如何优化改进炭素煅烧生产回转窑的结构

刘敏

摘 要：该文主要针对碳素煅烧生产中Φ3.0m×60 m回转窑在运行中遇到的问题进行了分析，例如下料管的冷却水套无法通常排水、窑头受热开裂以及由于受到高温作用导致窑头和窑尾的筒体护口脱落、弹簧板的销轴不易安装等；这些都会对回转窑的运行状况造成影响，文章便就这些问题进行了探讨，对如何从结构上对回转窑进行优化和改进提出了合理建议，并通过实际的运行验证，证明其能够有效解决上述问题，提高生产效率、延长设备寿命。

关键词：大齿圈 筒体护口 下料管 回转窑 检修门

中图分类号：TF806.1 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）02（c）-0046-02

在电解铝工业中铝用炭素作为辅助行业起到了极其重要的作用，行业是电解铝工业极其重要的辅助行业，而石油焦是铝电解用预焙阳极和电极生产的主要原料，作为预焙阳极首道工序，石油焦煅烧直接决定了预焙阳极的质量，通过提高煅烧工艺对煅后焦质量予以提升。由于使用的煅烧设备不同，工艺上也会有所差异，而煅烧工艺会直接决定煅后焦质量，目前使用的煅烧工艺主要包括：回转窑煅烧、罐式炉煅烧以及回转床煅烧。我国铝用炭素行业中往往使用回转窑煅烧工艺以及罐式炉工艺进行煅烧，其中回转窑煅烧工艺使用较为广泛，主要因为该工艺自动化程度相对较高，且生产力相对较大，设备使用寿命长且原料的适应性较强。正是由于上述优势能够对日益增大的预焙阳极用量需要提供了优质的原料，因而被广泛应用，目前世界石油焦的煅烧约有85%使用了回转窑煅烧的方式。

1 设备现状概述

我国在回转窑煅烧工艺上相对于其他国家来说相对落后，并且目前仍在运行的回转窑最早引进自日本，在碳素煅烧中，该种回转窑技术应用的回转窑产能仅为6 t/h；规格为Φ2.2 m×45 m，但是随着技术的应用以及实践经验的总结，我国的回转窑煅烧技术有了很大的提高，在该工艺的基础上，国内陆续的进行了自主的研发和创造，不同规格的回转窑，是的规格和产能有了很大的提高，Φ2.6 m×50 m回转窑产能能够达到9 t/h，而Φ3.0 m×60 m回转窑的产能则能够达到15 t/h。我国的回转窑技术虽然在自主研发的基础上有了很大的进步，但主要还是依赖于技术引进，近些年国内很多大型的企业陆续从国外引进了较为先进的回转窑技术，例如山西华泽、云南建水源鑫以及惠州石化分别引进了Metso（美国）的新型技术。而某企业以国内回转窑技术发展作为基础，对碳素煅烧的回转窑技术进行了提升，自主设计研发了Φ3.0 m×60 m回转窑，并在青海黄河再生铝业以及青铜峡宁东铝业等项目中予以应用，并于2010年在青海黄河再生铝业的项目中予以应用，于2009年在青铜峡宁东铝业项目中建成投产。根据实际的生产经验以及回转窑的使用状况、运行中遇到的问题，该碳素煅烧回转窑又被进行了多次的优化和改造，目前其不但能够适应大量的产品需求量，同时其煅烧出的石油焦成功出口国外。

2 优化改进回转窑结构

2.1 下料溜管

下料溜管主要被安装于窑尾端的过渡段上，斜插经过度段进入窑筒体中。煅烧原料并非直接进入回转窑，而是需要定量给料，逐步进入回转窑中。生石油焦从煅前仓通过定量给料机输送至下料溜管，在进入下料溜管后经过其输送到回转窑的内部筒体，继而完成高温煅烧。因此回转窑是否能够正常运行、系统整体运行是否安全等都会受到下料溜管的影响，下料管安全可靠，则回转窑能够正常运转，下料溜管若安全性和可靠性较差，那么回转窑无法正常运行。由于煅烧工艺本身便是对生石油焦进行高温处理，从而获得预焙阳极所需材料，因而回转窑的筒体需要承受回转窑内部的高温，但是一般的钢材是无法长期处于1000 ℃高温环境下的，而回转窑中的耐高温材料若用特殊钢材则会提高设备的建造成本，同时回转窑的可靠性也会随之降低。目前国内使用较多的为水冷夹套法，该种制作形式主要利用了水冷夹套的降温作用；另外风冷夹套的方式也是较为有效的制作形式，其原理同水冷夹套相似；另外耐火材料的浇筑也是能够取得良好效果的重要形势，例如Metso便利用了该种方式。

