回转窑筒体温度变化对其中心线直线度的影响分析.pdf

2中图分类号：TQ72.622.26 文献标识码：B 文章编号：008-0473(2023)05-002-05 DOI编码：0.6008/ki.008-0473.2023.05.006回转窑筒体温度变化对其中心线直线度的影响分析刘 钢 赵鹏志 舒银军 何峥辉（安徽芜湖海螺建筑安装工程有限责任公司，安徽 芜湖 241000）摘 要 回转窑在热态下运转时，其筒体中心线保持为一条直线十分重要，关系到回转窑稳定运转周期的长短、生产的安全、设备的故障和事故率、窑衬寿命的长短、企业的经济效益等。引入回转窑筒体中心线动态检测技术，对回转窑筒体中心线及时进行检测，以保证回转窑长周期的正常运行。在检测过程中，根据计算获得的各档筒体中心升高值数据，采用了直角三角形相似法，可既快捷又准确地计算出筒体中心线直线度的误差，为回转窑正确调整提供依据。关键词 回转窑 筒体中心点 筒体中心线 直线度 筒体中心升高值0 引言回转窑筒体一般都是根据纵柔横刚的原则进行设计的，尽量满足“圆而直”的要求。将各档支承处筒体中心的连线称为“筒体中心线”，对于回转窑筒体的直度就是以这条中心线来衡量判断的。水泥回转窑是热工设备，其筒体中心线是随着筒体温度的变化而不断变化的。对新安装的冷态回转窑，原来都要求筒体是一条直线。由于经验不断丰富，认识不断提高，现在基本都认识到回转窑筒体中心线在冷态时是直线，而在热态时是弯曲的1。筒体弯曲运行，不仅影响其自身、火砖和窑皮的寿命，增大功率消耗，而且还容易导致许多设备故障，严重时造成事故，使企业受到巨大的经济损失。这就是说，都希望回转窑在正常生产热态下运行时，其筒体中心线是一条直线。但是由于人为调整、托轮和轮带更换、基础发生沉降、温度、窑衬和窑皮变化等诸多因素的影响，实际上不论规格大小的回转窑，其筒体都不可能是绝对的“圆和直”。这就需要采取具体措施，将它们控制在一个对正常生产影响不大的范围内。根据多年实际生产经验的积累，现在大部分水泥回转窑生产厂家都制定出了相关规定。在此对于当前我国应用的三档预分解窑，在热态下中档筒体中心其水平偏差为1.5 mm，垂直偏差在2.0 mm之内。如果满足了这个要求，就认为回转窑筒体基本上是圆而直的。如果短时间内既没有人为调整和设备更换，也没有基础沉降等影响，却在温度发生变化的情况下，回转窑筒体中心线出现了较大超差，并导致了筒体开裂，这种现象应引起重视。本文就回转窑筒体温度变化对其中心线直线度的影响进行计算分析，供同行参考。1 筒体温度变化对正常生产和设备运转的不良影响回转窑筒体温度变化对其中心线直线度会产生不良影响。我国水泥工业当前基本上都采用三档的预分解窑，中档一般都处在回转窑过渡带温度最高之处，所以也最容易出现问题。当轮带单侧筒体出现局部红窑超温并受急冷后（当轮带两侧筒体环向温差超过80 时），就会导致筒体在中档处发生如图1所示曲拐状“”的变形2。这种情况一旦发生，轮带便会前后摆动，不仅会破坏如图2所示轮带与托轮全宽的正常均匀接触，而且还会造成筒体开裂、耐火砖断裂、挤碎等失效问题。如果高温带筒体某处出现环向超温并与邻近筒体温差较大，还会将筒体加固圈涨裂、产生“缩颈”或“鼓2023年第5期 新世纪水泥导报 No.5 2023 Cement Guide for New Epoch 烧成论坛30肚”等变形，同样也会造成筒体出现上述诸多失效问题。图 筒体因局部超温而发生的曲拐状变形 图2 轮带与托轮两边缘交替局部的不均匀接触情况FH海螺1号线（设计产量为4 500 t/d）的4.8 m74 m回转窑，于2019年8月24日因错峰生产便停窑检修。冷窑后进窑检查发现：距窑口0.61.6 m处的硅莫砖出现扭曲；1.65.8m段火砖严重扭曲，而且断裂、挤碎现象很严重，见图3和图4所示；3.03.4 m处环向有6块砖因被挤碎而脱落,可在停窑前却没有发现筒体温度存在异常情况；5.68.0 m处也发现火砖有扭曲现象，但该区域是2019年8月6日检修时新更换0.611.2 m段内的火砖，其运行周期仅为19 d。