要：针对鄂州球团有限公司出现的回转窑炉衬寿命短、局部容易破损的难题，结合炉窑运行过程中的技术改进，开发了回转窑控制结圈技术、炉衬材料技术、窑头及窑尾在线喷补技术，使窑衬寿命由3～6个月提升至24～26个月，回转窑作业率由原来的70%提升至98%。针对支撑结构存在着结构与材料的缺陷，开发了防脱落型保持条，解决了保持条的开焊脱落问题;同时，开发出滑动轴承座的密封技术，有效降低了支撑轴瓦润滑油的消耗量。
关键词：球团;回转窑;耐火材料;结圈
武钢资源集团鄂州球团有限公司拥有1条单机生产能力为万t/a的链篦机-回转窑球团设备，是亚洲最大规模的球团生产线;其设计由美国Metso公司与中冶长天国际工程有限公司联合承担，整个生产线的自动化程度和工艺技术水平都很高。设备配置中，部分单体设备从国外引进，链篦机、回转窑及环冷机三大主体热工设备由国内制造，最后由武钢进行产线设备和技术集成。项目组对筒体按设计现场制作安装;精度要求高、工艺复杂的托辊、托辊轴、滚圈、大齿圈及传动设备设施等在设备厂家制造好后发往现场;托轮轴承座、摩擦环、超越离合器、反转控制器等在技术、材料和制造能力上无法突破的备件从国外直接引进;回转窑的核心材料———耐火窑衬在吸收国内小型球团线窑衬的技术基础上，决定采用国内已有的技术自制。鄂州球团生产线年12月点火投产，经过10年的探索与实践，开发出确保特大型球团回转窑稳定长寿运行的关键技术，生产作业率远超过90.3%的设计水平，大修寿命提高到2年以上。
1鄂州球团回转窑的概况与存在的问题
鄂州球团回转窑窑体尺寸为Ф6.m×45.72m，斜度40mm/m(即4%)，传动形式为：2套传动装置位于大齿圈两侧，两侧分别布置;1套辅助传动装置，1套柴油机传动装置。传动方式分别为：电机加主减速机加联轴器加小齿轮加大齿轮(2套)与柴油机加减速机加反转控制器加超越离合器加主减速机;辅助传动方式为：辅助电机加减速机加超越离合器加主减速机;筒体转速范围：0.30～1.71r/min;筒体材质为16MnR钢，窑衬采用低水泥结合高铝莫来石质浇注料。
特大型球团回转窑工作环境处在粉尘较多的状态下，工矿条件复杂，小时产量为t，窑内填充率高，利用系数为10.32t/m3，工作温度允许达到℃，属低速重载高温的热态旋转设备。按照原始设计配置有2个难点。
1)传动部分因托辊装置中托辊及轴由国内制造，而轴承座由国外提供，且国内球团回转窑多采用滚动轴承，采用滑动轴承没有可借鉴的经验吸取;另外，对于大型回转窑来说，国内没有其他回转窑采用液压调节挡轮窜窑装置。托辊不仅要支撑窑的负载，而且还具有调节窜窑的作用;这就决定了托辊轴在轴瓦上不仅有径向运动，而且有轴向运动;托辊轴会随负载变化时刻游动。当托辊位置不适时，窑体窜动量过大会造成挡轮失效，引发事故。同时，由于窑体窜动，滚圈保持条也承受很大的径向摩擦力和轴向推力，容易导致焊缝开裂脱落，严重时滚圈移位，导致事故。
2)大型回转窑窑衬因制造能力不能达到国外设计要求，若安装进口窑衬，将会因国内筒体制造精度不达标而难以实现，因此，大型回转窑窑衬只能采用国内通常使用的耐火材料。从回转窑行业的运行来看，结圈是1个共性问题[1-4]，圈的厚度直接影响炉衬寿命;而减少结圈最主要的手段是保证生球质量，鄂州球团原料在设计上选用80%的国外造球精粉(赤铁矿)，20%的国内精粉(磁铁矿)，比表面积要求达到～mm2/g;但实际原料不能满足设计要求，结圈在所难免。因而，采用国内窑衬技术，对耐火材料防脱落性能要求高;否则因耐火材料失效导致大型回转窑红窑事故频发，无法生产。
