摩根轧机乳化液侵入污染问题分析及处置措施

纳 铿

(云南铜业股份有限公司，云南昆明650051)

摩根轧机乳化液侵入污染问题分析及处置措施

纳 铿

(云南铜业股份有限公司，云南昆明650051)

针对摩根轧机乳化液侵入污染问题，根据摩根轧机的运行实践，分析了污染产生的原因及危害，提出了解决问题的方法及措施。

摩根轧机;乳化液侵入污染;污染防控

0 引言

摩根轧机润滑系统为轧机油膜轴承提供润滑油，用以保障摩根轧机油膜轴承建立正常的承载油膜和润滑，从而保证轧机正常运行。

作为保障摩根轧机系统正常运行的主要元素——润滑油的清洁及污染控制始终是设备管理者给予充分重视和关注的重点。

据云南铜业股份有限公司摩根轧机运行实践统计，乳化液侵入污染的发生频率较高，因乳化液侵入污染受损对象几乎覆盖了轧机系统大部分零部件及元器件，污染造成的危害较大，对此须认真分析研究产生问题的原因，进行防范和控制，保障轧机系统的正常运行。

1 污染物侵入途径分析

(1)乳化液侵入途径主要为轧机油膜轴承密封件失效或损坏时，轧机工艺用乳化液通过失效或损坏的密封间隙进入轧机内部。

(2)润滑系统周围环境较差，湿度和降尘量大，油箱密封不良，空气过滤器缺失，在轧机润滑油散热过程中，通过油箱的呼吸作用吸入环境中的粉尘和潮湿空气混入油液。

2 轧机系统侵入污染物来源

(1)乳化液本身的大量水分;

(2)乳化液携带入大量的固体污染物(主要是轧制过程产生的细微的铜颗粒和铜氧化皮颗粒、杂质等);

(3)轧机系统工作环境中的湿气(水分)和粉尘等，这部分污染物量比较小。

3 乳化液侵入污染产生的危害

3.1 油液乳化和稀释

鉴于轧机润滑油和水有一定的亲和性，油液吸水饱和度约(500～600)×10－6。当油液中含水量超过吸水饱和度时，乳化液中过量的水分以游离水和乳化水的形式存在于油液中，使油液稀释，降低油液黏度及润滑性能，油膜轴承与轴颈间油膜支承刚度下降，导致油膜轴承与轴颈之间形成边界摩擦甚至出现干摩擦，油膜轴承和轧辊轴颈快速磨损，甚至产生黏着抱轴烧瓦。

油液稀释还会影响润滑系统油泵的供油压力和流量的稳定，严重时甚至会引起轧机系统非正常停机。

3.2 乳化液携带混入的固体颗粒物危害

(1)轴颈和油膜轴承磨损:轧机油膜轴承因固体颗粒污染产生磨损是导致轧机故障受迫停机或更换轧机的最直接因素。进入油膜轴承和轧辊轴间油膜间隙中的固体颗粒在运转中，对油膜轴承表面发生碾压和搓动，会产生很大的应力，可导致轴承表面疲劳磨损而产生剥落;进入油膜轴承和轧辊轴间油膜间隙内的坚硬固体颗粒物会嵌入其中较软的轴承表面，从而在相对运动中产生切削作用，产生次生磨粒及磨损。据资料记载，Timken轴承公司通过试验测定滑动轴承的磨损量与油液污染度的关系得到的结论是:污染度与磨损量为线性关系，即油液污染度上升，轴承的磨损量成线性增长;据统计表明，乳化液侵入污染严重时，72 h(一个工艺周期)即可使轧辊轴轴颈产生0.03～0.05 mm的磨损量(平均值)。

2006～2009 年该公司在线维修和因故障更换轧机原因调查统计表明:轧机因侵入固体颗粒污染物引起油膜轴承和轧辊轴颈非正常磨损而导致故障的情况，约占更换轧机比例的83%强。乳化液携带进入轧机系统的固体颗粒物如果得不到及时的清除，则会产生磨损的链式反应，产生二次及以上颗粒污染物，加速轧机油膜轴承、轴颈、轧辊轴止推轴承和轧辊轴上齿轮齿面的磨损，甚至引起相关零部件磨损报废。

