江苏省建材行业团体标准《水泥工业用回转窑》解读

贲道春，张亚华，董超，李晓平，施鹏宇

（1.江苏鹏飞集团股份有限公司，江苏 海安 226623；2.江苏鉴华质量技术服务有限公司，江苏 苏州 215000；3.江苏科泰检测技术有限公司，江苏 苏州 215000）

0 引言

中国是水泥工业用回转窑制造和使用最多的国家。江苏省水泥工业用回转窑产销量在全国名列前茅，在全球市场占有率较高。随着建材工业的革新发展和检测手段的不断完善，客户对高质量产品的需求不断提升，迫切需要有更先进的规范性文件指导水泥工业用回转窑的设计、制造、安装和检验。对于打造行业精品，具有十分重要的意义。

1 基本要求和整机要求的全面性

从安装维护、环保、长期稳定运行角度出发，江苏省团体标准T/JSJCXH 1—2021《水泥工业用回转窑》[1]（以下简称“团标”）基本要求和整机要求得到更全面具体反映。众多基本要求由原来依靠设计保证变成标准条款约束。

在国家标准GB/T 32994—2016《水泥工业回转窑》（以下简称“国标”）基础上增加的基本要求和整机要求有：大规格螺栓应配置专用扳手；大齿圈应配置安装用调整工具；出厂段节宜配置对接调整工具；噪声控制设计应符合GB/T 50087的规定；液压系统及其元件应符合GB/T 3766的规定；液压元件应符合GB/T 7935的规定；气动系统及其元件应符合GB/T 7932的规定；寒冷地区使用的液压系统应设置保温加热装置；寒冷地区使用的齿轮润滑油池和托轮轴承组润滑油池应设置电加热器；寒冷地区使用的水冷却系统应设置防冻裂用排水阀门；室外使用的回转窑齿轮传动装置宜设置防止雨水进入齿轮润滑油池的装置；大齿圈和小齿轮变位系数分配宜满足齿轮副滑动率差小于1‰；托轮表面和挡轮表面应设置润滑装置；轮带和垫板接触面宜设置润滑装置；托轮轴承座和挡轮液压油缸与筒体之间应设置隔热装置。

基本要求融入了传动齿轮滑动率差趋近于零[2]的先进的设计理念。先以“滑动率差小于1‰”引导设计理念，以便将来往更好的方向（如滑动率差小于万分之一）发展。

2 材料选择要求先进性和合理性

2.1 筒体材料

回转窑筒体是回转窑关键件，长期以来，筒体材料一般选择碳素结构钢Q235B或质量等级较高的Q235C。

由于使用材料含较高有害化学成分导致回转窑筒体碎裂和严重腐蚀的情况屡见不鲜[3]。因此团标起草中注重使用过程中的突发性事故原因，根据回转窑的支承点数量、筒体公称内径、经济性和合理性等确定筒体材料牌号。规定为：公称内径不大于φ4 m的三档回转窑筒体使用的材料机械性能应不低于Q235B；公称内径不大于φ4 m的两档回转窑和公称内径大于φ4 m的三档回转窑筒体使用的材料机械性能应不低于Q235C；公称内径大于φ4 m的两档回转窑筒体使用的材料机械性能应不低于Q245R或的Q355D；窑头端小段节材料的机械性能宜不低于06Cr18Ni11Ti。

2.2 关键轴材料

长期以来规定回转窑关键轴（托轮轴、材料轴、挡轮轴）材料不低于优质碳素结构钢45钢的规定。回转窑重要轴类零件由于机械性能原因断裂的问题时常发生。

40Cr钢淬透性和调质处理后的综合力学性能优于45钢，团标起草中顾及关键轴的经济性和合理性，从实际出发规定关键轴材料为40Cr。

2.3 挡轮材料

长期以来规定挡轮材料使用性能不低于ZG35Cr1Mo。鉴于挡轮的重要性，团标规定挡轮材料的机械性能应不低于ZG42Cr1Mo。

2.4 耐热钢件材料

国标对耐热钢件没有做任何规定。团标明确规定：①窑头护板材料的机械性能应不低于ZG40Cr25Ni20Si2；②尾护板和铸造回料勺材料的机械性能应不低于ZG35Cr24Ni7Si2；③焊接回料勺材料的机械性能应不低于06Cr18Ni11Ti。

