如何识别和处理运行中的窑磨轴瓦发热现象

吕培林郑用琦

（1.桐乡河山南方水泥有限公司，桐乡314510 2.武汉理工大学回转窑管理技术研究中心，武昌430070）

从原料矿物结构式分析节能因素（上）

傅圣勇来正新秦至刚

如何识别和处理运行中的窑磨轴瓦发热现象

吕培林1郑用琦2

（1.桐乡河山南方水泥有限公司，桐乡314510 2.武汉理工大学回转窑管理技术研究中心，武昌430070）

生产运行中的回转窑和管磨机轴瓦发热是很常见的现象。通过对窑磨轴瓦出现的各种发热现象深入分析，提出了一系列窑磨在运行中预防和处理发热现象的新观点新方法，为企业设备管理技术人员提供了识别正误方法的尺度。

识别处理窑磨轴瓦发热

在水泥生产过程中引起回转窑和管式磨机轴瓦发热的原因有很多,若以设备管理工程技术学科门类的设备现代综合管理理念来分析，则将贯穿于设备的规划、设计、制造、验收、安装、使用、维护、维修等全过程的管理之中。本文所说的窑、磨轴瓦发热是指除上述情况之外，即生产运行过程中因工艺管理原因导致打乱了窑、磨均衡稳定运行而产生的轴瓦发热，即运行中的轴瓦发热现象，是生产过程中常见的现象，也是企业比较关注的问题。

1 回转窑在运行中的托轮轴瓦发热

当窑的工艺操作出现异常情况时易引起轴瓦发热，如：配料成分波动、喷煤管位置不当、预热器局部堵塞和来料不匀等原因导致窑皮的厚薄不均，使窑筒体在径向或轴向温差过大、筒体局部发生变形而使托轮受力不均等情况引起轴瓦发热，即为运行中的轴瓦发热。

长期以来，工艺操作者往往有只注重熟料产量和质量的习惯，而不太重视对窑皮的保护和防范，保持它的均匀性和牢固程度，并认为掉窑皮是不可避免的事，只要熟料质量不受影响而无关紧要。有时则恰恰相反，由于不关注对窑皮的保护，会使窑皮在轴向或径向，或二者并存的窑皮不均匀现象时有发生。窑皮的厚薄不均匀，会使得窑筒体沿轴向和径向发生不均匀的膨胀和收缩，从而破坏了窑中心线的直线度。尤其在窑头和中间两档轮带的筒体上出现这种状况更应值得关注和警惕，因为它将会直接导致托轮受力状态的变化，引起轴瓦发热。

由于配料成份的波动、预热器局部堵塞、来料不均、喷煤管位置不当等原因会很容易使窑皮出现不均匀的状况，这一观点大多数有经验的技术管理人员都会认同。当出现这种情况若不及时调整和采取措施，随着时间的延续，托轮轴与瓦之间的受力不均会导致油隙变小，油膜破坏，轴瓦开始发热，轴和瓦处在无油的干摩擦状态中很快就会伤轴拉瓦，甚至发生一系列更严重的事故。

2 磨机在运行中的轴瓦发热

磨机在运转过程中，中空轴轴颈和主轴承球形瓦之间，不可避免地要产生摩擦、磨损和发热，且消耗一部分动力，即摩擦功耗。为了减少摩擦功耗、降低磨损速度、缓和冲击和控制球面瓦温度，必须保证轴和瓦之间良好的润滑状态，以便提高磨机的工作效率和使用寿命。磨机轴瓦因润滑不良等机械方面原因，会造成轴瓦发热以致烧瓦，甚至导致中空轴轴颈磨损的重大事故。排除磨机因安装过程中轴瓦研刮不当，轴肩预留间隙过大或过小以及平衡不当等原因引起的轴瓦发热，尤其在安装后的试生产期间表现突出，这类情况因为原因明确，可作有针对性的处理，故本文不作讨论。

