ϕ4m×60m回转窑筒体裂纹的修复

米东伟，冯勇

ϕ4m×60m回转窑筒体裂纹的修复

Crack Repairing for Shell of ϕ 4mm×6600m Rotary Kiln

米东伟，冯勇

某水泥厂使用的ϕ4m×60m回转窑运转近12年的时间，筒体窑头档至中间档中间的位置，出现一条1m左右的环向裂纹，经采取合理的焊接措施修复筒体裂纹后，该窑正常运转至今近一年的时间里裂纹没有继续扩大，证明该措施切实可行，可为处理同类问题提供参考。

回转窑；筒体裂纹

1 前言

某水泥厂的ϕ4m×60m回转窑筒体，裂纹出现在回转窑的窑头档至中间档中间的位置，裂纹长度约1m左右，裂纹位置见图1所示，该处筒体板厚25mm。通过分析筒体裂纹情况，经论证决定采用焊接修复的方案，对筒体裂纹进行处理，从而避免了更换筒体段节，处理仅仅用了一个星期的时间，为该厂节约了上百万元的费用，也为处理同类问题提供了依据。

2 筒体裂纹分析

（1）中间档距离窑头档为22000mm，裂纹位置在距离窑头档约9000mm的位置。

（2）根据三弯矩方程计算中间档处的弯矩，三弯矩方程如公式（1）：

可得出M2=-4018656Nm；计算中间档至窑头档的支座反力，可得出R22=1262106N，得出该跨的最大弯矩处，即剪力为零点，距离中间档13000mm位置，而裂纹出现的位置也恰好是裂纹最易出现的位置，且距离旁边环形焊缝较近约200mm位置。

（3）观察筒体内表面发现，筒体内表面有很多麻点，应为气蚀所致，据厂内人员反映裂纹位置的耐火材料较其他位置薄，仅为150mm左右。

（4）通过上述分析可以初步判断，筒体裂纹位置接近筒体最大弯矩位置，此处筒体变形较大，接近筒体小段节的环向焊缝，在筒体运转过程中受到交变应力的影响较大；窑衬变薄致使筒体表面温度高于规定值，导致筒体强度降低；筒体内表面出现气蚀现象，再加上在长期交变应力的作用下筒体出现裂纹。

图1 筒体焊缝位置

图2 筒体裂纹位置受力简图

3 筒体裂纹的处理和方案

借鉴筒体制作经验，通过焊缝的应力计算后，在满足要求的情况下可以采取焊接修复裂纹的方法，而不更换筒体段节。处理方案是：确定焊缝位置，然后在裂纹位置增加加强板，利用合理的焊接工艺对筒体进行焊接。

筒体钢板焊接后的弯曲应力校核如下：

式中：

M——焊接钢板处弯矩，单位转换成Nm

W——筒体截面模数，cm3

KS——接缝强度系数，人工焊接取0.9～0.95

KT——温度系数，筒体表面温度在300℃时为0.75，350℃时为0.7

通过计算得出筒体钢板焊接后的强度为18.8MPa＜20.0MPa（有衬砖的筒体许用弯曲应力）。

焊接后的筒体钢板强度理论上是满足要求的，可以用焊接的方法修复裂纹。

4 裂纹修复的实施

首先停窑，清除裂纹周围的耐火砖，让裂纹全部显现出来，便于裂纹的处理。

（1）打磨裂纹周围50mm范围，露出金属光泽，利用UT、PT检测来确定裂纹的具体位置，判断焊缝结束的位置。

（2）在距离裂纹末端10mm左右处钻ϕ16～20mm左右的止裂孔。

（3）利用气刨，沿着裂纹走向刨出“U”型坡口，采用角磨机打磨坡口，对口间隙3（0～2）mm。注意：因裂纹较长，加工坡口前焊接加强用的钢板，骑在焊缝处以防止裂纹扩大及焊接时变形，如图3所示。

图3 加强板形式

（4）利用PT、MT检查坡口周围，如有裂纹继续修磨，直至不见裂纹。

（5）对焊接部位及周围预热150～200℃，单侧焊完2道焊缝后，背面气刨清根，双侧交替焊接（如有条件可以采用双面双人对焊），每焊完一道焊缝后敲击去除应力。

（6）焊接完后，将筒体内部焊缝打磨平整，以利于砌筑耐火材料，筒体外部焊缝圆滑过渡。

（7）将焊缝周围120mm左右带状区域用远红外线加热袋加热至600℃左右，保温2h，以每小时不高于150℃的速度降温，以去除应力。

（8）利用UT检测焊缝，不合格地方需刨开重新焊接，以保证焊缝质量。

（9）保证该处耐火材料的厚度，以降低该处筒体表面温度，保证筒体强度。

（10）在筒体运转过程中加强日常巡视，发现有裂纹迹象立即停机处理。

（11）从生产工艺、操作维护等方面分析总结导致局部筒体温度过高现象的原因，并加以改善，确保回转窑安全运行。

5 焊缝修复后的效果

通过采取上述措施，成功解决了筒体裂纹问题，该窑运行了将近一年的时间，筒体裂纹没有扩大的迹象，为水泥厂节约了上百万元费用，得到了用户的认可。■

TQ172.622.29

B

1001-6171（2014）05-0094-02

中材装备集团有限公司，天津300400；

2014-04-16；编辑：吕光