以某企业的回转窑设计为例，该回转窑设计中应用了水冷夹套，将水冷夹套设置在Φ3.0 m×60 m回转窑中，在最初的设计中，安装高度被限定因而受到该因素的限制，其设计的下料管以及水冷夹套如图1下料溜管的结构示意图中图a所示。下料管的上接管同下接管直接并非直接焊接，而是从水冷夹套中穿过，这种焊接状态下，由上接管同下接管的直径相同，相贯面积相对较大，因而冷却水的回水流畅与否将会受到影响。在实际的应用中很容易就会发现，该种结构下冷却水夹套中冷却水回水不畅。回转窑的主要作用便是对石油焦进行煅烧，因而筒体的温度极高，冷却水夹套的主要作用是用来对筒体进行降温，但是，若夹套中的冷却水无法充分循环，那么在回转窑筒体高温作用下，夹套中的冷却水会变为水蒸气，而水蒸气的体积比液态水体积要大，因而夹套内压逐渐升高，若其压力超出夹套所能承受的最大范围，那么这些将会埋下安全隐患，并影响生产的安全性。因此必须对其进行调整改进，如图1中图b对改进后的下料溜管结构予以介绍，通过对下料溜管的结构以及进行调整，对冷却水夹套进行调整，至下料管接管焊接的部位，如此以来不但有效解决了夹套的回流不畅，同时避免了冷却循环水所带来的隐患。并且该种方式能够有效解决上述问题，令冷却水能够正常循环。虽然该种方式能够有效的提高效率，但最主要的还是该种方式更加便捷。通过在现场冷却循环水的回水管路上增加一回水池，现场更能直观的监测到冷却循环水的回流状况及水温状况。

2.2 窑头罩检修门

窑头罩是处于回转窑低端的装置，一般用于安装燃烧器、火焰扫描仪、温度及压力检测装置等。此外窑头罩还起到联接回转窑筒体及冷却机下料溜槽的作用。因此高温物料通过此处传递和辐射了大量的热量。检修门一般安装在窑头罩的中下部，便于回转窑内衬施工及维修时进出材料和人员。正常工作时检修门一直处于关闭状态。由于窑头罩在生产运营中一直处于高温状态，尽管窑头罩的内侧都打有耐高温的浇注料，窑头罩还是会产生变形。在此次设计中把窑头罩的材质改为耐热不锈钢，但使用效果并不明显。在青铜峡宁东铝业公司的回转窑窑头罩检修门处曾发生高温变形撕裂的情况。原检修门结构是最早使用耐火砖时所设计的，现在炭素煅烧回转窑国内基本采用耐火浇注料形式。但原设计结构并未做改变，使得检修门背后结构过于复杂，在长期受高温状况下，检修门变形严重。通过改进检修门只保留了门板、铰链及门锁等结构。由于内衬采用耐火浇注料，去除了原使用耐火砖门板背部的槽型结构，结构变得更加简单。解决了原浇注料和检修门板受热膨胀不一致的问题，热应力减小。门板材料改用普通的Q235-B，更节省了成本。endprint

2.3 将窑头筒体护口和窑尾筒体护口取消

由于煅烧需要，要求回转窑内部具有较高的温度，因此会在回转窑筒体的内部设施相应的保护措施，例如浇筑耐火材料或者使用耐火砖用来保护筒体。目前回转窑结构中，往往会使在筒体进出料的窑口位置设置筒体护口，并且该结构一般使用价格昂贵的合金作为材料，目的是对内部浇注料、耐火砖进行固定，该种合金耐热性虽然高，但是也无法长期存在于回转窑的高温环境下。在回转窑进行生产运行的过程中，该结构筒体护口在窑体过高的温度下非常容易受到烧损破坏，因此会对生产运行造成严重的影响。所以，这种窑口结构的回转窑需要进行进一步的改进，用以避免由于筒体护口的损坏而影响整体生产效率。

