热连轧精轧机组降低轧辊轴承消耗措施探讨

2018-06-22张志广

重型机械 2018年3期

关键词：辊轴滚子垫板

张志广

(敬业钢铁有限公司板卷厂，河北石家庄 050400)

0 前言

敬业1250热轧带钢生产线精轧机组由F1E立辊轧机及7架四辊轧机组成，自投产以来频繁出现轧辊轴承非正常损坏，由此引发的设备停车可达6～10小时/月，严重影响轧机的生产效率及生产成本。

1 精轧机组轧辊轴承的配置及工况

F1E立辊轧机最大轧制力1 000 kN，单边最大压下量5 mm，操作侧和传动侧立辊对称布置，立辊上下两端均选用双列圆锥滚子轴承。F1-F7轧机最大轧制力20 000 kN,F7出口速度最大15 m/s。工作辊固定端采用四列圆锥滚子轴承加推力调心滚子轴承形式，自由端安装四列圆锥滚子轴承；支承辊两端均采用四列圆柱滚子轴承加双列圆锥滚子轴承配置。所有轴承均采用人工添加干油脂的方式润滑。工作辊和支承辊在线下注油完成后再上线，F1E立辊每6小时在线注油一次。

2 轴承损坏原因分析

2.1 FIE立辊轴承

通过现场对轴承损坏情况进行统计分析及拆箱检查发现，F1E立辊轴承损坏主要集中在下轴承箱，并且箱内普遍有明显进水现象，部分滚珠已出现锈迹。针对上述问题，对轴承箱密封装置进行了改进，改进前如图1a所示，肩环由轴承透盖间的径向间隙为10 mm，轴向间隙为40 mm。改进后如图1b所示,把合螺栓由外六角改为内六角，使肩环与轴承透盖间的径向间隙由10 mm缩小为2 mm,轴向间隙由40 mm缩小为3 mm；新增了排水孔和挡水环，使通过水封的冷却水可以及时排出箱外，同时，调整下轴承箱注油周期为3小时。另外，根据F1E立辊对称布置的特点，定期互换操作侧和传动侧轴承箱上线位置，以减少轴承外圈的非均匀磨损。通过上述改进使下轴承箱的密封效果得到了明显改善，一年以来轴承未发生损坏现象。

图1 F1E立辊轴承箱密封结构改进对比图

2.2 工作辊轴承

工作辊轴承损坏主要为固定端推力调心滚子轴承，并且多次出现轧机操作侧卡板螺栓断裂现象，而操作侧和传动侧的四列圆柱滚子轴承基本无损坏；检查箱内润滑脂基本正常。因此可以断定轧制过程中轴向力过大，超出推力轴承的额定载荷为轴承损坏的主要原因。针对此问题，从减小轴向力和增大轴承的承载能力两方面着手解决。

一方面，通过吊垂线定期对牌坊的窗口找正、利用框式水平仪严格控制下支承辊水平，避免轧制过程中轴向力过大；另一方面，对操作侧承载轴向力轴承重新选型，将29348型推力调心辊子轴承更换为370640型大锥角双列圆锥辊子轴承，额定轴向承载能力Ca1由1 580 kN提高至2 001 kN，轴承的理论使用寿命可延长2.2倍左右，同时也便于装配工调整轴向游隙。改造前后的轴承座装配如图2所示。

针对卡板螺栓容易断现象，本文将把合螺栓由原来45钢调质处理，改为42CrMo表面磷化处理，同时优化卡板结构增大其承载能力，卡板改造前后结构对比如图3所示，改造后承载能力提升至原来的5倍左右，杜绝了由此引发的废钢及其它次生事故。

