回轉窯拖輪改造

劉永燕

(新疆新鑫礦業股份有限公司阜康冶煉廠阜康831500)

回轉窯拖輪改造

劉永燕

(新疆新鑫礦業股份有限公司阜康冶煉廠阜康831500)

針對系統中回轉窯拖輪在運行過程中暴露出的問題，經過綜合分析，對回轉窯拖輪的材料選用、軸承選用進行了變更，提高了回轉窯的運轉率，并降低了維修人員的勞動強度。

回轉窯載荷材料軸承選用磨損

1 概述

回轉窯是指旋轉煅燒窯（俗稱旋窯），屬于建材設備類。回轉窯按處理物料不同可分為水泥窯、冶金化工窯和石灰窯。其中冶金化工窯主要用于冶金行業鋼鐵廠貧鐵礦磁化煅燒；鉻、鎳鐵礦氧化煅燒。

回轉窯最重要的組成部分就是筒體，由鋼板卷制而成，筒體內鑲砌耐火襯。一般回轉窯的規格也是按筒體長短及內徑大小而規定的。回轉窯筒體的中心線一般與地面的水平線成一定的傾角。筒體的支撐是通過支撐裝置來完成的，通常通過數道輪帶安裝在數對托輪上，由傳動裝置驅動慢速回轉。筒體的外端有大齒輪，它與小齒輪嚙合。電機帶動小齒輪旋轉，將動力傳遞給大齒輪，帶動筒體攪動物料，使物料充分氧化，達到理想的化學反應。

2 工作原理

圖1 回轉窯簡圖

由窯尾把生料粉加入回轉窯，由于窯筒體與水平呈一夾角安裝在托輪上(尾高，頭低)（圖1），筒體在傳動裝置驅動下旋轉時，生料在筒體內沿周翻滾的同時，沿軸線由窯尾向窯頭移動；在窯頭有燃燒器將燃油或煤粉噴入已點燃的窯內，所形成的火焰或熱氣向窯尾流動，這樣使沿周向翻滾且沿軸線由窯尾向窯頭移動的生料粉在移動的過程中被加熱煅燒，生料粉在加熱和煅燒過程中發生物理和化學反應，最終煅燒成熟料由窯頭卸出。

3 存在的問題

多品種車間回轉窯主要擔負貴金屬車間漿化配料后溶液的酸化焙燒任務，其設備的工作狀態直接影響到系統產品產量。2011年初，多品種車間擴產，新投入的Φ800回轉窯在運行初期，回轉窯拖輪、擋輪故障頻發，導致回轉窯不能正常運行，無法達到設計要求，嚴重影響車間任務的完成。經過統計分析，拖輪磨損、表面裂紋占到了48%，軸承損壞占到了總維修次數的52%。

4 問題分析

多品種車間回轉窯窯體總長9 m，共安裝拖輪2對。針對拖輪表面裂紋和軸承損壞的形式，進行了分析。

4.1 表面裂紋

表面裂紋集中在靠近拖輪兩側邊緣，見圖2。

圖2 拖輪剖面圖

拖輪的主要基材為HT20-40，材料本身具有自潤滑性能，且具有良好的加工性、耐磨性、減震性，但強度較低，壁厚20～40 mm時，抗拉強度為165 N/mm2,由圖2可知，拖輪邊緣厚度最厚處為15 mm，而裂紋多是分布于距離邊緣20 mm的范圍內的冷裂紋，顯示強度不足。

4.2 拖輪軸承損壞

拖輪采用的是311單列向心球軸承。此類軸承主要承受徑向載荷，其結構簡單，摩擦系數小，極限轉速高，高速旋轉時可用來承受純軸向載荷，但是抗沖擊能力差。而回轉窯拖輪的現場工況為：轉速較低，＜20 r/ min；精度要求一般，不需要自動調心。

通過現場查看回轉窯的安裝工況，一般安裝坡度為3%～4%，而現場的回轉窯由于安裝誤差，其安裝坡度為6°。拖輪的安裝位置見圖3。

圖3 拖輪安裝位置示意圖

5 采取的措施

通過查閱《實用金屬材料手冊》，鑄鋼的機械性能遠優于灰鑄鐵，通常被用于制造重型機械的零部件。ZG25的屈服強度為240 N/mm2，抗拉強度為450 N/mm2，完全能夠滿足現場需求。與ZG25機械性能相近的還有45#碳素鋼，但由于制作的滾輪直徑較大，所以采用ZG25代替灰鑄鐵自作拖輪。

根據拖輪的安裝方式，對回轉窯拖輪的受力進行了分析，見拖輪正面的受力分析簡圖，見圖4。

圖4 拖輪正面的受力分析簡圖

在拖輪的自重忽略不計的情況下，拖輪承受來自窯體的壓力，與重心方向呈30°，運用力的平行四邊形法則，對拖輪受到的壓力進行分解，得到PX和PY，窯體自重約3 000 kg，投入的物料約500 kg，狼牙棒488 kg，由2組拖輪支撐，所以，每個拖輪承受的合力P約為997 kg。通過理論計算，PX=499 kg；PY=864 kg

從另一個方向對垂直向下的力PY再次進行分解，得到軸向力PX’和徑向力PY’。其中，根據平行四邊形法則，徑向壓力PY’為858 kg，軸向壓力PX’為91 kg。對兩個徑向力合成，得到總徑向壓力：P≈993 kg所以，拖輪實際承受2個方向上的壓力，分別是：P=993 kg（徑向力）；PX’=91 kg（軸向力）。

根據軸承的特性：同時承受軸向和徑向載荷時可選用角接觸軸承和圓錐滾子軸承，而一般滾子軸承的承載能力大于相同尺寸的球軸承，且承受沖擊載荷能力更強。因而確定用圓錐滾子軸承替代原設計中的球軸承。根據圓錐滾子軸承成對安裝特性，用兩個圓錐滾子軸承代替原設計中的單列向心球軸承。

強度校核：校核3212圓錐滾子軸承的徑向載荷

根據徑向動載荷

根據現場狀況，溫度系數、載荷系數均取1；壽命指數?=10/3；31312軸承的額定動載荷Cr=138 kN,將以上數據帶入上式：

由于回轉窯拖輪需要隨時調整，單輪承受的載荷需要增大。通過核算，31312軸承承載能力完全滿足要求。

拖輪的最終的結構形式見圖5，拖輪軸加工圖見圖6。改造后，拖輪的工作狀態（圖7，圖8）：

圖5 拖輪的最終的結構形式

圖6 拖輪軸加工圖

圖7 拖輪安裝圖

圖8 拖輪工作狀態圖

6 改造效果

改造后回轉窯運行一年來，拖輪組件維修次數為0，調整15次。此項改造,不僅解決了拖輪頻繁損壞造成的設備運轉率不達標問題,同時也大大降低了維修人員的勞動強度，為工藝指標的落實提供了保障。

7 結束語

此項改造主要是基于回轉窯安裝角度偏差進行的。改造從根本上解決了拖輪軸承強度不足問題，減少了維修工作量，也降低了維修成本。

參考資料

[1]劉澤九.滾動軸承應用手冊.北京:機械工業出版社，2006，1.

[2]【美】J.E.希格利C.R.米什科.機械設計通用手冊，河南大學機械學院譯.機械工業出版社，1993，8.

收稿：2014-03-21