(2)降低轧机密封元器件寿命:颗粒污染物迅速引起轧机密封失效，导致系统大量漏油及乳化液混入润滑系统，严重的恶性循环加速了油液劣化，引起轧机系统故障和受迫停机，同时，大量的颗粒污染物对轧机润滑系统管道设备(油泵、阀门等)造成不正常的磨损，加重轧机和润滑系统元器件(如油泵、阀门等)的磨损，使用寿命降低，引起过滤器淤塞，致使设备无法正常运行。

(3)润滑油添加剂析出:乳化液与油液中金属硫化物和氯化物(来自某些添加剂，如抗磨添加剂等)以及某些氧化物作用产生酸类物质，腐蚀润滑系统设备、元件、油箱及管线内壁，增加油液的酸值:其次，乳化液与油液中某些添加剂(如抗氧化剂)作用产生絮状沉淀物和胶质络和物等新的有害污染物，加速了油液的变质劣化，淤塞过滤器和管道狭窄处，只得受迫停机清理淤塞管道或更换过滤器滤芯，因国内过滤器滤芯尚不能达到轧机工作要求，购置进口过滤器滤芯价格昂贵，大大增加系统生产运行和维修成本，据统计，该公司轧机系统过滤器滤芯因润滑系统乳化液侵入污染造成淤塞更换约占滤芯更换总数83%以上，污染严重的一次，管路上新换的进口滤芯只使用了不到2 h，而管路至油箱回油口处回油过滤器也因此而淤塞。

4 污染物侵入原因分析

4.1 乳化液侵入原因

(1)轧机密封失效未能及时处置。在轧机运行中当密封零件和密封件磨损或损坏时，因生产的工艺周期关系以及缺乏有效的实时监测手段，往往等到油箱液位出现不正常上升甚至油箱满溢时才能发现和处理问题，但此时油箱内已混入了大量的乳化液，油质早已严重劣化甚至丧失了保障轧机运行的功能。

(2)密封结构设计问题(见图1)。该公司摩根轧机分别引进于20世纪80～90年代，就早期轧机设计结构以及轧机密封设计结构看，轧机密封是以封水(乳化液)为主，不能兼顾封油，特别是在轧机油膜轴承或轧辊轴轴颈磨损，油膜轴承与轧辊轴颈间隙增大导致回油压力增大，油封承压不足时尤为突出，往往形成油水互渗;后期的摩根轧机在密封设计上采用了成对配置的油封，但仍不能完全解决问题。

图1 轧机密封结构Fig.1 Sealing Structure of Rolling Mill

图2 微泵渗漏影响Fig.2 Influence of Micro－ pump Leakage

(3)微泵渗漏。“微泵渗漏”是轧机因结构和元器件安装不良产生的一种非正常状态(图2)，根据对轧机结构和运行状况的分析，“微泵渗漏”产生的原因:①轧机轧辊安装不到位，抛油环与轧辊间产生微小间隙，抛油环未紧固;在轧机运转过程中，抛油环不与轧辊轴同步旋转，与油封密封面间不能形成有效的密封泵吸压力;同时在进入抛油环与油封间的乳化液挤压和进入抛油环下端面油膜轴承处回油推力作用下发生轴向位移，沿轧辊轴轴线方向在轧辊与保持架之间往复窜动，在窜动过程中，将包含于抛油环和保持架油封之间的乳化液连续地挤入抛油环和油封间隙之间，并形成一定的压力，破坏油封的密封作用，其作用如泵压一般，持续地将乳化液通过抛油环和油封之间的间隙“泵”入轧机内部，导致乳化液侵入污染状况，这一问题在轧机转速400～550 r/min时尤为突出，并且“微泵渗漏”不受轧机立装还是卧装方式影响;②轧机结构，因轧辊轴轴向止推使用的是面对面安装的角接触球轴承，轧机原设计为保证轴承安装对心和轧辊轴运转时轴承受热膨胀后的游隙，轴与轴承采用φD－H/h配合公差，但由于轴承及轧辊轴颈加工工艺标准的不一致性，实际上其轴与轴承配合均形成微小间隙配合，约在0.005～0.009 mm之间(见图3)，运转一段时间后，极易因间隙产生“跑内圈”的情况，当止推失效时，轧辊轴在轧制过程中因轧制力和坯料的作用也会产生微小轴向窜动导致“微泵渗漏”，致使乳化液侵入润滑系统，这一问题在轧机转速在700 r/min附近反映较为突出。

