ϕ4m×60m回转窑轮带更换的实践

王铁，卿浩平，董虎林，张旭辉，兰广林，王金德，杨增福

1 前言

由天津水泥工业设计研究院有限公司设计的老挝水泥工业有限公司2500t/d水泥生产线（以下简称老挝水泥厂），于2007年1月点火投料，2007年6月完成PAC临时验收证书颁发，2009年9月完成FAC最终验收证书颁发。截至2011年末已连续安全运行5年，累计生产水泥210万吨。

2008年5月工厂发现ϕ4m×60m回转窑II挡轮带侧面有一处径向裂纹，经停窑焊接处理后继续使用。为安全起见，工厂与制造商联系II挡轮带备件，并于2009年运抵老挝水泥厂。2010年再次发现该处裂纹加深并延长，随后进行第二次焊接加固。2011年6月工厂计划停窑进行大修，决定更换ϕ4m×60m回转窑II挡轮带。

2011年5月老挝水泥厂与天津仕名机电备件有限公司签署《老挝水泥厂ϕ4m×60m回转窑II挡轮带更换维修合同》，确定2011年9月对回转窑II挡轮带进行更换，合同周期25d（不含运行考核时间10d）。2011年8月27日施工队伍入厂，于9月20日完成冷态验收，10月10日热态验收结束。

老挝地理位置属亚热带季风气候，每年从4月至8月为雨季，且多为连续大雨，空气湿度较大；晴天阳光直晒强烈，因此给回转窑的切割、吊装、焊接带来特殊的困难。为确保工程施工质量，我们选择气候条件较好的9月份进行施工作业。

在老挝水泥厂回转窑轮带更换施工过程中，我们总结了有关在东南亚高温、高湿地区进行回转窑轮带更换的一些经验，供读者参考。

2 回转窑轮带拆装前的准备工作

2.1 编制切实可行的施工安装方案

施工方案编制应根据回转窑设备图、汽车起重机性能表以及其他现场实地测量数据等编制。

回转窑轮带的拆除及新轮带的安装、筒体切割、焊接组对等在整个施工中，吊装是最重要的一环,它要求在有限的场地内顺利完成大体积、大重量的轮带更换、筒体的切割组对、吊装，组对工作就必须做好场地规划、吊装计算。为确保窑轮带的拆装安全，以及以后的正常运转及生产，根据其他现场轮带更换经验，通过现场的测量与计算，决定采用两台50t汽车起重机进行轮带的拆装及筒体的吊装组对。施工安装方案见图1。

2.2 轴向基准线分布及切断线确定原则

2.2.1 轴向基准线分布

为完成回转窑轮带拆装，制定筒体切割施工方案,设置4条轴向基准线（见图2），最外侧二条轴向基准线（轴1和轴2）是切割回转窑筒体测量安装基准线，分别距离II挡轮带3350mm（轴1）和4650mm（轴2）。在回转窑切割前后分别进行测量，以保证筒体切割前后安装精度及质量。测量方法是以回转窑基准点圆心八等分圆周法测量筒体径向值，图中数据是筒体切割前测量值（见图2）。

2.2.2 切断线确定原则

回转窑筒体切断线确定原则是，一方面基于所要更换轮带的最大宽度，新轮带测量宽度为730mm,同时要考虑到轮带通过窑筒体缝隙时安装间隙每侧200mm的要求；另一方面，还要考虑到切割筒体时距原来焊缝的距离，以及支架位置等综合因素。根据计算和以往施工经验，确定本次更换轮带切割筒体宽度为1200mm,切断线位于轴向基准线（轴1和轴2）之间，分别距离轴向基准线（轴1和轴2）50mm（见图2）。

2.3 施工机具及施工临时用料准备

由于是在国外施工，施工机具及用料准备尤为重要。根据现场实际情况，施工机具及施工临时用料采购可分为国内和国外现场两种方式。

在国内采购的施工机具及施工临时用料，一般有激光测量仪、气动扁铲、焊条、千斤顶等机具。考虑到汽车运输载重量、装载体积及吊车起重量，每件货物应分类包装，重量控制在1～3t（max＜20t），体积控制在L×W×H=14m×3.5m×3m以内，做好货物唛头、装箱单及形式发票等工作，并确保国内运输按时到达指定海关进行检疫检验和清关工作。

