引言  
   
 哈爾濱水泥廠新建5號窯1000t/d水泥熟料生產線,在設計上采用了RSP型分解爐和五級懸浮預熱器的窯外分解技術。該生產線于1992年10月點火,進入帶料試生產階段,到1994年下半年發現預熱器四、五級筒的內筒有變形和燒掉現象。經1995年年初檢查,五級筒內筒下部已被燒掉約1/3左右,剩余部分參差不齊。形狀為極不規則的橢圓形,四級筒內筒在程度上有所減輕,但也很嚴重,不能繼續使用。  
    
內筒是預熱器的關鍵部件。在設計中需要單獨進行結構尺寸的確定。內筒的結構尺寸對旋風筒的流體阻力和分離效率都有很大影響,它的燒損變形會使帶料氣流在內筒下端面產生紊亂氣流,容易引起粉塵的二次飛揚或者發生入口的氣流短路,使物料的分離效率降低,熱耗增高,甚至造成預熱器旋風筒堵塞,導致停產。  
   
 前一個時期,這個關鍵性問題沒有更好的解決方法。國內一些水泥企業不得不采取取消末級筒內筒的辦法,以維持生產。國外也有類似方案。如丹麥FLS公司在LP(低壓損)旋風筒上就采用了這種設計。但是與有內筒的旋風筒相比其壓損增高,分離效率降低,比較的差值均在7%左右。  

1  原內筒的結構及失效分析  
   
 五級旋風筒排列方式2-1-1-1-1,各級筒工作溫度如表1。 

圖1  四、五級筒原內筒結構及安裝示意  

1.原內筒;2.旋風筒頂蓋及襯料;3.出口管道及襯料  
    
從內筒的使用情況看,一至三級筒的內筒自1992年10月使用至今無較大的變形和缺損,可繼續使用1～2年以上。這樣看來其使用壽命應在8年左右,說明該內筒在設計上是可以滿足使用要求的。然而四、五級筒內筒的使用壽命僅為1年半。使用壽命短不僅造成預熱器的頻繁大修消耗費用提高,而且修理更換內筒工期長,施工困難等。  
    

內筒失效的主要原因是旋風筒工作時的高溫造成。而高溫條件下的抗蠕變和抗氧化性是衡量內筒質量的標準,原內筒的設計選材為1Cr18Ni9Ti耐熱鋼。該金屬的高溫機械性能試驗如表2。 

由表2的試驗數據可看到,此種牌號的耐熱鋼在溫度達到700℃以上時機械性能參數明顯降低。實際使用中,一至三級筒溫度低于這個范圍。因此內筒能夠滿足使用要求,而四、五級筒溫度高于這個范圍,造成內筒燒壞,盡管在設計上采用了鋼纖維混凝土作防護,但是在旋風筒內高溫高速(12～18m/s)氣(料)流的沖刷下,以及在試生產的初期設備運轉不穩定,停窯后旋風筒內溫度升降頻繁,使鋼纖維混凝土剝落。有時在分解爐內出現煤粉不完全燃燒的情況,部分殘炭被帶入旋風筒內燃燒,短時間溫度有可能達到1100℃甚至更高。使內筒高溫蠕變加快,氧化剝落,導致失效。  

2  “軟聯”內筒的應用  
   

 哈爾濱水泥廠與中國人民解放軍9002工廠進行技術合作,在吸收借鑒國內先進廠技術的基礎上,結合本廠的具體情況設計制造了“軟聯”式內筒,并于1995年4月對四、五級筒內筒進行了改造。  

2.1  “軟聯”內筒的結構  
    

“軟聯”內筒在結構上將原來的整體結構改成由若干塊短圓弧形的掛板排列安裝圍成圓形的“軟聯”式內筒。掛板座、掛板和防振銷均采用V法鑄造(真空密封造型)工藝,一次成型,每塊掛板的上部鑄成掛鉤,下部鑄成溝槽,這樣上下兩排掛板可實現首尾相連,形成懸掛式的“軟聯”內筒。內筒的整體穩定性是靠兩方面來保證的。一是安裝時上下兩排掛板交錯壓縫排列安裝;二是在最下排掛板的底部安裝有防振銷。使內筒工作時更加穩固。最上一排掛板由掛板座與旋風筒頂蓋聯接。使“軟聯”內筒與旋風筒形成一個穩固的整體。“軟聯”內筒的結構如圖2所示。  


