氧化鋁熟料燒成回轉(zhuǎn)窯運(yùn)行軸線的直線度是回轉(zhuǎn)窯長期穩(wěn)定高效運(yùn)行的關(guān)鍵。如何快速準(zhǔn)確進(jìn)行軸線測量和計(jì)算，一直是國內(nèi)外有關(guān)專家研究的重要課題。本節(jié)重點(diǎn)針對國內(nèi)目前的靜態(tài)測量技術(shù)和計(jì)算方法進(jìn)行了優(yōu)化，總結(jié)出一種利用計(jì)算機(jī)繪圖技術(shù)模擬仿真比較精確的繪制和計(jì)算各支承檔位筒體中心的坐標(biāo)相對偏移；另外本文介紹了一種簡單實(shí)用的回轉(zhuǎn)窯動靜態(tài)測量儀，具有很好的推廣價(jià)值。要求理論聯(lián)系實(shí)際，動靜態(tài)測量相結(jié)合，使回轉(zhuǎn)窯軸線的測量與計(jì)算技術(shù)達(dá)到智能優(yōu)化的目的。
某公司氧化鋁熟料窯直徑4.5m，長度110m，是目前我國氧化鋁行業(yè)中最大規(guī)格的回轉(zhuǎn)窯。回轉(zhuǎn)窯規(guī)格越大，負(fù)荷越重，機(jī)械故障相對較多，窯體軸線變化和調(diào)整難度也相對較大。筆者從事回轉(zhuǎn)窯修理技術(shù)工作多年，理論聯(lián)系實(shí)際，在軸線測量與計(jì)算技術(shù)上不斷總結(jié)、完善和優(yōu)化，現(xiàn)參考國內(nèi)外有關(guān)資料作以探討。
1 目前回轉(zhuǎn)窯軸線測量技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r
1.1 靜態(tài)測量技術(shù)
雖然靜態(tài)測量結(jié)果與回轉(zhuǎn)窯正常運(yùn)轉(zhuǎn)下的狀態(tài)有明顯的差異。但由于目前動態(tài)測量旋窯技術(shù)還有待進(jìn)一步發(fā)展，動態(tài)測量儀還存在一些不足，因此大多數(shù)氧化鋁及水泥生產(chǎn)廠家對回轉(zhuǎn)窯的軸線檢測多是在停窯冷卻后進(jìn)行，即靜態(tài)測量。有人工測量計(jì)算法、經(jīng)緯儀測窯法，激光測窯法、窯內(nèi)測定法、窯外測定法等等。目前使用較多的是人工測量計(jì)算法和經(jīng)緯儀測窯法。
人工測量計(jì)算法就是通過測量各檔托輪、滾圈直徑、滾圈與筒體墊板間隙、托輪軸頭標(biāo)高、半開檔距等數(shù)據(jù)，通過幾何原理計(jì)算出各支承位筒體中心，即所謂的“窯線”。經(jīng)緯儀測窯法，是通過經(jīng)緯儀測出各檔滾圈正上方坐標(biāo)（垂直標(biāo)高和水平偏離），再根據(jù)滾圈直徑、滾圈與墊板間隙等數(shù)據(jù)計(jì)算出各支承位筒體中心。兩者原理基本一致。
人工測量計(jì)算法和經(jīng)緯儀測窯法除具有測量誤差大和未考慮熱工設(shè)備的溫度效應(yīng)等靜態(tài)測量技術(shù)通病外，計(jì)算方法還存在一定誤差，比如（1）由于滾圈、托輪等部件的磨損，滾圈中心與兩托輪軸中心已不構(gòu)成60°夾角，然而一般計(jì)算仍按60°計(jì)算。（2）計(jì)算滾圈中心與托輪軸中心垂直高差時(shí)，依據(jù)勾股定理分別計(jì)算南北兩托輪垂直高差、再取平均值，本身就是一種錯誤。（3）回轉(zhuǎn)窯水平窯線偏差與兩托輪半開檔距、托輪直徑、托輪軸中心標(biāo)高三個因數(shù)有關(guān)。一般計(jì)算只考慮開檔距的影響。（4）有些計(jì)算窯線時(shí)基準(zhǔn)點(diǎn)選擇不當(dāng)?shù)鹊取Ｒ虼四壳暗撵o態(tài)測量技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了生產(chǎn)需求，必須進(jìn)一步優(yōu)化。
1.2 動態(tài)測量技術(shù)的發(fā)展