该现象在检查中容易忽视，有时甚至在空运转试车也无异常;但在实际负荷运行中，一旦产生“微泵渗漏”，乳化液可以8～10 mL/min左右的速度快速侵入轧机系统，轧机润滑油迅速劣化变质，6～8 h即可造成轧机系统因乳化液侵入故障而被迫停机检修;同时，乳化液携带混入的固体颗粒物迅速地破坏轧机密封致使密封磨损失效，恶性循环使污染危害变得尤为严重，往往需要经过长时间(6～8个班次)的持续处理并逐渐添加新油才能使润滑油恢复到基本可用状态，污染造成的后果将在其后相当长的一段时间影响轧机系统的运行，情况严重时就只能被迫更新润滑油。

图3 角接触轴承配合间隙影响Fig.3 Influence of Angular Contact Bearing Fit Clearance

(4)零配件及密封件问题。该公司摩根轧机为20世纪80～90年代中叶引进的成套设备，迄今已运行了很多年，摩根轧机系统的部件以及轴承、轴、衬套、水封、油封均存在着不同程度的磨损或老化。很多零部件已产生磨损和失效，需要更换或修复，同时易损易耗件也需要定期进行更换，但在实际运行中，因购置成本、周期、渠道、生产厂家技术更替、公司购并等因素制约，无法保障使用可完全互换的原产备件，本地采购和加工零配件成为必然的选择，在零配件和易损易耗件国产化制造和就地市场采购中，由于相关资料不完整，采用标准、制式间的差异以及材料、制造技术和工艺的不一致性和不稳定性，国产化零部件和易损易耗件与原产备件产生差异，当这种差异因生产制造工艺及安装工艺问题而导致零部件和易损易耗件产生误差时，误差导致的隐性缺陷即成为造成轧机润滑系统乳化液污染物的侵入污染的因素之一。

4.2 其它污染物侵入原因

(1)因工作环境较差，轧机系统油箱密封不良，空气滤清器缺失，轧机油液散热过程中因呼吸作用混入湿气(水分)和粉尘。

(2)维修时混入的杂质。

5 乳化液污染侵入的防范与控制

(1)加强运行监测，认真点检，定期和随机检查润滑油液位、轧机密封，润滑油外观等，发现隐患及时处置，及时更换失效的轧机密封件，使乳化液侵入隐患在萌芽状态即得到有效处置。

(2)规范安装作业，消除“微泵渗漏”。我们已知“微泵渗漏”是轧机因结构和元器件安装不良产生的一种非正常状态，那么保证安装正确、规范就成为了首选措施，其一是要规范安装作业要求，保证轧辊和抛油环安装配合到位，认真检查并监督轧辊安装作业过程和实际效果;其二是调整轧机密封元器件配合偏差分布，使轧辊轴与成对面对面安装的角接触球轴承在保证轴承安装对心和轧辊轴运转时轴承受热膨胀后的游隙的前提下选择有效的配合公差，据此，我们采取了对新制轧辊轴轴颈配合尺寸偏差进行调整，使该轴颈段配合由微小间隙配合变为保证微小过盈配合，过盈量在0～0.009之间。经实践验证，“微泵渗漏”现象得到消除。

(3)调整油封配合尺寸及配合公差:轧机密封件原设计与我国现行标准及制式存在差异，密封件安装困难，密封件安装极易产生隐性变形，针对这个问题，通过对密封状态的现场调研、轧机密封设计结构的仿求分析，依据现行国家标准的规定，我们对轧机油封的唇口密封、轴颈尺寸偏差、安装配合尺寸及偏差和配偶件配合尺寸进行了调整，改善了密封件的安装条件，并注意对油封唇口的润滑，保证轧机密封在设计规定的使用和运行状态下工作。