当磨机喂入物料的温度、产量和通风情况变化时会引起磨尾轴瓦温度的变化，且开流磨比闭流磨表现更为明显。在磨头若是稀油站供油润滑冷却系统正常，中空轴的油膜形成状况良好，而中空轴表面温度偏高，水泥磨一般是由于喂入熟料的温度较高，风扫磨和中卸磨则是入磨热风风温较高，或是喂入物料相对偏少所致。若是稀油站供油润滑冷却系统不正常，供油系统压力偏低导致供油量不足；或是油冷却器冷却效果不好，导致进出润滑油温差偏小，也会使轴瓦温度升高。在磨尾除了与磨头存在相似的情况之外，磨内隔仓板或筛板堵塞或喂料过多接近饱磨的情况下使磨内温度升高而导致轴瓦发热。尤其在夏季环境温度高引起物料温度、入口风温和循环冷却水的温度相应升高，使轴瓦发热的机会将相应增大。磨尾中空轴表面温度一般靠近磨筒体一端偏高，一般是由于中空轴与筒体接合部隔热效果相对较差引起的。

3 回转窑托轮轴瓦发热的预防处理

在回转窑运行管理和维护中对偶然出现的轴瓦发热现象如何正确处理，它不仅关系到如何缓解设备存在的问题，还关系到设备长期安全运行问题，故处理方法正确与否至关重要。

3.1 几种不宜采用的处理方法

往轴瓦上注水来处理轴瓦发热的方法起源于上世纪六、七十年代湿法窑和半干法窑上，当时的技术水平相对落后，瓦口接触角都为60～70°左右，有的甚至到90°。由于接触角过大，轴瓦一旦发热，极易发生瓦将轴抱紧抱死，发生伤轴并与瓦融为一体的严重事故。为了在轴瓦发热时首先保护轴，不得已采取弃瓦保轴的办法。当发现轴瓦发热的情况时，常常先将窑停下来，随后往轴和瓦上注水使瓦口张开，事后再顶窑换瓦；也有的不停窑，注水的同时让窑继续运行。因注水后轴瓦之间原本仅存少量的油膜已遭到破坏，在无油膜的状态下运行仅可降温，避免瓦不抱轴的现象出现，但不能减小轴与瓦之间的摩擦，若不换瓦将给以后的再度发热留下隐患。以上的处理方法在六、七十年代是屡见不鲜习以为常的，后随着国内外先进技术的发展和进步，逐步认识到这种方法的弊端而被否定，已不再被推崇使用。在九十年代以来的新型干法窑上，轴瓦瓦口接触角的大小随着技术的进步已发生改变,由原来60～70°的接触角发展为30°，油膜的生成状况得到明显的改善和提高，轴瓦发热后的瓦抱轴现象已大为减少，在轴瓦发热时往里注水的方法已逐渐消失。但仍有少数企业及个别安装公司在生产调试期间遇到轴瓦发热时仍有向轴承座内注水的习惯，对于当前新型干法窑来说这类方法是有害的。

使用含有石墨或二硫化钼等固体外加剂的润滑油可能会暂时缓解发热状况,但也会留下祸根,因为外加剂的固体残留物和油腊混合后，会在轴瓦接合部入口缝隙边缘形成一道稠状不规则的堤坝，挡住润滑油正常通过，影响油膜生成的均匀性，也给轴瓦以后再度发热留下了隐患。八十年代石化行业的某润滑研究机构，在中小水泥和化工企业的磨机轴瓦上推广使用二硫化钼润滑脂，不到两年时间其弊端逐步显现出来，其主要原因是油膜形成的均匀性不如润滑油好，对轴瓦的长期安全运行不利而被停止推广使用。

在没有准确判断出引起托轮轴瓦发热的原因之前，不要轻易调动托轮位置，经过观察分析若确因工艺上原因使筒体局部温度偏高而产生了变形，致使托轮受力状况发生变化而引起的轴瓦发热，在工艺上应尽快调整操作方案，让托轮受力状况恢复正常，会使处理轴瓦发热的时间大大缩短。上世纪六十年代有一种习惯的作法是在轴瓦发热时，事先就考虑调动托轮位置，以改变或减轻托轮的受力状态，待轴瓦温度降下来后再回复到原来的位置。其实不然，一般托轮在经过几次调动后再调回原位是不太可能的，即使通过调动托轮温度会暂时下降，当窑工艺恢复正常窑筒体的变形消失后，有可能导致下一轮轴瓦发热现象开始，长此以往会增大窑两线不平行程度，给今后的正常维护和管理增加难度。