回轉(zhuǎn)窯軸線動態(tài)測量就是在窯體熱態(tài)正常運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，測量筒體回轉(zhuǎn)中心的直線度。回轉(zhuǎn)窯在熱態(tài)下無論在窯的長度上，還是在各段滾圈、筒體的直徑、都發(fā)生不同的增量，這些增量造成窯軸線的偏移。加上窯體機(jī)件磨損不均，人為的測量誤差等，從上世紀(jì)80年代末起，國內(nèi)外開始研究回轉(zhuǎn)窯運(yùn)行軸線的動態(tài)測量法。
波蘭首創(chuàng)了滾圈位置測量法、隨后丹麥FLS公司研制了激光滾圈測量法，它們是利用經(jīng)緯儀、光學(xué)垂直儀、激光等測窯儀測量滾圈外徑水平和垂直切線到基準(zhǔn)線的距離來計(jì)算轉(zhuǎn)窯軸線，方法相當(dāng)于靜態(tài)測量法中經(jīng)緯儀測窯法。隨后德國Polysius公司開發(fā)了托輪位置測定法、采用測量學(xué)方法測定托輪軸心位置，再測量托輪、滾圈直徑、滾圈與墊板間隙，計(jì)算出窯筒體軸線，方法相當(dāng)于靜態(tài)測量法中的人工測量計(jì)算法。還有筒體位置測定法等。由于筒體易變形，圓度難以保證，托輪磨損較大，與滾圈接觸面不平直，而滾圈變形及磨損相對較小。因此現(xiàn)在的動態(tài)軸線測量儀多采用滾圈位置測定法。 動態(tài)測量儀雖直接反映出回轉(zhuǎn)窯熱態(tài)運(yùn)行中的軸線狀況，測量速度快，并且能通過計(jì)算機(jī)直接打出窯線圖形，使人一目了然。但同時(shí)測量系統(tǒng)存在一些不足之處：
（1）設(shè)備系統(tǒng)復(fù)雜、價(jià)格昂貴，安裝精度要求高。
（2）水平測量位置高，不便于操作。
（3）定基準(zhǔn)時(shí)間長，且存在偏差。
（4）滾圈外徑最大處難找，存在偏差。
（5）對操作者責(zé)任心要求較高，人為影響因素大。這些都有待于不斷提高和優(yōu)化。
2 回轉(zhuǎn)窯靜態(tài)測量與計(jì)算技術(shù)的智能優(yōu)化
在目前靜態(tài)測量技術(shù)占主導(dǎo)地位的情況下，必須對其測量與計(jì)算技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，把人為因素和熱工效應(yīng)造成的誤差降低到最小化，同樣能起到較好的效果。通常人們所說的或所測量的回轉(zhuǎn)窯軸線僅指各支承檔位滾圈處筒體中心的連線，筆者認(rèn)為回轉(zhuǎn)窯軸線的測量還應(yīng)包括筒體彎曲度或著叫中心直線度的測量（第三章介紹），另外，調(diào)整窯線時(shí)必須考慮各檔支承部件的熱膨脹量（第八章介紹），以保證窯體在熱態(tài)運(yùn)行中的直線度。
本小節(jié)主要介紹利用計(jì)算機(jī)模擬仿真快速準(zhǔn)確計(jì)算回轉(zhuǎn)窯各支承檔位筒體中心偏移量
由回轉(zhuǎn)窯支承裝置的結(jié)構(gòu)可知，回轉(zhuǎn)窯支承檔位筒體中心與各支承位兩托輪的中心距、中心高和直徑，滾圈直徑，滾圈與筒體墊板之間的間隙等的大小有關(guān)。筆者利用計(jì)算機(jī)CAXA電子圖版模擬仿真精確繪制出支承檔位各部件為設(shè)計(jì)尺寸時(shí)的筒體中心坐標(biāo)，然后依據(jù)實(shí)際測量的托輪直徑、滾圈直徑、托輪軸中心標(biāo)高、兩托輪中心距、半開檔距及滾圈與筒體墊板之間的間隙等數(shù)據(jù)，可繪制出此支承檔位實(shí)際的筒體中心坐標(biāo)。兩者偏差在計(jì)算機(jī)上即可表示出來。分別繪制各支承檔位筒體中心坐標(biāo)，查詢與對應(yīng)支承檔位筒體中心理論坐標(biāo)偏差，即可繪制出回轉(zhuǎn)窯軸線的水平和垂直偏差。計(jì)算速度快，無理論誤差。
3 回轉(zhuǎn)窯動態(tài)測量與計(jì)算技術(shù)的智能優(yōu)化
