Φ4×80 m回转窑技术改造

苑明华，谭长明，赵玉会，钱旺龙

(南京西普水泥工程集团有限公司，南京 211100)

我司承接了一条700t/d干法中空窑生产线技术改造工程，要求利用原回转窑土建基础，改造后能达到日产3300t熟料新型干法水泥生产线。

原回转窑规格为Φ4×80m，斜度为3.5%[1]，4档支承，回转窑调速范围在0.5～1.66r/min，齿轮模数36，齿轮齿数178/21，额定功率160kW。跨距分布分别为5m，18.5m，23.5m，22.5m，10.5m。传动位于第Ⅲ档窑墩上(从窑头向窑尾数，下同)，布置于第Ⅲ档与第Ⅳ档之间，距离第Ⅲ档轮带3.5m。轮带外径均为Φ4.84m，托轮直径均为Φ1.4m。窑头冷却机采用单筒冷却。

1 改造分析

目前国内外新型干法回转窑设置了旋风预热器带分解炉，因此新型干法回转窑长径比在11～15之间，日产3 300 t熟料新型干法水泥生产线的回转窑直径可以定在4.3 m[2]。由于窑长度得到缩短，采用三档支承即可满足回转窑的支承，因此需要利用原有的三个档的支承进行设计、改造。

1.1 利用原第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ档基础方案

如果利用第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ档基础，会遇到一个明显的问题需要解决。由于原有回转窑传动布置位于第Ⅲ档与第Ⅳ档之间，并且布置在Ⅲ档窑墩上，假如传动位置不变，那么便会出现传动位置位于窑尾悬臂段。Φ4.3 m回转窑窑尾悬臂长一般设计长度在10～12 m之间，会出现悬臂摆动幅度较大，不利于传动的啮合，严重影响回转窑传动效率，因此需要更改到第Ⅱ档与第Ⅲ档之间。在传动位置放置的调整中，有两种方法可以进行。

1)方案一：延长第Ⅱ到第Ⅲ档跨距，并放置传动装置

第Ⅱ到第Ⅲ档跨距增加3.5 m，即新的窑跨距分布分别改为6 m，18.5 m，27 m，11.5 m。窑的总长为63 m，长径比为14.65。如此分布，新的第Ⅲ档支承装置放置在原传动位置，支承装置底座的螺栓孔需进行合理分布，可以有效躲避下部土建支腿，均可以打出穿孔，采用双头螺柱方案进行固定。新的传动装置放置在了原第Ⅲ档支承装置位置，小齿轮底座可以有效利用原支承装置的地脚螺栓，达到固定的作用。由于减速器底座以及电动机底座的地脚螺栓小而密，不便于采用双头螺柱的方案，因此主减速器与小齿轮之间采用膜片联轴器，可以有效将减速器与小齿轮底座的之间位置完全避开，这样减速器和电动机的传动基础便伸出了原有窑墩，需要进行有效的加固和新建。减速器和电动机的基础较小，新增的土建量不大。

该方案的优点是窑长达到了63 m，长径比为14.65，有利于烧成系统的操作和提产，并且土建的新增量比较少，原有的第Ⅳ档窑墩可以不用拆除，直接在其周围施工新建塔架，初期投资比较低。

该方案的缺点是第Ⅱ档到第Ⅲ档的窑跨距达到了27 m，该跨距内的筒体钢板必须进行加厚，以降低筒体应力；并且该方案中第Ⅱ档和第Ⅲ档的支承载荷较大，而第Ⅰ档则比较小[3]，使用的托轮支承组规格差异偏大，不利于备品备件规格的统一管理。

2)方案二：采用原有跨距，并放置传动装置

继续采用原有跨距，即新的窑跨距分布分别为6 m，18.5 m，23.5 m，12 m。窑的总长为60 m，长径比为13.95。如此分布，支承装置依然布置在原支承装置的位置，可以有效利用原有的8颗地脚螺栓，而新的传动装置，包括小齿轮底座在内全部在原窑墩之外，需要进行新建。

该方案的优点是窑的受力分布比较好，筒体钢板可以做到比较薄，支承装置也可以减小，总体来说设备重量最轻。

该方案的缺点是，窑尾预热器塔架位置与第Ⅲ档窑墩距离过近，塔架的土建设计和施工均不方便，会增加土建的施工成本，并且传动位置基础全部需要新建，土建投资较高。

1.2 利用原第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ档基础方案

如果利用原第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ档基础，那么遇到的问题则又有所不同。由于废弃原第Ⅰ档基础，此处需布置安装冷却机，因此需要拆除到0平面。该方法可以形成一个新的方案。

1)方案三：拆除Ⅰ档基础

利用原第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ档基础，那么新窑的跨距分布可以分别改为6.5 m，23.5 m，22.5 m，10.5 m，窑的总长为63 m，长径比为14.65。传动基础可以放置在原第Ⅲ档与第Ⅳ档之间，靠近第Ⅳ档布置，由于原第Ⅳ档窑墩较小，因此传动基础位置需要进行重新设计增加。

烧成带筒体横截面上的弯曲应力公式为[4]

(1)

式中,σ为弯曲应力；M为弯矩；KS为焊缝强度系数；KT为钢板温度系数，取值见表1；W为筒体截面模数；[σ]为许用弯曲应力。

表1 钢板的温度系数KT

由公式(1)可以看到，筒体横截面上的弯曲应力与钢板的温度系数KT成反比；在计算中，有衬砌回转窑的许用弯曲应力[σ]=20 MPa，允许个别点[σ]=20～25 MPa。因此温度越高，计算弯曲应力越大，对筒体越不利。在实际计算中取筒体表面温度为400 ℃，烧成带钢板厚度32 mm，计算出弯曲应力为23 MPa；如果取烧成带钢板厚度为36 mm，计算出弯曲应力为20 MPa。由于该位置位于烧成带位置，为了回转窑运转的安全考虑，需要取钢板厚度为36 mm。

该方案的优点是冷却机的布置空间较大，有利于冷却机减少宽度，提高冷却效率；窑尾塔架不用考虑回转窑窑墩的影响，土建设计难度较小。

该方案的缺点是烧成带钢板厚度较厚，会造成设备重量大幅度增加；由于传动基础需要新建，Ⅰ档窑墩需要拆除，因此土建施工费用较高。

2 结 语

由于方案三的土建费用较高，并且设备重量也较高，不利于降低投资费用，并且回转窑的钢板厚度较厚位置在烧成带，不利于长期运行，因此方案三首先放弃。

方案二中，虽然设备的受力状况最佳，设备重量最轻，对设备设计来说是最佳的，但是该方案存在窑尾预热器塔架位置与第Ⅲ档窑墩距离过近的致命缺点，不利于窑尾塔架的结构稳定，也不利于降低土建费用。

虽然方案一也存在着第Ⅱ档到第Ⅲ档的跨距过大，需要对跨距内的筒体钢板进行加厚的问题，但相较方案三，方案一的筒体加厚位置在分解带，筒体温度较低，筒体横截面上的弯曲应力受温度影响较小，可以节省部分设备重量，并且方案一的土建施工费用最低。

综合考虑三个方案的投资、设备受力、设备重量等各方面因素，我们最终选择了方案一进行设计，目前项目正在紧张施工中。