扇形段自由辊轴承失效分析与解决措施

2014-10-12冯李民

机械工程师 2014年1期

冯李民

（唐钢中厚板材有限公司，河北唐山 063610）

0 引言

唐钢中厚板厂2#板坯连铸机于2008年3月投产，该型连铸机二次冷却区域共有12台扇形段，编号为SegI～SegⅫ。各段均是采用小辊径，三分节辊密排布置方式，每组分节辊的中间支撑交错布置以保证均匀支撑。每台扇形段内外弧各有7组分节辊，中间一组为拉矫驱动辊，其余为自由辊。自由辊径分为φ230 mm和φ300 mm两种。三分节辊组合辊身长度2200 mm，轴承为自调心圆柱滚子轴承。

2010年2#铸机扇形段下线58台次，除个别因到使用周期正常下线外，大部分为非正常事故下线，尤其在连铸机拉矫应力较为集中的3段至8段下线次数明显高于其它各段。经统计分析，造成扇形段下线的主要原因是由于自由辊轴承在高温、重载、腐蚀条件下损坏失效，导致夹辊抱死。经常更换的部分扇形段（Seg III～SegⅥ段）在线平均使用寿命1.1个月左右，SegⅦ～Seg VIII段的使用寿命为2.3个月左右，该状况直接导致扇形段漏水，铸坯划痕，影响生产节奏及经济效益。

1 轴承失效原因分析

1.1 干油分配不均导致轴承润滑不良

每台扇形段润滑单元采用4个单线递进式干油分配器（SSV14-FL-G-B），内弧、外弧各有2个分配器，分别供应内外弧辊子轴承座润滑（如图1所示）。

图1 扇形段外弧干油润滑管路示意图

通过下线扇形段分节辊拆开检查分析，发现三分节辊边部轴承座内干油润滑良好有溢出，而中间部位辊子轴承润滑油量较少无溢出且有发黑碳化迹象，润滑油量较边部较少（因1、6轴承各有一路干油管，2、3轴承共用一路干油管，4、5轴承共用一路干油管，且中间辊的3、4轴承需要等待2、5轴承加满润滑油后才能补充供给过来）。而中间辊轴承（图1中轴承3、4）处于红热钢坯的下面，是主要承载受热区，因此寿命明显短于边部轴承。经统计分析，因轴承失效下线的扇形段中，80%是由于中间部位轴承失效导致的。

1.2 轴承座冷却水道结垢堵塞，轴承高温失效

由于扇形段长期处于高温重载的连续生产环境下，造成轴承座冷却水道空腔内温度较高，一方面轴承过烧会影响其使用寿命；另一方面造成轴承座内部的干油润滑脂过热碳化，堵塞轴承座油路入口，导致干油不能及时供油润滑。这就对轴承座水冷装置提出了更高的要求。通过解体下线扇形段内外弧，拆开分节辊辊子轴承后检查发现轴承抱死及外圈过热变色，可判断是由于辊子轴承座内冷水连接水道不畅导致冷却水流量不足，冷却强度较弱造成轴承材料在高温氧化条件下迅速锈蚀。同时，轴承座下部φ8 mm供油管路在高温现场极易碳化堵塞，从而加剧促使轴承失效报废。

1.3 检修质量问题导致辊子载荷分布不均

（1）扇形段下线检修安装组合分节辊以及对中时，个别辊子辊面与对弧样板间隙值是标准的上限，而其余辊子对中间隙是标准值的下限，导致该分节辊辊面较高。连铸机拉钢过程中该辊子的载荷分布不均，导致辊面高的辊子轴承承受大负荷，长时间运转或者超负荷运转必然导致该轴承先损坏。

（2）正常情况下辊子轴承为间隙配合，装配时采用冷装。但是有个别辊子轴头外径尺寸机械加工不规范导致过盈配合，需要热装，工人师傅用乙炔喷枪对轴承内孔进行加热，若掌握不好加热温度，轴承钢内部的金相组织将发生变化。当轴承冷却后，轴承内孔就不能恢复到原来的尺寸，通常比加热前的尺寸要大，间接造成轴承径向游隙变小。轴承游隙的大小直接影响滚动轴承的载荷分布、振动、噪声、磨损、温升、使用寿命和机械运转精度等技术性能。在高温重载铸机使用环境下加速轴承损坏抱死失效。另外，轴承径向游隙不均匀。同一根辊子上的轴承游隙相差太大，尤其是搭配使用各种利旧轴承导致辊子两侧轴承受力不均匀，加快缩短轴承的使用寿命。

