工設備。由于回轉窯筒體經常出現高溫，導致發生窯“縮頸”“紅窯”和“燒瓦”設備事故，分析事故與窯輪帶冷熱態間隙管控、工藝操作、熱工制度和設備管理關系很大，因此，研究回轉窯輪帶冷熱態間隙、窯筒體隔熱保溫、生產工藝和設備管理，避免設備事故發生，降低熟料綜合能耗和提高窯運行周期尤為重要。

本文研究了“回轉窯輪帶與筒體滑移量、冷熱態間隙控制”“輪帶與筒體墊板調整”“窯筒體與墊板更換標準與方案”“窯筒體內表面隔熱保溫措施”與“回轉窯中心線檢測與調整”等技術措施與方案，保障回轉窯安全穩定高效運行，具有一定指導意義。

1 回轉窯輪帶與筒體的結構設計

1.1 輪帶在窯筒體上的安裝方式

回轉窯一般由窯筒體、三檔輪帶及托輪支撐，采用電機驅動和減速機傳動熱工設備。筒體與輪帶采用活套式，減少了輪帶上的溫度應力。當窯運轉時，墊板起到保護筒體的作用。為了保證輪帶與筒體的良好接觸，則輪帶的內圓和墊板的外圓均需進行機械加工。墊板與筒體的固定，采取在墊板一端連續焊接，其余部位點焊或間斷焊，如圖1所示。

圖1 活套式輪帶的墊板與擋板形式

1.2 輪帶與筒體墊板間隙的理論測算

設輪帶的設計內徑為dr，筒體墊板外徑為Ds，則輪帶與筒體墊板的直徑方向間隙為：2δ1=dr-Ds（2δ1也稱冷態間隙）。在回轉窯工作時，由于溫度的影響，筒體和輪帶均要產生徑向膨脹，且筒體膨脹量窯大于輪帶膨脹量，兩者膨脹量差為：

式中，λ為鋼的線膨脹系數，λ=12×10-61/℃； Ts為筒體墊板外徑處的溫度，℃；Tro為輪帶的平均溫度，℃；T1為安裝時的環境溫度，℃。

窯工作狀態下（即熱態下），輪帶內圓與筒體墊板外圓在直徑方向上的實際間隙為：

設計時，在理想狀態下，應有Δ熱=2δ1-2δ2=0，即δ1=δ2。考慮安裝方便和窯內熱工制度，要求熱態下留有2～3mm間隙。即：實際設計時，應保證：Δ熱=2δ1-2δ2=（2-3）mm，即2δ1=2δ2+（2-3）mm。

設計院在冷態下設計預留間隙為8mm，考慮熱態間隙2～3mm，一般設計日產5000t/d回轉窯Ⅰ擋、Ⅱ擋、Ⅲ擋輪帶冷態間隙分別為12mm、12mm和10mm。

在窯的運行中，可采用實測法精準測定輪帶間隙的大小：用一個簡單的測量輪帶間隙的裝置。它由兩個磁鐵組成，一個磁鐵固定在筒體上，其上面帶彈簧的記錄筆壓向用另一個磁鐵固定在輪帶上的記錄板上。當窯回轉時，在記錄板上記錄下曲線。如圖2所示。

圖2 簡易間隙測量儀

由于熱態間隙對筒體的剛度起著很大作用，根據前面的理論分析，要求熱態下應留有間隙2～3mm，窯輪帶滑移量控制在6～18mm，熱態間隙控制在3～5mm較正常。當滑移量L≤5mm，則表明可能會發生與“縮頸”現象，引起窯內耐火磚脫落“紅窯”。

1.3 輪帶與筒體墊板間隙實際測算

輪帶與筒體墊板冷態間隙的測定

方法一，采用估算法，根據公式Ln=nπΔ，則Δ=Ln/nπ

實際上,可按照下式進行估算：Δ‵=Ln/2n。

方法二，在回轉窯停窯筒體恢復到常溫時，用1m規格的塞尺在窯筒體的正上方測量每塊筒體墊板與輪帶之間最小徑向間隙Δn（每塊筒體墊板編號，并記錄好對應的間隙）；在回轉窯的正上方測量，最后求出整圈墊板n塊的算術平均數，就是回轉窯的冷態間隙：