图2 工作辊直推轴承改进前后对比图

图3 卡板机构优化前后对比图

2.3 支承辊轴承

支承辊轴承损坏主要发生在下辊，固定端和和自由端发生损坏的概率基本相同。损坏部位集中在四列圆柱滚子轴承靠近轧制中心线的一列，两端的双列圆锥滚子轴承亦时有损坏。下辊拆箱后发现箱内均有比较严重进水现象、轴承透盖与轧辊肩环径向配合面下方有明显磨损，在正下方最为严重，向两侧逐渐减轻，宫型密封轴向方向上有卷边、烧伤现象如图4所示。通过现象分析，可以断定支承辊轴承损坏的主要原因为：轴承偏载和轴承座密封性能差，导致润滑不良。

图4 轴承透盖与肩环干涉图

支承辊下轴承座底部裙口为倒“凹”字型，换辊小车底座与轴承座接触部位为“凸”字型，二者之间装有标高调整垫板，换辊时，轴承座下方的的弧面垫落在调整垫板上，通过液压缸推入轧机。轴承座的调心机构为“弧面垫-平板”式。原设计轴承座底部裙口与换辊小车底座的配合间隙为1 mm(单边)，换辊小车两侧鞍座中心线为2 190 mm。换辊小车底座为一个刚体，操作侧与传动侧中心距不变，而支承辊采用双止推结构，两侧轴承座与支承辊轴向定位，由于各零部件制造公差、轴承游隙调整等影响，中心距不能精确保证2190±1 mm，因此二者很容易发生干涉(如图5所示)。换辊时通常以卡耳与牌坊接触为标准，导致换辊小车牌坊二者无精确定位，轴承座裙口与底座中心偏离。此时因卡耳亦被牌坊与卡板轴向固定，轴承座处于过约束状态，轧辊在热膨胀或受轴向载荷较大时，两侧轴承座向同侧产生倾斜，或成“倒八字”状，致使轴承偏载严重。另因弧面垫接触圆弧面磨损、下支承辊水平度超差等因素也会造成轴承偏载问题的出现。

图5 下支撑辊轴承座与换辊小车干涉部位

3 改进措施

针对以上分析，采取了以下改进措施。

(1)消除下支承辊轴承座过约束，降低偏载问题。在换辊小车轨道上焊接定位块，实现轧机轴承座和底座在牌坊内精确定位；轴承座裙口单边加大3 mm，避免因辊系零件累积误差导致二者干涉；并将轴承座卡耳上牌坊侧的滑板改为“半梭形”，释放其轴向平移自由度。

(2)改进垫板结构、方便调整下支承辊水平，降低轴向力和偏载。原设计的标高调整垫板支撑面为大平面，使用时容易因氧化铁皮清理不净，影响下支承辊水平度，导致偏载现象和轴向力过大，改进后结构对比如图6所示。

图6 轴承垫板结构改进前后对比

(3)改良轴承座装配结构、增强密封性能。支撑辊原密封装置如图7所示，改进后的密封装置如图8所示，其优点如下：

图7 支承辊轴承座改造前密封结构

图8 支承辊轴承座改造后密封结构

保护罩和压环设计为一体，压环与止推轴承座间以O型圈代替XB450石棉胶板密封胶，止推轴承座处油封唇口朝里安装、同时在保护罩下部开孔避免箱内产生负压，在增强防水性能、减少油脂外溢损失的同时也增强了排水、透气性能。

四列圆柱滚子端的进水问题通过在肩环处增加外置水封、肩环与轧辊件增加O型圈，减少由轴承座内侧的进水量，同时将透盖最低处增加φ10 mm排水孔改为10 mm×80 mm的椭圆形排水孔，确保通过迷宫密封的水可以顺利排出。

(4)加强对轴承装配质量的管理和使用过程管理。严格按图纸要求范围控制各轴承的游间隙、轧辊和轴承座之间的相对窜动量，防止由轧辊和轴承座间窜动量过大导致的水封失效、传动侧轴承座向外侧倾斜及其引发的轴承偏载；对各轴承座编号，固定各轴承座之间的配对关系和使用位置，使轴承座之间、轴承座与轧机牌坊形成一定的对应关系，便于对问题进行分析和跟踪。