万吨级回转窑的升级改造及设备维护

王科学，卢华武，王明乾，邓荣娟

某公司万吨水泥熟料生产线回转窑设备自国外进口，回转窑规格ϕ6m×90m，窑头筒体缩口为ϕ5.8m，窑尾筒体扩口为ϕ6.4m，回转窑斜度4%，最大窑速3.6r/min，传动装置配套双传动双液压挡轮，主电机功率2×845kW。

在生产过程中，回转窑中间档基础处有明显振动，轮带和托轮接触表面存在波浪纹；窑速较高时，中间档轮带附近耐火砖易脱落，窑速受限，回转窑产量为10 000t/d时，窑速仅为3.2r/min左右；同时，回转窑存在窑筒体钢板明显减薄变形，窑筒体偏摆量大，筒体中心线在中间档处偏高，各档轮带滑移量不合理，传动装置大齿圈弹簧板多次断裂，主减速机润滑油温度较高等问题。公司对该条万吨水泥熟料生产线烧成系统进行改造后，对其回转窑关键设备也进行了改造优化，本文重点介绍回转窑关键设备的改造优化。

1 改造回转窑筒体

1.1 更换中间档部分窑筒体

回转窑运行期间，中间档窑墩处有明显振动，轮带和托轮、轮带和挡轮的接触表面均有波浪纹（如图1所示），中间档轮带两侧的耐火砖也容易脱落，尤其是在窑速较高的情况下更易出现问题。分析可能是因为回转窑运转初期，窑中间档处筒体温度高，发生过多次掉砖、红窑、轮带和筒体抱死的事故，导致中间档轮带和轮带下的窑筒体产生了损伤、变形，轮带和筒体接触不良，轮带和托轮、轮带和挡轮接触转动不平稳。为此，改造时更换了中间档轮带下及两侧过渡带的窑筒体，拆卸了中间档轮带，并将其内外表面及锥面返厂加工平整，中间档的挡轮表面也一并返厂加工，确保了中间档各处接触受力的平稳。中间档托轮暂不作处理，在后续生产中，将根据轮带和托轮表面的实际接触情况，考虑是否对其进行在线加工改造。

图1 中间档轮带和托轮、轮带和挡轮的接触表面出现波浪纹

1.2 更换二档轮带部分钢板减薄的窑筒体段节

根据现场最新的回转窑在线检测报告及窑筒体钢板厚度检测数据，二档轮带后至大齿圈间的窑筒体钢板明显减薄，最薄处减量8mm，减薄量达25%（原筒体钢板厚度32mm），且出现了较大偏摆。分析原因，是因为窑筒体二档轮带和大齿圈之间处于回转窑上过渡带，此处没有稳定的窑皮保护，筒体温度高、波动大，变形偏摆大，窑内有害气体元素易富集，导致窑筒体钢板易被侵蚀磨损，筒体钢板减薄变形严重。改造时，更换二档轮带前至大齿圈下筒体段节（共37m长），新旧钢板的对接处错开焊缝热影响区100mm。

1.3 改造窑尾悬臂段筒体

为配合烧成系统预热器的改造，使改造优化后的预热器系统布置更顺畅，系统阻力进一步降低，需将窑尾悬臂段筒体截短2.7m，通过计算，确认了在窑尾悬臂段筒体截短前后，回转窑设备的载荷受力均在许用值范围内。

更换窑筒体时，重新调整找正新更换筒体段节和各档轮带处回转窑筒体的中心线，调整各档托轮的位置和斜度，如图2所示。更换筒体后，采用在线检测的方法，检测窑筒体中心线，使窑筒体中心线平直，各档托轮与轮带接触良好，位置正确，受力均匀合理。

图2 检测窑筒体中心线

2 更换传动装置

该万吨水泥熟料生产线烧成系统技改后，回转窑产量及窑速均有所增加，需整体更换回转窑电机、减速机、传动装置，以满足回转窑运转要求。改造时，将回转窑主电机功率增至2×1 120kW，主减速机更换为扭力臂支撑的行星减速机，提高主减速机承载能力，降低速比，将回转窑最高转速提高至5r/min，配套更换联轴器及辅助传动装置。

该生产线回转窑的大小齿轮传动装置已运转了十多年，齿面已出现了严重的磨损和点蚀，弹簧板也多次断裂。此次改造中，对回转窑大小齿轮进行了翻面使用，同时，对大小齿轮的安装位置进行了调整找正，更换了小齿轮轴及弹簧板装置。