针对这种回转窑的改进方式如下：将其窑口防护结构进行改进，其结构如图2所示，a为进料端结构图，b为出料端结构图。在进出料的窑口处，回转窑筒体都会设置有耐火的浇注料层对筒体内部进行覆盖，并在通过锚钩的焊接将耐火浇注料同回转窑筒体连接在一起由于回转窑在运行中结构作用的差异，因此在温度上也会存在不同，窑头温度要远远高于窑尾的温度，因此需要对窑头部分进一步改进，通过陶瓷纤维板以及保温层的添加，提高其耐火性。并且通过将不锈钢纤维添加到耐火浇注料中，提高浇注料的耐磨性。通过上述方式可以不必再应用价格昂贵的筒体护口，通过在筒体上直接浇筑浇筑层，将耐火材料覆盖于回转窑内部。不仅从结构上简化了回转窑，同时还降低了设备的制作成本，由于结构和性能的优化，是的回转窑的使用寿命相对延长，煅烧石油焦的生产成本也相对降低，并在生产效率上大大提高。

2.4 大齿圈弹簧板的安装

回转窑的转动一般采用小齿轮与大齿圈啮合传动。由于回转窑属于大型高温设备，其传动部位很容易出故障，因而降低了设备的运转效率。传动部位最常见的问题是齿圈在工作中发生振动，加剧轮齿的磨损并引起基础振动。在使用中由于基础下沉、筒体弯曲变形或不适当的调窑操作等因素，使齿轮间的齿顶间隙发生变化，很容易产生轮齿“卡死”或冲击“打齿”现象。大齿圈与回转窑筒体的之间一般用弹簧板联接，弹簧板的受力只能为拉力。我院原设计弹簧板分拉板和板座两部分，板座与回转窑筒体焊接，拉板和板座使用4个螺柱和3处塞焊联接。弹簧板与大齿圈的销轴采用螺栓固定，使得销轴做的过长，在回转窑上下窜动过程中，极易碰到齿轮罩侧壁。原弹簧板结构过于复杂，一般大齿圈安装在回转窑筒体上之后不会再做过多的调整，这样设计显得有点多余，给制造安装维护带来很大的不便。改进后的方案，弹簧板的末端做成弧形与回转窑筒体贴合，并3边施焊并在弹簧板上开孔进行塞焊。大齿圈与弹簧板的销轴取消螺栓紧固，采用轴端挡板形式固定，有效的缩短了销轴的长度。

3 结语

作为一个复杂的大型设备、综合的生产系统，回转窑承受着煅烧石油焦不断增大的需求量，在这样的状态下，回转窑需要不断的加大自身的产能。通过对回转窑技术的研究和分析，人们不断的对其进行改进，从规格上扩大回转窑的体积，增大了回转窑的长度以及直径，这些改进方式都会对回转窑的安装以及设计造成影响，因此人们不得不继续对此进行研究。据可靠报道，国外一些实力雄厚的炭素窑公司已经开始计划或者已经以投资或者合资并购等方式，将煅后焦产能项目设立在中国。这些国外势力的涉入，在中国的市场上必然会引起相当大的影响，无论是对国内相关企业的冲击还是对现有设备装置的升级进步，都是一次转折点。因此国内企业需要对自己的回转窑装置进行改进，对原有的煅烧工艺予以升级，以此应对将要到来的挑战。文章主要针对一种新型的回转窑，即Φ3.0×60 m炭素煅烧回转窑的应用以及实践中所遇到的问题进行了谈论，详细的分析了其优化改进措施。并证明，经过优化改进后的回转窑在投入运行后，稳定性有所提高，极大的促进了生产，并节约了日常维护和维修的费用。这不仅是技术上的进步，更是为我国回转窑技术进一步发展积累经验。

参考文献

[1] 段全斌，张景楠.40万t/年煅后焦项目中美卓炭素回转窑的应用[J].广州化工，2010（9）.

[2] 周新林，赵红征.影响回转窑煅烧实收率原因分析及改进措施[J].轻金属，2005（12）.

[3] 王春华.炭素煅烧回转窑热工过程及优化结构的研究[D].东北大学，2009.endprint

2.3 将窑头筒体护口和窑尾筒体护口取消

由于煅烧需要，要求回转窑内部具有较高的温度，因此会在回转窑筒体的内部设施相应的保护措施，例如浇筑耐火材料或者使用耐火砖用来保护筒体。目前回转窑结构中，往往会使在筒体进出料的窑口位置设置筒体护口，并且该结构一般使用价格昂贵的合金作为材料，目的是对内部浇注料、耐火砖进行固定，该种合金耐热性虽然高，但是也无法长期存在于回转窑的高温环境下。在回转窑进行生产运行的过程中，该结构筒体护口在窑体过高的温度下非常容易受到烧损破坏，因此会对生产运行造成严重的影响。所以，这种窑口结构的回转窑需要进行进一步的改进，用以避免由于筒体护口的损坏而影响整体生产效率。

