回转窑设备的材料选择及性能控制

李兴亮

摘要：科学技术的快速发展带动我国整体经济建设的发展速度，为我国快速进入现代化发展阶段奠定基础。随着材料工业的不断发展、制造水平的不断提升、使用要求的不断提高，对材料性能的发挥和利用、设计制造参数的优化、零部件结构形式的变更、铸钢件缺陷允许程度的改变、特殊零部件检验要求等方面需要重新梳理，以适应回转窑类产品质量升级要求。

关键词：回转窑设备;材料选择及性能控制

引言

经济的快速发展使得我国很多行业迎来新的发展机遇和发展空间，推动我国整体经济建设的快速发展，回转窑是水泥厂生产运行核心设备，能否保证生产连续运行，在很大程度上取决于回转窑耐火材料内衬使用情况。然而影响回转窑耐火材料使用情况的因素有很多，但主要是化學侵蚀、热负荷、机械负荷这三个方面因素。

一、回转窑

1.大跨距、自定位两档回转窑，提出了大跨距、自定位滑动轴承支承设计理论，研究开发了回转窑模拟煅烧技术、强制焙烧技术，设计出静定原理的自定位滑动轴承两档支撑装置、鳞片式密封装置、自位小齿轮装置等关键零部件，解决了设备大型化、筒体挠度大、密封处漏风严重、单位容积产量低、设备重量大等技术难题。2.新型摩擦传动回转窑，开发出了适合生产的摩擦传动回转窑。摩擦传动因取消了开式齿轮传动装置，故减少了回转窑的总重，同时大大降低了回转窑的制造和安装费用以及开式齿轮所需的润滑、维护费用。另外窑传动基础表面可缩小1/4-1/2，大大降低了窑基础墩的土建工程量，从而降低了回转窑的整体工程造价。摩擦传动可以采用电力-机械传动，即采用直流或变频电机与行星齿轮减速器组成传动装置，通过扭力支承作周向定位，电动机通过万向轴与减速器连接。这种传动较传统传动的基础平台缩小25%以上。

二、回转窑设备的材料选择及性能控制

2.1托轮轴等轴类材料

标准规定回转窑托轮轴等轴类材料应不低于优质碳素结构钢45钢的规定。由于45钢成本价低，因此大部分制造厂选择托轮轴等轴类材料为45钢，而不使用合金结构钢40Cr钢。40Cr钢比45钢的材料价格高5%-10%。45锻钢力学性能与40Cr钢大体相当，区别在于热处理性能。调质处理后的40Cr钢具有良好的综合力学性能，良好的低温冲击韧性、淬透性和低缺口敏感性。由于淬透性提高，淬火（或调质）处理后40Cr钢的强度、硬度、冲击韧性等机械性能也明显比45钢高。

2.2大齿圈

大齿圈加工工艺是否可行，取决于加工过程中内部应力释放后的成品大齿圈圆度（特别是哈夫面结合处的圆度）是否符合要求。大齿圈制造过程中变形特征是哈夫面处向外扩张，哈夫面处齿槽宽和节距变大，导致齿轮工作时出现周期性振动。过大的余量去除会产生较大的应力变形。预先加工去除多余的余量，减少后续工序加工的变形。因此在最终哈夫面装夹之前余量应尽量控制在最小状态。在各切削工序之间均进行释放装夹将最大程度减小后道工序的工件变形。成品齿圈径向圆跳动可控制在0.30-0.80mm，甚至更小。由于大齿圈模数较大，粗开齿一般分3-4刀完成，每一道工序重新装夹都释放应力和重新分布应力。三次或三次以上装夹的加工效率低，加工成本高，经济实用性差。因此可采用预应力变形加工方法以减少装夹次数和制造中的应力变形，从而降低加工成本。由于预变形量与实际变形量存在一定差异，因此预应力反变形加工只能用于滚齿前的粗加工工序。粗开齿前（含粗开齿）做一次粗加工预应力反变形装夹，粗开齿后进行哈夫面修正做精加工二次装夹，是否需要二次装夹视变形测量情况而定。整个加工过程最多进行两次哈夫面加工装夹。

