运转中回转窑异常热弯曲事故的处理

前言

回转窑是水泥、冶金、建材、化工等工业的热工核心设备，其正常运行决定了产品的质量、产量和成本。由于回转窑内1500℃高温和较大的温度变化梯度，使窑内存在较高的环向应力，和热应力，其对回转窑运行影响重大。因此，掌握窑设备运行时筒体的温度梯度分布状况，对保障窑的高效安全生产，延长窑使用寿命均有重要意义。本文以某公司ф4.8m×72m回转窑一起异常严重弯曲事故的分析和最后处理结果，说明筒体周向温度差分布数据是窑设备运行中一个非常重要的参数。

一、窑弯曲事故

该回转窑2016年10月以来一直生产正常，但是去年10月20日窑大齿圈处出现异常振动，且振动幅度日渐增大，在将窑尾挡2个支撑托轮同时调进2mm后，该振动仍未减小，此时窑尾窑墩也出现明显晃动。10月22日下午发现窑尾严重弯曲偏摆摩擦到窑尾密封外罩，见图1。

图1 窑尾筒体严重弯曲摩擦到窑尾密封外罩

10月23日因烧成带筒体需要挖补而停窑。立刻对大齿圈的齿顶间隙测量，数据异常，见表1。对大齿圈弹簧板螺栓及其连接螺栓进行了检查，无异常情况。由于未找到筒体弯曲的原因，故没有注意检查窑内窑皮厚度状况。10月26日窑点火升温阶段，虽然做了间歇转窑停窑的校正，但是齿顶间隙和窑尾筒体弯曲数据在校正过程中没有改善。没投料时窑尾弯曲到密封外罩的最小间隙约20mm。投料24h后大齿圈振动随筒体温度升高而加大，窑尾又开始摩擦到密封外罩。

表1 停窑时窑热态大齿圈的齿顶间隙的测量数据（mm）

二、原因分析和处理措施

1、原因分析

窑体在点火升温时，笔者曾处理过十多次因转窑不及时而发生的窑弯曲，但在正常运行中窑发生严重弯曲还是首次。对其原因的排查过程如下：

(1)根据窑体温度扫描数据，窑尾发生弯曲时该处筒体温度约200℃，排除了高温引起筒体刚性变差而弯曲的原因。

(2)停窑后检查窑尾筒体没有裂纹，检查所有大齿圈弹簧板螺栓和连接螺栓，没有发现松动。

(3)停窑检查大小齿轮的齿顶间隙情况。该窑大齿模数为40，理论计算齿顶间隙应为12-13mm，考虑大齿圈径向跳动约2mm，实际齿顶间隙范围应在14-15mm。其停窑热态大齿圈的齿顶间隙测量数据见表1。在7点位置最小齿顶间隙为9mm，比理论值偏小-4mm；在12点位置最大齿顶间隙为22mm，比理论值大9-10mm，二者最大差值为13mm，这说明大齿圈处筒体热变形极大。这样会引起大齿圈的振动。为防止齿顶间隙偏小产生顶齿碰撞，当时将窑尾2个托轮同时向里推进2mm，但是开窑后大齿圈振动没有减小。

(4)大齿圈处筒体周向温差与局部热膨胀量。10月23-26日停窑期间未对大齿圈处窑内副窑皮厚度做检查和清理，导致开窑生产后该处筒体温度分布仍然异常。10月28日调整托轮时，在大齿圈旁感觉筒体圆周向温度分布异常，使用红外测温仪测量发现该处筒体在一圈的温度差最大值接近180℃，其圆周向温度数据见表2。

表2 大齿圈处筒体圆周向的温度测量数据（℃）

在表2中第4点与第11点的最大温度差值为173℃，根据窑筒体热变形的相关研究，得到筒体温差热膨胀量的直径增加量：S=фT(r)△t。

式中，ф筒体直径为4800mm，T(r)筒体Q235钢材在300℃左右范围的热膨胀系数约为0.000012mm/℃，△t筒体温差为173℃。将它们带入上述公式，该处筒体局部直径热膨胀增加量为：S=4800×0.000012mm/℃×173℃=9.96mm。

该处筒体圆周向温度差为173℃，其产生径向近10mm热膨胀增加量，这才是引起窑尾筒体严重热弯曲的根本原因。

2、处理措施

明确弯曲故障原因后，考虑到窑体红外温度扫描仪反映出窑皮增厚数据，调整有关工艺参数将大齿圈处窑内增厚的窑皮逐步烧垮脱落，以清除增厚的窑皮，使该处筒体周向温度差数据逐步减小。1-2天后大齿圈处的振动逐渐减小，第3天该处筒体周向温差值小于50℃，此时窑大齿圈处振动消除，窑尾筒体弯曲恢复正常直线。

该事故造成大齿圈连接螺栓断裂2支，其他多处螺栓连接处出现裂纹，由于处理及时，窑避免出现其他更多故障。由该事故处理过程有以下反思：

(1)该窑过去也曾出现大齿圈开始振动到逐渐加大，之后又自行消失的事件，窑体都未明显弯曲。故这次仅做设备机械检查，如停窑检查大小齿轮的齿顶间隙及弹簧板连接螺栓等，忽略了筒体周向温度差数据，没能找准事故的根本原因。

(2)由于没有认识到筒体周向温度差数据是窑设备运行的重要参数，因此未关注筒体温度差变化数据。实际上窑温度扫描数据已如实反映出窑皮长厚状况，且大齿圈处振动的逐步加剧，也间接反映了该处筒体热弯曲变形。

三、结语

(1)筒体圆周向温度特别是在窑轮带和大齿圈处附近筒体温度差数据，是窑设备正常运行的重要参数。其异常变化关系到窑动态中心线和窑弯曲及托轮动载荷的增加，它们都将直接影响窑设备正常生产运行。因此必须将其纳入窑设备日常管理的重点监查参数之一。

(2)该事故提醒设备管理者不仅要从机械方面查找窑弯曲原因，更要考虑窑是热工设备，必须观注窑体温度参数的异常变化，与生产工艺管理者互相配合来共同保证窑的高效生产运行。

作者：罗红波，张云