摘要本文通过引入“回转窑耐火内衬工作状态”这一概念，对其受力状态及影响因素进行了分析，找出了其中规律，并应用此规律解决了生产中的有关问题，为今后回转窑内衬的设计和选择适宜的操作制度提供了理论指导。

     在以往的文献中，对回转窑耐火内初的损坏机理论述得较多，而对内衬的工作状态及与损坏机理的联系论述得较少，本文将从力学分析的角度对上述问题进行探讨，找出其中的规律。

1  内衬工作状态受力分析

    以承钢Ø3×30 m直筒式回转窑砖内衬的砌筑和生产条件为基础，假定生产时没有窑圈产生，则筒体、内衬膨胀量为：

    筒体沿圆周方向膨胀量△L_筒=2πR_筒a_筒t_筒

    内衬沿圆周方向膨胀量△L_衬=2πR_衬α_衬t_衬

式中：R_简、R_衬一简体、内衬平均半径(mm)  (承钢R_筒=1768mm；承钢R_衬=1625mm)

    α_筒、α_衬一筒体、内衬膨胀系数(℃^-1)

    (钢a=12×10^-6；砖α_衬=6×10^一6)

    t_筒、t_衬一筒体、内衬平均温度(℃)

    (承钢t_筒=215℃；承钢t_衬=633℃)

    将已知数值代入上式得：

  △L_筒=2×3．14×1768×12×10^-6×

    215=28．66(mm)

  △L_衬=2×3．14×1625×6×10^一6×633

    =38．78(mm)

    由于砖内衬在砌筑时留有砖缝，因此回转窑砖内衬与筒体的膨胀间隙可视为零。

    窑简体承受的载荷有：沿窑长均布的砖衬载荷q_l和物料载荷q₂，其受力分析见图1。砖内衬依靠与简体间的摩擦力F₁的作用而与窑同方向转动；同时又受到料摩擦力F₂的作用，使其逆窑转动方向转动。F_l、F₂二力的大小决定了砖内衬的工作状态，即是否相对于筒体运动。

1．1筒体与内衬间摩擦力F₁的计算根据摩擦定律：F₁=f_lq

  每米筒体压力q的大小可按窑滚圈松套于垫板上，没有间隙存在时的受力情况进行计算。   

  q=q₀(cosa_o—cosφ)

  经分析：

                     q₀=Q/[R(π-α₀+0.5sin2α₀)]

式中：f₁一砖与筒体间摩擦系数；

    a_o一初始接触角(rad)(见图2)；

    Q一载荷(t)Q=q₁+q₂

    φ—所求压力点的角度(rad)；

    R—筒体内径(m)，(承钢R=1．75m)

  实际上，当简体与砖内衬间隙为零时，简体的弹性变形α0介于45⁰一60⁰之间，本计算选用53⁰。

  将已知数据代入(1)式得：

1．2      物料对内衬产生的摩擦力F₂的计算

  物料对砖内衬产生的摩擦力可根据重物在斜面上产生的摩擦力计算方法来求解。

  在正常生产情况下，物料整体截面与砖内衬没有相对滑动，即物料重心倾角α小于(或等于)其最大摩擦角φ_m。

    F₂=q₂sinα

1．3  内衬保持正常工作状态条件

    内衬正常工作状态应具备的条件是：

    F_l≥F₂

    因物料重心处φ=π一α，则

   [(q₁+q₂)/4.75](0．602+cosα)·f₁≥q₂sina

    整理后：   

    从(4)式看出，保持窑内衬处于正常工作状态的条件是：窑内物料的重量与其自身和内衬重量之和的比值应小于(或等于)某一数值。这一数值的大小取决于窑衬与筒体间的摩擦系数和物料在窑内的运动状态。