图1 施工安装方案

图2 回转窑切断线确定原则

施工机具及施工临时用料国外运输时间，应按照施工计划采取海运或者陆运及时安全运抵现场。

在国外现场采购及制作的施工机具及施工临时用料一般包括施工材料、电焊机、碳弧气刨、烘箱、乙炔气、氧气等工器具，需要现场制作的要根据施工图纸采购制作完毕，并运抵施工现场仓库或者专门堆存区交专人保管，同时做好防雨、防盗等工作。

2.4 施工人员计划及培训

施工人员数量一般根据工程量大小确定，本次施工人员14人，分别有铆工、焊工、起重工等。由于施工现场在国外，出国前要对出国施工人员进行安全、法律法规及当地风土人情培训。培训分理论培训和岗前培训两种，本次施工人员较为成熟，仅进行岗前培训，也就是结合所做的工程对施工人员直接做上岗前技术及安全注意事项、法律法规及当地风土人情培训，经检查培训合格后上岗作业。

2.5 施工安全措施

吊装前应向所有相关人员做详细的技术交底，除需检查各吊装设备的机械性能，确保各机械处于良好的工作状态外，还要仔细检查钢丝绳等索具、吊车站位及支架区的地基情况，并采取针对性措施，必要时需在正式吊装前进行试吊装以确定应变对策。

2.6 新轮带出库保养、探伤及测量复核

老挝水泥厂新轮带于2009年运抵现场，重约29t，由于体积较大露天存放近2年，虽然出厂时做过简单防雨包装，但受老挝雨季潮湿气候影响，包装打开后发现新轮带锈蚀严重，现场组织人员进行除锈并刷防锈油避免安装生锈。

图3 新旧轮带测量结果

新轮带在制造出厂时已作过超声波探伤，并出具探伤合格报告。本次仅作备检复核，经超声波探伤仪现场检测质量完好合格，与工厂出具的探伤报告数据基本一致，可以作为回转窑轮带更换用备件。

由于新轮带加工、运输及储存过程中，伴随应力产生与缓释，轮带直径及椭圆度会有微小变化，为确保施工安装质量，有必要对新轮带重新进行直径及椭圆度测量。新旧轮带测量结果见图3。

从上述测量结果可以看出，X轴偏差为2mm，外侧周长偏差为1mm，数值均在允许偏差范围内，可以施工使用。

2.7 制定回转窑轮带拆装施工计划

根据回转窑轮带拆装施工方案、工作内容及施工周期，结合施工人员、施工工具及施工用临时材料进厂时间、安全措施、临时用电及起重用装备如汽车吊等准备情况，制定切实可行的施工计划。

如果遇到雷雨、采购货物及吊车不能按时到达现场等情况，可以将工期适当延长并进行调整。

3 回转窑轮带拆装施工步骤

（1）停窑后拆除窑内筒体切割区域耐火材料，拆除范围：距回转窑切割缝（见图4）处前后1.5m，即耐火材料拆除长度约为4m。同时拆除窑中II挡轮带冷却风机风管，II挡托轮冷却水管。

（2）用碳弧气刨刨除二挡轮带靠窑头侧的全部轮带挡块，并逐一编号以备安装使用。

（3）将轮带垫板从窑头侧拆除。（可只拆略多余的上半部，但余下的要临时固定，以防脱落），并编号、做好方向识别，测量垫板间隙，以备安装使用。

（4）在窑筒体内切割线左右处，各焊一套筒体组对安装工具，两套米字支撑，并在该处外部划好基准线及切割线，在母线上画出标志线（见图1）。筒体切割前应对切割下筒体和原筒体进行方向标识和等分编号，以备安装组对用。测量回转窑原始中心线，作为切割筒体安装组对找正依据。

（5）分别在II挡轮带窑头、窑尾方向各设一外部支架，窑头支架落在枕木上，采用一台320t千斤顶支撑；窑尾支架放在II挡托轮底座上，采用两台320t千斤顶支撑（见图1）。

