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回转窑机械设备维护的要点

2020-06-30
尚银明,李芳
(博爱金隅水泥有限公司)
  摘 要:窑系统的稳定运行是水泥企业设备维护的重中之重,但很多企业因为缺乏经验,在日常维护中走了很多弯路,付出了不小的代价。现从6个方面对回转窑机械设备的维护要点进行阐述,所述均为经过实践检验的成功经验,以期对延长设备使用寿命和避免一些重大设备事故的发生有所借鉴。
  1 托轮瓦维护
  回转窑运行中托轮瓦是故障率较高的部位,一旦出现故障会导致降速限产或生产线全部停机,损失巨大。
  维护要点:
  (1)保持良好的润滑,润滑油要选用有极压特性、高黏度的润滑油。传统的窑瓦用油是460号工业齿轮油,它在窑况良好的情况下可以满足需要,但在负荷较大和温度较高时的润滑性能就会急剧下降。目前市场上有些润滑油生产厂家在一些合成油的基础上添加多种添加剂炼制的大瓦专用油(厂家的叫法),运动黏度100℃时为55~90mm2/s,在防水、抗乳化、耐磨损、耐极压、抗氧化等方面可大幅改善润滑油的性能,对抑制轴瓦发热,避免拉丝现象,修复接触表面损伤作用明显。与该种油类似的还有一种大瓦研磨油,运动黏度100℃时为90~120mm2/s,是在高黏度合成油的基础上加入多种固体润滑材料、抗磨添加剂复配而成,对托轮瓦有研磨填补、修复拉丝的作用,特别适用于新回转窑托轮轴瓦和需要修复的轴瓦。
  (2)冬季停产期间,若使用的是高黏度的润滑油,则要将其临时换成黏度较低的滑润油(若使用的是460号润滑油,则无须更换),待开机后瓦温升到25℃以上,再将油换回来,否则高黏度的润滑油在设备启动时有极大的阻力,足以损坏油勺。另外油池中最好不要使用加热器,一是不易将油均匀加热,二是很容易使油碳化,造成润滑油过早失效。目前国内大多数稀油站均采用热电阻加热方法,包括窑瓦油池,加热管的表面温度高达400℃以上,任何润滑油在这种温度下都会变质碳化,由于初始加热时油的黏度大,流动性很差,加热管周围局部温度很高,换的新油加热几次后就会颜色发黑,而且有一股刺鼻的气味,油没有被用坏,却被烧坏了。另外加热管上会很快形成一层厚厚的碳化层,起到了隔热的作用,反而使油箱加热速度变慢,而碳化层越来越厚,形成恶性循环。
  (3)生产期间要密切注意轴面布油情况,及时调整撒油盘角度和刮油器位置(位置不对易使轴封处漏油)。定期检查油勺支架的固定螺栓,及时排除松动隐患。
  (4)定期测量瓦衬裙边厚度和运行温度,若磨损较快、温度较高,要及时调整两组托轮的轴线与窑轴线的夹角,改变托轮受力情况,减轻瓦衬裙边负荷。很多企业对瓦裙受力过大的危害认识不够,处理方法是跟踪观察,而不愿及时调整托轮,可能是担心调整托轮后瓦温出现不可控的变化,但事实上微量调整一般不会对托轮运行造成太大影响,反而是裙边长期受力过大,不仅会导致整个瓦温升高并减少瓦的使用寿命,还会导致托轮轴头断裂(见图1)。当然轴头断裂也与部件加工质量和设计不良有关,但过大的轴向力却是一个诱导因素。
  (5)在冬季寒冷的地区(温度连续2天在-10℃以下)停窑期间一定要将瓦胎循环水放掉,并用高压气清吹干净,因为在这样的持续低温下,在停窑的情况下即使循环水不停,也极易造成管道被冻住,甚至冻裂瓦胎。此外将循环水关闭后,一定要将地面以上的管子内的水也一并放干净,避免上冻。阀门要设在地面300mm以下,可基本保证在华中及以南地区整个冬季阀门不上冻。
