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一、引言

隨著窯外分解技術(shù)的成熟，水泥大型裝備的不斷研發(fā)和機(jī)械制造業(yè)的提升，為水泥單線生產(chǎn)能力的擴(kuò)大提供了條件，日產(chǎn) 10000 噸的熟料生產(chǎn)線在我國已投運(yùn)多年，日產(chǎn) 5000 噸的熟料生產(chǎn)線已成為生產(chǎn)主力。但由于設(shè)計(jì)、制造、安裝、維護(hù)、配料等方面的原因，很多回轉(zhuǎn)窯在投運(yùn)不長的時(shí)間內(nèi)，便出現(xiàn)了筒體裂紋，特別是回轉(zhuǎn)窯過渡帶的筒體裂紋，給生產(chǎn)企業(yè)造成了不小的損失，為此，筆者根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)，分析了回轉(zhuǎn)窯筒體產(chǎn)生裂紋的主要原因，提出了針對(duì)預(yù)防裂紋的具體措施，望能對(duì)水泥設(shè)備管理者起到借鑒作用。

二、回轉(zhuǎn)窯易產(chǎn)生裂紋的部位及形式

回轉(zhuǎn)窯裂紋的部位及形式較多。裂紋的部位多發(fā)生在輪帶、大齒圈兩側(cè)的焊縫處以及其它筒體焊縫的兩側(cè)，當(dāng)前裂紋最多的發(fā)生在回轉(zhuǎn)窯過渡帶筒體上，且一旦開裂，修復(fù)的經(jīng)濟(jì)性、可靠性較差，即不具備修復(fù)性，必須更換筒體。裂紋的形式也有多種，但歸納起來有三種，即縱向裂紋、環(huán)向裂紋以及不規(guī)則裂紋。縱向裂紋多發(fā)生在輪帶下筒體的墊板及擋塊和筒體的焊縫處；環(huán)向裂紋多發(fā)生在輪帶兩側(cè)的過度筒體的焊縫處，以及回轉(zhuǎn)窯過渡帶的筒體焊縫處，還有大齒圈下筒體與彈簧板的焊縫處。不規(guī)則裂紋多發(fā)生在回轉(zhuǎn)窯的喂料、出料的筒體開口處，目前該類窯型因已淘汰而不多見，故在下文中不再贅述。

三、回轉(zhuǎn)窯筒體產(chǎn)生裂紋的原因分析

回轉(zhuǎn)窯是多點(diǎn)支撐、重載低速的熱工設(shè)備，受力復(fù)雜，引起裂紋的因素較多，涉及設(shè)計(jì)、制造、安裝、檢修維護(hù)、管理諸多方面?，F(xiàn)就產(chǎn)生裂紋的主要原因進(jìn)行分析。

3.1 縱向裂紋形成的原因

縱向裂紋多發(fā)生在輪帶下筒體與墊板或擋塊的焊縫處，一般由外及里且沿軸向延伸形成縱向裂紋，甚至開裂。究其原因主要由四個(gè)方面造成。首先是設(shè)計(jì)時(shí)筒體板材厚度選擇較薄，我們知道回轉(zhuǎn)窯要求橫剛縱柔，若板材厚度不足，就難以保證其橫向剛度，所以筒體在自重和托輪支撐反力的產(chǎn)生的交變應(yīng)力和脈沖應(yīng)力的作用下，易使材料產(chǎn)生疲勞，達(dá)到一定條件后，裂紋便會(huì)在該處比較薄弱的焊縫熱影響區(qū)形成，即筒體與擋塊或墊板焊縫處形成，并在徑向上由外向內(nèi)發(fā)展、在軸向上左右延伸，形成縱向裂紋。在設(shè)計(jì)方面的另一個(gè)問題就是墊板或擋塊厚度和寬度不當(dāng)，寬度過寬或厚度過厚，使得該處剛度過大，其它地方較小，運(yùn)轉(zhuǎn)中擋塊會(huì)阻礙筒體因自重產(chǎn)生的徑向自由彎曲變形，且擋塊或墊板越厚、越寬，阻礙越大，應(yīng)力集中俞嚴(yán)重，一旦超過強(qiáng)度極限，便會(huì)產(chǎn)生裂紋。

