新型干法回转窑中心线直线度和托轮轴线斜角度.doc

新型干法回转窑
中心线直线度和托轮轴线斜角度

武汉理工大学回转窑管理技术研究中心 郑用琦 武昌430070

摘 要: 随着科学技术的不断进步和发展，新型干法回转窑的设备管理技术已不断地得到发展和更新，此文提出的新型干法回转窑热态中心线直线度和托轮轴线斜角度一说，便是在这类不断发展和研究中随之表现出的一种新的观点和见解，窑中心线和托轮轴线之间有着密切关系，托轮轴线斜角度的任何变化都会带来窑中心线直线度的变化，窑中心线直线度的变化反过来又对托轮的均匀受力、轴瓦均匀性接触等方面直接起作用，对此作者就它们之间的关系及其相关问题进行了较为详细的阐述。
关键词: 回转窑， 中心线， 托轮，设备管理。

回转窑不仅是水泥生产过程中的重要设备,更是水泥企业的心脏。使用和管理维护好回转窑，保证其能够长期安全正常的运行，从设备管理工作的角度来说，回转窑中心线的直线度和各个托轮轴线的斜角度这两个方面显得尤为重要。在新型干法水泥生产工艺技术快速发展以来，不少水泥企业，尤其是新型干法水泥企业的设备管理技术人员在这方面的意识还比较模糊或淡薄，对于回转窑中心线直线度和托轮轴线斜角度的相互关系，托轮轴线正确的方位及托轮调整的目的和长期安全运行等方面的利弊关系知之甚少，往往过多地调整托轮使得回转窑中心线和托轮轴线斜角度混乱，出现很多不应该出现的问题，甚至引起各种事故，造成不必要的经济损失。下面就以上有关问题进行讨论，希望能引起大家的重视。
1．回转窑冷态和热态中心线的直线度
回转窑中心线在热态中应呈良好的直线度状态。在原国家建材局颁发的《新型干法水泥企业设备管理实施细则》中曾明确指出：新型干法回转窑筒体中心线直线度偏差最大不能超过5mm。这里要求的直线度是指热态，即运行状态中的直线度，而非冷态即静止状态中的直线度，这二者之间的差距是很大的。通过对回转窑中心线的直线度分为冷态和热态两种不同状况来分析，回转窑中心线冷态是直线，则热态时不可能是直线，若热态保持是直线状态而冷态不是直线则无妨碍，因为在生产运行中需要的是热态的直线度保持在良好状态。
冷态中的回转窑中心线处于何种状态，国内外同行在这一问题上的观念和处理方法上是有所不同的。经过分析它们似乎都有道理，但对于国内的水泥企业来说，应该正视现实中工艺技术人员的管理和操作习惯，国外同行的观念和处理方法可以借鉴和学习。图1中反映的是运行过程中φ4m直径的窑中心线从冷态向热态的变化情况。国内水泥企业大都认定设备安装后的窑中心线基本上是一条直线，其直线度状况应该是相对良好的，即为冷态中心线的第一种情况，A、B、C三个档支撑部位的窑中心点连线在一条直线上。当窑在点火升温后到生产运行正常过程中，窑中心线的三个档支撑点逐渐升高到A′、B′、C′三个不同的高度；常常由于各个企业中控室窑操作人员不同的操作方法和习惯，有的企业习惯将烧成带拉的靠前，离窑头较近，即Ⅰ档轮带内筒体温度会高于Ⅱ档轮带内的筒体温度，使其中心点A′的升高幅度大于B′，于是其中心线形成热态中心线第一种情况，Ⅱ档轮带内筒体中心高 B′明显低于A′，即形成冷态中心线是直线在热态时不是直线；有的企业习惯将烧成带拉的靠后，接近窑中轮带处，使Ⅱ档轮带内筒体温度高于Ⅰ档轮带内的筒体温度，其中心点B′的升高幅度大于A′，于是其中心线形成热态中心线第三种情况，Ⅱ档轮带内筒体中心高 B′又明显高于A′和C′； 热态中心线第二种情况的直线度状况表现是相对较好和理想的，然而实际上不可能或是很难能实现的。

