2017年2月3日，某公司回轉(zhuǎn)窯(∅4.8m x74m)筒體在開機過程中發(fā)現(xiàn)34.2m處回轉(zhuǎn)窯60~28m過渡帶附近出現(xiàn)一條500mm長環(huán)向裂紋，隨后立即對該處筒體進行了探傷檢測，結(jié)果顯示在該裂紋環(huán)向共有三道長短不一的裂紋。考慮窯簡體加工制造需要較長時間，為了保證生產(chǎn)，采用了應(yīng)急處理方案，堆焊裂紋，在筒體發(fā)生裂紋的周向加焊了20塊δ=40mm的筋板。

2018年1月原裂紋加強筋板邊緣(靠窯尾方向)處又出現(xiàn)三段環(huán)向裂紋，止料停窯后約24h，回轉(zhuǎn)窯按要求冷卻至常溫，該處又出現(xiàn)數(shù)十道長從100mm至1200mm不等的環(huán)向裂紋，于是按照檢修計劃更換了該處2.8m長筒體。

拆除耐火磚，硅莫磚部位筒體吸潮“冒汗”現(xiàn)象嚴重，窯筒體形成柵格狀有大量的腐蝕層，對腐蝕層與簡體進行了化驗檢測，對窯筒體整體進行了測厚與探傷，化驗結(jié)果顯示腐蝕層CLˉ含量達到3.73％，磷化物含量高達5.95％，硫化物濃度達0.18％，筒體最薄區(qū)段為37.8~47.8m段δ=28mm的10m長窯筒體，且37.8m處擋磚圈階梯靠窯頭側(cè)有20～30mm寬的環(huán)向凹槽，最薄厚度達到14mm。

本文結(jié)合該案例分析回轉(zhuǎn)窯筒體裂紋及腐蝕機理，并介紹處理及預(yù)防措施。

1 簡體產(chǎn)生裂紋的原因、處理及預(yù)防

1.1 筒體產(chǎn)生裂紋原因分析

二檔與三擋輪帶之間δ60過渡與δ2鋼板8簡體鋼板焊縫處溫度與應(yīng)力交變負荷最大，該處是窯筒體的薄弱點，通過經(jīng)緯儀檢測Ⅱ檔中心點與Ι、Ⅲ中心點偏離(16，6)，檢測舊筒體圓度為14mm，該處變形嚴重，交變應(yīng)力、回轉(zhuǎn)窯中心線變化及筒體變形導(dǎo)致過渡帶附加應(yīng)力變大，是筒體產(chǎn)生裂紋的條件之一。

由于過渡帶窯磚縫隙大，且該處窯筒體窯皮沒有其它位置致密，耐火磚很難把炙熱的氣體、堿性物料與筒體完全隔離，高溫下原材料、耐火材等產(chǎn)生堿性物質(zhì)通過磚縫與窯筒體接觸而發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，筒體腐蝕。

2017年11月至2018年2月，公司所處地區(qū)最低溫度低于-10℃，硅莫磚中磷具有強烈的固溶強化作用，而且磷在結(jié)晶過程中，容易產(chǎn)生晶內(nèi)偏析，使局部含磷量增高，導(dǎo)致韌脆轉(zhuǎn)變溫度升高，從而發(fā)生冷脆，使鋼的硬度、強度上升，而塑性、韌性下降，停窯冷卻后筒體裂紋短時間內(nèi)由三條增至數(shù)十條，說明冷脆是裂紋擴張的關(guān)鍵因素。

1.2 筒體裂紋處理方法

處理筒體裂紋最佳的方法是更換產(chǎn)生裂紋的筒體，但更換筒體的技術(shù)難度大、投資多、耗時長，尤其是窯筒體需提前預(yù)定加工，且運輸困難，因此在銷售旺季會造成較大經(jīng)濟損失。

首次發(fā)現(xiàn)裂紋，停窯降溫，拆除裂紋處簡體耐火磚，探傷檢測，確定裂紋長度、走向和端部位置；在裂紋兩端打止裂孔，用碳弧氣刨在裂紋處打60°V形坡El，并打磨；打磨后用JQMG50-6氣體保護焊絲焊接，同樣在筒體內(nèi)壁裂紋處打坡口，打磨焊接；再次進行探傷檢查，合格后加熱保暖緩冷至常溫，用20塊δ=40 mm加強筋在裂紋環(huán)向焊接．如圖1

回轉(zhuǎn)窯運行一年后，原裂紋加強筋板邊緣(靠窯尾方向)處又出現(xiàn)三段環(huán)向裂紋，臨時處理上述裂紋，打止裂孔與坡口，焊加強筋板(圖1B)。止料停窯后約24h，回轉(zhuǎn)窯按要求冷卻至常溫，窯筒體在該處又生出數(shù)十道長從100mm至1200mm不等的環(huán)向裂紋，由此看來不規(guī)則的加強筋板焊接后產(chǎn)生的殘余應(yīng)力無法完全消除，產(chǎn)生了焊接應(yīng)力，破壞了筒體的原有受力平衡，加劇了筒體產(chǎn)生的變形。于是按照檢修計劃更換了裂紋處2.8 m窯簡體，筒體厚度由原28mm更換為36mm。