  (6)加强隔热措施,降低瓦盖和瓦座的温度,对降低轴瓦温度有重要作用。在整个瓦座周围设置隔热板,最大限度减轻回转窑的热辐射,具体方法可参考图2。很多单位只是在托轮瓦座顶部设隔热层,但瓦盖侧面在受到窑体辐射后的温度可达70℃以上。另外在两瓦座中间位置(窑的正下方)也应加隔热层,这里的底板在辐射后温度也达70~80℃,对瓦的降温不利。我公司在几年前对所有瓦座做了三面全隔热后,整体瓦温降了5~10℃,过去天天出现的高温报警现象已经很少出现了,另外由于上部实现了全隔离,巡检人员作业环境得到改善。
  2 轮带及托轮维护
  轮带和托轮支撑着几百吨重的窑体,是整个回转窑系统的核心部件之一,由于结构很大,一旦出现影响运行的故障,维修将非常困难,且零件加工周期长,费用高,所以平时需加强维护。
  维护要点:
  (1)在安装精度有保证的情况下,托轮和轮带若出现轻微的接触不良或受力变化,往往是热态窑体温度不均匀造成的,在不影响整机设备运行情况下,尽量不要调整托轮,若必须调整,也要微调,并在窑况好转或窑况朝着相反方向发展时,再及时调整过来。对运行时间较长的回转窑,托轮调整尽量向中心靠拢,以补偿磨损造成的中心标高下移。
  (2)轮带与窑垫板、轮带与挡块接触间要定期加高温轮带油,一周两次即可,对延长轮带、垫板及挡块的使用寿命极有好处,若能保证润滑良好,10年内不需要调整或更换垫板及挡块。
  轮带油25℃的针入度在355~520,是由合成油加入多种超细耐高温固体润滑材料及不易燃添加剂炼制而成,非常适合回转窑轮带与垫板、轮带与托轮、轮带与挡圈、挡轮之间的润滑,最高使用温度600℃,能形成高强度的高温保护润滑膜,可有效防止回转窑的抖动、扭曲、变形。
  该油可用涂抹和喷注法加注,如图3所示采用的是气动加油机,在轮带上喷油非常方便。我公司统计使用轮带油后,两年内检测的轮带滑移量和挡块的磨损量变化量在2mm以内,而在之前,轮带滑移量每年可增加5mm以上,挡块磨损量在5~10mm。
  (3)遇到轮带或托轮表面有裂纹或掉块现象(材质不均匀或有缺陷,或有异物挤压,或受力过大导致),要及时修补,不可任其发展,否则会使表面损伤逐渐加大、加深,最终造成不可挽回的损失。裂纹和掉块的修补技术并不复杂,可自主进行。焊接的要点如下:
  轮带和托轮的材质一般为ZG35SiMn,选用材质相近的焊条J506、J507或焊丝H08MnSi即可,用手工电弧焊或CO2气体保护焊均可达到较好的效果。
  焊前用钢丝刷和清洗剂把表面凹坑清理干净,对较大的裂纹和翘起的斑块先用电弧气刨清理掉,再用角磨机将底部打磨干净,肉眼观察是否还有裂纹,若观察不清,可用裂纹探伤显影剂观察。清理完成后,用氧气-乙炔将预堆焊修补的部位预热到100℃左右,周边扩展50mm,然后用300℃烘干保温的焊条进行施焊。堆焊过程每层都要将焊渣清理干净,并用电铲或小锤敲击,消除应力。在有风天气或寒冷天气时要注意防风和保温。焊后在施焊部位要用石棉布等材料保温12h,然后打磨表面,用预先制作好的靠模检测,要求堆焊部位比周边略低,但不要超过0.5mm。这样处理过的裂纹和蚀坑,一般不会再出现问题,见图4。
  3 传动系统维护
  传动系统最主要的故障是小齿轮与大齿圈的磨损,另外轴承的损坏,主减速机与辅传的故障也是造成停机的重要原因。
  维护要点:
  (1)加强润滑,如大小齿轮、减速机、辅传拨叉等部位。主减速机若采用稀油站润滑,要保证油站断油时减速机内仍能保持一定油位。辅传拨叉要在拨叉环和棘轮上长期保持润滑脂,对保持棘轮良好啮合和拨叉的良好使用非常重要。小齿轮下部的带油轮要定期检查,带油轮见图5。
  (2)小齿轮要使用硬齿面齿轮,特别是老旧的生产线更换小齿轮时一定要选用硬齿面的,改变过去为保护大齿圈而采取的只是偏硬于大齿圈硬度的软齿面齿轮的做法。因为软齿面磨损较快,特别是小齿轮一旦开始磨损,会破坏与大齿圈的啮合精度,造成齿面胶合,很快会将渐开面齿面磨成内圆弧,造成回转窑运行振动。若小齿轮的齿形不受破坏,大齿圈一般不会受到损伤。小齿轮的材料选用低合金钢,齿面淬火硬度在HRC50~55,齿面磨削,大齿圈的硬度在HB270左右即可,小齿轮与大齿圈的硬度差别和材质差别越大,越不易产生胶合现象。齿面的破坏情况见图6。
  (3)小齿轮与大齿圈啮合,齿顶间隙按照0.25倍模数调整,改变过去加大齿顶间隙3mm的做法,以前的理论是大齿圈热膨胀,将会减小齿顶间隙,造成振动,但实际上越是这样调整,啮合越不好,窑体振动越大。原因是窑在热态,支撑轮带和托轮均受热膨胀,会将窑上抬,而大齿圈因固定在弹簧板上,相对温度较低,膨胀量也小,因此齿顶间隙非但不会减小,还会增大。我公司在2013年更换小齿轮时(采用硬齿面齿轮),齿顶间隙按正常啮合间隙调整,调整后大小齿轮运转非常平稳,多年的振动问题得到解决,齿面在2018年检查时仍然光洁平整如初,见图7。
  (4)主减速机的高速轴在窑头端(低端)易漏油,很多减速机高速轴密封只有一道或两道油封,长时间运行磨损后无法补偿,特别是轴密封部位磨损后会在轴面上形成沟痕,而运行时又无法更换修复,只能看着漏油而束手无策。所以在检修时,可考虑将油封更换为反螺旋的胶条密封,利用轴旋转的力量将油带回减速机壳体,胶条磨损后或松动后可在线紧固,失效后可快速更换,窑主减速机高速轴螺旋密封结构见图8。
  4 液压挡轮维护
  液压挡轮不易拆卸,操作空间狭小,一旦损坏,若不能及时将窑调整为上行窑,就要在热态下停窑检修,很容易造成重大的设备事故,给窑体带来永久性损伤。
  维护要点:
  (1)采用滑润脂润滑的挡轮,宜在顶部加隔热装置,防止润滑脂长时间高温失效(易使上部轴承润滑不良)。
  (2)液压挡轮安装时,中心位置与窑体中心线要偏向向下受力的一边,一般错开3mm即可,防止轮带将挡轮向上抬起或造成推力轴承受力不良,过早损坏。
  (3)老旧生产线设计的液压挡轮轴承选型一般偏小,易过早损坏,所以在大修时宜将内部三套轴承,特别是下部的推力轴承和调心轴承加大,提高运行可靠性。
  (4)液压挡轮的行程信号,若采用机械式开关,要将触点朝下布置,防止进入灰尘将触头卡死,最好更换为无触点接近开关,安装时要考虑隔热措施。
  5 窑筒体维护
  近些年国内水泥企业出现不少回转窑筒体断裂、窑口部位筒体变形等严重事故,加强筒体的维护也逐渐列入了设备管理的重点工作之中。
  维护要点:
  (1)避免红窑煅烧,忌用水冷窑,雨天不要停窑,检修时热态窑要定期翻转。有条件的工厂要设保安电源,否则要购置应急发电机。
  (2)加强窑口冷却系统的管理,保证窑口冷却效果。对窑口护铁加强维护,浇注料缺失要及时修补。因为窑口处温度极高,若保护不好,极易造成筒体变形,很多工厂因此不得不更换窑口筒体。
  (3)窑筒体在轮带处若出现裂纹,要及时打止裂孔,择机及时焊补,并要防止此处高温红窑。