现在新型干法窑也采用调整托轮的方法来处理轴瓦发热现象更是不可取的，发热轴瓦的托轮调动后在某一时间段受力状况有可能会得到缓解，但调整后的托轮在它适应了新的位置后，在短时间内不可能使其恢复原状态，随着托轮调整次数的增多，即使做了详细的调整笔录也难以使其再调回到原位，因原位是窑中心线呈直线的位置。每次调进或调退时丝杆旋动的角位移与轴承座位移量不一定相符，在调进时因托轮需克服窑的重载和相应的摩擦阻力，使得轴承座部件会储存部分能量而暂缓释放，随着窑体的旋转运动可能会逐渐释放，也有可能继续储存延缓释放或不释放，在释放中会使轴承座悄然发生位移，其位移量难以估量，这就是托轮调退后很难调进回复原位的原因。托轮在经过数次调整后，窑中心线的直线度必然会引起变化，如此反复，托轮受力的均匀性状态也必然会受到破坏。托轮轴瓦径面和端面的发热现象增多亦成必然。所以习惯性以调动托轮位置来处理轴瓦发热的方法是不提倡的。

3.2 正确适宜的处理方法

在八十年代后期，国外水泥界就采用先进合理的体外油循环冷却方法来处理轴瓦发热现象，并逐步被大多数同行所认可并采用。国内不少企业也采取浇淋低温润滑油来处理轴瓦发热现象，并取得很好的效果。近年来国内的某科研部门为了配合这种处理方法的推广实施，研制出一种空气能量分离器的冷风生成专利技术，这种能量分离器能产生0.2MPa压力，0～15℃的低温气体，在处理和预防轴瓦发热过程中发挥了很大的作用。

采用这种空气能量分离器的使用方法是：当发现托轮轴瓦有发热的趋势或已经发现轴瓦温度很高时，将窑速降低到2/3，喂料量也减少到2/3左右；同时迅速将平时库存预留的同类型、高粘度、低温润滑油通过靠近轮带一方的轴承座观察孔向轴上不间断地浇淋；卸下轴承座油位显示器同时放出热油；使用的润滑油温度应尽可能的低一些，因为此时轴瓦温度都很高，油膜已经被破坏，采用的油温越低，油膜的恢复和持续的时间将会越长，对冷却和降低轴瓦温度也将会更加有利；并将上述的能量分离器的出风管通过轴承座端部小端盖口对准托轮轴端部中心，使低温气流吹向轴的中心，由于轴的中心是全轴径向温度最高的部位，抑制住了中心温度的上升，全轴的温度以及瓦温和油温就会明显下降。在整个处理过程中，轴承座内润滑油的温度会经历三个时间段，即：高温持续阶段——温度下降阶段——正常温度稳定阶段。经过不少企业的实践经验证明，该种方法不仅可以迅速降温，还可以使被破坏的油膜迅速得到恢复。

以上是使用冷油处理方法上的创新，采用低温润滑油浇淋或注入的处理方法，能降低油温，保持油的原有粘度，使摩擦副之间油膜不断产生。总之,无论采取怎样的方法处理托轮轴瓦发热现象，都应遵循保证窑设备能保持长期安全运转、符合机械设备摩擦与润滑机理和窑两线保持平行的三个基本原则，任何看似有效而违背这一规律的方法都是不可取的。