在制造方面，個(gè)別制造商為了追求企業(yè)利潤，在選材上選擇小廠產(chǎn)品，板材厚度負(fù)差較大，機(jī)械性能指標(biāo)、危害元素含量指標(biāo)得不到保證，很難保證回轉(zhuǎn)窯在惡略環(huán)境下的運(yùn)轉(zhuǎn)可靠性。有的水泥企業(yè)為了降低建廠投資，不惜犧牲設(shè)備質(zhì)量為代價(jià)，選用不完全具備生產(chǎn)回轉(zhuǎn)窯能力的機(jī)械廠制造回轉(zhuǎn)窯，使得焊縫質(zhì)量、板材質(zhì)量沒有保證，結(jié)果是設(shè)備投運(yùn)后，事故頻繁，損失巨大。

在安裝方面，往往只注意窯的冷態(tài)精度，而忽略了長期運(yùn)轉(zhuǎn)下的熱態(tài)精度，如生產(chǎn)中輪帶、筒體、托輪等各檔溫度不同，其中心高的升高量也不一致，造成回轉(zhuǎn)窯運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)各檔中心不在一條直線上，難免各檔輪帶的受力發(fā)生變化，中心高抬升較高的吃力就大；再者，由于中心線發(fā)生了變化后，輪帶在整個(gè)寬度上的受力便出現(xiàn)不均，一側(cè)受力大，另一側(cè)受力小，這些變化會(huì)引起局部受力超出設(shè)計(jì)范圍，甚至超過強(qiáng)度極限，致使筒體在焊縫的熱影響區(qū)產(chǎn)生裂紋；另外安裝時(shí)，為了施工方便，在筒體上隨意焊接如起吊環(huán)等之類的物件，用過后也不按要求切除，不但損傷筒體強(qiáng)度，還會(huì)造成應(yīng)力集中，致使筒體產(chǎn)生裂紋。

在生產(chǎn)維護(hù)方面更為突出，比如一旦窯瓦發(fā)熱，不分析原因，只管對(duì)發(fā)熱瓦進(jìn)行退瓦卸載，很少考慮退瓦卸載后，其均勻分布在輪帶上支撐反力會(huì)集中落在輪帶的一側(cè)，傳到筒體上就會(huì)產(chǎn)生局部過載而引起裂紋；有的企業(yè)為了治理瓦發(fā)熱，不惜重金聘請江湖郎中，從不看窯況、從不分析大瓦發(fā)熱的原因，偏方偏治，只知卸載，結(jié)果是窯況一變、專家一走，瓦又發(fā)熱，致使窯不能長期穩(wěn)定運(yùn)行，為什嗎有的窯能耗高、易產(chǎn)生裂紋，應(yīng)該與之關(guān)系很大。還有些單位對(duì)輪帶間隙重視不夠，當(dāng)輪帶間隙過大時(shí)，若不及時(shí)調(diào)整墊板厚度，實(shí)際上就相對(duì)削弱了輪帶對(duì)筒體的加固加強(qiáng)作用，筒體與輪帶的接觸面積和接觸包角都相對(duì)減少，筒體橢圓度增大，局部應(yīng)力增大；再者就是對(duì)筒體降溫方法不當(dāng)，即當(dāng)筒體溫度高時(shí)，無論筒體溫度有多高，無論輪帶間隙有多大，即以強(qiáng)風(fēng)或噴水冷卻，使筒體溫度急劇下降，此時(shí)筒體金屬母材內(nèi)外就會(huì)產(chǎn)生較大溫差，結(jié)果是筒體表層應(yīng)力成倍增長，極易產(chǎn)生裂紋，危害極大。另外就是對(duì)已產(chǎn)生的裂紋處置不當(dāng)，在擋塊與筒體焊縫處產(chǎn)生裂紋后，為了求得方便，在窯的頂部對(duì)裂紋進(jìn)行焊接處理，而不選擇應(yīng)力零的筒體中心線以上的處 45°施焊，雖然保證了焊縫質(zhì)量，但卻增加了一倍的焊接應(yīng)力，結(jié)果是裂了焊，焊了又開。還有就是在窯皮的不均勻垮落后，由于筒體環(huán)向溫差較大，必然引起筒體彎曲，偏離中心線的繞曲運(yùn)行，必然使輪帶下筒體局部應(yīng)力劇增，在擋塊與筒體焊縫處產(chǎn)生裂紋。

3.2 環(huán)向裂紋形成的原因

環(huán)向裂紋與縱向裂紋一樣，形成的原因也是多方面的，與筒體厚度及焊接質(zhì)量息息相關(guān)。環(huán)向裂紋多發(fā)生在輪帶兩側(cè)的過度筒體的焊縫處、大齒圈彈簧板與筒體焊縫處，還有就是回轉(zhuǎn)窯過渡帶的筒體上。裂紋的原因有以下幾個(gè)方面。

