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关于近期窑磨事故原因的浅析与措施

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王占光

(焦作坚固水泥有限公司)

  0、引言

  近些年来,窑磨事故较多,主要表现在立磨减速机进轴螺旋伞齿轮断齿,立磨减速机末级行星机构行星轮断齿、开裂;窑上主要表现在过渡带裂纹甚至炸裂。这两种恶性事故的出现,往往因备件加工周期长无法短期恢复正常生产,给水泥企业造成巨大损失。本文现就这两类事故发生的原因进行浅析并提出一些防范措施,意在引起同行以及制造厂商的关注,杜绝或减少类似事故的发生。

  1、事故的表现

  为了方便说明,下面简单叙述一下该类事故的具体表现。

  1.1立磨减速机的事故表现

  立磨减速机的进轴断齿及末级行星机构的行星轮断齿或开裂,往往前期没有明显征兆或征兆时间比较短暂,非常突然。比如减速机输入轴断齿前,振动参数没有超标,可能略有增加,尚未来得及措施,齿已断过;行星轮的轮齿折断或开裂更是如此,振动参数反映均不强烈,但事故就发生了。笔者曾目睹过两台减速机,一台是发现进轴出现断齿,全面检时发现四个行星轮内壁均已出现了裂纹,且有的深度已到边缘状态,如果不检查,回装好的减速机用上就会出现行星轮炸裂事故;还有一台减速机,振动值比平时有增加但仍在允许范围内,且远远小于平时因磨机因料床不稳引起的振动值增大时,就赶快进行降压运行,但几个小时后,行星轮确全部炸裂了。

  1.2回转窑过渡带筒体开裂事故表现

  其实,回转窑筒体裂纹的类型较多,但本文仅就回转窑过渡带开裂进行分析,主要是近些年来此类事故较多,损失较大,有必要单独阐述而已。近些年来,回转窑过渡带裂纹事故频繁,发现裂纹后,即使进行及时加强,也会补了此处,裂了别处,不得不停产更换该处筒体,给企业经营带来困难;更甚者,有的企业在停产冷窑过程中出现了筒体炸裂事故,去年还有一企业在停产多日后出现了筒体炸裂成几节的恶性事故。

  2、事故的原因分析

  2.1立磨减速机输入轴断齿事故的原因分析

  作为立磨主减速机,设计富余应该是很大的,一般情况下并非容易断齿损坏。断齿的原因主要是接触精度不足、偏载挂角,比如螺旋伞齿轮,仅前端很少的部分接触,结果就是前端吃力后端不吃力,全部传动扭矩由前端承担,局部超载在所难免,再加上现在的齿轮均为硬齿面,宁断不弯,结果就可想而知了。细分原因主要有以下几个。一是加工精度不足,一对齿轮副的螺旋角及齿形不符,很难保证正常接触;二是安装时没有对齿轮副进行精确修研,间距没有正确调整,造成接触高度、接触宽度不足,甚至挂角;三是减速机仅对温度、振动进行检测而对噪音没有检测,因检测不全面,当温度、振动表征还在允许范围内的时候,减速机已经事故了,若有噪音检测的话,起码多了一道关卡;四是相关人员对事故判断的经验不足,延误了问题的解决,甚至造成事故扩大。五是不排除齿轮在加工、热处理中,齿轮已经存在如微裂纹等缺陷。