为了能让窑热态中心线保持良好的直线度状态，使热态中心线第二种情况的直线度状况尽量得以实现，国外同行们常常采取对新安装后的回转窑中心线在冷态直线度较好的情况下，将Ⅰ档或Ⅱ档两边的托轮向外作少量的平行移动，使其中心高垂直下降一定高度，下降的距离正好和热态升高的距离相吻合，这种处理方法的前提是要求企业使用原、燃材料的成分保持相对稳定，中控室窑操作人员的操作方法应严格按照该工艺线设计人员编制的操作规范进行操作，否则热态中心线第二种情况的直线度状况将不可能实现，其直线度状况将会是第一、三种情况，这种处理方法目前在国内的水泥企业中很少被采用。
从图1的回转窑冷态和热态中心线变化情况来看，国内外的专业公司在Ⅲ档轮带内筒体的中心高由冷态的C点到热态的C′点设定的距离一般都是6mm左右，说明在对离大齿轮处的轮带内筒体温度升高变化的幅度所持观点是相同的，一般在220－260℃。目的是为保证大小齿轮的齿顶间隙控制在合理范围之内及液压挡轮和轮带侧面接触均匀。但在Ⅰ档和Ⅱ档设定的距离各公司就不尽相同了，说明各自的工艺设计理念不同，则和之相适应的工艺操作条件应得到满足，这一点若由国外专业公司提供工艺设计、设备选型及其制定的工艺操作方案并全部按照其设计要求进行，其热态中心线的直线度理想状态将可能得以实现。目前国内的设计院所对于这一点没有纳入设计安装要求之中，并不是没有考虑到其重要性，原由是国内各企业使用原、燃材料的品质常常受对不确定因素的影响，成分波动较大或各个企业原有不同的操作习惯等方面原因使得很难满足设计要求。
为了使窑热态中心线实现良好的直线度状态，国内不少水泥企业采取了不同于国外同行的处理方法。在新生产线的试生产调试正常，工艺系统稳定或老生产线调整工艺方案和操作方式后，对窑热态中心线直线度状况进行动态技术检测，通过检测的数据对各档中心高情况作出准确的判断，从而确定对托轮的调动方案。采用这种方法的优点是各水泥企业可以结合自己的工艺状况和操作习惯来使窑热态中心线直线度状况和之相适应，从而实现对窑设备的管理伺服于工艺管理的要求，而不是国外专业公司采用的方法，让工艺管理和操作方式服从于设备管理的要求。
在对回转窑中心线热态的检测时，最好是新安装的回转窑在试生产调试期间进行，这样可及时发现回转窑在运行时中心线的变化情况，并及时对托轮进行调整，使窑中心线在从静态的直线度情况向动态的变化过程进行监测，当工艺操作和产量达到相对的均衡稳定后，此时的窑中心线动态直线度情况也达到相对稳定，随后可以根据检测的中心线动、静态之差值对相关托轮进行调整，使动态的窑中心线回复到需要的直线度状态。当然，对于运行时间较长、中心线直线度状况不是很好情况的回转窑参照上述方法进行检测也同样可以见效。若是工艺操作和产量达到长期的相对均衡稳定后，对托轮方位所作的恢复性调整效果会更明显。若是没有通过窑中心线的动态检测，象八十年代以前窑中心线动态检测技术尚未开发出来时，仅凭经验观察结果作为调整托轮依据的这一作法是不得已采取的办法，随着科学技术的发展今天已不再提倡。而今提倡每1－2年进行一次窑中心线动态检测是科学正确的、和当今新型干法水泥生产技术相适应的设备管理方法，如同疾病患者所表现出来的各种病症经内科医生判断疑是患有某种癌症时，最后的确认往往需要借助CT或其他某种医疗器械的检测结果，当检测结果和病症表现相一致时，内科医生才能确诊并对症下药或由外科医生进行手术治疗，在目前医疗技术高度发达的年代，往往在身体状况没有发现明显症兆时，也作必要的定期体检，做到事先发现将问题处理在萌芽状态的方式是同样的道理。
热态中的回转窑中心线的直线度状况在受到托轮轴承座位置的调动；窑筒体表面温度的变化；轮带和垫板、轮带和托轮表面、托轮轴和轴瓦及各接触面之间正常和非正常的磨损；及基础沉降等方面因素的影响会发生变化。轮带内圈和垫板、轮带和托轮表面、托轮轴和轴瓦之间的磨损会使得窑筒体的中心高下降，从而影响到窑热态中心线的直线度，其中轮带内圈和垫板的之间磨损使得窑筒体中心高下降的状况表现的最为突出。应当明确的是作为回转窑支撑点的托轮，对其位置不调动或少调动是相对的，不是绝对的。当轮带和垫板、轮带和托轮表面、托轮轴和轴瓦及各接触面之间的正常和非正常的磨损以及基础沉降方面因素引起的回转窑中心线直线度状况发生变化时，建议通过窑中心线动态检测在确定了各个托轮的调动量后进行比较合适。 其调动原则应该能满足下列条件，即：使回转窑中心线在动态（即热态）时趋于良好的直线度状态；使托轮轴线和回转窑中心线保持相对平行；使各个托轮和轮带之间受力均匀，表面接触均匀一致。在生产运行中出现因窑工艺系统失去平衡而引起的轴瓦发热现象，试图以通过调动托轮的方法以达到消除轴瓦发热现象作为目的；或因窑筒体表面温度、尤其是轮带附近筒体表面温度的变化引起轮带和托轮出现暂时性接触不均匀状态而对托轮的调动都是不应提倡的，其原因已在相关文章中作过详细叙述，在此不再多述。托轮在经过数次调整后，必然会引起窑热态中心线的直线度发生变化，如此反复，托轮受力的均匀性也必然会受到破坏，托轮轴瓦径面和端面的发热现象增多亦成必然。因此，热态中的回转窑中心线的直线度状况应是企业的工艺和设备管理人员都应密切关注和重视的。
2. 托轮轴线的斜角度
托轮轴线的斜角度ґ是指托轮实际轴线和窑中心线平行时的虚拟轴线所形成的夹角，见图2（b）。斜角度ґ的大小是判别托轮和轮带接触、托轮和轴瓦的受力状态的重要依据。

