回转窑的结构设计和传动系统的比较

摘要：随着现代高炉炼铁对精料提出的要求，以及钢铁冶炼短流程的兴起，球团矿在钢铁工业中已成为一种不可或缺的优质冶金炉料，而链箅机-回转窑工艺所焙烧出的球团矿质量较竖炉工艺与带式焙烧工艺具有均匀、调节灵活等优势，在国内外市场大力采用。回转窑作为链箅机-回转窑工艺必不可缺的主要设备之一，其结构特点与传动方式，直接影响到整个球团厂的产能，所以在选择设备之前，必须要对其进行了解，以最小的投入得到最大的收益。

关键词：回转窑；回转窑参数；传动方式比较

中图分类号:TB482.2 文献标识码：A

1、前言

链箅机-回转窑工艺所焙烧出的球团矿质量较竖炉工艺与带式焙烧工艺具有均匀、调节灵活等优势，本篇主要是介绍回转窑的结构特点及其工艺参数，回转窑的两种传动系统的比较，即电机-减速机传动方式与液压系统传动方式的比较，它对于提高球团厂的产能有其重要意义。

2、回转窑的结构特点及其工艺参数

2.1 回转窑的结构特点

回转窑主要由筒体、窑头窑尾密封装置、支承装置、传动装置、托轮支承装置(包括挡轮部分)，滑环装置等组成。筒体由两组托轮支承，靠一套大齿轮及悬挂在其上的柔性传动装置、液压马达驱动简体旋转，在窑的进料端和排料端分别设有特殊的密封装置，防止漏风、漏料。另外，在进出料端的筒体外部，用冷风冷却，以防止烧坏筒体及缩口圈和密封鳞片。

2.1.1 筒体

筒体是由不同厚度的钢板焊接而成。筒体支承点的滚圈是嵌套在筒体上的，并用挡铁固定在筒体上。

2.1.2 窑头、窑尾密封装置

窑尾密封装置由窑尾罩、进料溜槽及鳞片密封装置组成，主要是用于联系链箅机头部与回转窑筒体尾部，组成链箅机与回转窑的料流通道。头、尾密封的形式采用鳞片式密封，其主要结构特点为：通过固定在头、尾部灰斗上的金属鳞片与旋转筒体上摩擦环的接触，实现窑头及窑尾的密封。其中鳞片分底层鳞片、面层鳞片及中间隔热片。底层鳞片由于与筒体摩擦环直接接触，要求其能有较好的耐温性能及耐磨性能，并具有一定的弹性。面层鳞片主要用于压住底层鳞片，使其能与筒体摩擦环紧密接触而达到密封效果，中间隔热片是装在底层鳞片与面层鳞片之间的，主要是起隔热作用，要求其能耐高温，并有良好的隔热性能及柔软性能。鳞片式密封结构简单，安装方便，重量轻，且成本相对较低。

2.1.3 支承装置

根据回转窑生产能力及规格大小来确定，下面就以两个支承点为例，从排料端到进料端分别标为No.1、No.2；其中No.2靠近传动装置，在安装时定为基准点。

每组支承均由嵌在筒体上的滚圈支承在两个托轮上，支承筒体的重量并防止筒体变形。托轮轴承采用滚动轴承，轴承由通向轴承座内的冷却水来冷却。筒体安装倾斜角度2.5°～3.0°，由推力挡轮来实现窜窑时筒体的纵向移动。推力挡轮是圆台形，内装有4个滚动轴承。

1号、2号支承装置附设液压系统，用于自动控制窜窑，以实现滚圈与托轮的均匀磨损。

2.1.4 传动装置

电机-减速机传动方式由于安全性差、噪声大，新设计的回转窑一般不予采用。

柔性传动装置提供回转窑的旋转动力，它通过装在大齿轮上的连杆与筒体连接而使筒体转动。主要由动力站、液压马达及悬挂减速机等组成。

液压马达压杆与扭力臂连接处采用关节轴承，压杆座采用活动铰接，以补偿因热胀(或窜窑)引起的液压马达与基础之间的各向位移。传动部分的开式齿轮副与悬挂减速机中的齿轮副采用干油通过带油轮进行；悬挂装置轴承则由电动干油系统自动供脂。