针对这种回转窑的改进方式如下：将其窑口防护结构进行改进，其结构如图2所示，a为进料端结构图，b为出料端结构图。在进出料的窑口处，回转窑筒体都会设置有耐火的浇注料层对筒体内部进行覆盖，并在通过锚钩的焊接将耐火浇注料同回转窑筒体连接在一起由于回转窑在运行中结构作用的差异，因此在温度上也会存在不同，窑头温度要远远高于窑尾的温度，因此需要对窑头部分进一步改进，通过陶瓷纤维板以及保温层的添加，提高其耐火性。并且通过将不锈钢纤维添加到耐火浇注料中，提高浇注料的耐磨性。通过上述方式可以不必再应用价格昂贵的筒体护口，通过在筒体上直接浇筑浇筑层，将耐火材料覆盖于回转窑内部。不仅从结构上简化了回转窑，同时还降低了设备的制作成本，由于结构和性能的优化，是的回转窑的使用寿命相对延长，煅烧石油焦的生产成本也相对降低，并在生产效率上大大提高。

2.4 大齿圈弹簧板的安装

回转窑的转动一般采用小齿轮与大齿圈啮合传动。由于回转窑属于大型高温设备，其传动部位很容易出故障，因而降低了设备的运转效率。传动部位最常见的问题是齿圈在工作中发生振动，加剧轮齿的磨损并引起基础振动。在使用中由于基础下沉、筒体弯曲变形或不适当的调窑操作等因素，使齿轮间的齿顶间隙发生变化，很容易产生轮齿“卡死”或冲击“打齿”现象。大齿圈与回转窑筒体的之间一般用弹簧板联接，弹簧板的受力只能为拉力。我院原设计弹簧板分拉板和板座两部分，板座与回转窑筒体焊接，拉板和板座使用4个螺柱和3处塞焊联接。弹簧板与大齿圈的销轴采用螺栓固定，使得销轴做的过长，在回转窑上下窜动过程中，极易碰到齿轮罩侧壁。原弹簧板结构过于复杂，一般大齿圈安装在回转窑筒体上之后不会再做过多的调整，这样设计显得有点多余，给制造安装维护带来很大的不便。改进后的方案，弹簧板的末端做成弧形与回转窑筒体贴合，并3边施焊并在弹簧板上开孔进行塞焊。大齿圈与弹簧板的销轴取消螺栓紧固，采用轴端挡板形式固定，有效的缩短了销轴的长度。

3 结语

作为一个复杂的大型设备、综合的生产系统，回转窑承受着煅烧石油焦不断增大的需求量，在这样的状态下，回转窑需要不断的加大自身的产能。通过对回转窑技术的研究和分析，人们不断的对其进行改进，从规格上扩大回转窑的体积，增大了回转窑的长度以及直径，这些改进方式都会对回转窑的安装以及设计造成影响，因此人们不得不继续对此进行研究。据可靠报道，国外一些实力雄厚的炭素窑公司已经开始计划或者已经以投资或者合资并购等方式，将煅后焦产能项目设立在中国。这些国外势力的涉入，在中国的市场上必然会引起相当大的影响，无论是对国内相关企业的冲击还是对现有设备装置的升级进步，都是一次转折点。因此国内企业需要对自己的回转窑装置进行改进，对原有的煅烧工艺予以升级，以此应对将要到来的挑战。文章主要针对一种新型的回转窑，即Φ3.0×60 m炭素煅烧回转窑的应用以及实践中所遇到的问题进行了谈论，详细的分析了其优化改进措施。并证明，经过优化改进后的回转窑在投入运行后，稳定性有所提高，极大的促进了生产，并节约了日常维护和维修的费用。这不仅是技术上的进步，更是为我国回转窑技术进一步发展积累经验。

参考文献

[1] 段全斌，张景楠.40万t/年煅后焦项目中美卓炭素回转窑的应用[J].广州化工，2010（9）.

[2] 周新林，赵红征.影响回转窑煅烧实收率原因分析及改进措施[J].轻金属，2005（12）.

