水泥企业核心生产单元及润滑技术

王力波 蒋世滨

中国石油兰州润滑油研究开发中心

本文对水泥企业各核心生产单元所使用的设备和设备用油要求进行了介绍，并推荐了相应的润滑剂产品，为水泥行业在设备选油时提出最佳润滑方案提供有价值的参考。

我国是世界水泥产量第一大国，我国水泥工业在国际上已经形成一定的产业优势。水泥建设工程项目占全球市场份额45%以上，服务总包和投资建设的国外水泥生产线熟料产能超过8 000万t[1]。2018年我国水泥总产量21.8亿t[2]，占世界水泥总产量的55%。全国水泥企业3 465家，全国实际熟料产能20.2亿t，水泥产能38.3亿t。预计2019-2020年水泥需求在23.4 亿 t～23.9 亿 t之间[3]。

随着水泥行业的不断发展，其所使用的设备和用油也在不断发展，充分了解水泥行业工艺流程、水泥企业各核心生产单元所使用的设备和用油情况，对我国水泥行业的发展具有推动作用和现实意义。

水泥生产工艺流程

水泥工艺生产过程见图1。

水泥企业核心生产单元及润滑技术

水泥厂核心生产部分主要由矿山开采、水泥生产、水泥粉磨运输三个生产单元组成。

矿山开采单元

矿山开采是将矿体石灰石表面覆盖的泥土层挖走，再用爆破的形式加上使用钻机、破碎机等工具将石灰石（主要是含CaCO3、SiO2等物质）弄成碎块，方便开采。然后将爆破产生的碎石块经挖掘机、铲车等工具装载到矿用自卸车运输系统上，输送到粉碎设备进行粉碎，在下一道工序准备进行混合配制。石灰石是生产水泥用量最大的原料，开采后的粒度较大，硬度较高，因此石灰石是生产水泥用量最大的原料。而生产水泥所用的黏土质原料、骨料沙石和铁矿渣等其他辅料的采掘和石灰石采掘大体相似。

矿山机械多属于重负荷，中速或低速传动，经常承受冲击负荷，使用环境恶劣。受潮湿、灰尘、风吹、日晒、雨淋及夏热冬冷等气候变化影响，所以对润滑油要求有良好的热稳定性、氧化安定性、防锈性、抗腐蚀性等特性。矿山开采设备与工程机械行业设备类似，主要有钻机、挖掘机、推土机、矿用自卸车、破碎机、皮带运输机等。该生产单元所使用的油品主要有重负荷柴油机油、液压油、GL-4/GL-5车辆齿轮油、工业齿轮油、空气压缩机油等。矿山开采单元设备特点及推荐使用油品见表1。

图1 水泥工艺生产过程

水泥生产单元

水泥生产单元是水泥厂最重要的部门，包括生料制备、煤粉制备、熟料煅烧3个部分：

◇生料制备。从矿山上开采并已破碎好的石灰石与黏土质原料、沙石、铁矿渣等辅料依照特定的比例配合，在生料磨磨细后使矿物中的化学组分变得相对均匀，并使颗粒变细，调配为成分适宜煅烧的生料。在物料进入粉磨设备之前，要尽可能将大块物料破碎至细小、均匀的粒度，以减轻粉磨设备的负荷，提高磨机的产量。为了使生料能在回转窑系统内充分燃烧（化学反应），必须将粉磨好的生料放入生料均化库中储存一定时间，便于生料在回转窑系统内充分燃烧。

◇煤粉制备。水泥生料煅烧所需的煤炭必须制备成煤粉，提供煤粉燃烧所需要的粒度，以便于充分燃烧，得到足够的燃烧反应能力。

◇熟料煅烧。储存后的以石灰石、黏土质原料、沙石、铁矿渣等为主要原料的生料，通过斗提机、皮带机、链斗机等运输设备输将生料送至悬浮式预分解炉中进行碳酸钙的分解，这使得原本需要回转窑分解1 h的预热过程缩短为30～45 min[4]。分解后的生料进入回转窑锻烧至部分或全部熔融，锻烧后的熟料通过蓖冷机急速冷却获得半成品熟料。