一档轮带间隙冷态下为27.3 mm，超出23 mm的允许范围。冷态下一档轮带与左右侧托轮的接触变差，接触宽度只有100 mm左右，未接触缝隙呈三角形逐渐增大，到边缘最大处达68 mm，见图5所示。窑运行后一档轮带的偏摆量增大，经测量为3.1 mm，超出2.0 mm的允许范围。2 回转窑正常运转时筒体温度分布的特点与控制回转窑在热态下运转时，筒体的温度不仅在轴向上分布不同，而且在其环向的分布也不同。因此，为了保证回转窑能够正常运转，这就需要对筒体温度进行检测，以此来判断筒体中心线的直线度。回转窑筒体温度与窑型、规格、运行状况、耐火砖品种和质量、砌筑技术和采用的附加技术措施、窑皮薄厚和均匀稳固程度等都息息相关。比如，在相同窑况下，窑衬采用了隔热措施的筒体的温度就要比不用隔热材料的低3050。对已经砌筑好窑衬的回转窑，不同窑况下的筒体温度也不尽相同。然而，筒体温度的分布和变化也有一定的规律，据此便可以比较准确地确定出其平均温度。根据这种平均温度的变化，便可计算出各档跨间筒体长度的热胀量和各档筒体中心的升高值。图6是某公司4.8 m74 m回转窑热态检测报告中给出的测定结果，可以看出中档的筒体和轮带温度都是最高的，在图6中以红色数据示出。本文中所有温度的测定都是采用福禄克型测温仪，其发射系数为0.95。图6中托轮两侧的箭头表示筒体的测温位置，窑筒体内轮带两侧的箭头表示轮带的测温位置。为了保证安全稳定生产,回转窑在热态下运转时，筒体表面温度通常应控制在230370 左右，不允许超过400，由红外线监测系统监测。3 回转窑筒体跨间长度热胀量和各档中心升高值的计算3.1 筒体各档跨间长度热胀量的计算筒体跨间长度的热膨胀量L即可利用（1）式计算得到。L=tL mm （1）式中：材料线膨胀系数，对钢铁=0.000 012/；t筒体跨间长度的平均温升，；L筒体跨间长度，mm。3.2 各档筒体中心升高值的计算回转窑在生产运转时，筒体、轮带和托轮等的温度都会升高一些，并且依次减小，显然热膨胀量也会依次减小。图3 耐火材料扭曲 图4 耐火材料挤断 图5 轮带与托轮接触2023年第5期 No.5 2023 刘钢，等：回转窑筒体温度变化对其中心线直线度的影响分析 烧成论坛3图6 回转窑筒体温度的测量数据筒体、轮带、托轮的热膨胀量Ds、Dt和dr可分别以（2）、（3）、（4）式计算。Ds=Dsts mm （2）Dt=Dttt mm （3）dr=dr tr mm （4）热膨胀后的轮带间隙C用下式计算：C=DtDC mm （5）冷态时各档筒体中心高Ho用下式计算：Ho=（Dt+dr）/2cos mm （6）热态时各档筒体中心高H用下式计算：H=(Dt+Dt+dr+dr/2 cos mm （7）各档筒体中心升高值H可以近似地按下式计算：H=HHoC/2 mm （8）以上（2）（8）式中：钢的热膨胀系数，=0.000 012/；Ds、Dt、dr分别为筒体、轮带和托轮的外直径，mm；ts、tt、tr分别为筒体、轮带和托轮在热态和冷态时的温差，；C冷态时轮带间隙，在图纸和安装说明中给出；托轮支承角，在设计安装时=30。4 计算实例2020年3月12日，窑筒体中心线检测小组完成了对SZ海螺1号线 4.8 m74 m回转窑的检测工作，其中档筒体中心的水平、垂直偏差均在允许范围内，回转窑不需要调整。但是在2021年11月左右，窑筒体出现开裂（见图7所示），在2021年12月对其中心线进行第二次检测。4.1 对筒体表面、轮带和托轮外径的检测上述两次热态下对轮带和托轮外径的检测结果见图8和表1，窑筒体和轮带温度检测结果见图9和表2。