不同于国内常规回转窑传动装置结构，该回转窑传动装置采用桥式弹簧板结构连接（图3），大齿圈和窑筒体之间的弹簧板两侧设置U型支座与筒体焊接连接。桥式弹簧板在大齿圈径向侧刚度较弱，大齿圈的径向跳动值大。在安装找正过程中，应在大齿圈处整圈搭建脚手架，通过安装工具调整、找正大齿圈的安装位置后，将在地面预组装的桥式弹簧板装置与大齿圈连接。在安装弹簧板时，通过调整垫片，使弹簧板位置处于水平状态，将弹簧板U型支座与筒体焊接牢固；拆除一组弹簧板与大齿圈之间的垫片，使弹簧板凸向大齿圈方向，弹簧板处于预张紧状态，用于补偿热态运转时，窑筒体和U型支座的热膨胀偏差；使用扭矩扳手紧固大齿圈和弹簧板间的连接螺栓，复核大齿圈的端面跳动和径向跳动数值，如有需要，可进行微调；移除大齿圈安装工具，安装大齿圈和窑筒体间的隔热罩。

图3 桥式弹簧板结构大齿圈

大齿圈安装到位后，根据大齿圈的安装位置，调整找正小齿轮的安装位置。由于回转窑设备长期运转后，托轮、轮带、垫板各接触面均有磨损，窑中心线整体有所降低，大齿圈的中心位置也随之降低，导致大小齿轮之间的齿顶间隙减小。在调整找正小齿轮安装位置时，小齿轮装置应整体外移，留出合理的大小齿轮之间的齿顶间隙，确保大小齿轮之间有合理的齿面接触面积。现场小齿轮装置是衬瓦支撑结构，通过球面瓦循环水进行冷却，小齿轮装置调整找正时，应兼顾小齿轮轴与衬瓦的接触状态，保证其接触位置合理。

现场主减速机通过扭力臂连接固定（见图4），辅传装置固定在主减速机上，小齿轮装置整体外移后，电机减速机的安装位置也应随之向外侧调整，以确保传动装置连接位置准确，设备运转平稳。改造后，更换了主减速机稀油站，使之由不带油箱布置在主减速机旁，改为在地面独立配置，且润滑油泵为“一用一备”，加大了稀油站冷却面积，提高了其对主减速机润滑油的冷却能力和系统的可靠性。

图4 传动装置扭力臂支撑结构

3 更换窑尾密封装置及窑尾护板

烧成系统改造后，窑尾烟室扩口加大，通风截面积增大，窑内通风改善，烟室系统阻力降低。随着窑尾烟室结构尺寸的加大，与烟室连接配套的窑尾密封装置需相应加大结构尺寸，窑尾护板内径也需相应加大尺寸。

此处改造，对窑尾密封装置和窑尾护板进行了整体更换优化。改造后，窑尾密封装置（图5）采用气缸压紧摩擦片式结构，选用高品质耐高温气缸，气缸外设置隔热防尘罩，气缸下半圈布置在烟室一侧，以减少窑尾处高温多尘、易漏料等工况对气缸的影响。改造时，还加大了窑尾回料勺的容积、扬料板的数量及倾斜角度，使之回料能力提高，避免了窑尾漏料。此外，在窑尾密封装置和烟室之间增加了柔性密封结构，可以随着窑尾密封装置上下移动，以避免该处盘根（密封填料）磨损后出现间隙，易漏风漏灰，更好地保证了密封效果。

图5 窑尾密封装置结构

4 增加小窑门罩截面积并更换窑门结构

随着系统产量的增加，需增加小窑门罩的截面积，以减小二次风速，避免窑头“飞砂”问题。改造时，现场的小窑门罩靠喷煤管一侧的端面，将整体外扩至土建梁附近，以增加小窑门罩和冷却机接口的截面积，确保二次风速符合要求。

现场小窑门罩的窑门是传统带轨道、滑轨对开式结构，重量大，滚轮滑轨处易卡死，窑门开关不便，长期热态使用后，易烧损变形，甚至出现窑门倾倒事故。窑门处的密封效果差，造成漏风、漏灰，不仅影响烧成系统稳定，增加热耗，而且影响周边环境。另外，窑门罩前端面平移外扩后，窑门将与土建平台位置相干涉。

为解决上述问题，开发了一种新结构的绞链旋转打开式窑门，如图6所示。该结构的窑门两侧有固定销轴，窑门插入到窑门罩的开孔内，可以绕着销轴旋转打开。为避免窑门壳体变形，影响窑门开关，将插入到窑门罩开孔内的窑门壳体设计成锥形结构，留出合理的间隙值，避免了因壳体烧损变形而导致的卡碰问题。窑门壳体选用耐热钢板，且窑门四周有插槽式密封结构。改造后，窑门处的密封效果大幅提高，总重约为原窑门总重的1/3，绞接式的连接结构使窑门开关更加迅速，使用更加安全、可靠。