年12月31日，鄂州球团生产线建成投产，投产后因回转窑非计划停机导致全厂停产的时间统计见表1;检修时间与周期见表2。
由表2发现：大型回转窑的炉衬寿命短和托辊装置故障频发是2个难点问题，不仅影响生产作业率，且极易导致重大设备事故。因此，寻找解决这2个难点问题的技术，成为大型回转窑高效运行的关键。
2鄂州球团回转窑的系列关键技术
回转窑结圈后，窑的负荷加大，会使传动部分，特别是滚圈与保持条之间，托辊与托辊轴以及托辊轴与轴瓦之间受力增大。如果结圈或掉圈不均匀，窑速失控，会对机械传动部分以及电器设备造成危害。因此，控制回转窑结圈、减少因处理结圈停产而导致筒体急冷急热，是炉衬稳定运行的基础。
2.1回转窑结圈控制技术开发
回转窑在生产中是与工艺技术状况密切关联的设备，控制结圈既是生产的重点管控内容，更是保障设备运行状态的手段。常规技术控制结圈主要是调整燃烧器火焰的长度和形状，改变高温带位置。该技术虽然有一定的效果，但结圈部位圈的厚度、长度不能准确定位。改变燃烧带的长度以提高温度来除圈，消耗时间长，结圈物剥落较少。而采用升温降温工艺措施，虽然除圈较为干净，但往往伴随停产和掉圈对炉衬耐火材料的损害。特别是窑头窑尾在正常工况下就存在温度变化较大的问题，加上钢结构设计上为风冷卡口铁结构形式，炉衬只能全浇注，往往损坏速度更快。
为解决上述问题，开发了回转窑筒体的红外线扫描系统，通过红外线对除窑头窑尾外的筒体表面温度进行扫描测量，根据温度的数据显示判别结圈的厚度与部位，从而移动燃烧器或改变火焰形状精准除圈。与此同时，利用整个球团生产线改造后适用性提升的有利条件，将赤铁矿配比由80%减至20%，降低系统温度℃左右，能实现系统较均匀的在线除圈，从而有效解决了回转窑负载大及炉衬因结圈大超过抗拉强度而剥落的问题。
2.2回转窑窑头窑尾在线喷补技术开发
因筒体窑头窑尾处有冷却风道，红外线扫描系统无法准确判断窑头、窑尾温度，所以窑头、窑尾的炉衬要通过目测观察其状况。因回转窑窑头、窑尾部风道的耐热件与筒体采用螺栓连接，其炉衬耐火材料只能采用分片浇注的型式，生产中头尾部温度变化大，当工艺参数调整失当时，容易产生正压，窑头、窑尾筒体及螺栓的温度易超设计值，炉衬耐火材料会出现裂纹，产生剥落。根据这一特点开发了回转窑在线喷涂修补技术，开发的热态在线修补料、结圈修补料性能如表3，提高了回转窑的作业率和窑头、窑尾耐火材料的寿命。
2.3回转窑耐火材料技术开发
大型回转窑国产窑衬要稳定运行，延长使用周期，除控制结圈外，耐火材料自身的材料理化性能、制造工艺、结构形式、烘烤方式等都需要进行技术开发。由于窑身炉衬采用传统的砖与浇注料结合、窑头窑尾采用浇注料的方式，结合鄂州球团回转窑的特点，改变了原国内窑衬材料统一的做法，根据大型回转窑头部、中部、尾部的温度不同，工况差异，采用不同理化性能的耐火材料。
头尾突出耐磨性，中部突出抗渣性，所有耐火材料突出抗热震性;同时，采用不同的结构型式的砖型砌筑，提高了炉衬的抗剥落与抗结圈性能。中部用浇注料及预制砖的理化性能要求为：w(Al2O3)≥65%;℃×24h下的耐压强度不小于60MPa，抗折强度不小于7MPa，体积密度不小于2.6g/cm3，℃×3h下的耐压强度不小于75MPa，抗折强度不小于10MPa;烧后线变化率(℃×3h)为-0.3%～+0.3%;0.2MPa下变形量0.6%的荷重软化温度为℃，高温抗折强度(℃)不小于1.5MPa。