2.5 轴瓦材料

国标对轴瓦规定“锌合金可采用尚未录入该标准由ZA27衍生的新品种ZA303”。但ZA303材料暂没有公开的规范性引用文件指导制造和检验，因此标准起草组通过调研和研究规定了ZA303材料的化学成分和力学性能要求，能够指导制造和质量控制。

3 质量控制的经济性和可靠性

3.1 段节焊缝区域的表面形状

国标规定段节纵向焊缝区域和环形焊缝区域表面形状内外均需控制。由于钢板厚度公差带较宽，差异有可能达到几毫米。如厚度100 mm的钢板允许上偏差为+3 mm，下偏差为-1.5 mm，差异达到4.5 mm。因此同时控制焊缝区域内外表面形状不合理。

回转窑筒体内表面形状影响内衬砌筑质量，影响筒体的母线直线度，因此控制筒体内表面形状能保证筒体质量。团标规定只需控制段节焊缝区域内表面形状，具有科学合理性。

3.2 接缝处的周长差

国标规定“出厂两相邻大段节在接缝处的周长差应不大于0.15%的筒体内径，且不超过6.0mm”，如φ5 m的回转窑允许接缝处的周长差为7.5 mm。如此大的周长差必然影响两相邻大段节的对接质量。而团标允许小规格回转窑接缝处的周长差为3.1 mm，大于6 m的回转窑接缝处的周长差只允许4.0 mm，从而能够间接保证大筒体的对接质量。

3.3 出厂段节任意横截面上内径差

国标规定筒体小段节同一横截面上的最大直径与最小直径之差应符合“安装轮带或大齿圈处同一筒体小段节不应大于筒体公称内径的0.15%”和“其余同一小段节不应大于筒体公称内径的0.20%”要求。

任意横截面上内径差代表了段节内径制造质量的稳定性和互换性。因而团标规定出厂段节任意横截面上内径差应符合如下要求：①安装轮带和大齿圈处段节截面内径差不大于筒体公称内径的0.10%；②其他段节内径差不大于筒体公称内径的0.15%。

3.4 出厂段节端面偏差

国标规定筒体出厂段节两端的端面偏差f应不大于1.0 mm，目的是保证大筒体对接质量。而对于出厂段节端面偏差影响现场对接的质量参数不止于国标规定的两种情况。因此团标将出厂段节两端的端面偏差范围扩展到整个出厂段节两端的端面。

3.5 出厂段节的长度偏差

国标规定出厂大段节的长度偏差为该段节长度的±0.025%。出厂大段节的长度偏差能保证现场安装效果，因此团标规定允许在保证轮带在筒体上安装位置不变的前提下进行出厂段节长度的修正，从而增加了现场安装效果质量控制的灵活性。

3.6 垫板紧密贴合

国标规定垫板与筒体焊接前应紧密贴合，但没有量化紧密贴合的指标，缺少质量控制依据。而团标明确规定垫板与段节焊接前贴合间隙不大于0.5 mm。

3.7 人孔门等开孔

国标规定筒体的人孔门未规定棱角倒圆尺寸、抛光、着色探伤和磁粉探伤要求。

参照国外回转窑知名企业的经验，团标增加规定“边缘抛光至平滑过渡，周边倒圆半径为（4±1）mm”和“人孔边缘表面探伤质量等级达到GB/T 9443—2019表3中SP2级或表4中LP2级/AP2级，或达到GB/T 9444—2019表1中的SM2级”的规定。

3.8 大齿圈探伤

国标规定大齿圈粗加工后，齿面至向内60 mm范围内和重点受力区域应进行超声检测，其目的是控制轮齿区域的缺陷。

鉴于较大模数的全齿深超过60 mm和容易影响使用的区域缺陷，团标规定“齿顶向内3 mn（mn为法向模数）深度范围内、哈夫面和弹簧板联接凸台超声检测”和“齿面、弹簧板联接凸台平面及凸台R区表面探伤”。

3.9 大齿轮变形或齿形同轴度

国标未规定大齿圈的变形控制要求和小齿轮同轴度的要求。变形控制要求和小齿轮同轴度是回转窑传动控制的关键。GB/T 50561和JCJ/T 3—2017均规定了大齿圈的径向跳动允许值，但是如果大齿圈的制造达不到要求，径向跳动安装调整将无济于事。

团标规定大齿圈同一端面任意处齿根圆直径差应不大于0.05 mn（mn为法向模数）；规定小齿轮端面处齿根圆对内孔中心点的同心度应不大于0.003 mn（mn为法向模数），直接控制了制造质量。