2.1.5 热电偶滑环装置

热电偶滑环装置用于将热电偶的测温信号送到主控仪表室进行监控，以作为温度控制的重要依据。如武钢程潮铁矿球团厂120万吨球团所用的回转窑就是在筒体的中部设一个测温点，热电偶滑环装置带有两根滑环，其中一根备用。

回转窑是一个尾部(进料端)高，头部(排料端)低的倾斜筒体。球团在窑内滚动瀑落的同时，又从窑尾向窑头不停地滚动落下，最后经窑头排出，也就是说球在窑内的焙烧过程是一个机械运动、理化反应与热工的综合过程。

2.2 回转窑的参数

包括长径比、长度、直径、斜度、转速、物料在窑内停留时间、填充率等。

2.2.1长径比

长径比(L/D)是回转窑的一个很重要的参数。长径比的选择要考虑到原料性质、产量、质量、热耗及整个工艺要求，应保证热耗低、供热能力大、能顺利完成一系列物理化学过程。此外还应提供足够的窑尾气流量并符合规定的温度要求，以保证预热顺利进行。生产氧化球团矿时常用的长径比为6.4～7.7。早期曾用过12，近几年来，长径比已减少到6.4～6.9，长径比过大，窑尾废气温度低，影响预热，热量容易直接辐射到筒壁，使回转窑筒壁局部温度过高，粉料及过熔球团粘结于筒壁造成结圈现象。

2.2.2内径和长度

美国爱立斯---恰默斯公司计算回转窑尺寸的方法是：在回转窑进料口处的气流速度设计时取28～38m/s，按此计算出给矿口直径，加上两倍的回转窑球层的厚度，取出回转窑的有效内径和选定的长径比即可求出有效长度。

2.2.3倾斜度、转速及物料在窑内的停留时间

回转窑的倾斜度和转速的确定主要是保证窑的生产能力和物料的翻滚程度。根据试验及生产实践经验，倾斜度一般为3%～5%，转速一般为0.3～1.5r/min。转速高可以强化物料与气流间的传热，但粉尘带出过多。物料在窑内停留时间取决于料流的移动速度，而料流的移动速度又跟物料粒度、黏度、自然堆角及回转窑的倾斜度、转速有关。物料在窑内停留时间一般为30～40min。

2.2.4填充率和利用系数

窑的平均填充率等于窑内物料体积与窑的有效容积之比。国外回转窑的填充率一般在6%～8%。回转窑的利用系数与原料性质有关。磁铁矿热耗低，单位产量高，但是由于大、小回转窑内料层厚度都差不多，大窑填充率低，因此长度相应取长些，以便保持适当的焙烧时间。爱立斯---恰默斯公司认为回转窑利用系数应为如下公式来表示更有代表性。

3、两种传动方式的比较

回转窑传动方式有电机---减速机传动方式和液压传动方式。下面就以这两种传动方式的工作原理做一下比较。

3.1、电机-减速机传动方式

传统的电机-减速机传动方式就是电机带动减速机转动，驱动回转窑缓缓旋转，但是这种方式所产生的噪声既大、安全性又差，现在所设计的回转窑一般已经不采用此传动方式，下面介绍一下带有柔性传动装置的电机-减速机传动方式。

3.1.1回转窑柔性传动装置的使用

柔性传动是把全部或部分传动系统悬挂在传动主轴上，并将悬挂的传动系统用弹性元件组成的支承元件和基础连接的一种传动方式。这种传动方式具有在传动主轴发生变形的时候，可以保证末级传动齿轮之间的正常啮合状态，并能吸收部分传动中的动负荷的优点，因此逐渐得到广泛的应用。自1990年，国内在回转窑上开发研制了一系列BF型(悬挂小车)和BFP型(推杆式)柔性传动装置。这些设备投产以来工作正常，运行比较平稳，解决了齿圈振动的问题，且具有一定的节能效果。

3.1.2BF型柔性传动方式工作原理：

图1 BF型柔性传动方案

其中电动机8和落地减速箱7安装在基础上，而悬挂齿轮箱5通过4个滚轮3悬挂在大齿轮内缘滚道上，工作中滚轮在大齿轮的内缘上滚动并承受传动时齿轮间的径向力。电动机的动力通过万向联轴器6进行传递。弹性支承杆2的作用是将悬挂减速箱和基础相连，防止悬挂齿轮箱绕大齿轮1旋转并能吸收运转中的冲击，使运转更加平稳。重力平衡器4的作用是平衡悬挂齿轮箱的自重。