4 磨机轴瓦发热的预防处理

磨机轴瓦发热后润滑油温度将逐渐升高，在中空轴轴颈外表面极易形成粘有巴氏合金的条痕，条痕最深可达2mm左右，且疏密不均使轴颈表面的光洁度下降，使瓦面接触点受剪应力作用而引起大面积拉伤破坏，巴氏合金颗粒粘贴在中空轴轴颈表面，随中空轴转到上部与冷润滑油相遇并被冷处理，从而提高了硬度，当其随中空轴转到下方时，就将瓦面再次拉伤，反复出现间距不等的条状痕迹。同时，粘有巴氏合金颗粒的中空轴经循环运转摩擦后，润滑油温度逐渐升高。出现这种情况的处理方法是应将轴瓦拉出，重新刮研瓦面，条痕过深处，还应补焊同质巴氏合金。如果轴瓦磨损严重，轴瓦及中空轴的间隙大，这时应该重新在瓦上浇注巴氏合金并加工后安装使用。

有时轴瓦一端出现高温。其原因有可能是由于球面瓦座调整不灵活，使瓦面与中空轴轴颈小面积接触、静载荷变大造成的。这种情况应将磨机筒体顶起，检查球面瓦瓦背与瓦座的接触情况，必要时应重新研磨瓦座和瓦背，使其调心自如。同时重新刮研瓦面，将氧化层彻底刮掉，并用油石磨光中空轴轴颈。另一种可能是磨筒体运动时受热引起轴向膨胀，由于安装时预留间隙过小，使轴肩顶死低端的瓦肩，造成摩擦加剧发热，此时需用油石和细砂布磨光中空轴轴颈。

在轴瓦温度升高时，中空轴表面光泽灰暗，并有粘连现象，这种情况有可能是由于瓦面局部高温而出现胶合造成的，此时应对轴瓦进行刮研。有时轴表面局部光亮，这有可能是由于油质不良，油内杂质多造成的，应当更换润滑油。

有时油温偏高，但没有巴氏合金粘连现象。其原因有可能是润滑油供给量少及粘度较低，不能形成油膜；或是油变质不洁净；或是研刮瓦时没有达到规范要求，瓦口间隙过小；或是轴瓦的冷却水不畅通；或是稀油站的供油润滑设备出现故障造成的；或是过滤网压差高，安全阀动作造成油量少油压低而油温高；还有可能是油泵漏油或损坏泵，油少也会造成油温高。应分别采取换油、重新刮瓦、畅通冷却水和维护润滑设备等措施进行处理。

此外，应该注意的是新安装或检修更换新瓦后的磨机在试车时，应将新轴瓦处的润滑油供油量稍调大一点，以加强润滑油的冷却及冲洗作用，同时要特别注意观察中空轴的温度。目前大多数水泥厂磨机轴瓦测温装置采用的是安装于轴瓦环向120°端面深孔内的电接点压力式温度计，由于其测温部分仅位于瓦体中部，只能反应局部轴瓦温度，所以试车时将温度计示值当作轴瓦温度是不太准确的。一般磨机试重车时，应有人守候在主轴承旁，观察中空轴表面的油膜情况，用手触摸中空轴各个区段位置油膜厚薄，凭手感估测温度情况，若温度较高，可用手持式激光测温仪检测中空轴表面的温度，一般中空轴温度在65℃以下为正常，超过65℃就必须注意观察，温度达到70℃时，应立即停磨或采取慢转了。

但磨机在正常生产过程中也常常因磨内物料温度过高等工艺方面的原因引起轴瓦发热，此时采取停磨的方法来处理是比较可靠的，待磨机内温度降下来后再开磨，同时设法降低磨内物料温度。但多数企业不愿意采用停磨的方法，其原因是不愿影响生产，往往磨内物料温度在运行中一般不是很容易降下来的，尤其是熟料入库时由于冷却不够，使得入磨熟料温度高，致使在继续维持生产运行还是停磨保护设备的问题上一直是矛盾着的。在这种情况下有些企业采用磨内喷水使温度下降的办法虽能凑效，但由于水量难以控制和调节，万一失控引起大事故而不敢放心使用。