水泥生产单元设备种类较多，主要有定量皮带秤、堆取料机、板

式给料机、皮带输送机、链式输送机、生料磨机、斗提机、大功率风机和高温风机、回转窑、蓖冷机、收尘器、拉链机、熟料磨机、煤磨机等。该生产单元所使用的油品主要有回转窑托轮大瓦专用油、回转窑高温轮带油、蜗轮蜗杆油、抗磨液压油、汽轮机油、空气压缩机油、汽缸油等。水泥生产单元设备特点及推荐使用油品见表2。

表1 矿山开采单元设备特点及推荐使用油品

水泥生产单元主要工艺是烧结工段，烧结工段主体设备是回转窑。水泥回转窑主要用来煅烧水泥熟料，是生产水泥的“心脏”。回转窑是指旋转煅烧窑（俗称旋窑），属于建材设备类，是广泛用于冶金、化工、建材、环卫等行业的长圆桶设备。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。水泥窑主要用于煅烧水泥熟料，分干法生产水泥窑和湿法生产水泥窑两大类。现阶段主要以采用了新型的干法窑作为主要的生产水泥的设备。

（续表1）

表1 矿山开采单元设备特点及推荐使用油品

水泥回转窑主要由筒体、支撑轴承、带挡轮支撑轴承、轮带（又称滚圈）、托轮、传动装置、活动窑头、窑尾密封装置和喷煤管装置等部件构成，见图2。

回转窑圆桶外装有几道轮带，回转窑筒体以一定的斜度均布在与轮带相对应的若干挡轮、托轮支撑轴承上。轮带是一个坚固的大钢圈套装在桶体上，支撑回转窑（包括窑砖和物料）的全部重力。轮带的重量从20 t（直径3.6 m）到100 t（直径5.6 m）不等。轮带附近的壁厚增大，目的是减少托轮的压力而产生的变形。支撑托轮也是窑体的一部分，和轮带对应与地基相连，是整个回转窑的承重支柱。通常一组托辊，由两个托辊和两个挡轮组成。回转窑在正常运转时里面要铺上耐火砖。托轮通过轴承支撑着回转窑，轴承安装在水泥墩上；为使托轮磨损均匀，窑体每班上下移动1～3次，每次移动幅度约50 mm，上下移动可通过托轮的倾斜、液压挡轮来完成。液压挡轮是围绕纵向轴运动的滚轮，安装在窑尾轮带靠近窑头侧的平面上，其作用是及时指出窑体在托轮上的运转位置是否合理，并限制或控制窑体轴向窜动。回转窑传动装置主要由电动机、主减速器、辅传系统和开式大小齿轮组成，是回转窑的重要组成部分之一。传动装置通过电动机、减速机、小齿轮传动筒体上的大齿轮，使筒体以一定的速度转动，支撑筒体的托轮也同时转动，托轮通过滑动轴承套在托轮轴上，滑动轴承承受高温、高负荷，需要性能优良的润滑油进行润滑[5]。

回转窑在高温环境下重负荷交变慢速运转，长期处于高温、高压、低速、重载、冲击负荷大、窑筒体热辐射强的工作状态。窑的重量超过1 000 t，整个窑体分三档托轮支撑，平均每档托轮瓦承重50 t左右，再加上冲击负荷，因此轮瓦油所承受的负荷更大。回转窑表面温度在190 ℃左右，烧结温度在1 400 ℃左右。在这样的高负荷和高温下，对润滑油的要求十分苛刻，因此润滑技术性能要求更高。回转窑主要润滑的部件有：窑体垫板与轮带之间的润滑，轮带与托轮之间的润滑，轮带与档圈、挡轮之间的润滑。

