回轉窯設備的材料選擇及性能控制

李興亮

摘要：科學技術的快速發(fā)展帶動我國整體經(jīng)濟建設的發(fā)展速度，為我國快速進入現(xiàn)代化發(fā)展階段奠定基礎。隨著材料工業(yè)的不斷發(fā)展、制造水平的不斷提升、使用要求的不斷提高，對材料性能的發(fā)揮和利用、設計制造參數(shù)的優(yōu)化、零部件結構形式的變更、鑄鋼件缺陷允許程度的改變、特殊零部件檢驗要求等方面需要重新梳理，以適應回轉窯類產(chǎn)品質(zhì)量升級要求。

關鍵詞：回轉窯設備;材料選擇及性能控制

引言

經(jīng)濟的快速發(fā)展使得我國很多行業(yè)迎來新的發(fā)展機遇和發(fā)展空間，推動我國整體經(jīng)濟建設的快速發(fā)展，回轉窯是水泥廠生產(chǎn)運行核心設備，能否保證生產(chǎn)連續(xù)運行，在很大程度上取決于回轉窯耐火材料內(nèi)襯使用情況。然而影響回轉窯耐火材料使用情況的因素有很多，但主要是化學侵蝕、熱負荷、機械負荷這三個方面因素。

一、回轉窯

1.大跨距、自定位兩檔回轉窯，提出了大跨距、自定位滑動軸承支承設計理論，研究開發(fā)了回轉窯模擬煅燒技術、強制焙燒技術，設計出靜定原理的自定位滑動軸承兩檔支撐裝置、鱗片式密封裝置、自位小齒輪裝置等關鍵零部件，解決了設備大型化、筒體撓度大、密封處漏風嚴重、單位容積產(chǎn)量低、設備重量大等技術難題。2.新型摩擦傳動回轉窯，開發(fā)出了適合生產(chǎn)的摩擦傳動回轉窯。摩擦傳動因取消了開式齒輪傳動裝置，故減少了回轉窯的總重，同時大大降低了回轉窯的制造和安裝費用以及開式齒輪所需的潤滑、維護費用。另外窯傳動基礎表面可縮小1/4-1/2，大大降低了窯基礎墩的土建工程量，從而降低了回轉窯的整體工程造價。摩擦傳動可以采用電力-機械傳動，即采用直流或變頻電機與行星齒輪減速器組成傳動裝置，通過扭力支承作周向定位，電動機通過萬向軸與減速器連接。這種傳動較傳統(tǒng)傳動的基礎平臺縮小25%以上。

二、回轉窯設備的材料選擇及性能控制

2.1托輪軸等軸類材料

標準規(guī)定回轉窯托輪軸等軸類材料應不低于優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼45鋼的規(guī)定。由于45鋼成本價低，因此大部分制造廠選擇托輪軸等軸類材料為45鋼，而不使用合金結構鋼40Cr鋼。40Cr鋼比45鋼的材料價格高5%-10%。45鍛鋼力學性能與40Cr鋼大體相當，區(qū)別在于熱處理性能。調(diào)質(zhì)處理后的40Cr鋼具有良好的綜合力學性能，良好的低溫沖擊韌性、淬透性和低缺口敏感性。由于淬透性提高，淬火（或調(diào)質(zhì)）處理后40Cr鋼的強度、硬度、沖擊韌性等機械性能也明顯比45鋼高。

2.2大齒圈

大齒圈加工工藝是否可行，取決于加工過程中內(nèi)部應力釋放后的成品大齒圈圓度（特別是哈夫面結合處的圓度）是否符合要求。大齒圈制造過程中變形特征是哈夫面處向外擴張，哈夫面處齒槽寬和節(jié)距變大，導致齒輪工作時出現(xiàn)周期性振動。過大的余量去除會產(chǎn)生較大的應力變形。預先加工去除多余的余量，減少后續(xù)工序加工的變形。因此在最終哈夫面裝夾之前余量應盡量控制在最小狀態(tài)。在各切削工序之間均進行釋放裝夾將最大程度減小后道工序的工件變形。成品齒圈徑向圓跳動可控制在0.30-0.80mm，甚至更小。由于大齒圈模數(shù)較大，粗開齒一般分3-4刀完成，每一道工序重新裝夾都釋放應力和重新分布應力。三次或三次以上裝夾的加工效率低，加工成本高，經(jīng)濟實用性差。因此可采用預應力變形加工方法以減少裝夾次數(shù)和制造中的應力變形，從而降低加工成本。由于預變形量與實際變形量存在一定差異，因此預應力反變形加工只能用于滾齒前的粗加工工序。粗開齒前（含粗開齒）做一次粗加工預應力反變形裝夾，粗開齒后進行哈夫面修正做精加工二次裝夾，是否需要二次裝夾視變形測量情況而定。整個加工過程最多進行兩次哈夫面加工裝夾。