輪帶與筒體墊板熱態間隙的測定。

方法一，計算法，輪帶與筒體墊板間的直徑方向的間隙為：2δ1=dr-Ds（2δ1也稱冷態間隙），回轉窯工作時，兩者的膨脹量差為：

2δ2=λ[(Ts-T1)Ds-(Tro-T1)dr]=λDs(Ts-Tro)，窯工作狀態下（即熱態下），輪帶內圓與筒體墊板外圓在直徑方向上的實際間隙為：

考慮安裝時的方便和窯內熱工制度，2δ1（冷態間隙）=2δ2（膨脹量）+（2-3）mm。

方法二，根據中央控制室操作畫面，查出回轉窯Ⅰ擋、Ⅱ擋和Ⅲ擋的滑移量，根據公式L=πΔ熱，得出輪帶與筒體墊板熱態間隙：

式中，L為輪帶（筒體）轉動一周的滑移量，mm，可在24小時內和一周內測出n組數據，則熱態間隙平均值，即：

同時，要測出熱態間隙最小值Δ熱小，一般用最小值計算墊板厚度

2 輪帶與筒體墊板厚度的計算

假設原設計輪帶與筒體墊板的厚度為A(mm)，輪帶與筒體從冷態到熱態的最大膨脹量差為：2δ2=λ[(Ts-T1)Ds-(Tro-T1)dr]=λDs(Ts-Tro)，窯 工作狀態下（即熱態下），輪帶內圓與筒體墊板外圓在直徑方向上的實際間隙為：Δ熱=2δ1-2δ2=（2-3）mm，冷態標準間隙：2δ1標準=2δ2+（2-3）mm，此數據可以查閱窯設計圖紙輪帶間隙驗證。

根據方法二測量冷態時輪帶的頂部間隙，要轉窯測出若干次求出算術平均值，在冷態下頂部測出的間隙：Δ冷態平均=2δ1=（Δ1+Δ2+Δ3+Δ4+---+Δn）/n，則墊板應該增加的厚度為：A增加=（Δ冷態平均-2δ1標準）/2，字母代號見前面。

在輪帶內圓與筒體墊板磨損情況下，筒體墊板總厚度：ΣA=A+A增加。優先采取加厚的整體墊板（非標準）更換；也可考慮在窯筒體和原墊板之間墊薄墊鐵（A增加）。

3 窯筒體及筒體墊板的更換建議

（1）如果窯筒體出現“縮頸”和“紅窯”，加上輪帶與墊板的磨損，導致窯輪帶處滑移量超標，當滑移量超過26mm以上，則建議更換窯輪帶下縮頸處的窯筒體段節和窯筒體墊板（按照原設計墊板厚度），建議對輪帶墊板外圓精加工。

（2）當間隙超過允許值（一般規定，筒體的相對橢圓度≤0.4%，也即輪帶間隙≤0.004D，D為筒體直徑）時，使筒體變形橢圓度太大，使窯內耐火磚失穩縮壽。務必更換窯筒體墊板和輪帶下窯筒體縮頸變形段節。

（3）透過澆注料耐火材料的腐蝕性煙氣在酸露點以下會對回轉窯筒體內表面造成低溫腐蝕，超過350℃會造成高溫腐蝕，加上窯筒體外圓面的銹蝕，可采用動態測厚儀測出窯筒體厚度分布圖，當厚度磨蝕的原設計厚度的70%～75%時，考慮更換相應窯筒體段節。

（4）由于窯筒體墊板或窯筒體段節更換后，建議復核輪帶間隙，在窯運轉后進行窯筒體中心線在線檢測與調整。如史密斯公司、伯力鳩斯公司和海螺建安公司服務較好。

（5）回轉窯輪帶墊板更換，宜在回轉窯頂部更換墊板。對各個墊板相對筒體的位置做好標記，采取“轉窯全對稱方式”更換墊板。做好更換后間隙的實測記錄。

4 保溫隔熱涂料在回轉窯領域的應用

回轉窯是一臺熱工設備，在窯頭燒成帶氣流溫度高達1600～1700℃以上，窯筒體厚度一般在40mm左右，而窯筒體表面溫度也達到300～330℃，由于窯熱工制度、物料的搭配、耐火磚失效和操作技能等因素，窯筒體表面掃描溫度高達380～420℃以上，因此，窯筒體的熱輻射和熱傳導散熱大，標準煤耗和熱耗上升，導致窯筒體“縮頸”和“紅窯”，嚴重時導致窯筒體開裂，窯托輪軸和瓦燒損。

透過澆注料耐火材料的腐蝕性煙氣在酸露點以下會對回轉窯筒體內表面造成低溫腐蝕，超過350℃會造成高溫腐蝕。因此，把窯筒體的隔熱保溫工作做好，阻止窯的熱輻射、熱傳導散熱和減少窯筒體腐蝕，對于企業生產經營成效顯著。

在回轉窯筒體內壁添加一層隔熱保溫材料，減少散熱損失,降低熟料熱耗，起到降低窯筒體溫度、保護窯筒體、促進窯內熱工制度穩定的作用。如國內志盛威華研發生產的ZS-1型涂料，是一款耐高溫、導熱系數低、隔熱保溫效果好的保溫隔熱涂料。為了控制回轉窯三擋輪帶窯筒體的傳導熱和輻射熱，建議在一、二、三擋輪帶下筒體內表面（覆蓋窯托輪面積）按照規范噴涂耐溫1500～2000℃的隔熱保溫防腐涂料，然后，再砌筑相應的耐火磚。

5 結語

國家倡導節能環保，企業義不容辭。本文旨在推進技術創新和管理創新，加強設備管理與生產管理，避免設備事故發生，降低綜合能耗指標，提高回轉窯運行周期，提高生產經營效益，為企業高質量發展做出貢獻。通過對回轉窯的技術攻關研究，希望為我國建材行業發展做貢獻。