圖2  “軟聯”式內筒結構及安裝示意  

1.掛板座;2.壓板;3.掛板;4.防振銷;5.出口管道及襯料;6.高強耐火混凝土;7.旋風筒頂蓋及襯料;8.硅酸鋁纖維氈  
    

“軟聯”內筒在設計確定掛板數量和重量時需要考慮以下兩點:第一是每排掛板的塊數確定,每塊形狀不能太大,以能進入旋風筒人孔門為宜。第二是每塊掛板的重量確定,以搬運和安裝方便為宜。內筒設計成三排掛板,每排由16塊組成,掛板規格為720mm×470mm×20mm,重量為66kg/塊。  
    

為了提高內筒使用的可靠性，在選擇材質上是考究的，掛板材質選用3Cr26Ni13。這種材料與1Cr18Ni9Ti相比，它的高溫機械性能在抗拉強度和抗蠕變抗氧化性能都有很大提高，尤其是采用了V法鑄造工藝，不僅保證了鑄件的尺寸精度而且也保證了鑄件表面的光滑。因此新內筒外表面不需要涂敷耐火襯料，減少了大量檢查維護工作。  

2.2  改造安裝  
    我廠對四、五級內筒的改造用了10個班。具體內容如下：  
    1）旋風筒內綁絞手架，設工作平臺。  
    2）拆除原內筒及內筒與出口管道的環向高約180～200mm的襯料。  
    3）按設計尺寸安裝掛板座，并與旋風筒上蓋焊接。  
    4）按順序上掛板，最后上防振銷。  
    5）內筒安裝完成后，再對掛板座處的不向縫填滿高強耐火混凝土（如圖2中6的部位)。  
    以上旋工的關鍵是：  
    1）掛板座的安裝要可靠，若掛板座松動或脫落，后果是堵旋風筒。因此在設計時在掛板座上安裝了一個壓板，提高強度。  
    2）安裝掛板座的環向縫要封填好，它對掛板座起到保護作用，要對耐火混凝土搗實，養護。  

2.3  檢修方法  
   

 根據我們使用的經驗，每4～6個月進行一次檢查，檢查內容包括：  
    1）檢查每塊掛板是否變形或出現裂紋；  
    2）防振銷是否松動脫落；  
    3）高強耐火混凝土是否剝落，掛板座是否開焊等。  
   

 前兩項檢查時可不進入旋風筒內。若發現掛板變形較大或裂紋即奕對其進行檢修，此時可同時進行最后一項檢查；更換掛板的檢修作業一般需要2～3個班，作業人數2～4人即可完成。我廠更換掛板均與中修同步進行，未對平時的窯運轉構成的影響，四、

五級筒3年半總計更換掛板11塊。  

3  應用效果  

3.1  改造容易、檢修方便、工期短  
    

由于原內筒是整體制造,打鋼纖維耐火混凝土后整體安裝就位。這樣在以后更換安裝時需要在出口管道上拆掉2 m多耐火磚,再割掉2 m多管道,方能整體放入內筒。然后再對出口管道及耐火磚重新焊接和砌筑,同時還需要動用大型吊車配合檢修作業,檢修作業在30～40 m高空進行。不僅工程量大,工期長而且檢修費用高,施工難度大。新內筒與之相比,較為簡單。  

3.2  使用壽命長  
   

 原內筒使用壽命僅1年半。而新內筒使用3年半后仍完好,根據使用程度估算仍可使用2年半以上。這樣新內筒壽命約在6年左右。新內筒是原內筒壽命的4倍。  

3.3  設計合理,結構簡單  
   

 原內筒為整體結構,受高溫影響必然產生應力變形,而新內筒把整體結構劃為小的單元結構。安裝中無緊固件,工作部件靠自重自然懸掛,分散了熱應力集中產生的變形,保證了內筒的整體上的圓度,滿足了工作需要。  

3.4  年消耗費用比較  
    1)原內筒:  
    12萬元/個×2個=24萬元  
    耐火混凝土:  
    2600元/t×2t=5200元  
    四、五級筒合計費用:24.52萬元  
    使用期:1.5年  
    年均消耗費用為:16.35萬元  
    2)新內筒:  
    12.65萬元/個×2個=25.3萬元  
    使用期:6年  
    年均消耗費用:4.25萬元  
    16.35-4.25=12.1萬元  
  

  通過以上計算,年均消耗費用比較可以看出,應用“軟聯”內筒后每年可以節約消耗12.1萬元,3年半時間直接為企業節約消耗42.35萬元,這里面還不包括檢修工作量和工期減少節約的費用。  
    

5號窯生產線在應用“軟聯”內筒后的3年半里,累計生產熟料79.6萬t。預熱器分解率達到90%以上。截止到1998年12月20日,該生產線已經順利完成熟料產量292 739t,運轉率達到83.77%,窯臺時產量41.13t/h,提前10d實現1998年度的達標達產。