回轉(zhuǎn)窯支承處的筒體和滾圈，并非象測量方法中假設(shè)的那樣為標(biāo)準(zhǔn)的圓或橢圓，而是在熱工作用下一吸一漲，一收一縮。在滾圈與兩托輪接觸處凹陷，正下方凸出（見圖1）。2000年，中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院提出了回轉(zhuǎn)窯運(yùn)行軸線動態(tài)測量時(shí)域分析法，研制回轉(zhuǎn)中心監(jiān)測零位移方向鍵相法，該法通過15°方向鍵相法測量窯體截面的回轉(zhuǎn)中心。目前正在研發(fā)和試用中。
本節(jié)所要探討的是我公司自行設(shè)計(jì)的一種回轉(zhuǎn)窯動靜態(tài)測量儀，結(jié)構(gòu)簡單而實(shí)用。
圖1 筒體截面變形圖
此種回轉(zhuǎn)窯軸線動靜態(tài)測量儀結(jié)構(gòu)見圖2所示。它由平衡架、激光接收板、可調(diào)支架和磁力座等組成。測量時(shí)，把測量儀置于滾圈正下方（通過帶有彈簧的滾動軸承反復(fù)精找最低點(diǎn)），把帶有高精度水平氣泡的平衡架調(diào)整水平，在滾圈與托輪間隙用激光經(jīng)緯儀從窯尾至窯頭打一條基準(zhǔn)線，每個檔位滾圈中心坐標(biāo)偏差就直接反映在帶有坐標(biāo)網(wǎng)格的激光接收板上（見圖3）。通過坐標(biāo)網(wǎng)格偏差，即可繪制出滾圈中心坐標(biāo)偏差。同時(shí)利用旋窯間隙測量儀測量各檔滾圈與墊板間隙，然后利用計(jì)算機(jī)計(jì)算出各檔支承位筒體中心的坐標(biāo)，即回轉(zhuǎn)窯軸線。該測量儀的特點(diǎn)既可以在靜態(tài)下測量，也可以在動態(tài)下使用，設(shè)備簡單、操作實(shí)用，人為影響因素小，經(jīng)理論分析和實(shí)際測量，精度可達(dá)到1.5mm以內(nèi)。它具有投資小，適應(yīng)現(xiàn)場惡劣環(huán)境，對操作人員沒有特殊要求，因此，具有很大的實(shí)際使用價(jià)值。
1.滾動軸承 2.激光接收板 3.平衡架 4.動桿 5.固定桿 6.調(diào)整支撐 7.磁力座
圖2 轉(zhuǎn)窯軸線動靜態(tài)測量儀結(jié)構(gòu)見圖
1.托輪.2.測量儀 3.滾圈 4.激光束
5.墊板 6.筒體 7.大齒圈
圖3 測量示意圖
在目前回轉(zhuǎn)窯軸線以靜態(tài)測量為主的情況下，必須對其測量技術(shù)和計(jì)算方法進(jìn)行智能優(yōu)化。樹立滾圈中心與兩托輪軸中心在實(shí)際運(yùn)行中已不構(gòu)成60°夾角；計(jì)算滾圈中心坐標(biāo)時(shí)，不能依據(jù)勾股定理等觀點(diǎn)。利用計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)，繪制出筒體實(shí)際軸線，也可優(yōu)化計(jì)算支承檔位筒體中心簡易公式，利用計(jì)算機(jī)編程快速計(jì)算窯線。
4 結(jié)束語
利用我公司新開發(fā)的一種回轉(zhuǎn)窯動靜態(tài)測量儀和筒體彎曲動態(tài)測量儀，能在回轉(zhuǎn)窯熱態(tài)運(yùn)行中快速測量窯體軸線，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，穩(wěn)定性好。克服了一般動態(tài)測量儀設(shè)備系統(tǒng)復(fù)雜、安裝精度高，人為影響因素大等不利因素。
動態(tài)測量旋窯技術(shù)還有待進(jìn)一步發(fā)展，靜態(tài)測量數(shù)據(jù)較多，人工測量誤差大、計(jì)算復(fù)雜。只有理論聯(lián)系實(shí)際，動態(tài)測量與靜態(tài)測量相結(jié)合，計(jì)算結(jié)果與窯體滾圈、托輪實(shí)際接觸狀況相結(jié)合，不斷比較、總結(jié)和智能優(yōu)化，才能使回轉(zhuǎn)窯達(dá)到最佳運(yùn)行狀態(tài)。