（6）用一台320t千斤顶使窑头侧筒体受力，准备对其进行切割，采用回转方式切割下一扇面窑筒体时，两侧支撑的受力点应该松开。

（7）在被切割筒体的上部焊接两只吊装吊耳（吊耳板厚20mm），并用汽车吊的吊钩将其挂好进行焊缝的切割，待切割完焊缝后将筒体吊到地面适当位置。

（8）用两台320t千斤顶将窑筒体顶起,使其与轮带有10mm间隙为宜，再用两台50t汽车吊合作将旧轮带慢慢移出并放到地面安全位置（其间可用10t手拉葫芦等配合作业）。

（9）用两台50t汽车吊合作将新轮带吊装到位，并将垫板、挡块按图纸编号、方向要求恢复原样。

（10）拆除窑尾侧两台320t的液压千斤顶，继续保留窑头侧一台320t的液压千斤顶。

（11）按要求在筒体切割缝处对其进行坡口加工，坡口型式为X型，坡口应光滑。

（12）用吊车和组对工具将被切割筒体按原位恢复，测量回转窑中心线，然后按要求现场搭接脚手架和防雨棚对筒体进行焊接。

（13）去除筒体内外加固支架，安装工具，同时将内处表面的所有焊疤和焊缝高处进行打磨。

图4 停窑后窑内筒体切割区域耐火材料拆除范围

（14）采用超声波探伤仪对回转窑筒体焊缝进行探伤，要求按中国GB11345-89标准中水泥工业回转窑焊缝B-II级无缺陷探伤标准执行。

（15）使用辅助传动进行冷态试车，并测量轮带垫板间隙。

（16）回转窑砌砖、烘窑、投料试运转，测量回转窑轮带温度、滑移量，记录回转窑转速、电流及窑产量。

4 窑筒体组对方法及吊装用钢丝绳、卸扣选择

4.1 筒体组对方法

按照回转窑制造图纸Y4060.1要求进行筒体对接，并检查筒体方向及各分段扇区切割前的位置编号是否正确。采用拉紧螺栓联接两段筒体，并用调整螺钉找正筒体的同轴度。

4.2 吊装用钢丝绳、卸扣选择

（1）切割筒体重量为2.2t，设两个吊点，单个吊点重量按2t考虑，用钢丝绳双拼。

（2）轮带重量约为29t，用钢丝绳四拼。

5 回转窑切割段筒体的焊接

5.1 切割段筒体焊接方案

根据工程进度计划，结合现场的实际情况，ϕ4m×60m回转窑切割筒体焊接采用两台逆变直流弧焊机手工弧焊接，电流控制在175A左右。该方案既符合水泥机械施工安装规范，又适合现场的实际工作环境。

5.2 筒体焊接前准备工作

（1）搭设焊接平台，设置局部隔热防雨棚，以保持工作温度稳定及防止雨淋，同时也有效地防止了灰尘的进入，起到一定的清洁卫生作用。

（2）根据现场切割窑筒体有两道焊缝，决定采用两台直流弧焊机连续焊接，结合现场工作环境温度及空气湿度，将窑筒体焊接工作尽可能定在无雨、无太阳直晒的时间进行。

（3）准备好现场焊接用主要辅助机具（见表1）。

（4）焊条的准备

回转窑是工厂煅烧的重要设备，母材是Q235C镇静钢，一般选用具有较高抗拉强度和冲击韧性的低氢型碱性碳钢焊条。本次采用J422型焊条，依据中华人民共和国碳钢焊条标准GB/T5117-1995要求执行。

焊条在使用前必须烘干，温度在250±10℃持续1h，然后降至150±10℃恒温保存，随用随取，取出的焊条应放入保温桶内。

5.3 筒体焊接前检查

（1）窑筒体同轴度的找正检查

根据窑筒体找正后合格的径向跳动数据，调整组装焊接工艺，找出每道焊口的起始焊接点，控制焊接变形，保证筒体纵向中心线的精度。

（2）焊接坡口检查

焊接前对坡口进行涂煤油检查，坡口处不得有分层、裂纹、夹渣等缺陷。坡口角度一般为60°，偏差±5°；如果坡口处内外表面有明显的加工刀纹，需用砂轮顺其纹理方向磨光以保证其焊接质量。