3.1.3BFP型柔性传动方式工作原理：

图2BFP型柔性传动方案

和大齿轮1啮合的浮动齿轮箱3安装在弹性底座2上，弹性底座一端和基础铰接，另一端支承在弹簧推杆4上。电动机5和落地减速机6安装在基础上，通过万向联轴器7和浮动齿轮箱3联结。在和大齿轮啮合的小齿轮上装有凸缘8，工作时，凸缘8在大齿轮外圆上滚动，以保证两者之间的最小侧隙。浮动齿轮箱使用弹簧推杆支承，限制轮齿的最大侧隙。在齿轮传动中，当大齿轮位置发生一定的变化时，弹性推杆允许减速箱跟随变化，以保证两者间的中心距。弹性推杆还对传动中发生冲击性或阻塞性载荷起缓冲作用。

3.2、液压传动方式

下面我以赫格隆公司金牌CB液压马达为例来叙述液压传动的工作原理。如图3：

图3径向柱塞式液压马达

3.2.1工作原理

赫格隆公司出产的金牌CB液压马达为径向柱塞式，壳体固定，油缸体/空心轴旋转。油缸体安装在壳体中的滚柱轴上。偶数个柱塞均布于油缸体的径向缸孔中，配流盘实现对工作柱塞的准确配流。每个柱塞都作用在凸轮滚子上。

当液压力作用在柱塞上，凸轮滚子就将力传递到凸轮环的斜面上，而凸轮环与壳体固定在一起，因此产生扭矩。凸轮滚子将反作用力传递到油缸体中的柱塞上，因此产生旋转，同时扭矩正比于系统压力。

系统主油管接到接口体上的油口A和C，而泄油管则接到壳体上的油口D1、D2、D3或D4上。

马达通过油缸体中的空心轴与设备主轴相连。使用锁紧盘或花键连接传递扭矩。

3.2.2实例简介

以印度MSPL120万吨球团工程中的Φ5m×35m回转窑为例，其结构和特点大致如下：

传动装置是回转窑的重要部件，大齿圈与筒体间采用切向弹簧板进行连接。大齿圈设密封罩，并设密封装置对大齿圈进行密封。大齿轮通过两个小齿轮进行驱动，小齿轮采用变位齿轮，为合金锻件调质处理，每个小齿轮均由功率为160kW的液压马达驱动。此马达采用的便是赫格隆公司出产的金牌CB径向柱塞式液压马达，此外还对马达设置了隔热装置。

除这两台主传动装置外，设备设计另设一台功率为30kW的辅助马达传动，为紧急事故状态下的慢转装置。

它的特点：可实现调速，便于工艺控制。动力站驱动可以实现回转窑从0.44～1.33r/min的调速，紧急事故状态下的慢转动力转速还可达到0.07r/min，将高温下的回转窑损失降至最低点，有益于生产工艺进行控制等。

4、结论

（1）回转窑结构设计已系统成熟，在工业生产中广泛应用无任何问题。

（2）回转窑带柔性传动的电机-减速机传动形式，因为能适应窑体的变形，并具有减少传动中的冲击的优点，一般来说，柔性传动系统内扭振力矩比普通传动系统中的扭振力矩要小，柔性传动装置已成功地使用在国内的回转窑上并逐渐得到推广。价格相对来说较便宜，但需备品备件，维护维修较复杂，工作量略大等缺点。

（3）回转窑液压传动系统的最大特点就是适于低速重载的环境；可靠性高，无故障工作时间长、稳定，设备冲击负荷小，启动扭矩大，满载启动对电网无冲击；两点驱动，功率平衡好，给传动系统带来的磨损小，从而提高了系统的可靠性和使用寿命；保护系统完善，便于维护和操作；无需备品备件，只需正常给系统提供液压油和冷却水，系统的维护工作量很小，但价格太贵。

【参考文献】

【1】 《球团矿生产技术》编委会. 北京：冶金工业出版社，2008.