2.3耐火材料

耐火材料的選擇和使用不僅直接影響到回轉窯的運轉率，還決定了系統(tǒng)的熱耗指標。回轉窯系統(tǒng)重要部位耐火材料的選擇是關鍵。其中豎式預熱器的轉運溜槽、回轉窯的煅燒帶是耐火材料更換最為頻繁的地方。1.豎式預熱器轉運溜槽選用以60%Al2O3為骨料，另加20%棕剛玉的高強澆注料，其816℃下抗壓強度>110MPa，較好地解決了物料對耐材的沖刷、磨損，使用壽命有較大提高。2.燒成帶采用剛玉-尖晶石質(zhì)預制磚和澆注料，燒成帶約240-260℃，達到了較好效果。除了對耐材產(chǎn)品供應進行質(zhì)量控制外，施工質(zhì)量控制也是保證耐材使用壽命的關鍵一環(huán)，必須格外重視。在活性石灰三大主機系統(tǒng)中，澆注料約占耐材總量的40%，幾乎所有澆注料都是由現(xiàn)場澆注完成，從材料保管到成型養(yǎng)護都必須按施工規(guī)范及使用說明要求進行，尤其要做到水分控制合理、物料攪拌均勻、澆注振動密實。

2.4熱負荷對耐火材料使用壽命的影響

熱負荷是指窯內(nèi)襯在烘爐溫升過程中，耐火材料因受高溫產(chǎn)生的熱膨脹，造成相鄰耐火材料之間相互擠壓。使其不能完全自由膨脹而產(chǎn)生的擠壓應力大于耐火磚的強度時，就會導致耐火磚熱面剝落，熱應力是窯內(nèi)耐火磚剝落、破損的重要原因之一。以鎂鐵磚或鎂鋁尖晶石磚為例，l400℃時的膨脹率按1.6%計算，長198mm的耐火磚其膨脹量可達3.16mm，如此大的膨脹，需要正確地預留好環(huán)縫（膨脹縫），預留過大可能會導致耐火磚出現(xiàn)抽簽、掉磚現(xiàn)象，預留過小產(chǎn)生的熱應力無處釋放，會導致耐火磚產(chǎn)生剝落現(xiàn)象，從而嚴重縮短耐火磚的使用壽命。

2.5齒輪硬度要求與加工工藝關聯(lián)

齒輪齒面硬度是衡量齒輪質(zhì)量的重要指標。由于齒面硬度受檢測空間的限制難以被測量，因而用頂圓硬度作為齒輪硬度的檢驗依據(jù)。國家標準規(guī)定齒輪齒頂圓硬度為齒輪硬度遷就于檢測方法的可行性。通過正火處理的大齒圈，其齒頂圓硬度與齒面硬度基本相同，大齒圈齒頂圓硬度能夠代表齒面硬度。而外圓粗加工（不粗開齒）后直接調(diào)質(zhì)處理的小齒輪，由于齒槽較深，其齒頂圓硬度與齒面硬度或齒深方向各處的齒面硬度的懸殊較大?；剞D窯齒輪模數(shù)一般為25-45mm，全齒深約為55-100mm，有限的淬透深度不可能使齒面達到較高的硬度。實踐表明，這種不粗開齒直接調(diào)質(zhì)處理的小齒輪齒頂圓硬度與齒面硬度相差40HB以上，因此齒頂圓硬度不代表齒面硬度。

2.6煙氣凈化系統(tǒng)

高溫煙氣經(jīng)由余熱鍋爐后溫度可降低到500℃。為了抑制二惡英的再合成，需在余熱鍋爐后端設置急冷塔，急冷塔裝置上方設置有雙流體噴頭，借助壓縮空氣的力量將噴頭內(nèi)的水進行霧化，霧化后的水與高溫煙氣相遇，可在1s內(nèi)迅速使高溫煙氣溫度從500℃降低到200℃。冷卻后的煙氣進入干法脫酸塔，利用活性炭和消石灰去除煙氣中的重金屬及殘余的二噁英。然后進入布袋除塵器，通過PEFE+PTFE覆膜的濾料，能使得煙塵排放達到國家規(guī)范要求。剩余的煙氣再進入兩級濕法塔。濕法塔能有效地去除煙氣中的酸性污染物。最終煙氣通過煙囪達標排放。

結語

回轉窯具有眾多優(yōu)良的性能，但仍需在節(jié)能、環(huán)保、資源綜合利用等方面不斷創(chuàng)新和發(fā)展，為用戶創(chuàng)造更多的經(jīng)濟效益。回轉窯耐火材料內(nèi)襯向“節(jié)能、環(huán)保、長壽命、輕量化、無鉻化”方向發(fā)展，內(nèi)襯的配置方案、設計、質(zhì)量、存放、砌筑、烘窯、生產(chǎn)操作等因素，若處理不當均能影響回轉窯耐火材料的使用壽命。

參考文獻：

[1]全國鋼標準化技術委員會.GB/T700—2006普通碳素結構鋼[S].北京：中國標準出版社，2006.

[2]全國鋼標準化技術委員會.GB713—2014鍋爐和壓力容器用鋼板[S].北京：中國標準出版社，2014.

[3]全國鋼標準化技術委員會.GB/T1591—2018低合金高強度結構鋼[S].北京：中國標準出版社，2018.

[4]全國鋼標準化技術委員會.GB/T699—2015優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼[S].北京：中國標準出版社，2006.