米東偉,馮勇
?4m×60m回轉(zhuǎn)窯筒體裂紋的修復(fù)
Crack Repairing for Shell of ? 4mm×6600m Rotary Kiln
米東偉,馮勇
某水泥廠使用的?4m×60m回轉(zhuǎn)窯運轉(zhuǎn)近12年的時間,筒體窯頭檔至中間檔中間的位置,出現(xiàn)一條1m左右的環(huán)向裂紋,經(jīng)采取合理的焊接措施修復(fù)筒體裂紋后,該窯正常運轉(zhuǎn)至今近一年的時間里裂紋沒有繼續(xù)擴大,證明該措施切實可行,可為處理同類問題提供參考。
回轉(zhuǎn)窯;筒體裂紋
某水泥廠的?4m×60m回轉(zhuǎn)窯筒體,裂紋出現(xiàn)在回轉(zhuǎn)窯的窯頭檔至中間檔中間的位置,裂紋長度約1m左右,裂紋位置見圖1所示,該處筒體板厚25mm。通過分析筒體裂紋情況,經(jīng)論證決定采用焊接修復(fù)的方案,對筒體裂紋進行處理,從而避免了更換筒體段節(jié),處理僅僅用了一個星期的時間,為該廠節(jié)約了上百萬元的費用,也為處理同類問題提供了依據(jù)。
(1)中間檔距離窯頭檔為22000mm,裂紋位置在距離窯頭檔約9000mm的位置。
(2)根據(jù)三彎矩方程計算中間檔處的彎矩,三彎矩方程如公式(1):
可得出M2=-4018656Nm;計算中間檔至窯頭檔的支座反力,可得出R22=1262106N,得出該跨的最大彎矩處,即剪力為零點,距離中間檔13000mm位置,而裂紋出現(xiàn)的位置也恰好是裂紋最易出現(xiàn)的位置,且距離旁邊環(huán)形焊縫較近約200mm位置。
(3)觀察筒體內(nèi)表面發(fā)現(xiàn),筒體內(nèi)表面有很多麻點,應(yīng)為氣蝕所致,據(jù)廠內(nèi)人員反映裂紋位置的耐火材料較其他位置薄,僅為150mm左右。
(4)通過上述分析可以初步判斷,筒體裂紋位置接近筒體最大彎矩位置,此處筒體變形較大,接近筒體小段節(jié)的環(huán)向焊縫,在筒體運轉(zhuǎn)過程中受到交變應(yīng)力的影響較大;窯襯變薄致使筒體表面溫度高于規(guī)定值,導(dǎo)致筒體強度降低;筒體內(nèi)表面出現(xiàn)氣蝕現(xiàn)象,再加上在長期交變應(yīng)力的作用下筒體出現(xiàn)裂紋。
圖1 筒體焊縫位置
圖2 筒體裂紋位置受力簡圖
借鑒筒體制作經(jīng)驗,通過焊縫的應(yīng)力計算后,在滿足要求的情況下可以采取焊接修復(fù)裂紋的方法,而不更換筒體段節(jié)。處理方案是:確定焊縫位置,然后在裂紋位置增加加強板,利用合理的焊接工藝對筒體進行焊接。
筒體鋼板焊接后的彎曲應(yīng)力校核如下:
式中:
M——焊接鋼板處彎矩,單位轉(zhuǎn)換成Nm
W——筒體截面模數(shù),cm3
KS——接縫強度系數(shù),人工焊接取0.9~0.95
KT——溫度系數(shù),筒體表面溫度在300℃時為0.75,350℃時為0.7
通過計算得出筒體鋼板焊接后的強度為18.8MPa<20.0MPa(有襯磚的筒體許用彎曲應(yīng)力)。
焊接后的筒體鋼板強度理論上是滿足要求的,可以用焊接的方法修復(fù)裂紋。
首先停窯,清除裂紋周圍的耐火磚,讓裂紋全部顯現(xiàn)出來,便于裂紋的處理。
(1)打磨裂紋周圍50mm范圍,露出金屬光澤,利用UT、PT檢測來確定裂紋的具體位置,判斷焊縫結(jié)束的位置。
(2)在距離裂紋末端10mm左右處鉆?16~20mm左右的止裂孔。
(3)利用氣刨,沿著裂紋走向刨出“U”型坡口,采用角磨機打磨坡口,對口間隙3(0~2)mm。注意:因裂紋較長,加工坡口前焊接加強用的鋼板,騎在焊縫處以防止裂紋擴大及焊接時變形,如圖3所示。
圖3 加強板形式
(4)利用PT、MT檢查坡口周圍,如有裂紋繼續(xù)修磨,直至不見裂紋。
(5)對焊接部位及周圍預(yù)熱150~200℃,單側(cè)焊完2道焊縫后,背面氣刨清根,雙側(cè)交替焊接(如有條件可以采用雙面雙人對焊),每焊完一道焊縫后敲擊去除應(yīng)力。
(6)焊接完后,將筒體內(nèi)部焊縫打磨平整,以利于砌筑耐火材料,筒體外部焊縫圓滑過渡。
(7)將焊縫周圍120mm左右?guī)顓^(qū)域用遠(yuǎn)紅外線加熱袋加熱至600℃左右,保溫2h,以每小時不高于150℃的速度降溫,以去除應(yīng)力。
(8)利用UT檢測焊縫,不合格地方需刨開重新焊接,以保證焊縫質(zhì)量。
(9)保證該處耐火材料的厚度,以降低該處筒體表面溫度,保證筒體強度。
(10)在筒體運轉(zhuǎn)過程中加強日常巡視,發(fā)現(xiàn)有裂紋跡象立即停機處理。
(11)從生產(chǎn)工藝、操作維護等方面分析總結(jié)導(dǎo)致局部筒體溫度過高現(xiàn)象的原因,并加以改善,確保回轉(zhuǎn)窯安全運行。
通過采取上述措施,成功解決了筒體裂紋問題,該窯運行了將近一年的時間,筒體裂紋沒有擴大的跡象,為水泥廠節(jié)約了上百萬元費用,得到了用戶的認(rèn)可?!?/p>
TQ172.622.29
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1001-6171(2014)05-0094-02
中材裝備集團有限公司,天津300400;
2014-04-16;編輯:呂光