（3）焊口清洁检查

焊接前应将焊口两侧30～50mm范围内除锈，同时将此范围内油漆、水、油污等脏物相应清除干净。

5.4 筒体焊接

一般地说，回转窑筒体焊接分外口焊接、内部清根和内口焊接等三个阶段。

5.4.1 外口焊接

根据找出的起始点位置，将其转到顶部，利用窑筒体的自重和焊接变形，减少径向跳动误差。

根据母材厚度窑外侧焊接3层。第一层打底时，选用ϕ4.0mm焊条，短弧焊接，焊条不摆动，保证一定的熔深。以后焊层可采用同样的焊条进行焊接，焊接时可做某种形式的摆动，保证焊缝两边熔合好。

每焊接完一层用气动扁铲振打焊道及两侧，以消除因焊接造成的内应力，并用钢丝刷清除药皮、焊渣、焊瘤等，然后用砂轮清除坡口两侧夹缝，保证光滑无夹渣，最后用钢丝刷清除缝内杂物后，再实施第二次焊接，依此类推完成其他层焊接，外口焊接3层。

5.4.2 内部清根

外口焊接完毕后，割去拉紧螺栓和调整块，清除接口板等组对夹具，进行内部清根工作。清根采用碳弧气刨，清根时可以清楚地看到缺陷，将缺陷完全清除。

内部清根时要注意以下两点：

（1）确定合适的清根深度,清根时要求清至第一层焊肉，发现缺陷要继续清除，直至将缺陷清净为止。

表1 现场焊接用主要辅助工具

（2）坡口的修正。由于清根时采用8mm、10mm碳棒，所以清根后坡口呈现深而窄的U型，焊接时容易产生夹渣、未熔合等缺陷。因此要求采用扁形的碳棒对坡口两侧进行修正，使之成V形，保证焊接质量。

5.4.3 内口焊接

内口焊接的起点应是外口焊接的对称点。内口焊接与外口焊接方法相同，内口焊接两层。

5.4.4 回转窑的转动

回转窑焊接时的转动可采用辅助电机进行，每次转动量为500～1000mm，焊完后再行转动。为防止回转窑焊接时出现安全事故，应有安全制动措施，如人工值班或者临时将辅助电机断电等。

6 回转窑焊缝质量检查

回转窑筒体焊接质量检查分焊缝外观检查、焊缝高度检查和焊缝内部超声波探伤检查等三个步骤。

6.1 焊缝外观检查

（1）检查前应将焊缝两侧20mm内的焊渣、飞溅等清除干净，焊缝表面应平滑，宽度均匀、整齐。焊缝成型后严禁焊成馒头形状，应焊成漫圆形，以避免应力过于集中造成生产故障。

（2）焊缝表面不得有弧坑、夹渣、气孔等缺陷。

（3）焊缝咬边深度不得大于0.5mm，咬边连续长度不得大于100mm，焊缝咬边总长度不得大于焊缝长度的10%。

6.2 焊缝高度检查

筒体外部不得大于3mm，筒体内部烧成带不得大于0.5mm,其他段不得大于1.5mm，焊缝的最低点不得低于筒体表面，并应饱满。焊缝边缘不能有高于母材2mm的凸台，如有应用磨光机磨成平滑过渡。

6.3 焊缝内部超声波探伤检查

采用超声波探伤时，每条焊缝均应检查，探伤长度为该焊缝长度的25%。质量评定达GB11345-89中的B-Ⅱ级为合格。

6.3.1 焊缝探伤前准备

（1）机油：作为耦合剂，用于隔离空气和润滑探头；

（2）在探伤焊缝两侧100～150mm宽探头移动区域内，应清除焊接飞溅、铁屑、油垢及其他外部杂质。探伤表面应平整光滑，便于探头自由扫瞄探伤部位，必要时应进行打磨。

