回转窑拖轮改造

刘永燕

(新疆新鑫矿业股份有限公司阜康冶炼厂阜康831500)

回转窑拖轮改造

刘永燕

(新疆新鑫矿业股份有限公司阜康冶炼厂阜康831500)

针对系统中回转窑拖轮在运行过程中暴露出的问题，经过综合分析，对回转窑拖轮的材料选用、轴承选用进行了变更，提高了回转窑的运转率，并降低了维修人员的劳动强度。

回转窑载荷材料轴承选用磨损

1 概述

回转窑是指旋转煅烧窑（俗称旋窑），属于建材设备类。回转窑按处理物料不同可分为水泥窑、冶金化工窑和石灰窑。其中冶金化工窑主要用于冶金行业钢铁厂贫铁矿磁化煅烧；铬、镍铁矿氧化煅烧。

回转窑最重要的组成部分就是筒体，由钢板卷制而成，筒体内镶砌耐火衬。一般回转窑的规格也是按筒体长短及内径大小而规定的。回转窑筒体的中心线一般与地面的水平线成一定的倾角。筒体的支撑是通过支撑装置来完成的，通常通过数道轮带安装在数对托轮上，由传动装置驱动慢速回转。筒体的外端有大齿轮，它与小齿轮啮合。电机带动小齿轮旋转，将动力传递给大齿轮，带动筒体搅动物料，使物料充分氧化，达到理想的化学反应。

2 工作原理

图1 回转窑简图

由窑尾把生料粉加入回转窑，由于窑筒体与水平呈一夹角安装在托轮上(尾高，头低)（图1），筒体在传动装置驱动下旋转时，生料在筒体内沿周翻滚的同时，沿轴线由窑尾向窑头移动；在窑头有燃烧器将燃油或煤粉喷入已点燃的窑内，所形成的火焰或热气向窑尾流动，这样使沿周向翻滚且沿轴线由窑尾向窑头移动的生料粉在移动的过程中被加热煅烧，生料粉在加热和煅烧过程中发生物理和化学反应，最终煅烧成熟料由窑头卸出。

3 存在的问题

多品种车间回转窑主要担负贵金属车间浆化配料后溶液的酸化焙烧任务，其设备的工作状态直接影响到系统产品产量。2011年初，多品种车间扩产，新投入的Φ800回转窑在运行初期，回转窑拖轮、挡轮故障频发，导致回转窑不能正常运行，无法达到设计要求，严重影响车间任务的完成。经过统计分析，拖轮磨损、表面裂纹占到了48%，轴承损坏占到了总维修次数的52%。

4 问题分析

多品种车间回转窑窑体总长9 m，共安装拖轮2对。针对拖轮表面裂纹和轴承损坏的形式，进行了分析。

4.1 表面裂纹

表面裂纹集中在靠近拖轮两侧边缘，见图2。

图2 拖轮剖面图

拖轮的主要基材为HT20-40，材料本身具有自润滑性能，且具有良好的加工性、耐磨性、减震性，但强度较低，壁厚20～40 mm时，抗拉强度为165 N/mm2,由图2可知，拖轮边缘厚度最厚处为15 mm，而裂纹多是分布于距离边缘20 mm的范围内的冷裂纹，显示强度不足。

4.2 拖轮轴承损坏

拖轮采用的是311单列向心球轴承。此类轴承主要承受径向载荷，其结构简单，摩擦系数小，极限转速高，高速旋转时可用来承受纯轴向载荷，但是抗冲击能力差。而回转窑拖轮的现场工况为：转速较低，＜20 r/ min；精度要求一般，不需要自动调心。

通过现场查看回转窑的安装工况，一般安装坡度为3%～4%，而现场的回转窑由于安装误差，其安装坡度为6°。拖轮的安装位置见图3。

图3 拖轮安装位置示意图

5 采取的措施

通过查阅《实用金属材料手册》，铸钢的机械性能远优于灰铸铁，通常被用于制造重型机械的零部件。ZG25的屈服强度为240 N/mm2，抗拉强度为450 N/mm2，完全能够满足现场需求。与ZG25机械性能相近的还有45#碳素钢，但由于制作的滚轮直径较大，所以采用ZG25代替灰铸铁自作拖轮。

根据拖轮的安装方式，对回转窑拖轮的受力进行了分析，见拖轮正面的受力分析简图，见图4。

图4 拖轮正面的受力分析简图

在拖轮的自重忽略不计的情况下，拖轮承受来自窑体的压力，与重心方向呈30°，运用力的平行四边形法则，对拖轮受到的压力进行分解，得到PX和PY，窑体自重约3 000 kg，投入的物料约500 kg，狼牙棒488 kg，由2组拖轮支撑，所以，每个拖轮承受的合力P约为997 kg。通过理论计算，PX=499 kg；PY=864 kg

从另一个方向对垂直向下的力PY再次进行分解，得到轴向力PX’和径向力PY’。其中，根据平行四边形法则，径向压力PY’为858 kg，轴向压力PX’为91 kg。对两个径向力合成，得到总径向压力：P≈993 kg所以，拖轮实际承受2个方向上的压力，分别是：P=993 kg（径向力）；PX’=91 kg（轴向力）。

根据轴承的特性：同时承受轴向和径向载荷时可选用角接触轴承和圆锥滚子轴承，而一般滚子轴承的承载能力大于相同尺寸的球轴承，且承受冲击载荷能力更强。因而确定用圆锥滚子轴承替代原设计中的球轴承。根据圆锥滚子轴承成对安装特性，用两个圆锥滚子轴承代替原设计中的单列向心球轴承。

强度校核：校核3212圆锥滚子轴承的径向载荷

根据径向动载荷

根据现场状况，温度系数、载荷系数均取1；寿命指数ɛ=10/3；31312轴承的额定动载荷Cr=138 kN,将以上数据带入上式：

由于回转窑拖轮需要随时调整，单轮承受的载荷需要增大。通过核算，31312轴承承载能力完全满足要求。

拖轮的最终的结构形式见图5，拖轮轴加工图见图6。改造后，拖轮的工作状态（图7，图8）：

图5 拖轮的最终的结构形式

图6 拖轮轴加工图

图7 拖轮安装图

图8 拖轮工作状态图

6 改造效果

改造后回转窑运行一年来，拖轮组件维修次数为0，调整15次。此项改造,不仅解决了拖轮频繁损坏造成的设备运转率不达标问题,同时也大大降低了维修人员的劳动强度，为工艺指标的落实提供了保障。

7 结束语

此项改造主要是基于回转窑安装角度偏差进行的。改造从根本上解决了拖轮轴承强度不足问题，减少了维修工作量，也降低了维修成本。

参考资料

[1]刘泽九.滚动轴承应用手册.北京:机械工业出版社，2006，1.

[2]【美】J.E.希格利C.R.米什科.机械设计通用手册，河南大学机械学院译.机械工业出版社，1993，8.

收稿：2014-03-21