早期在湿法和半干法窑上没有液压挡轮的情况下，常常采用调斜托轮位置，据国内外资料上介绍当时的托轮轴线斜角度ґ一般为0.5°左右，目的在于对窑产生一定上行的推力，使窑作轴向运动，以达到窑的长期安全运行。新型干法回转窑的上下行轴向运动是依靠液压挡轮来实现的，托轮轴线的斜角度对于新型干法回转窑来说不应再起作用，托轮轴线的斜角度ґ为0°或小于0.05°比较合适，即托轮实际轴线和窑中心线平行时的虚拟轴线基本重合，其形态见图2（a）。以2500/d的ф4×60m新型干法回转窑为例，0.05°的斜角度相当于托轮轴承座支头絲杆前进或后退0.3－0.5mm。在新建的新型干法生产线的试生产调试前，回转窑托轮轴线的斜角度ґ一般在0°或小于0.05°的正常范围内，然而在调试后多数都发生了变化，其原因在于安装的冷态筒体中心线直线度偏离了行业标准的要求，造成轮带和托轮接触不良而又试图通过调动托轮轴承座位置使其能接触均匀；或由于托轮轴瓦发热，调进或调退轴承座位置来缓解发热现象，由于托轮位置的调动，使得斜角度ґ发生了变化。在托轮轴线的斜角度ґ为0°或小于0.05°时，见图2（a），轮带和垫板热态间隙δ在轮带的两端表现较为均匀。而当托轮轴线的斜角度ґ大于0.05°时，见图2（b），轮带和垫板热态间隙δ在轮带和托轮接触紧密的一端无缝隙，另一端则会出现距离最大为2倍δ的开度。这种现象的出现将使得托轮轴瓦背及瓦端发热的几率增大，同时还会使轮带和垫板之间的不均匀性磨损越来越严重。
托轮作为回转窑支撑点，前面谈到过对其位置不调动是相对的，不是绝对的作为前提，若需调动在这里还应满足调动后的托轮轴线和回转窑中心线保持相对平行，即托轮轴线的斜角度ґ靠近0°或小于0.05°的条件。目前不少企业的技术人员因为轴瓦发热或仅凭观察主观认为托轮和轮带接触不均匀等方面原因而背离上述原则随意调动托轮位置，主要是因为对回转窑热态中心线的直线度及托轮轴线的斜角度状况，和液压挡轮不能正常运行、托轮轴瓦发热和烧瓦断轴、托轮及轮带表面出现点蚀、掉渣掉块、裂纹或不规则的磨损，轮带挡铁移位、脱落，回转窑发生振动等等不正常现象有着相关联的重要性不甚了解所为。
体现托轮轴线斜角度重要性的另一方面，是对于安装的新窑当发现托轮和轮带因加工方面原因导致外形成为锥体或鼓型而使得它们之间接触不均匀时，是对相关的轴承座垫高？还是调斜托轮，增大托轮轴线斜角度？从托轮轴线斜角度方面出发，笔者认为在处理方法上采取对称于窑中心线两边垫高相关轴承座的方法是正确的。这种方法的好处在于仅使得托轮轴线在垂直平面上有所变化，让原本平行窑中心线的托轮轴线在大于或小于窑体的斜度（3.5%或4.0%）的平面上向设计要求的斜度靠近，不会对窑体产生额外的轴向推力，有利于轴瓦和止推盘的受力趋于均衡。而采取调斜托轮的方法虽然使托轮和轮带之间的接触能趋于均匀，但其产生额外的轴向力将会使托轮轴线形成大八字或小八字现象，或使两组以上托轮同时形成同方向的轴向推力，影响液压挡轮的正常运行。