表2 水泥生产单元设备特点及推荐使用油品

（续表2）

表2 水泥生产单元设备特点及推荐使用油品

图2 水泥回转窑主要结构示意

主体设备回转窑筒体和轮带及其用油

筒体是回转窑的主要组成部分，中间有3～5个轮带，它是由不同厚度钢板卷成的分节的圆筒。回转窑筒体本身耐火，在两道托轮之间的筒体会产生轴向弯曲，在轮带处产生横截面的径向变形。

回转窑轮带又称滚圈，是回转窑最重要的支撑部件。滚圈部分窑体由于承重，比其他部分窑体钢板稍厚。其作用是把筒体的全部重力（包括耐火砖、内部装置和物料等的重力）传递给托轮，并使筒体能在托轮上平稳地回转，因此轮带要具有足够的强度和耐久性。同时，轮带又是加强筒体径向刚度的零件，应有足够的刚度。轮带是以铸钢或锻钢制成，通常套在筒体上，其与筒体间没有固定，筒体通过轮带安放在2～7档滑动或滚动轴承的支撑装置的托轮上。国外进口回转窑轮带油产品价格昂贵，国内则有昆仑KL1000髙性能轮带油和龙日HF-高温轮带润滑剂。

昆仑KL1000髙性能轮带油由优质特殊结构的合成基础油和新型耐高温固体润滑剂配制而成，能在轮带与托轮、轮带与回转窑垫板、轮带与托轮、轮带与挡圈挡轮之间起到很好的润滑作用，可保证轮带及相关部件在高温高负荷下保持良好的润滑状态，有效减少摩擦和磨损；同时具有优良的擦伤性能，可防止胶着等不良状况发生，并有效地防止回转窑抖动扭曲变形，防止耐火砖脱落，可延长回转窑寿命[5]。其所含新型耐高温固体润滑剂可在500 ℃高温时仍保持良好的稳定性与润滑性能。

龙日HF-高温轮带润滑剂采用优质复合合成油并加入多种纳米超细耐高温固体润滑材料及不易燃添加剂精制而成，具有良好的极压、抗磨、耐高温性能，最高使用温度可达600 ℃以上。产品能形成高强度的高温保护润滑膜，有效地防止回转窑抖动、扭曲、变形及耐火砖脱落，延长回转窑使用寿命，适用于回转窑轮带与垫板、轮带与托轮、轮带与挡圈、挡轮之间的润滑。龙日HF-高温轮带润滑剂质量指标见表3。

表3 龙日HF-高温轮带润滑剂质量指标

主体设备回转窑托轮、传动装置及其用油

回转窑每道轮带的下方两侧，各有一对托轮，支撑窑的部分重力。回转窑的传动装置由电动机、减速机及大小齿轮所组成。电力驱动电动机运转，通过电动机减速，动力传递到小齿轮，小齿轮驱动筒体上的大齿轮，使大齿轮运转。大齿轮一般安装在靠近窑筒体尾部。减速机高速轴用弹性联轴器与电动机相连，低速轴有较大径向位移和联轴器与小齿轮轴连接[5]。

托轮是支承回转窑运转的，而托轮轴承是支承回转窑正常运转的关键所在。回转窑托轮轴承采用齿轮油进行润滑。生产水泥的回转窑托轮轴承轴瓦是水泥企业中非常重要的润滑部位，而在整个托轮轴承中，轴瓦是最核心的零件。一旦因为设备温度升高而烧损轴瓦，处理起来停机时间长，影响整个生产进程；并且不仅仅造成停工损失，还会造成投料损失，甚至导致设备损坏等情况。昆仑DW100托轮大瓦油和龙日HF-回转窑托轮大瓦专用油是针对回转窑托轮轴承轴瓦工况所开发的专用油品。