6.3.2 焊缝探伤仪器

采用A型显示脉冲反射式仪器探伤，本次回转窑焊缝探伤使用HS610e型数字式超声波探伤仪。

6.3.3 焊缝探伤执行标准

（1）依据中华人民共和国建材行业标准GB11345-89中水泥工业回转窑的焊缝B-II级探伤标准执行。

（2）标准GB11345-89中规定钢板厚≤25mm的探伤仪探头、试块及曲线灵敏度要求：

•斜探头：可以用K值为2.5（2.5P13×13K2.5）或者K值为2（2.5P13×13K2）的两种斜探头进行探伤

•试块：CSK-I，RB-III

•距离波幅曲线的灵敏度

•评定线：DAC-16dB

•定量线：DAC-10dB

•判废线：DAC-4dB

6.3.4 焊缝探伤步骤

（1）根据GB11345-89标准规定，钢板厚≤25mm的焊缝探伤可以单面双侧进行扫描。

（2）用板刷对回转窑焊缝两侧100～150mm探伤区域均匀涂抹机油。

（3）将斜探头垂直于回转窑焊缝中心线放置，在探伤面上做锯齿形扫描，确保斜探头前后移动扫描到全部焊缝截面及热影响区。

在保持探头垂直焊缝前后移动的同时，应做10°～15°左右移动。扫描速度不应大于150mm/s,相邻两次探头移动间隔保证至少有探头宽度10%的重叠。

（4）探测焊缝及热影响区的横向缺陷应进行平行和斜平行两个方向扫描，可在焊缝两侧边缘使探头与焊缝中心线成10°～20°做斜平行方向扫描。

6.3.5 焊缝返修及不合格处理程序

对使用超声波探伤检查焊缝时发现的疑点，必须用X射线探伤复检检查确定。

（1）若采用X射线探伤时，每条焊缝均应检查，探伤长度为该焊缝长度的15%，其中焊缝交叉处必须重点检查。质量评级达GB3323中的Ⅲ级标准为合格。

（2）焊缝不合格时，应对该焊缝加倍长度检查，若仍不合格则对其焊缝做100%检查。

7 回转窑轮带拆装、筒体焊接及试车记录

回转窑轮带拆装、筒体切割、筒体焊接及试车过程中应做好记录存档，记录内容如下：

（1）筒体切割前切割段基准线径向测量记录；

（2）筒体切割前窑中心线位置测量记录；

（3）筒体切割前轮带垫板间隙测量记录；

（4）筒体切割前窑中心线（从窑头向窑尾方向）位置测量记录；

（5）筒体焊接前切割段基准线径向测量记录；

（6）筒体焊接前窑中心线（从窑头向窑尾方向）位置测量记录；

（7）新、旧轮带测量记录；

（8）筒体焊接日期、焊接工艺、接口径向跳动数据、每道焊缝的起点、焊工代号、气候条件变化等数据参数；

（9）回转窑冷态试车轮带垫板间隙记录；

（10）回转窑热负荷投料试车窑产量、电流、转速、托轮温度、轮带滑移量记录。

8 结语

经过近一个月的努力，圆满完成了老挝水泥工业有限公司2500t/d水泥生产线ϕ4m×60m回转窑II挡轮带的拆除、新轮带的安装、筒体切割、吊装、焊接组对、焊缝探伤及试车工作，于2011年10月8日顺利投产运行，并通过72h满负荷性能考核，各项检测指标均符合中国国家水泥机械标准验收规范。

老挝水泥厂ϕ4m×60m回转窑的轮带更换安装、试车工作的顺利完成，为我公司在东南亚成功进行大型水泥设备大修积累了宝贵经验，证明我公司水泥技术及装备维护技术是成熟可靠的，也为中国水泥装备在东南亚高温、高湿地区大型回转窑设备切割、吊装、焊接实践等方面做了一些有益的探索。

[1]雷钰,何维友,王铁,冯海兵,王金德.高纬度地区大型回转窑设备焊接技术探索[J].水泥技术.2008,（6）.

[2]JC/T 334.1-2006,中华人民共和国建材行业水泥工业用回转窑设备标准[S].

[3]GB 11345-89,中华人民共和国建材行业超声波探伤标准[S].

[4]GB/T 5117-1995,中华人民共和国碳钢焊条标准[S].