有时在回转窑安装过程中也常常会出现由于采用了设备制造商提供加工精度不够，偏差过大的斜度规，造成轴承座底座和托轮的斜度和回转窑中心线不相符，轮带和托轮接触面之间在冷态时就出现明显接触不良的缝隙，为消除这类缝隙，安装人员有时图省事而采取将各个托轮调斜的方法来处理，这种方法看似缝隙被消除，实则轮带和托轮之间仍处于局部接触状态，经过热态的长时间运行在轮带和托轮表面不均匀接触的明暗条纹就会显现出来。在HNXX水泥企业的2500t/d生产线∮4×60m回转窑在就发现过类似情况，安装后的生产调试期间发现托轮和轮带之间存在不同程度的缝隙，后安装人员就是采取了将托轮调斜的方法来处理，经过一年多时间的运行后发现各个轮带表面均出现明显纵向的明暗条纹，且托轮轴瓦及止推盘常常伴随有不同程度的发热，这种状况表明了轮带和托轮之间处在不均匀的接触状态。在经过对窑中心线的直线度和托轮轴线的斜角度进行热态检测后，发现窑中心线在水平面的投影情况为：Ⅰ档处的中心偏移6.5mm，Ⅱ档处的中心朝相反方向偏移3.5mm。托轮轴线斜角度均为0.911°、0.166°、0.259°、0.724°、0.033°、0.198°，有两个托轮轴线斜角度竞超过了前面所述的早期湿法和半干法窑时期斜角度为0.5°左右的要求，离新型干法窑对托轮轴线斜角度为0°或小于0.05°的要求相差过多，六个托轮轴线的斜角度都显得偏大。由于托轮轴线斜角度偏大，Ⅰ、Ⅱ档处的托轮止推盘和轴瓦端部长期处于接触状态，经常发热。在检测中发现这些情况后，另外对各轴承座底座基础的斜度也进行了检测，发现Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ档底座的斜度分别为4.48％、4.51％、4.41％，和窑中心线实测斜度4.008％和设计斜度4.00％均相差极大，以上数据证实了正是由于轴承底座的斜度和窑中心线斜度的偏差，导致轮带和托轮接触面缝隙的出现。对于这种情况正确的处理方法应该是采用对轴承座高端加垫相应厚度薄钢板，使各轴承底座和托轮轴线的斜度都回复到接近4.00％的斜度上来。由此看来，托轮轴线的斜角度大小是直接关系到托轮受力是否均匀，防止和减少轴瓦发热等一系列不良现象产生的重要因素，应值得高度重视。
3. 结束语
综上所述，托轮轴线的斜角度将直接影响到和窑中心线的直线度状况，窑中心线和托轮轴线之间有着密切关系。托轮轴线在热态时应和窑中心线保持相对平行，可以减少托轮轴瓦发热、托轮及轮带表面出现点蚀、掉渣掉块、裂纹或不规则磨损等现象的发生，及保证液压挡轮长期正常运行中起到重要作用。托轮轴线斜角度的任何变化都会带来窑中心线的直线度变化，窑中心线直线度的变化反过来又对托轮的均匀受力、轴瓦均匀性接触等方面产生直接的影响。
随着科学技术的不断进步和发展，新型干法回转窑的设备管理技术已不断地得到发展和创新，对于七、八十年代的回转窑设备管理技术水平来说则表现相对滞后一些，这里提出的新型干法回转窑热态中心线直线度和托轮轴线的斜角度一说，便是在这类不断发展的技术研究中随之表现的一种新的观点和见解，希望这种观点和见解能给新型干法回转窑设备管理技术的发展和提高中能带来新的启示。

2008．11．10
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