1.3 裂紋防范措施

34.2m處裂紋位于60m與28m過渡段，呈環(huán)形，該處溫度與應(yīng)力交變負荷最大，為了適當降低交變應(yīng)力，提高筒體允用應(yīng)力，就簡體設(shè)計與制造上可適當減小厚度過度梯度，如在中間設(shè)計一段36mm厚筒體，讓其緩慢過渡至28mm厚，以利于變形平緩自然，同時保證應(yīng)力易于擴散，減少應(yīng)力集中；運行維護方面，從窯操分析，盡量控制單位距離內(nèi)筒溫值在50℃內(nèi)，有利于減小附加彎曲應(yīng)力及溫差應(yīng)力，保證正常控制窯體上下竄的速度，嚴禁加速頂窯。

從日常巡檢分析，要確保運轉(zhuǎn)狀態(tài)下的筒體直線度，減小附加載荷；檢修方面，不能為了施工方便，在筒體上隨意施焊，對于已有的裂紋筒體，要及時打止裂孔，阻止裂紋延伸，并按規(guī)范標準施焊，焊接完畢務(wù)必按規(guī)范將施焊處打磨干凈。建議不要隨意增設(shè)加強筋，因為加強筋在加工制作上很難保證所有的形狀、尺寸誤差完全一致，且加強筋施焊達到標準的均勻分布也有一定的難度，對于裂紋嚴重的回轉(zhuǎn)窯，及時更換窯簡體。

2 簡體腐蝕的原因、處理及預(yù)防

2.1 筒體腐蝕的原因

回轉(zhuǎn)窯簡體腐蝕是國內(nèi)許多水泥廠出現(xiàn)過的較為復(fù)雜的綜合性技術(shù)問題，公司2018年大修理期間，硅莫磚部位簡體吸潮“冒汗”現(xiàn)象嚴重，窯筒體形成柵格狀有大量的腐蝕層，磚下腐蝕嚴重，銹層較厚且硬脆，呈大片狀剝落，如圖2。

分析剝落的腐蝕層，檢測發(fā)現(xiàn)CLˉ含量達到3.73％，磷化物含量高達5.95％，硫化物含量達0.18％，檢測結(jié)果如表1。

腐蝕層主要成分是鐵的氧化物、磷化物、少量氯化物和硫化物，筒體內(nèi)壁腐蝕是高溫氧化、硫化和氯化腐蝕。筒體腐蝕段原材料為20#鋼(普通低碳鋼)，普通鋼并不耐高溫氧化，在200～300℃時即產(chǎn)生可見的具有保護性的氧化膜，在400℃高溫下年氧化厚度接近0.5mm，而筒體內(nèi)壁溫度更高，這就說明筒體的氧化十分嚴重。

高溫含硫燃氣中低碳鋼產(chǎn)生熱腐蝕，熱腐蝕破壞起正常保護作用的氧化膜，加速氧化速度；另外在高溫環(huán)境中氯和氯化物對鋼鐵產(chǎn)生強烈腐蝕。腐蝕產(chǎn)物可形成低沸點(324℃)的易揮發(fā)物的FeCI₃，使得腐蝕產(chǎn)物失去保護性，從而促進氧化和熱腐蝕。

2.2 筒體腐蝕處理方法

發(fā)現(xiàn)筒體出現(xiàn)腐蝕后，迅速組織技術(shù)人員將內(nèi)壁腐蝕層清除，所有硅莫磚簡體均采用濕砌，定制加工磚將原磚縫錯開，增加一層擋磚圈，在擋磚圈腐蝕嚴重部分增設(shè)一圈不銹鋼板防止該處筒體內(nèi)壁與耐火磚直接接觸，如圖3。

2.3 筒體腐蝕防范措施

筒體腐蝕主要原因是高溫氧化、硫化腐蝕、氯化腐蝕。考慮將堿性氣體或物料與筒體隔離，可減緩腐蝕，通常采用的措施包括：刷高溫防腐漆、裝不銹鋼板防止筒體內(nèi)壁與耐火磚直接接觸；通過濕砌耐火磚包漿減小或消除磚縫也可把堿性物料與筒體隔離；點火投料是均勻掛窯皮，形成致密保護層可有效保護窯筒體；也可通過提高簡體厚度延長簡體壽命，日常巡檢維護按時對回轉(zhuǎn)窯筒體中心線及筒體厚度進行檢查。最后，停窯時RCI吸潮將大大加速筒體腐蝕，改進窯系統(tǒng)主機和輔機的運行可靠性，讓窯保證連續(xù)運轉(zhuǎn)也是重要防范措施。

3 結(jié)束語

應(yīng)力與腐蝕是簡體裂紋產(chǎn)生的主要原因，腐蝕主要原因是高溫氧化、硫化腐蝕、氯化腐蝕。針對裂紋與腐蝕，我們采取了有效的處理方法，并提出了防范措施，為回轉(zhuǎn)窯穩(wěn)定運行打下了堅實的基礎(chǔ)。

來源：《中國葛洲壩集團水泥有限公司、葛洲壩宜城水泥有限公司》

作者：朱攀勇、付金強、高先梨、余明江、王盛凱

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