采用稀油站的体外油循环冷却的方法来处理轴瓦发热现象是目前较好的方法。但由于油冷却器的使用效果并不十分令人满意，尤其在夏季，或循环冷却水温度较高，水中杂质多或冷却器内结有水垢情况下，使得进出油冷却器的润滑油冷却效果不理想，冷却前后润滑油的温差小，有的只有1～2℃，板式换热器虽然换热效率高于列管式换热器，但对于循环冷却水中杂质和污垢引起换热效率的下降仍是无法避免。利用前面介绍的能量分离器能产生0.2MPa压力，0～15℃的低温气体，在处理和预防磨机轴瓦发热过程中也能发挥作用，一种简单快捷的方法是在轴承座观察孔旁开一个直径为34mm的圆孔，然后焊一节内径为25mm短管作为低温气体直接输入轴承座内的喷气嘴，在轴瓦发热温度升高时迅速打开开关使冷气流吹向轴瓦，可以达到抑制轴瓦温度上升，降低轴瓦温度的效果。还有一种方法是将能量分离器产生的低温气体作为油冷却器的热交换介质，这种以洁净气体作为热交换介质的油冷却器由于不存在以水为介质的杂质多或冷却器内易结水垢的弊端，由于两种介质温差大，热交换效果比板式和列管式的换热器高。使用中将轴承座内的回油先进入该油冷却器，冷却后的润滑油再回到油箱，出油冷却器的低温气体同前一种方法一样再送入轴承座内，继续对轴瓦进行冷却，这种方法的效果大于前一种，只是系统显得较为复杂一点。

0 前言

对水泥原料研究主要有三个方面：（1）原料的成份；（2）原料的矿物；（3）原料的工艺匹配。水泥原料的矿物组成和矿物结构所构成的原料特性，在水泥生产中关系到多项技术经济指标，尤其对产量和煤耗起到关键性的作用。对此，我们总结如下：以原料的地质成因为基础，调整传统的原料结构为方向，以原料中岩矿特性匹配为技术手段，开发利用地质潜能为目标。在此基础上，本文着重对原料矿物的结构表达式来认识和判断原料中矿物的节能因素，为水泥烧成节能减排启示新的技术理念和技术手段。

1 一般矿物结构表达式及构成规则

在知道水泥原料成因基础上进行化学分析和X衍射结果，就可以从各种成分数量，组合出何种矿物，得出各矿物的结构式，从而判断出其易烧性。例如：沉积成因泥质岩，SiO2高，Al2O3高：（1）石英颗粒SiO2组成占多数；（2）层状Si-O结构的SiO2组合占46.54%、Al2O3占39.5%的高岭石矿物高。

1.1 单元素矿物结构表达式

只用元素符号单独表示：Au自然金矿物，自然铜矿物Cu，金刚石矿物C。在有类质（离子半径大小接近）同像（结构形式相似）代替元素存在时。按数量多少依次排列，主在前，次在后，中间用逗号点开，并且同时用小括号括起来。例如：Ag代替Au，写成（Au，Ag）。

1.2 金属相互化合物结构表达式

基本原则：按金属性强弱递减顺序从左向右排列。例如：银矿AgTe，Ag金属性比Te大。砷（As）铂（Pt）矿PtAs，Pt金属性比As大。

1．3 离子化合物结构表达式

阳离子写在前面，阴离子写在后面。例如：Ca-CO3、NaCl、BaSO4。但还有以下六种情况：

（1）当存在两种以上的阳离子时。

按碱性从强到弱的顺序排列。例如：白云石CaMg（CO3），Ca碱性比Mg强。

（2）当阳离子为同一元素，但有不同价态时。例如：Fe2+、Fe3+磁铁矿化学式Fe3O4实际结构式，FeFe2O4=FeO+Fe2O3，前面的Fe2+是低价。Fe2+熔点低，氧化Fe2+→Fe3+后会放出能量400kJ/kg。

（3）当阳离子为同一元素而具有不同配位数量。将低配位写在前，高配位写在后，例如：孔雀石CuCu [CO3]（OH）2。前面的Cu结构是Cu与[CO3]组成立方体的四配位，分解温度高，耗能高，后面Cu与（OH）构成八面体成为6配位。脱水解出Cu离子，能耗相对低。