3.10 齿轮控制参数

国标对于开式齿轮齿厚偏差和公法线长度偏差没有规定。团标规定了齿厚偏差Esn或齿轮公法线长度偏差Ebn设计方法，目的是统一设计规范。

团标推荐大齿圈和小齿轮的控制项目为公法线长度变动公差Fw、单个齿距偏差±fpt和螺旋线总偏差Fβ。推荐控制项目既考虑了控制齿轮运行的精确性、平稳性、载荷分布的均匀性，又考虑了项目检测方便可行。

3.11 硬度要求

为了有效保证小齿轮齿面硬度，团标规定“小齿轮应在齿槽齿面粗加工余量不大于5 mm的前提下进行调质处理”。轮带和托轮工作面的硬度要求较国标提高10 HB。

3.12 轮带挡轮接触锥面母线的直线度

国标对轮带和挡轮接触面的母线的直线度没有规定，其直线度影响使用中的接触效果。团标明确规定了“锥面母线的直线度不大于0.05 mm”。

3.13 主要铸钢件缺陷

轮带、托轮、挡轮和大齿圈的缺陷界定、限制和处理至关重要。国标允许对工作面的缺陷进行补焊，但工作面的缺陷补焊对使用的影响特别大。

鉴于部分铸造企业水平有了提高，能够保证工作面不存在需要补焊的缺陷，故团标对不需补焊的缺陷规定“工作面的缺陷不允许补焊”，对需补焊的缺陷规定“缺陷不允许存在于工作面”。并且对主要铸钢件不需补焊的缺陷的总数量和分布根据零件大小进行了限制。

4 其他规定

4.1 安装要求

团标规定“轮带在筒体上的安装位置应考虑窑体的窜动和热工工况，达到窜动行程中托轮工作面全长范围内与轮带工作面接触。”，从安装的最终使用效果为目的提出了接地气的要求。

国标对大小齿轮安装的冷态最啮合关系没有具体规定，其引用标准GB/T 50561规定大齿圈与小齿轮的齿顶间隙为[0.25 mn+(2.0～3.0)]，JCJ/T 3—2017也有同样规定。但是由于齿厚极限偏差选择多样性、滚切刀具尺寸偏差、不同的加工工艺、齿顶圆圆度、齿顶圆直径及其公差选择多样性、两顶隙(c1和c2)较大的差异等原因导致相关标准规定的顶隙规范不合理和不实用[4]。团标规定“大小齿轮冷态最小处侧隙宜为（0.06～0.07）mn（mn为法向模数）”，直接控制侧隙啮合参数。

4.2 智能化要求

团标融入更多更先进的电气控制与智能化要求，体现了先进的智能要求。如规定“数据通讯应采用工业现场总线，通信网络安装应符合GB/T 26336的规定”“电气控制设备应设置集中控制通信接口”“过程控制数据通信接口应采用满足数据交互通讯要求的通用接口”“重要过程控制参数的采集率达到100%”“获取、存储、传输、分析和处理重要过程控制参数”“识别和显示故障状况及环保指标”“调节和优化工艺运行参数”等。

4.3 新的试验方法

团标中新的试验方法主要为：出厂段节端面偏差的检测、球面瓦球心位置度检测、齿轮滑动率差的测算、垫板外径的测量、托轮轴承座中心高的测量。这些测量方法解决了长期以来部分企业测量方法不合理、不科学和不准确的问题。

4.4 出厂检验质量分类

团标在国标出厂检验质量分类的基础上一般项有原来的13项增加到37项，增加近两倍。其目的是注重更多的细节，打造完美产品。

4.5 贮存

团标在贮存规定中更注重防止重要零部件的损坏，规定了“长期存放的轮带、托轮、挡轮、齿轮、托轮轴和大底座的托轮轴承座等重要零件安装面、工作面、装配接触面应定期涂抹防锈油”“长期存放的零部件、轴承装置、油站、电气控制装置、电气元器件和仪表应采取防潮和防雨措施”。

5 结语

针对金属材料的技术进步，加工质量的提高，用户需求的提高，基于已经实施多年的国标起草了江苏省团体标准。在国标基础上突出质量控制重点和细节，融入更多能体现目前水泥工业回转窑技术水平的要求和试验方法，形成了一部具有地方特色的能够引领目前国内先进水平和发展方向的指导性文件。团标的发布和实施将有助于我国回转窑的制造质量跃上一个新台阶。