回转窑设备的材料选择
发布日期： 2020-07-10 09:30:26 阅读量（367） 作者：回转窑诞生已有百年，广泛应用与建材、冶金、钢铁、石灰、环保、能源等行业。 它是干法水泥生产不可缺少的设备。中国从一开始回转窑依赖进口到国产化，再到大量出口国际市场，如今已成为全球产销量、使用量最大的国家。回转窑相关标准规定了回转窑的制造安装要求， 但是符合标准要求的回转窑未必是完美的回转窑。
1.1 筒体材料
如图1所示， 回转窑筒体是回转窑主要的零部件之一，其消耗钢材占整台回转窑的一半左右。回转窑筒体为钢板卷制焊接而成的长圆柱筒，如图2所示。 长期以来，筒体材料一般选择碳素结构钢 Q235B (原牌号A3)或质量等级较高的Q235C。 低合金高强度结构钢 Q345D (原牌号16Mn)或锅炉钢 Q245R(原牌号 20 g)因屈服强度更高或有害化学成分含量更小、综合性能更高而被得到广泛使用。
由于使用材料含较高有害化学成分导致回转窑筒体碎裂和严重腐蚀的情况屡见不鲜。新疆某水泥厂 3 台预分解窑分别出现大齿轮处筒体裂缝，过渡带大齿轮附近出现窑筒体开裂，自二档轮带至窑尾节处窑体断裂、 窑尾节掉下窑台的重大事故;冀东某水泥厂1台预分解窑发现窑筒体多条裂缝;2013年以后， 多地水泥厂相继发生窑筒体碎裂的恶性事故。随着国家标准对 Q245R、Q345D 有害化学成分控制得更加严格，2018年低合金高强度结构钢Q345D 又被与欧盟标准对应的综合性能更好、有害化学成分更少的 Q355D代替。不同时期筒体材料有害化学成分见表 1。
有害化学成分的减少使钢板冷脆性和热脆性降低，延展性、韧性、焊接性、冷弯性提高，这进一步提高了回转窑筒体刚度、冷态和热态性能，有效降低了筒体热态局部碎裂的可能性。
鉴于回转窑筒体的重要性、材料冷脆性和热脆性敏感程度、使用环境的特殊性，优先选择有害化学成分 P、S等含量较低的 Q245R、Q355D 材料制作回转窑筒体是防止和避免碎裂的有效途径。单从经济性角度考虑可优选材料 Q235C;单从冷脆性和热脆性敏感性角度考虑应优选材料Q245R;既从冷脆性和热脆性敏感性角度考虑，又从材料力学性能角度考虑，应优选材料Q355D。筒体材料的选择直接影响回转窑的造价，业主应根据价格承受能力参与材料选择。
1.2 托轮轴等轴类材料
标准规定回转窑托轮轴等轴类材料应不低于优质碳素结构钢[4]45 钢的规定。由于45钢成本价低， 因此大部分制造厂选择托轮轴等轴类材料为45 钢，而不使用合金结构钢40Cr钢。
40Cr钢比45钢的材料价格高 5%～10%。45锻钢力学性能与40Cr钢大体相当，区别在于热处理性能。调质处理后的 40Cr 钢具有良好的综合力学性能,良好的低温冲击韧性、淬透性和低缺口敏感性。由于淬透性提高，淬火(或调质)处理后40Cr钢的强度、硬度、冲击韧性等机械性能也明显比 45钢高。
40Cr钢淬透性和调质处理后的综合力学性能优于45钢，容易把控调质处理后强度、硬度、冲击韧性等机械性能。回转窑重要轴类零件由于机械性能原因断裂的事故不在少数，因此建议托轮轴、小齿轮轴、挡轮轴等重要轴类的材料最低要选择使用热处理性能优越、性价比高的40Cr钢。
对于有很高的静力强度及冲击韧性、较高的疲劳极限、高负荷下工作要求的特别重要的轴类零件(如小齿轮轴)可选用比40Cr钢淬透性更好、性能更优越的合金结构钢35CrMo、42CrMo 等材料。
1.3 轮带和托轮毛坯
标准规定回转窑轮带托轮的材料为铸钢件，如现行国家标准 GB/T32994—2016《水泥工业用回转窑》[7]规定轮带材料不低于 ZG35Mn，托轮挡轮材料不低于 ZG35Cr1Mo。常规制造方法制造的大型合金钢铸件很难保证不存在任何铸造缺陷，但铸造缺陷的危害很大，补焊不当导致的危害也很大。从提高产品质量角度考虑，根据性价比可优先选用锻造轮带托轮。
锻件的性能之所以比铸件力学性能高，主要是因为通常铸件凝固较低的冷却速率导致铸态晶粒和晶内组织较为粗大， 且难以避免宏微观偏析，往往存在疏松、杂质集中分布等缺陷，锻造过程通过对铸坯施加力的作用， 使金属材料发生塑形变形、流动，进而使材料组织致密、成分均匀、晶粒细化、杂质均匀分布，相比常规铸态组织显著提高了力学性能。
根据国内的锻造能力和锻造水平，Φ4 m以下规格回转窑的轮带托轮能够通过锻造方法完成毛坯的供应，但是锻件存在材料价格差异。
对于Φ4 m以上规格回转窑，轮带托轮锻造的材料价格高于铸造的材料加工约 30%;对于Φ4 m规格回转窑， 轮带托轮铸造和锻造的材料价格相当，是价格的平衡点;对于Φ4 m 以下规格回转窑，轮带托轮锻造的材料价格略低于铸造的材料价格约 5%。 对于小规格回转窑，轮带托轮铸件改锻件，时机基本成熟。
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