昆仑DW100托轮大瓦油由精制矿物型基础油和性能优良的极压抗磨剂、油性剂、防锈剂调配而成。产品具有良好的抗磨损性能和极佳的负载能力，适合苛刻工作条件下的齿轮系统，为设备提供有效保护；具有优良的氧化安定性和热安定性，保证油品长久的使用寿命；具有优良的防锈防腐性、抗乳化性，在齿轮油工作中进水情况下可有效地防止机件腐蚀；具有优良的抗泡沫性，能提供有效的油膜保护，起良好的润滑、散热作用；具有良好的防水、防尘、防锈性，流动性好；具有良好的黏附能力，保证开式齿轮的润滑的需求，可为设备提供有效的保护，延长设备的使用周期；不含有金属和氯，符合环保要求。昆仑DW100托轮大瓦油典型数据见表4。

龙日HF-回转窑托轮大瓦专用油采用高黏度指数合成油、多种固体润滑材料和抗磨添加剂配制而成，对回转窑托轮轴瓦有研磨填补、修复拉丝作用，从而使轴瓦之间相对平整光滑配伍到位，并且形成一层具有吸附力强的临界隔离膜，达到最佳的减摩润滑作用，使回转窑托轮轴承安全度过磨合期。龙日HF-回转窑托轮大瓦专用油质量指标见表5。

表4 昆仑DW100托轮大瓦油典型数据

表5 龙日HF-回转窑托轮大瓦专用油质量指标

回转窑的小齿轮和大齿圈为开放式设备，长期在多粉尘、高负荷、大振动、高温下运行，要求润滑油具有高负荷能力、防锈抗腐蚀性强、润滑剂工作温度范围宽。回转窑大齿圈用油推荐使用开式工业齿轮油[5]。昆仑KC-B500开式齿轮油由精制矿物型基础油与添加剂配制而成，是全负荷工况下磨机、转窑类等设备的齿轮副专用润滑油。此齿轮油具有优异的抗磨性能，在一定的工况条件下，在主动齿轮与被动齿轮之间形成缓冲油膜，且无溶剂和沥青，是一种环保产品。此齿轮油具备优良的机械稳定性，可在严苛的工况过程中保持特有的防护特性。昆仑KC-B500重负荷开式齿轮油在使用过程中还表现出了良好的黏附性、润滑冷却性和优异的抗氧防锈性。其质量指标和典型数据见表6。

表6 昆仑KC-B500开式齿轮油质量指标和典型数据

主体设备回转窑液压挡轮及其润滑

由于水泥回转窑桶体是倾斜放置，在自重分力作用下，回转窑回转工作时，其桶体必然要下滑，为了限制桶体下滑，使滚圈、托轮、大齿圈、与小齿轮在全宽度范围内均匀磨损，延长设备的使用寿命，在回转窑上均要设置挡轮装置。

液压挡轮装置是回转窑挡轮装置的一种主要形式，其结构很多，但都大同小异。主要由液压挡轮缸、活塞杆、挡轮、滚圈、移座、导向轴、支座组成。工作时，液压挡轮缸中的活塞杆推动挡轮，挡轮与滚圈的侧斜面接触，从而推动滚圈带动回转窑桶体上移。挡轮装在具有两个导向套桶的移座上，移座沿导向轴往复移动。液压挡轮缸和挡轮都装在支座上，活塞向左移动靠液压力推动，向右移动靠桶体自重分力作用。活塞杆其头部加工成球面，实现自动调心。每台一般设置两只液压挡轮，两只液压挡轮并联驱动挡轮机构，使回转窑桶体上下移动。

回转窑液压挡轮系统要承受连续工作中的液压传动所带来的磨损，同时要求在高、低温下能顺利启动，这就要求所用润滑剂具有抗磨性、抗氧化性、抗腐蚀性和抗乳化性。挡轮轴承润滑脂推荐使用昆仑3号极压复合锂基润滑脂。