[3] 王春华.炭素煅烧回转窑热工过程及优化结构的研究[D].东北大学，2009.endprint

2.3 将窑头筒体护口和窑尾筒体护口取消

由于煅烧需要，要求回转窑内部具有较高的温度，因此会在回转窑筒体的内部设施相应的保护措施，例如浇筑耐火材料或者使用耐火砖用来保护筒体。目前回转窑结构中，往往会使在筒体进出料的窑口位置设置筒体护口，并且该结构一般使用价格昂贵的合金作为材料，目的是对内部浇注料、耐火砖进行固定，该种合金耐热性虽然高，但是也无法长期存在于回转窑的高温环境下。在回转窑进行生产运行的过程中，该结构筒体护口在窑体过高的温度下非常容易受到烧损破坏，因此会对生产运行造成严重的影响。所以，这种窑口结构的回转窑需要进行进一步的改进，用以避免由于筒体护口的损坏而影响整体生产效率。

针对这种回转窑的改进方式如下：将其窑口防护结构进行改进，其结构如图2所示，a为进料端结构图，b为出料端结构图。在进出料的窑口处，回转窑筒体都会设置有耐火的浇注料层对筒体内部进行覆盖，并在通过锚钩的焊接将耐火浇注料同回转窑筒体连接在一起由于回转窑在运行中结构作用的差异，因此在温度上也会存在不同，窑头温度要远远高于窑尾的温度，因此需要对窑头部分进一步改进，通过陶瓷纤维板以及保温层的添加，提高其耐火性。并且通过将不锈钢纤维添加到耐火浇注料中，提高浇注料的耐磨性。通过上述方式可以不必再应用价格昂贵的筒体护口，通过在筒体上直接浇筑浇筑层，将耐火材料覆盖于回转窑内部。不仅从结构上简化了回转窑，同时还降低了设备的制作成本，由于结构和性能的优化，是的回转窑的使用寿命相对延长，煅烧石油焦的生产成本也相对降低，并在生产效率上大大提高。

2.4 大齿圈弹簧板的安装

回转窑的转动一般采用小齿轮与大齿圈啮合传动。由于回转窑属于大型高温设备，其传动部位很容易出故障，因而降低了设备的运转效率。传动部位最常见的问题是齿圈在工作中发生振动，加剧轮齿的磨损并引起基础振动。在使用中由于基础下沉、筒体弯曲变形或不适当的调窑操作等因素，使齿轮间的齿顶间隙发生变化，很容易产生轮齿“卡死”或冲击“打齿”现象。大齿圈与回转窑筒体的之间一般用弹簧板联接，弹簧板的受力只能为拉力。我院原设计弹簧板分拉板和板座两部分，板座与回转窑筒体焊接，拉板和板座使用4个螺柱和3处塞焊联接。弹簧板与大齿圈的销轴采用螺栓固定，使得销轴做的过长，在回转窑上下窜动过程中，极易碰到齿轮罩侧壁。原弹簧板结构过于复杂，一般大齿圈安装在回转窑筒体上之后不会再做过多的调整，这样设计显得有点多余，给制造安装维护带来很大的不便。改进后的方案，弹簧板的末端做成弧形与回转窑筒体贴合，并3边施焊并在弹簧板上开孔进行塞焊。大齿圈与弹簧板的销轴取消螺栓紧固，采用轴端挡板形式固定，有效的缩短了销轴的长度。

3 结语

作为一个复杂的大型设备、综合的生产系统，回转窑承受着煅烧石油焦不断增大的需求量，在这样的状态下，回转窑需要不断的加大自身的产能。通过对回转窑技术的研究和分析，人们不断的对其进行改进，从规格上扩大回转窑的体积，增大了回转窑的长度以及直径，这些改进方式都会对回转窑的安装以及设计造成影响，因此人们不得不继续对此进行研究。据可靠报道，国外一些实力雄厚的炭素窑公司已经开始计划或者已经以投资或者合资并购等方式，将煅后焦产能项目设立在中国。这些国外势力的涉入，在中国的市场上必然会引起相当大的影响，无论是对国内相关企业的冲击还是对现有设备装置的升级进步，都是一次转折点。因此国内企业需要对自己的回转窑装置进行改进，对原有的煅烧工艺予以升级，以此应对将要到来的挑战。文章主要针对一种新型的回转窑，即Φ3.0×60 m炭素煅烧回转窑的应用以及实践中所遇到的问题进行了谈论，详细的分析了其优化改进措施。并证明，经过优化改进后的回转窑在投入运行后，稳定性有所提高，极大的促进了生产，并节约了日常维护和维修的费用。这不仅是技术上的进步，更是为我国回转窑技术进一步发展积累经验。

参考文献

[1] 段全斌，张景楠.40万t/年煅后焦项目中美卓炭素回转窑的应用[J].广州化工，2010（9）.

[2] 周新林，赵红征.影响回转窑煅烧实收率原因分析及改进措施[J].轻金属，2005（12）.

[3] 王春华.炭素煅烧回转窑热工过程及优化结构的研究[D].东北大学，2009.endprint