(4)保证油液加热循环真空脱水装置使用条件:摩根轧机系统中配置了加热循环真空脱水装置，可对运行中的油液进行不间断的油水分离作业，但该加热循环真空脱水装置设计上适应能力较弱，虽经改造仍显不足。因此，须保证油液温度和真空度保持在设定范围，其中，油液温度51.7～65.6℃ (即 125 ～ 150°F)，真空度3 466.372 ～3 599.694 Pa(即－26～－27 mmHg的表压)。通过循环加热器和真空脱水装置返回油箱的润滑油温约在50～55℃(这一温度有利于油液中水分的自行分离及颗粒杂质的沉淀);以有效实现油水分离和清除油液内颗粒污染物。

(5)合理控制润滑系统油温。润滑油的温度变化将直接影响到润滑油的粘度变化，而润滑油的粘度改变又将直接影响轧机油膜轴承和轧辊轴间油膜的建立以及油膜轴承的支承刚度改变，进而引起轧机油膜轴承和轧辊轴轴颈的磨损甚至损坏。供摩根轧机油膜轴承的润滑油经系统出口处换热器冷却，油温控制在38～40℃之间，保证在油膜轴承与轧辊轴轴颈之间形成正常(理想)的油膜并建立起足够的支承刚度。

(6)保持油箱合理的高液位运行。轧机系统运行时，油箱液位应尽可能保持在设计要求的上限液位，以保证润滑系统工作时油泵的进口工作压力(压头)稳定，防止油泵因液位过低产生供油压力和流量波动，尽管有时这种波动甚微，但仍然会对系统产生影响，特别在油液污染度高的时候更为突出。我们多次观察到在润滑系统运行中因油位低导致系统供油泵压力不稳定甚至无法建立压力的情况。同时，油箱内润滑油液位过低，会因油液加热器上部油液出现局部高温导致油液老化、氧化以及添加剂析出等状况。另外，润滑油在油箱内滞留时间短，系统润滑油循环频率增加，油液在一个循环周期里不能得到充分沉淀净化和冷却时间，长期运行将影响(或降低)润滑油液的寿命及性能品质，最终影响轧机设备的正常运转。所以应保持轧机系统润滑油在“合理高限”的液位上运行。

(7)完善和维护好过滤系统。我公司摩根轧机润滑系统有三级过滤，在进入轧机系统管路前安装有一台双筒过滤器，精度为β22≥1 000，过滤器滤芯处加有磁片，用于吸附元器件磨损产生的铁磁性颗粒，循环加热器处有一台单筒过滤器，精度为β12≥1 000，真空脱水罐处有一组滤芯，精度为β10≥1 000，在发生乳化液侵入污染时过滤器很容易被堵塞，须及时更换处理。过滤器可在不停机的情况下更换和清洗，过滤器滤芯以更换处理为主，过滤器其它部分结合维修工作安排清洗和维护。

(8)定期排污及排出油箱内沉淀分离出游离水分。摩根轧机润滑系统油箱分为供油和回油两部分，通过分设于油箱供油侧和回油侧的液位计可监测油箱供油侧和回油侧的液位及含水情况，利用油箱底部排污阀可将沉淀分离出的水分和部分颗粒物排出，从而净化油液，防止油液氧化、乳化，提高油液的使用寿命。正常情况下，一个月作一次排水及排污工作即可;同时，结合大修周期，安排系统清洁冲洗，清除轧机系统内侵入污染物，过滤润滑油，提高油液的清洁度，保障轧机系统安全稳定运行。

6 结语

通过采取上述措施后，该公司摩根轧机系统基本保持在合格的清洁度、正常粘度、正常的油温条件下运转，含水量≤100×10－6，大大减少了轧机油膜轴承和轧辊轴的磨损，减少了轧机密封件的损耗，有效降低了维修成本，延长了轧机润滑系统中润滑油及设备的使用时限，对保证和延长轧机的使用精度和寿命起到了积极有效的作用。

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Analysis on Emulsion Invasive Pollution Problem of Morgan Rolling Mill and Disposal Measures

NA Keng
(Yunnan Copper Co.Ltd.，Kunming 650051，China)

In illusion to emulsion invasive problem of Morgan rolling mill，and based on operation practice of Morgan rolling mill，the reasons of pollution and its danger were analyzed and the methods of solving problems and measures were put forward.

Morgan rolling mill;emulsion pollution;pllution prevention and control

TH117.2

A

1004－2660(2012)02－0051－05

2012－04－10.

纳铿(1957－)，男，云南人，工程师.主要研究方向:冶炼加工设备设计与制造.