  (4)若在窑烧成带部位,特别是使用硅莫砖的地段和挡砖圈后方(靠窑口侧)发现裂纹,要及时探伤检查,若筒体腐蚀严重,要下决心更换这部分筒体,并且因为腐蚀区域筒体年均腐蚀量接近1mm,正常区域腐蚀量在0.25mm以下,为保证与筒体15年使用寿命相当,更换的新筒体厚度要比旧筒体厚10mm以上。筒体裂纹及更换筒体见图9。
  (5)窑内挡砖圈尽量少设,一般在窑口和窑中设两道即可。挡砖圈要采用和窑体相同或相近材质的材料,以提高焊接性能,过去采用的耐热不锈钢做挡砖圈的做法要摒弃,因为耐热不锈钢和普通碳素结构钢热膨胀系数相差很大,一个开停窑周期便会出现大量开焊,起不到好的效果。另外在挡砖圈的窑口侧(低端)可以间隔布置三角加强筋,这样焊接一次挡砖圈可以使用几年不用修整。
  (6)监督窑砌筑人员在用打砖机打砖时勿伤及筒体,粗放的施工会造成窑筒体连续几十米长的伤痕(见图10)。若伤痕过深,要及时堆焊修复,修复时用等强度低氢焊条即可,焊后打磨平整。
  6 窑头窑尾密封
  水泥熟料的生产是建立在热工平衡基础上的,因此任何额外的冷空气进入系统都将消耗热量,增加能耗,窑尾烟室还会产生大量结皮,影响生产。另外,过多的冷空气进入,还将增加系统尾气的氧含量,影响废气排放达标,因此,做好窑头窑尾密封也是设备维护的关键点。特别是窑尾负压较大,密封不好,带入的冷空气会更多。
  维护要点:
  (1)窑头密封由水泥干法生产线最初的金属板摩擦密封和石墨块密封,基本被鱼鳞片式密封取代。鱼鳞片式密封的特点是安装维护简单,适应窑体摆动能力强,缺点是密封效果不是很好。近年来有很多小公司专门进行窑头窑尾密封改造,以优化鱼鳞片式密封的效果,也有的另辟蹊径采用全密封的迷宫结构或新型的摩擦密封结构,但少则十几万,多则几十万的改造费用,让很多水泥企业不舍得动手改造。其实窑头改造很简单,企业自己的力量完全可以实施,无须外包改造。其关键是需用两层布、两层板。即内层用不锈钢薄板,第二层用耐火布(在正常工作时密封部位温度只有100℃左右,甚至更低,但点火期间可能有明火喷出),第三层用硅胶布(耐温300℃),第四层仍用不锈钢薄板(或用普通钢板,只是外观没有不锈钢板好看)保护,最后加钢丝绳重锤式张紧装置即可。因耐火布透气,所以要加硅胶布。另外如果在摩擦面上加高温轮带油,使用寿命会大大延长,效果非常好,见图11。
  (2)窑尾因为负压较大,因此密封要求更高。改造方式有两种,一种仍沿用旧的接触式密封,这种密封在新窑上效果较好,但随着筒体和密封件的变形,会出现间隙而漏风。改造方法是校平固定密封板推力架板,并且必要时加大推力气缸的直径,同时要保证良好的润滑,密封板材料用普通Q235钢板,而不可用原设计的铸铁板,因为铸铁板耐磨性差,而钢板则可使用十几年不用换。在保证密封板接触良好后,在推力架板的轴向密封部位加装硅胶布缠成的软连接,这样径向和轴向都得到了良好的密封。见图12。
  另一种改造方式就是和窑头一样改为鱼鳞片式密封,不过改动稍大一些。
  7 结束语
  以上总结的回转窑维护的六大方面,仍有很多细节和工艺及电气方面的内容没有讲到,在提高设备可靠性和减少企业备件储备上仍需广大设备维护人员用心摸索,加强管理,但只要掌握了其中的要点,就可以实现窑系统的高运转率。
来源:《水泥》杂志
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