2  影响因素分析

    从(4)式可看出，影响内衬正常工作状态的因素有：a、q_l、q₂、f₁。   

    物料在窑内倾角a的大小取决于窑的转速。根据承钢生产实测，α一般为下列两种确定值。

    正常生产条件下：α=23⁰，窑速：1．5～1．7 r／min

  特殊生产条件下：a=33⁰，窑速：0．8r／min，α=φ_m

    砖内衬重量q₁是由所选用耐火材质容重和厚度决定的。生产时q_l也为一确定的数值K。

  将上述已知数值代人(4)式得：

    (5)、(6)式均表明：窑内衬所能承受的物料重量与内衬和筒体间的摩擦系数成正比。

3  应  用

    根据承钢生产实际，核算砖内衬的工作状态。

  q₁=(R²一γ²)π·r=(1．75²—1．5²)×3．14×2．49=6．356(t／m)

  选f₁=0．31与矿石和钢摩擦系数相同。

式中：r一砖衬内半径(m)

              γ一砖体容重(t／m³)

  将q_l、f₁分别代入(5)、(6)式得q₂及相应窑的填充率φ。

    正常生产时：q₂≤2．17(t／m)

                              φ≤16．59％

    特殊情况下：q₂≤1．33(t／m)

                               φ≤10．17％

    承钢回转窑正常生产时填充率φ=6％～l0％，小于16．59％，因此不会产生砖内衬与筒体间的相对运动；当窑结偏圈、且转速较低时就会产生这种相对运动，并且这种相对运动在实际生产中是存在的。

3．1窑内测温问题

    承钢回转窑采用燃烧煤粉焙烧球团，原设计窑内温度由分布在窑体各段上的热电偶穿过砖内衬直接插入窑内测得。由于在特殊条件下存在着砖内衬与筒体间的相对运动，造成热电偶被频繁剪断，更为严重的是，砖衬首先在热电偶处损坏，红窑事故多次发生，迫使该套装置停用。

    今后，如仍用此法测温，改进的主要方面是提高内衬与筒体间的摩擦系数，具体措施有：

    1)测温环的内衬采用焊锚固钩整环浇注耐火混凝土；

    2)选用高强度粘结剂砌筑砖内衬。

3．2补窑问题

    1988年以前，承钢基本上采用在掉砖部位筒体上焊锚固钩捣打耐火混凝土的锚固法。此法补窑效果不佳；1988年4月以后采用了不加锚固钩直接浇注PA－80胶耐火混凝土的活补法，允许内衬与筒体间有相对运动，因而窑体寿命长，效果十分明显，见表1。

3．3砖内衬的砌筑

    目前回转窑砖内衬的砌筑有两种方法：即错砌和环砌两种方法。对于这两种不同的砌法，砖衬损坏严重部位的分布也不同。

    对于整体错砌的砖内衬，损坏严重部位在窑衬整体上呈螺旋状分布，沿窑轴线方向的砖缝线发生扭曲。

    对于环砌的砖内衬：损坏严重部位集中在某一环，特别是新、旧砖砌体的接茬处，此部位砖衬的损坏量要高于其它部位50～100 mm。

    造成砖内衬上述损坏形式的主要原因是各段砖内衬相对于简体的运动不同步。因此，砌筑砖内衬时要特别注意以下两点。

    1)砖内衬不宜采取整体错砌；

    2)分段砌筑时，各段之间的接触面应平齐，以确保各段间砖衬可以自由运动。

3．4操作应注意的问题

    1)由于窑内物料动态的堆角α小于其静态的最大自然堆角φ_m，因此，必须保证一定的窑速，使物料处于抛落状态，对于此窑速，承钢回转窑应大于0．8 r／min,，

    2)要稳定窑内的焙烧制度，避免窑内结圈。

4结  语

  1)回转窑耐火内衬正常工作的条件是：

  2)在特殊条件下，砖内衬与筒体间会发生相对运动。

  3)砖内衬宜采用分段砌筑，各段之间的接触面应平齐。

  4)生产操作时，要保持一定的窑速，尽量避免窑内结圈。