3.2.1 輪帶兩側(cè)過度筒體裂紋的原因

我們知道輪帶下筒體厚度多在中間段筒體厚度的兩倍以上，若輪帶下筒體與中間段之間的過度筒體厚度選擇不當(dāng)，則托輪通過輪帶傳到筒體上的支撐反力，使筒體的變形就很難平緩的過度到一般筒體上，那么應(yīng)力也很難擴(kuò)散，應(yīng)力集中在所難免，由于焊縫強(qiáng)度高于母材強(qiáng)度，裂紋便會(huì)在焊縫邊緣的熱影響區(qū)形成，并在交變應(yīng)力的作用下沿著環(huán)向延伸。其二是厚板與薄板的過度坡度不適，小于一比五，支撐反力使筒體的局部變形也很難實(shí)現(xiàn)平緩過度，必然形成應(yīng)力集中。其三是焊縫質(zhì)量的影響，有的企業(yè)誤以為筒體焊縫飽滿就是焊肉越多越好，焊得越高越結(jié)實(shí)，殊不知焊縫越高，剛度越大，對(duì)母材的影響也越大，應(yīng)力集中越嚴(yán)重，越容易形成裂紋；當(dāng)然其它的焊縫缺陷如夾渣、微裂紋、未熔透、咬邊等，也是應(yīng)力集中的發(fā)源地，是產(chǎn)生裂紋的重要因素。

3.2.2 大齒圈彈簧板與筒體焊縫處裂紋形成的原因

大齒圈彈簧板與回轉(zhuǎn)窯筒體的焊縫處也易產(chǎn)生環(huán)向裂紋，主要原因有三個(gè)方面，第一，大齒圈所在筒體偏薄，而彈簧板偏厚，造成筒體剛度小，彈簧板剛度大，其結(jié)果是設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)中，彈簧板不能通過變形來消化緩解外來應(yīng)力，相反較薄弱的筒體則通過變形吸收了外來應(yīng)力，如大小齒輪嚙合的徑向力、筒體及彈簧板因溫度升高產(chǎn)生的壓應(yīng)力會(huì)通過筒體變形吸收，久而久之，在焊縫的熱影響區(qū)就會(huì)產(chǎn)生裂紋；其二，大小齒輪安裝時(shí)頂隙過小，咬根頂齒，造成巨大的徑向力，通過大齒圈傳到筒體焊縫上，若超過了忍耐極限，便會(huì)產(chǎn)生裂紋；其三，當(dāng)窯彎曲嚴(yán)重時(shí)，會(huì)破壞大小齒輪的接觸狀態(tài)，一側(cè)吃力，一側(cè)不吃力，會(huì)使得彈簧板的一側(cè)焊縫受到拉、壓應(yīng)力的雙重作用，危害焊縫；另外筒體彎曲時(shí)，齒輪頂隙會(huì)一邊大一邊小，轉(zhuǎn)到較小的一側(cè)時(shí)時(shí)，徑向力增大，窯體的彎曲還會(huì)引起振動(dòng)，產(chǎn)生附加載荷，促進(jìn)裂紋的產(chǎn)生。

3.2.3 回轉(zhuǎn)窯過渡帶筒體產(chǎn)生裂紋的原因

近些年來，很多預(yù)分解窯在過渡帶產(chǎn)生了裂紋，不得已進(jìn)行筒節(jié)更換，不但增加了巨額的備件費(fèi)用，也會(huì)因更換筒節(jié)時(shí)間較長而耽誤生產(chǎn)，給生產(chǎn)企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。過渡帶筒體產(chǎn)生裂紋的主要原因是應(yīng)力腐蝕，由于過渡帶筒體無致密窯皮的保護(hù)，該處火磚很難把炙熱的腐蝕性氣體、堿性物料與筒體完全隔離，生產(chǎn)中堿性氣體、堿性物料就會(huì)通過磚縫與金屬筒體接觸而發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，腐蝕筒體，據(jù)相關(guān)資料介紹，預(yù)分解窯在該處的年腐蝕量超過 0.5mm，若停窯頻繁、配料不當(dāng)，年腐蝕量會(huì)成倍甚至幾倍增加，用不了幾年，筒體的厚度減少量就會(huì)超過百分之三十，所以個(gè)別窯僅運(yùn)行幾年就會(huì)因筒體變薄而裂紋就是這個(gè)道理，裂紋的形式多為環(huán)向，但有時(shí)也因腐蝕麻坑的形式產(chǎn)生不規(guī)則裂紋。這是筒體應(yīng)力與腐蝕作用的綜合結(jié)果，斷口形式表現(xiàn)為脆斷，裂縫中多夾有氧化皮，該處一旦出現(xiàn)裂紋，發(fā)展很快，不易控制，必須引起業(yè)內(nèi)人士的高度重視；其二是由于該處筒體溫度較高，也削弱了筒體強(qiáng)度，不規(guī)則的腐蝕麻坑及焊接缺陷必然造成應(yīng)力集中，這也是該處產(chǎn)生裂紋的重要因素。