连铸机扇形段上一盘轴承失效将引起严重后果：轴承失效塌架→辊子抱死不转→扇段积渣漏水→铸坯划痕边裂→设备停浇检修→产量效益损失。

2 解决措施

2.1 扇形段干油润滑单元改造

针对扇形段自由辊轴承存在干油分配不均、润滑不良的问题，即单线干油集中润滑分配器一个润滑点油路出现堵塞，将导致整台分配器无法供油，且原干油润滑设备无法实现点对点供油操作的监控。亟需对连铸机扇形段润滑设备进行系统改造。

1）通过与分配器供货制造厂家沟通及技术交流，在同等经济条件下改造扇形段干油分配器阀体。指导厂家加粗干油分配器阀体部分供油活塞直径，采取不同耗油分配量直接加大扇形段中间辊轴承部位供油量，如图2所示。

图2 扇形段分配器改造示意图

2）改造并采用连铸机智能润滑系统实现自动供油补油。设备检修人员根据干油设备系统提供的电子反馈信号进行巡检，缩短了生产现场干油润滑系统堵塞后的判断故障时间。同时，还解决了扇形段单线干油润滑单元的缺陷，即使干油分配器某个润滑点堵塞，也不会影响其它润滑点油路的畅通，大大降低了干油润滑系统油路堵塞的事故影响。

3）加强干油润滑脂使用过程管理。定期更换滤油器滤芯；在线更换扇形段以及下线检修时及时用塑料袋将暴露在外面的干油管接头包裹起来，防止灰尘渣子等杂物进入堵塞管路。

2.2 扇形段冷却系统改进

1）加强下线扇形段检修验收管理制度。下线扇形段拆卸内外弧辊子后座入对中台接入水源统一清洗；轴承座单独通水保压检查水流量情况，确保冷却水道清洁畅通。

2）清洁水源，在连铸机净环水供水管道加装自清洗过滤器。采取自动反冲洗与人工反冲洗相结合的模式，确保过滤效果，防止冷却水结垢堵塞冷却水道。

3）在水平扇形段外弧边部框架焊接加装冲渣冷却水嘴，既可以冲洗清理浇钢生产过程中产生的积渣，又降低了自由辊轴承工作环境温度，从而大大延长轴承使用寿命。

2.3 扇形段辊子维修装配质量改善

1）制定检修作业标准和设备验收标准。装配前测量辊子同轴度和轴承游隙值，选配数据相近的安装在同一台扇形段上，提高每组分节辊水平度及扇形段内弧、外弧整体辊子对中精度。

2）加强维修人员培训。结合图纸，现场指导工人对辊子进行分解、组装、验收，加深对装配技术掌握程度；为避免热装时轴承过热，采用电子轴承加热器加热轴承。

3）加强辊子装配精度抽检考核力度。坚决杜绝盲目装配，野蛮操作行为；统一装配工序标准，对弧样板、塞尺等量具定期校验精度，确保装配质量。

3 改造后效果检验及经济效益

改造后部分扇形段使用周期对比分析，详见表1。

表1 部分扇形段改造前后使用周期对比表

扇形段经过技术改造及维修过程提高完善后，辊子轴承的工作稳定性大大提高。扇形段平均使用寿命延长约1倍。改造后的扇形段在连铸生产过程中可以观察到少许润滑油从中间分节辊轴承内侧辊子轴肩与轴承座结合面渗出，这在一定程度上反映出中间辊轴承干油供给良好，轴承双列滚柱均有充足的油脂润滑。达到过钢量，在正常下线的扇形段分节辊拆分解体过程中可以看到：辊子转动灵活，分节辊轴承润滑脂干净无杂质，油脂颜色明亮，未有乳化现象发生。另外，采用连铸机智能干油润滑系统后，扇形段自由辊轴承得到充分润滑，寿命大大提高，同时，该新型智能润滑系统能够实现自动控制，从而确保干油供脂连续性好、润滑频率高周期短。

2011年2#连铸机更换下线扇形段38台次，较改造前下降20台次。每台下线扇形段综合平均维修费用约18万元，每年节省费用约360万元。此外，更换一台扇形段需连铸机停机拉下检修平均约5 h，每年可节省时间约100 h。改造成果非常显著，综合效益相当可观。