昆仑3号极压复合锂基润滑脂性能优越，由12-羟基硬脂酸锂稠化，用深度精制的矿物油添加无铅极压添加剂、防锈和抗氧化剂，通过特殊技术工艺制成。该润滑脂具有良好的耐极压性、抗水性、机械安全性、防锈性和防腐性、抗氧化性和泵送性。其特点是滴点高，使用温度范围广，对各种高温高转速的润滑尤为适合。该润滑脂适用于高负荷机械设备轴承及齿轮润滑系统，特别适用于高温工作环境，滴点高达290 ℃，对轴承提供全面保护，极大地延长轴承寿命。该润滑脂是通用润滑脂，可替代钙基润滑脂、钠基润滑脂、钙钠基润滑脂，适用在-20～120 ℃工作温度范围内的各种机械设备的滚动轴承和滑动轴承及其他摩擦部位的润滑。昆仑3号极压复合锂基润滑脂质量指标和典型数据见表7。

表7 昆仑3号极压复合锂基润滑脂质量指标和典型数据

水泥粉磨运输单元

水泥粉磨运输单元是将石膏、黏土、粉煤灰等材料按照一定比例配制，然后加入到已经生产出的熟料中，研磨成粒径大小合适的微粒，使水泥具有最大的抗压强度[6]。再将粉磨好的成品水泥进行包装或散装，通过火车、汽车等交通运输工具输送到各地。由于掺入到熟料中的混合材料大部分是城市产生的废渣，如果把水泥粉磨站和熟料生产线一起建在矿山，这些混合材料要运到建在矿山附近的水泥生产厂里，磨成水泥后再运到城市，增加了运输成本。因此，熟料生产线要建在矿山附近，水泥粉磨站要建在主要市场周边地区。很多水泥企业目前也采取将生产的熟料输送至主要市场周边地区的粉磨站与石膏、黏土、粉煤灰等材料进行研磨，而后直接将研磨好的成品水泥运送到混凝土加工站的方式，这样更有利于节约运输成本和绿色环保。因此，水泥粉磨单元是水泥生产中的最后成品阶段单独独立出来而形成的水泥成品生产单位，是一个具有绿色效益的产业。

粉磨运输单元所拥有的设备比较简单，主要有行车、龙门吊、定量皮带秤、水泥磨、收尘器、斗提机、水泥散装机、包装机、皮带输送机以及汽车、火车等运输工具等。该生产单元所使用的油品主要有工业齿轮油、车用发动机油、空气压缩机油、抗磨液压油、火车机车用油等。水泥粉磨运输单元设备特点及推荐使用油品见表8。

龙日HF-球磨机轴瓦专用油使用优良精制用的矿物基础油，添加各种高效复合添加剂配制而成。产

品具有抗磨、耐高温、耐氧化、成膜牢固等优点，能最快地修复拉丝，减少磨损，降低轴瓦温度。该产品广泛适用于矿山、水泥等行业磨矿、磨煤、磨料等双滑履磨机及一般磨机上使用。龙日HF-球磨机轴瓦专用油质量指标见表9。

表8 水泥粉磨运输单元设备特点及推荐使用油品

（续表8）

表8 水泥粉磨运输单元设备特点及推荐

表9 龙日HF-球磨机轴瓦专用油质量指

结束语

中国石油和中国石化均是世界和中国国内顶级的润滑油脂生产商，所生产的润滑油脂性能优良，可以满足水泥企业工况要求。而洛阳正本润滑材料有限公司是针对水泥企业生产研制特种润滑油的专业厂家，其生产的龙日HF-回转窑托轮大瓦专用油享誉水泥行业。整体看来，目前水泥行业生产机械对润滑油的要求包括：适宜的黏度、高的黏度指数和良好的高低温性，良好的抗氧化安定性、极压抗磨性、防锈腐蚀性以及长的使用寿命。用户可按照自身的生产需求和设备特点，选择最合适的润滑油品，最大程度地减少设备停机时间，提高生产效率，创造更好的经济效益。