3.3 筒體溫度過高引起的筒體開裂
回轉(zhuǎn)窯作為熱工設(shè)備，內(nèi)部火焰溫度可達(dá) 1700 度，盡管筒體受火磚及窯皮的隔熱保護(hù)，傳到筒體表面的溫度也很高，煅燒帶筒體在無窯皮的情況下，即便是新磚，筒體溫度也可達(dá)到 450 度左右，這就極大地削弱了筒體強(qiáng)度，若窯在較高溫度下長期運(yùn)行難保筒體不產(chǎn)生裂紋，特別是在掉磚紅窯的情況下，局部筒體會(huì)失去強(qiáng)度，失去抵抗外力的能力，此時(shí)若措施不當(dāng)，如在高溫區(qū)進(jìn)行強(qiáng)力通風(fēng)甚至灑水降溫，會(huì)使筒體急劇收縮而產(chǎn)生裂紋，因?yàn)榻饘僭诟邷叵碌氖湛s量可達(dá)到膨脹量的 2 倍左右，有的企業(yè)在掉轉(zhuǎn)情況下，進(jìn)行熱態(tài)壓補(bǔ)，往往是補(bǔ)了又掉，掉了再補(bǔ)，結(jié)果是窯皮沒補(bǔ)上，反而傷害了筒體，造成筒體嚴(yán)重變形甚至開裂，有的變形甚至達(dá)到了火磚無法再砌的程度，不得已更換筒體，勞民傷財(cái)，實(shí)不可取。還有一種情況，即焊縫一側(cè)溫度高，一側(cè)溫度低，兩側(cè)膨脹互相限制，便在焊縫處產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，一旦超出強(qiáng)度極限，裂紋隨之而生，并沿著焊縫方向進(jìn)行延伸。

四、回轉(zhuǎn)窯裂紋的預(yù)防措施

以上對(duì)回轉(zhuǎn)窯筒體裂紋產(chǎn)生的主要原因進(jìn)行了簡單分析，以下是預(yù)防筒體裂紋的具體措施。

4.1 縱向裂紋的預(yù)防措施

如前所述，回轉(zhuǎn)窯縱向裂紋多發(fā)生在輪帶墊板或擋塊與筒體的焊縫處，產(chǎn)生裂紋的主要原因是筒體剛度不足、溫度應(yīng)力較大以及附加應(yīng)力等因素，所以在回轉(zhuǎn)窯的設(shè)計(jì)制造過程中，應(yīng)適當(dāng)加大筒體厚度，據(jù)相關(guān)資料介紹，輪帶下筒體厚度應(yīng)不低于筒體公稱直徑的百分之一點(diǎn)五，浮動(dòng)墊板的擋塊厚度不宜大于筒體厚度的百分之五十，擋塊寬度不宜大于 200mm，以降低因支撐反力引起筒體不均
勻變形而產(chǎn)生的附加應(yīng)力和溫度應(yīng)力；墊板面積不宜低于輪帶內(nèi)孔表面積的百分之六十，擋塊與筒體焊縫高度應(yīng)控制在擋塊厚度的百分之六十左右，且不得存在咬邊等缺陷，避免局部應(yīng)力集中而破壞筒體；在安裝過程中，不但要考慮冷態(tài)精度，更要考慮運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的熱態(tài)精度，要預(yù)測各檔輪帶的運(yùn)轉(zhuǎn)溫度，計(jì)算出各檔中心熱態(tài)時(shí)的升高量，并進(jìn)行安裝調(diào)整，使回轉(zhuǎn)窯在長期的運(yùn)轉(zhuǎn)中，各檔受力大小接近設(shè)計(jì)水平，避免因各檔中心升高不同造成某檔受力過大而產(chǎn)生裂紋；在生產(chǎn)維護(hù)中，要保護(hù)好窯皮及火磚，防止筒體因環(huán)向及軸向溫差過大，引起筒體彎曲，避免因局部筒體熱脹冷縮受到相互牽制而產(chǎn)生附加應(yīng)力；在回轉(zhuǎn)窯故障時(shí)，如瓦發(fā)熱，切不可不分析原因，只管卸載，防止回轉(zhuǎn)窯筒體偏離中心線，同時(shí)也不能在紅窯或筒溫過高時(shí)對(duì)筒體進(jìn)行急劇降溫。