4.2 筒体中心线直线度的计算与及其对正常运转的影响 为了判断回转窑筒体中心线是否处在正常范围内运转，需要根据表3中所测定的筒体、轮带和托轮等温差资料，根据前述的（2）（8）式对各档筒体中心的升高值进行计算，其计算结果列在表4中。根据表4中各档筒体中心升高的数据，就可以利用直角三角形相似原理进行计算，来判断其中心线的直线度以及对正常运转的影响。图7 筒体断裂形貌由表4中各档筒体中心升高值可以看出，档和档的筒体中心点升高是负值，而档是正值。这就是说，档和档的筒体中心与第一次测定相比是降低的，而档是升高的。和档筒体中心的下降意味着档中心点相对升高。查阅筒体截面图以及设计图纸，我们可以知道每档筒体中心的位置，得到跨距的长度：30 m；24 m；窑头悬臂长度6 m，详见图10 所示。根据直角三角形的相似原理，通过表4中经计算得到的各档筒体中心升高数据，便可计算出中档筒体中心相对升高值为2.4281/184.865.5761/2=8.997 mm 9.0 mm。由此可见，档及档筒体中心高度的变化对档筒体中心高度所产生的影响。通过对同一规格窑计算可知，如果回转窑在2023年第5期 新世纪水泥导报 No.5 2023 Cement Guide for New Epoch 烧成论坛32中档筒体中心升高10 mm的情况下运转，档支承处负荷将降低12.5%，中档支承处负荷将会增大14.7%，档支承处负荷将降低12.2%；相反，如果中档筒体中心降低10 mm，档支承处负荷将会增加12.5%，中档支承处负荷将会减少14.7%，表2 窑筒体和轮带热态下两次温度检测数据档支承处负荷将会增大12.2%。由此可知，SZ海螺1号窑筒体在中档处的负荷约增大13%之多，所以在此处会出现开裂。5 结束语对回转窑筒体、轮带、托轮等的温度检测是图8 轮带和托轮外径的检测图示 表 轮带和托轮外径热态下两次检测数据图 筒体和轮带温度测量数据图示2023年第5期 No.5 2023 刘钢，等：回转窑筒体温度变化对其中心线直线度的影响分析 烧成论坛33 表4 各档筒体中心升高值的计算结果数据表 mm (a)档（出料端）降低 （b）档（入料端）降低图0 、档筒体中心降低致中档筒体中心增高的原理分析表3 热态下的温差测定数据注：1.表中的(3)(8)是前述的公式号；2.表中的H1和H2分别是第一次和第二次根据（7）式计算得到的热态筒体中心高值；3.表中的Hi,其中注脚i1或2，表示计算顺次。设备维护中一项很重要的工作，其准确程度将直接影响筒体中心线直线度的计算精度。而筒体中心线的直线度又是保证回转窑正常运转的最关键因素，为此海螺水泥引进了回转窑筒体中心线动态检测技术，以便对回转窑筒体中心线及时进行检测，以保证回转窑长周期的正常运行。在检测过程中，根据计算获得的各档筒体中心升高值数据，采用了直角三角形相似法，可既快捷又准确地计算出筒体中心线直线度的误差，为回转窑进行正确调整提供依据。目前海螺水泥在运行的水泥熟料生产线近150条，自2018年引进窑中心线动态检测技术以来，窑中心线检测团队定期开展检测工作。并根据检测结果及时对窑进行调整,使窑长期处于最佳运行状态，大幅度地提高了运转率。因而，海螺水泥回转窑长周期运行的记录不断被刷新。当前，海螺水泥的回转窑连续运转周期超过365 d的已有多条。由此可以看出，保证回转窑筒体中心线的直线度，对回转窑进行及时的检测和调整、提高企业的经济效益等都具有很重大的现实意义。参考文献1 江旭昌.回转窑筒体中心线安装的新观点C/回转窑文集.全国建材工业水泥专业情报信息网,国家建材局技术情报 研究所,1991.2 王伟,刘钢,胡涛,等.回转窑托轮轴瓦高温故障原因分析及 处理J.水泥技术,2022(5):33-40.（收稿日期：2023-05-30）2023年第5期 新世纪水泥导报 No.5 2023 Cement Guide for New Epoch 烧成论坛