头尾部用浇注料及预制砖的理化性能要求为：w(Al2O3)≥68%;℃×24h下的耐压强度不小于70MPa，抗折强度不小于8MPa，体积密度不小于2.7g/cm3，℃×3h下的耐压强度不小于80MPa，抗折强度不小于11MPa;烧后线变化率(℃×3h)为-0.3%～+0.3%;0.2MPa下变形量0.6%的荷重软化温度为1℃，高温抗折强度(℃)不小于2MPa。
选择耐磨性更好的原料及材料提高窑头、窑尾炉衬的耐磨性能，以提高其使用寿命。对窑衬结构形式进行了改进工作;耐火材料除了材料性能提升外，防止结圈整块粘落也是关键。如图1所示，通过改变窑衬砖的尺寸，分别设计头、中、尾三部分不同厚度的炉衬结构(，，mm)，提高了砖料中锚固件焊接处的稳定性，有效控制了焊点的氧化脱落问题。同时，通过缩短砖长，增大砖的锚固件尺寸，增强了砖在筒体上的锚固能力。其次，改变锚固钉的形状及砖的断面形状，通过结构形式的变化，实现防止砖料整块脱落的目的。砖料断面由国内通常的矩形改为梯形断面，实现了相互间的自锁功能。
通过将锚固件由V型改为多叉形，达到分层锚固耐材，增强炉衬耐火材料强度的目的，有效解决了砖料整块剥落红窑的问题。采用预制砖和浇注料结合的炉衬砌筑设计，耐火材料自身的强度不同于全砖结构，浇注料的强度要通过烘烤来实现。按原有技术往往只利用窑的燃烧器来烘烤，窑头受燃烧器结构限制，无法直接烘烤。窑身其他部位也因燃烧器是定点升温，各段不能按升温曲线分别实施，导致耐火材料寿命不能达到预期。通过设计了如图2所示的窑头烘烤燃烧器，解决了窑头炉衬不易均匀烘烤的难题。同时，利用燃烧器的移动及火焰的移动，实行分段分阶梯烘烤，从而保证了窑衬各段的耐材严格按照曲线升温，提升了窑衬寿命。
2.4回转窑支撑部分防磨防脱落技术开发
大型回转窑采用滑动轴承来支撑托辊，采用滚圈来支撑筒体。当回转窑旋转时，筒体与滚圈相对滑动。当窑的负荷变化时，托辊及轴的负荷发生变化，导致托辊在滑动轴承上既做旋转运动又做轴向运动。这就使滚圈保持条焊缝易开裂脱落，轴承座密封经常失效，且损伤托辊轴;长时间使用后会产生滚圈移位及托辊轴失效的恶性设备事故。经过技术分析，开发出防脱落型保持条，该技术使用后，彻底解决了保持条的开焊脱落问题，使滚圈长期处于稳定状态。
在球团回转窑运行过程中，还开发出应用于滑动轴承座的密封技术。该技术应用于托辊装置上后，改变了美国Metso公司只能通过调窑改变轴位，或对密封端盖加垫改变密封位，以避开磨损部位，并通过更换密封圈达到防止漏油的技术方案。这从根本上颠覆了原有设计的思想，彻底解决了托辊轴及其密封磨损漏油、油质污染，铜瓦磨损失效等问题，这是国外制造商没有解决的技术难题。
3结语
武钢资源集团鄂州球团有限公司单机生产能力为万t/a的链篦机-回转窑设备是采用国外部分设备备件，经过自主开发、设计完成的亚洲最大的球团生产线，经过投产后系列的关键技术开发，球团设备的水平不断提高，作业率由原来的70%提升至98%，窑衬寿命由3～6个月提升至24～26个月，综合经济效益显著，为武钢高炉的炉料稳定供应、提高炼铁生产水平提供了技术支撑和保障。通过消化吸收再创新，提升了国内大型球团回转窑的设计、研发、制造水平，为大型回转窑在球团生产线上的应用积累了丰富的经验，为我国球团装备大型化打下了坚实的基础。
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