（4）矿物有阴离子或络阴离子团组成时。阴离子或络阴离子写在阳离子之后，并把络阴离子用方括号括起来，例如：白云石CaMg[CO3]，透辉石CaMg [Si2O6]。

（5）若有附加阴离子时，将它写在主要阴离子后面。如磷灰石Ca5[PO4]3(F,Cl)，Cl易释放，F多的在前，Cl少的在后，起矿化作用能耗变低。

（6）互为类质同像的离子，用括号括起来，并按其量从多到少的顺序排列，中间用逗号分开。例如：铁闪锌石(Zn，Fe)S，Fe以类质同像加入，Fe比Zn少。

镁铁是类质同像系列矿物，两端用以下写出：

Mg2[SiO2]—Fe2[SiO4]，其中的Mg、Fe互为类质，互相取代，逐渐变化。

1.4 矿物成分中水的表达形式

水按不同性质用不同表达形式。

（1）结构水。结构水是离子水，用（OH）表示。写在矿物化学结构式的最后，例如：高岭石：Al4[Si4O10] (OH)8，透闪石：Ca2Mg5[Si4O11]2（OH）2、十字石：Fe2Al9[SiO4]3O7（OH），这个水是难脱水，能耗要变高，600～900℃脱水解体。

（2）结晶水。结晶水是中性水，用H2O来表达。它写在与它相联的阳离子后面：一般在450～600℃左右脱水，阳离子解体，能耗相对比（OH）水低，例如：二水石膏：Ca（H2O）2[SO4]，多水高岭石：A l8(H2O)4[Si4O10](OH)8。

（3）沸石水。沸石水为含在结晶孔中的中性水，它写在化学结构式的最后面，用圆点分开。这种水200～450℃脱水，脱水能耗低。例如：

钠沸石：Na2[Al2Si2O10]·2H2O

斜发沸石：Na[AlSi5O12]·4H2O

丝光沸石：Na[AlSi5O12]·3H2O

（4）层间水。层间水是层状矿物中与阳离子结合的所含中性水，写在交换阳离子的后面，并用小括号括起来，例如：

钠蒙托石：Na0.33（H2O）{（Al1.67Mg0.22[Si9O10](OH)2）}

伊里石K1-x(H2O)x{A l2[AlSi3O10](OH)2-x(H2O)}

（5）胶体水。胶体水是胶体矿物固有的特征，在化学结构式中要反映出来。由于其含量不定，以nH2O或ag形式表示。写在化学式最后，也用圆点分开，例如：蛋白石SiO2·nH2O或SiO2·ag。

（6）吸附水。吸附水不属于矿物本身的化学组成，在化学式中不表示。

1.5 有附加阴离子的层状硅酸盐矿物表达式

附加阴离子属于结构单位层的一部份时，要用大括号括起整个结构层。如云母类矿物：

黑云母：{K（Mg,Fe）3[AlSi3O10]（OH，F）}，蒙脱石：Na0.33（H2O）4{Al1.67Mg0.33[Si4O10](OH)2}，伊里石：K1-2（H2O）x{Al2[AlSi3O10](OH)2-x（H2O）x}，绿泥石：（Mg·Fe·Al）3(OH)6{（Mg·Fe·Al）3[（A l，Si）4]（OH）}。

蒙脱石、伊里石、绿泥石要脱两种水：一个是阳离子后的（H2O），结晶水是中性水，脱水热耗比较低，近450～600℃；另一个是Si-O结构层中的附加阴离子结构水，这个水脱水温度在900℃左右。所以这类矿物脱水热耗较高。

（待续）

（编辑：方圆）

TQ172.6 文献标识码：B 文章编号：1007-6344（2010）04-0007-04

2010-05-05】

（编辑：方圆）

从原料矿物结构式分析节能因素（上）

傅圣勇来正新秦至刚

B 文章编号：1007-6344（2010）04-0005-02