2.3耐火材料

耐火材料的选择和使用不仅直接影响到回转窑的运转率，还决定了系统的热耗指标。回转窑系统重要部位耐火材料的选择是关键。其中竖式预热器的转运溜槽、回转窑的煅烧带是耐火材料更换最为频繁的地方。1.竖式预热器转运溜槽选用以60%Al2O3为骨料，另加20%棕刚玉的高强浇注料，其816℃下抗压强度>110MPa，较好地解决了物料对耐材的冲刷、磨损，使用寿命有较大提高。2.烧成带采用刚玉-尖晶石质预制砖和浇注料，烧成带约240-260℃，达到了较好效果。除了对耐材产品供应进行质量控制外，施工质量控制也是保证耐材使用寿命的关键一环，必须格外重视。在活性石灰三大主机系统中，浇注料约占耐材总量的40%，几乎所有浇注料都是由现场浇注完成，从材料保管到成型养护都必须按施工规范及使用说明要求进行，尤其要做到水分控制合理、物料搅拌均匀、浇注振动密实。

2.4热负荷对耐火材料使用寿命的影响

热负荷是指窑内衬在烘炉温升过程中，耐火材料因受高温产生的热膨胀，造成相邻耐火材料之间相互挤压。使其不能完全自由膨胀而产生的挤压应力大于耐火砖的强度时，就会导致耐火砖热面剥落，热应力是窑内耐火砖剥落、破损的重要原因之一。以镁铁砖或镁铝尖晶石砖为例，l400℃时的膨胀率按1.6%计算，长198mm的耐火砖其膨胀量可达3.16mm，如此大的膨胀，需要正确地预留好环缝（膨胀缝），预留过大可能会导致耐火砖出现抽签、掉砖现象，预留过小产生的热应力无处释放，会导致耐火砖产生剥落现象，从而严重缩短耐火砖的使用寿命。

2.5齿轮硬度要求与加工工艺关联

齿轮齿面硬度是衡量齿轮质量的重要指标。由于齿面硬度受检测空间的限制难以被测量，因而用顶圆硬度作为齿轮硬度的检验依据。国家标准规定齿轮齿顶圆硬度为齿轮硬度迁就于检测方法的可行性。通过正火处理的大齿圈，其齿顶圆硬度与齿面硬度基本相同，大齿圈齿顶圆硬度能够代表齿面硬度。而外圆粗加工（不粗开齿）后直接调质处理的小齿轮，由于齿槽较深，其齿顶圆硬度与齿面硬度或齿深方向各处的齿面硬度的悬殊较大。回转窑齿轮模数一般为25-45mm，全齿深约为55-100mm，有限的淬透深度不可能使齿面达到较高的硬度。实践表明，这种不粗开齿直接调质处理的小齿轮齿顶圆硬度与齿面硬度相差40HB以上，因此齿顶圆硬度不代表齿面硬度。

2.6烟气净化系统

高温烟气经由余热锅炉后温度可降低到500℃。为了抑制二恶英的再合成，需在余热锅炉后端设置急冷塔，急冷塔装置上方设置有双流体喷头，借助压缩空气的力量将喷头内的水进行雾化，雾化后的水与高温烟气相遇，可在1s内迅速使高温烟气温度从500℃降低到200℃。冷却后的烟气进入干法脱酸塔，利用活性炭和消石灰去除烟气中的重金属及残余的二噁英。然后进入布袋除尘器，通过PEFE+PTFE覆膜的滤料，能使得烟尘排放达到国家规范要求。剩余的烟气再进入两级湿法塔。湿法塔能有效地去除烟气中的酸性污染物。最终烟气通过烟囱达标排放。

结语

回转窑具有众多优良的性能，但仍需在节能、环保、资源综合利用等方面不断创新和发展，为用户创造更多的经济效益。回转窑耐火材料内衬向“节能、环保、长寿命、轻量化、无铬化”方向发展，内衬的配置方案、设计、质量、存放、砌筑、烘窑、生产操作等因素，若处理不当均能影响回转窑耐火材料的使用寿命。

参考文献：

[1]全国钢标准化技术委员会.GB/T700—2006普通碳素结构钢[S].北京：中国标准出版社，2006.

[2]全国钢标准化技术委员会.GB713—2014锅炉和压力容器用钢板[S].北京：中国标准出版社，2014.

[3]全国钢标准化技术委员会.GB/T1591—2018低合金高强度结构钢[S].北京：中国标准出版社，2018.

[4]全国钢标准化技术委员会.GB/T699—2015优质碳素结构钢[S].北京：中国标准出版社，2006.