4.2 環(huán)向裂紋的預(yù)防措施

回轉(zhuǎn)窯環(huán)向裂紋易發(fā)生在輪帶兩側(cè)筒體的過度筒節(jié)、大齒圈彈簧板與筒體的焊縫處，為了防止裂紋，在設(shè)計(jì)制造時(shí)要充分考慮該處筒體厚度，輪帶兩側(cè)筒體的過度節(jié)厚度應(yīng)接近于輪帶下筒體厚度與中間節(jié)筒體厚度的平均值，以利于因支撐反力造成筒體變形，過度平緩而自然，以利于應(yīng)力的擴(kuò)散，減少應(yīng)力集中；關(guān)于大齒圈下筒體與彈簧板焊縫處的裂紋預(yù)防，關(guān)鍵是要保證筒體剛度大于彈簧板剛度，大齒圈下筒體厚度應(yīng)不低于筒體公稱直徑的百分之一，彈簧板的厚度易取筒體厚度的百分之六十左右，把彈簧板的變形作為消化外力的手段，緩解外力對(duì)焊縫的傷害；在生產(chǎn)維護(hù)中也要盡力保證筒溫縱向、環(huán)向溫差小于 50 度，保證筒體的直線度，減小因筒體彎曲引起的附加載荷，減小因溫差較大造成的附加應(yīng)力；同時(shí)也不能為了檢修或其它方面的方便，在筒體上遂意施焊造成筒體的損傷或造成應(yīng)力集中，若必須在筒體上施焊時(shí)，一定要采取措施，并在用后按規(guī)范切除焊件，并焊件根部打磨干凈，達(dá)到光滑自然的狀態(tài)。

4.3 回轉(zhuǎn)窯過度帶裂紋的預(yù)防措施

過渡帶的筒體開裂，主要原因是筒體遭到窯內(nèi)堿性氣體、堿性物料的腐蝕后筒體變薄所致。所以首先要考慮堿性物料與金屬筒體的隔離，避免其直接接觸，以減少堿性物料對(duì)筒體的腐蝕，其措施有幾個(gè)方面，一是可在筒體內(nèi)表面粉刷高溫防腐涂料，使二者隔離；二是通過火磚濕砌，使?jié)衿霭鼭{，消除磚與磚之間的縫隙，磚與筒體間的縫隙，把堿性物料與金屬筒體隔離開來，減少筒體在存在應(yīng)力下的與化學(xué)腐蝕，延長筒體壽命；也可通過提高筒體厚度的方法延長筒體壽命，如：把筒體厚度提高到筒體公稱直徑的百分之零點(diǎn)七。

4.4 筒體裂紋的其它預(yù)防措施

除了以上裂紋主要預(yù)防措施外，其它措施也不可忽視。如保護(hù)窯皮、保護(hù)火磚，防止筒溫不均或過高，保證筒體材料機(jī)械性能，保證運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下的筒體直線度，減小附加載荷；正?？刂聘G體上下串的速度，嚴(yán)禁加速頂窯；防止大小齒輪咬根，增加徑向頂力等等。若窯筒體已出現(xiàn)裂紋，應(yīng)及時(shí)打止裂孔，并進(jìn)行有效焊接，阻止裂紋延伸；同時(shí)施焊位置應(yīng)選擇在該處筒體橫向中心線以上的 45 度方向；對(duì)于過渡帶的筒體裂紋，若檢測到筒體已遭到腐蝕，且腐蝕量已達(dá)到筒體厚度的百分之三十左右，要做更換筒體準(zhǔn)備，不然可能會(huì)引起大的事故。

五、結(jié)束語

本文分析了回轉(zhuǎn)窯筒體裂紋的主要原因，提出了裂紋的預(yù)防措施，旨在引起同行們對(duì)回轉(zhuǎn)窯裂紋的重視，特別是近些年來出現(xiàn)最多、損失最大的過渡帶筒體裂紋；要堅(jiān)持每年對(duì)回轉(zhuǎn)窯筒體中心線及筒體厚度進(jìn)行檢查，把握筒體壽命；盡力減少因調(diào)整而對(duì)筒體產(chǎn)生附加載荷等。在此也提醒讀者，由于筆者理論水平和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)有限，文中難免有不適之處，望給予批評(píng)指正。