  2.2回转窑过渡带筒体开裂的原因分析

  回转窑筒体裂纹非常常见,但近些年过渡带筒体开裂比较频繁。主要原因有以下几个方面,一是回转窑过渡带没有稳定的窑皮,火砖之间存在缝隙,有害气体、碱性物料对对筒体存在化学腐蚀以及应力腐蚀,使得该处筒体减薄,应力增大;二是该处稳定较高,筒体材料强度下降;三是操作管理不当,造成事故恶化。具体可做如下分析,一是由于过渡带筒体无致密的窑皮保护,该处火砖很难把炙热的腐蚀性气体、碱性物料与筒体完全隔离,生产中碱性气体、碱性物料就会通过砖缝与金属筒体接触而发生化学反应,腐蚀筒体,据相关资料介绍,预分解窑在该处的年腐蚀量超过0.5mm,若停窑频繁、配料不当,年腐蚀量会成倍甚至几倍增加,用不了几年,筒体的厚度减少量就会超过百分之三十,所以个别窑仅运行几年就会因筒体变薄而裂纹就是这个道理,同时也在此说明,这些年的错峰生产,联合停窑,从某种意义说,不能不说对窑不是一种伤害。该处裂纹的形式多为环向,但有时也因腐蚀麻坑的形式的不同,产生不规则裂纹。这是筒体应力与腐蚀作用的综合结果,断口形式表现为脆断,裂缝中多夹有氧化皮,该处一旦出现裂纹,发展很快,不易控制,必须引起业内人士的高度重视;其二是由于该处筒体温度较高,也削弱了筒体强度,不规则的腐蚀麻坑及焊接缺陷必然造成应力集中,这也是该处产生裂纹的重要因素,同时也必须指出,近些年由于火砖的更新换代,很多企业以硅莫砖代替了耐碱砖,增大了导热系数使筒温升高,削弱了筒体强度,也使得热能在此遭到浪费,更有甚的是加剧了该处的应力腐蚀,据相关资料介绍,筒体每升高10°,应力腐蚀的速度增加一倍,可想而知高温对筒体的危害。三是操作管理不当使得事故恶化,比如某厂发现裂纹不及时处理,冷窑期间不慢转窑,岂不知窑在冷却收缩期间托轮的纵向阻力是很大的,已经裂开的窑怎么能够承受这些巨大的拉力呢?等等。

  3、事故的防范措施

  3.1立磨输入轴断齿的预防措施

  立磨输入轴断齿、点蚀情况比较多,笔者认为应从以下几个方面解决,首先在加工精度上必须保证一对齿轮副的螺旋角匹配,齿形精度达到设计精度;第二,安装时必须对齿轮副进行接触精度着色检验,使其接触长度、高度达到要求,必要时要对齿形修研,通过调整使其接触高度、宽度达到要求,避免如挂角等局部的不良现象,使应力得到分散,避免局部过载使得轮齿折断;第三,在操作管理上必须严格观察振动参数、温度的变化,发现有升高的现象,必须认真分析确定原因,到现场查看噪音情况,同时对温度、振动进行手工测试并与仪表比对,判断是否存在问题,防止事故发生或防止事故恶化。第四,定期对减速机、电机地脚螺栓的松紧程度检查,防止因振动造成位置变化,影响对中;第五,经常检查联轴器的运行情况,防止因螺栓松动引起的对中偏离,引起附加载荷的增加。对于查出的问题必须先排除后开机,如对中偏离必须重新找正,若轴承存在问题则必须调整或更换,绝不可使设备带病运行。第六,建议把振动控制参数缩小,知道有些单位已经这样做了,取得了好的效果。第七,在有条件的情况下,增设轴向振动检测仪表,以便判断振动的原因。

  3.2立磨行星轮开裂的预防措施

  对于立磨行星轮开裂事故,想有几项措施可供参考。第一,从设计来讲,可考虑适当扩大外形尺寸,给行星轮增加壁厚提供空间;第二,有了空间就可增加轮壁厚度,以增大行星轮抵抗变形的能力,减小轮壁应力;第三,制造商必须保证加工精度,组装时必须注意轴承游隙的检查,保证轴承游隙一致,防止行星轮受力偏载,组装也必须按规范进行,不得野蛮装卸,造成零部件的损伤。要知道该处一旦一个齿轮故障,会使该处整体机构遭到破坏;第四,减速机组装时也要对齿轮的接触精度进行着色检验,使其达到规范要求,组装完毕后必须把对机壳内部清理干净,防止造成不必要的零件干涉损坏;第五,在使用管理上严格执行操作规程,发现振动、温度参数发生变化,必须认真检查,判断是否存在问题,查不出问题决不能随意开机,防止事故扩大,若查出有问题更不能开机,使问题必须得到处理。第五,加强巡检,认真比较减速机内部噪音的变化,弥补自动化上仅有温度、振动参数检测的缺陷。第六,加强工艺管理,稳定磨机料床,防止设备振动造成附加载荷的增加。第七,加强润滑管理,定期检测润滑油的变化,当发现油内有异常金属杂质时,要分析杂质来源,若判断为减速机内某零件磨蚀而来,则必须处理;还要注意油温的变化,不正常的油温变化,来自轴承的可能性最大,必须结合噪音、振动的变化查清问题;需要说明的是因为立磨润滑油流量很大,有时候温度变化并不明显,特别是突发性故障,所以必须全面观察、全面分析综合判断。第八,与前者一样,缩小振动参数的设定控制值,以便及时提醒关注。第九,在有条件的情况下,增设内齿圈的振动检测,以便观察行星机构的运转情况。