图6 绞链旋转打开式窑门结构

5 配置托轮轴承组强制循环润滑冷却装置

随着回转窑窑速的提高，托轮轴和轴瓦接触摩擦加剧，托轮轴瓦发热风险上升。为了确保托轮轴承组的长期稳定运转，改造时配置了托轮轴承组强制循环润滑冷却装置，如图7 所示。该装置运行时，将轴承座内的润滑油泵出，进行循环、过滤、冷却，然后将冷却后的低温润滑油不断注入轴承座内，降低轴承座内润滑油和衬瓦的温度。运用该装置，轴承座内轴瓦摩擦产生的热量被不断带出，使轴承座内的温度达到动态平衡，以控制轴承座内的油温和瓦温，保证托轮轴承组的稳定运转。

图7 托轮轴承组强制循环润滑冷却装置

该套润滑冷却系统布局紧凑、体积小、泵送能力强、系统流量大、冷却面积大、冷却效果好，双筒过滤器可在线检修更换。改造时，在现场12 个轴承座处预留润滑油和循环冷却水接口，在每个窑墩上布置1套润滑冷却装置，当某个轴承座轴瓦发热时，将润滑冷却装置移动到轴承座附近，通过软管快速连接润滑冷却装置，控制轴瓦温度，确保托轮轴承组长期稳定运转。

配置此强制循环润滑冷却装置，仅起辅助冷却作用。在实际生产中，当轴瓦发热时，应先查找发热原因，再采取调整托轮、减缓止推盘受力、更换被污染的润滑油等措施，以上措施均无效时，再考虑使用润滑冷却装置应急降温，维持设备运转。由于此措施仅为应急措施，不建议长期使用循环油泵，应进一步查找发热原因，通过调整托轮或刮瓦换瓦，从根本上解决轴瓦发热问题。

6 增加轮带下垫板自动喷射润滑系统

回转窑提产提速后，轮带内表面和轮带下垫板之间的磨损也会加剧，轮带和垫板之间的间隙会逐渐加大，滑移量增加，有可能会造成轮带下筒体变形加大，轮带和垫板接触不良，磨损出沟槽，受力不均，进而造成轮带下耐火砖承受筒体变形产生的机械应力加大，易断裂脱落；托轮和轮带接触不良，托轮受力变化可能会引起轴瓦发热等问题，同时，各档垫板磨损不均、受力不匀，也可能导致窑筒体中心线变化，引起窑体振动。

目前现场轮带下垫板的润滑普遍采用的是人工气动泵、手动操作喷射润滑的方式。由于轮带和垫板之间的缝隙狭小，接触面非常长，人工操作长达数米的喷枪，很难将垫板润滑油有效喷射到轮带和垫板的整个狭长接触面内部，不仅不能润滑垫板表面、减缓磨损，而且还会造成垫板润滑油的浪费和环境的污染。

针对这一问题，设计开发了轮带下垫板自动喷射润滑系统，如图8 所示。改造时，提前在轮带下安设润滑油喷嘴及喷射系统，由PLC 程序控制，将垫板润滑油从两块垫板间的空隙，精确均匀地自动喷射到轮带和垫板内部接触面。通过高温传感器实时监测回转窑转速和垫板位置，精确控制喷射位置和喷油时间，当窑体转到垫板空隙位置时，开始喷射。该系统能够实现远程自动控制，做到定时定量喷射润滑，性能可靠，润滑充分；可有效减缓垫板磨损，改善轮带和垫板的接触及受力，延长垫板的使用寿命，合理控制轮带和垫板的间隙，减少润滑油的消耗，减轻工人的劳动强度；有利于实现回转窑设备的精确、自动化控制，使回转窑设备长期稳定运行。

图8 轮带下垫板自动喷射润滑系统

7 结语

该万吨水泥生产线回转窑关键设备改造后，转速达4r/min，运行平稳，无异响和振动。传动装置整体运行平稳，窑尾密封装置处无漏料现象，摩擦片贴合紧密，密封效果良好。窑头二次风风速符合要求，无“飞砂”，绞链旋转打开式窑门密封效果良好，窑门处无漏风漏灰现象。轮带下垫板自动喷射润滑系统工作正常，可将润滑油自动喷射至轮带内表面，有效保证了轮带和垫板的润滑效果。托轮轴承组强制润滑冷却装置可应急处置托轮轴承组的油温瓦温异常，确保回转窑设备连续稳定运转。