  3.3回转窑过度带裂纹的预防措施

  过渡带的筒体开裂,主要原因是筒体遭到窑内碱性气体、碱性物料的腐蚀后,筒体变薄所致。所以首先要考虑碱性物料与金属筒体的隔离,避免其直接接触,以减少碱性物料对筒体的腐蚀,其措施有几个方面,一是可在筒体内表面粉刷高温防腐涂料,使二者隔离;二是通过火砖湿砌,使湿砌包浆消除砖与砖之间的缝隙、砖与筒体间的缝隙,把碱性物料与金属筒体隔离开来,减少筒体在存在应力下的化学腐蚀,延长筒体寿命;三是可通过提高筒体厚度的方法延长筒体寿命,如:把筒体厚度提高到筒体工程直径的百分之零点七。四是降低该处筒体温度,因为前面讲过,筒体温度每升高10°,应力腐蚀的速度就会增加一倍,何况这里的温度不低于300°呢。有些单位做得很好,就是用炮筒风机对该处进行降温。第五,对火砖的管理上也应注意,有些单位一味的提高砖的档次,如以硅莫砖代替耐碱砖,其导热系数明显不同,结果是该处温度升高几十度,既加快了筒体腐蚀,削弱了筒体强度,也对热能的利用不利,为什么要这样做呢?其实耐碱砖在此处的寿命并不短,或许大家都体会,笔者更是这样认为。第六,要定期对该处进行筒体厚度检测,超声波探伤仪就可完成该项工作,通过检测可以大致掌握腐蚀速度,预测筒体的寿命周期,以便早做准备。第七,当发现出现裂纹后,应及时停窑进行焊接并补强,努力使其运转到合适时间,避免造成大的损失;这些补焊补强工作虽为临时措施,也绝不可麻痹大意,避免新的损伤,比如焊接缺陷的控制等。这些工作完成后,还必须严密监视,出现新的情况,另行措施。第八,裂纹一旦生成,窑的上下串动就应该适当控制,因为上下串动会增加筒体的拉应力,会使裂纹延伸或扩张,不利于裂纹的控制,应减少回转窑上下串动的频率,在此笔者更主张停止窑的上下串动,以利于运转到计划停运时间。第九,若检测筒体厚度的腐蚀量超过了筒体钢板厚度的30%以上,笔者建议做筒节更换处理,不要等到裂纹出现再做处置。当然在运行中也应关注,比如适时注意大小齿轮的振动,正确调整托轮莫让该处承担不应有的弯矩,检修时不能随意焊接起吊环等等。还有一项非常重要,就是要保证运行中的托轮、轮带有很好的圆度和同轴度,因为有了台阶的托轮、轮带会给窑的收索造成极大的障碍,造成筒体轴向应力剧增。

  4、结束语

  近些年来,立磨减速机、窑筒体裂纹发生很多,比较典型;其它设备事故也不少,比较典型的如窑尾提升机因过载或其它原因跳停时开不起来,笔者也在群聊中帮助解决,但有的因处理方法不当或原因判断不准发生事故,造成人员断臂甚至丢命的都有;近期安全上因清库造成人员伤亡的也不少等等,但因本文重点阐述的是窑磨问题,所以在此不多赘述。关于窑磨问题,本文分析了回转窑过渡带筒体裂纹的主要原因,也提出了裂纹的预防措施;磨上也是如此,解释了减速机进轴断齿、行星轮开裂的原因,列出了一些注意事项。但是由于笔者时间仓促,水平有限,分析不到位甚至错误定会存在,在防范措施上也是如此,或许有些措施可能纯属多余,有的可能根本不对,望读者不要盲从,用对的舍错的,也欢迎同行对不适之处批评指正。另外也特别提醒制造商对减速机断齿、轮壁开裂的原因进行分析并采取措施杜绝或减少类似事故的发生,耐火材料厂能够生产出更环保、更节能、更耐用的火砖。再需要说明的是,文中所说磨机减速机比较突然,也不是说就没有一点发现以及采取措施的时间,只要巡检到位,操作注意,还是能够察觉到问题的,这个不是绝对化的事情。

来源:(水泥内参)