热轧轧机辊轴承密封及润滑适应性改造设计

郭 磊，杨朱衡，林 春

（山东钢铁股份有限公司，山东 莱芜 271100）

热轧轧机辊轴指的是冶金轧机机架上的辊颈和滚筒上安装的轴承，主要通过圆柱滚子轴承来承受径向的承载力。为此，如果热轧轧机辊轴出现了运转不良或者是损坏的现象，主要是由于密封效果不好或者是装配条件差而引起的。另外，有大量实践证明：通过对其密封及润滑适应性改造设计，可切实提高热轧轧机辊轴的运行效率、降低运行成本，延长使用寿命[1]。

1 热轧轧机辊轴存在的问题

（1）热轧轧机辊轴的运行效率和使用寿命与轴承座之间是息息相关的，如果轴承座设计不合理，就会导致热轧轧机辊轴受力不均。

（2）在轧机的生产和制造过程中，机架由于受钢板冲击载荷的影响，就会出现热轧轧机辊轴损坏的问题，从而降低和减少轴承的使用寿命。

（3）轴承座应当具备基本的调心性能，这样才能合理地避免由于热轧轧机辊损坏、烧毁、挠曲以及变形而使轴承出现偏离的现象。

（4）轧机机架辊齿轮箱因设计不合理以及未能综合考虑到设备与设备之间尺寸与形状、精度和公差等的问题[2]。

（5）热轧轧机辊轴密封效果差，使得大量的氧铁皮、冷却水、水蒸气渗入其中，使其遭受侵蚀。

（6）轧机机架辊的工况环境十分恶劣；

（7）轴承接触面的光洁度、硬度不在规定的范围之内，轴承间隙不符合设计要求；

以上这些问题的存在，使得轧机机架辊经常会出现漏油、进水等的问题，严重影响着热轧轧机辊轴的润滑效果，进而大大缩短其使用寿命。因为，每一台热轧轧机辊的使用寿命为30年左右，如果密封及润滑适应性不良就会导致大量的润滑油泄露，从而降低使用寿命，给企业造成巨大的经济损失。为此，热轧轧机辊轴承密封及润滑适应性改造设计已经成为了热轧轧机辊轴产量和质量提升的关键所在。

2 热轧轧机辊轴承密封改造设计

2.1 热轧轧机辊轴的安装

轴承密封件安装水平的高低在一定程度上直接决定着热轧轧机辊轴的运行效率和使用寿命。为此，在具体的安装工作中，还应当综合考虑轴承密封件的形式、型号以及种类，并能严格按照轴承密封件的使用说明书对其进行安装，保证热轧轧机辊轴的安装质量。

（1）安装前。①轴承、轴套、压盖不得出现毛刺；②保证轴承质量；③密封件、密封腔、轴，压盖在安装之前必须清洗干净。

（2）安装中。①为了降低热轧轧机辊轴的摩擦阻力，应当于密封处涂抹一层薄薄的油，以此实现润滑效果，由于考虑到橡胶圈的相容性，如果不宜使用油，可以用肥皂水代替；②轴承的密封件可以使用普通的氟橡胶，现将静环与压盖一起安装在轴承上，然后再安装动环组件[3-5]。

（3）安装后。已经完成安装并进入使用状态的热轧轧机辊轴还应当定期对其进行观察和测量，保证其始终可以处于正常的运行状态中。

2.2 改造设计原理

从热轧轧机辊轴流体动力密封原理角度来说，对于动态下的油封与轴承之间狭小的接触带上，有一层液膜，由于其具有流体动压的特点，可以有效降低轴承与密封件的摩擦力。因为，摩擦力的存在会使密封间接触面受圆周方向切向力的影响，形成切向变形，从而改善动态状态下的润滑效果。另外，热轧轧机辊轴密封表面上存在的隆起与凹陷，就好比微小的滑动轴承板，将粘性状的液体带入轧机轴承的间隙中，所形成的流体动力液膜，对热轧轧机辊轴承起到密封及润滑的双重效果。而对热轧轧机辊轴承密封及润滑适应性进行改造设计，其根本目的是减少和降低密封唇口部位的磨损情况，使接触面能始终保持在边界摩擦和流体润滑两种状态之下，避免干摩擦现象的出现。

2.3 机械密封及轴承密封表面精度改造设计

机械密封借助的是一对或者数对垂直于轴座滑动端面，并在流体压力和补偿弹力的相互作用下保持贴合，并辅以辅助密封进而实现阻止热轧轧机辊轴出现润滑油泄露的一种装置；轴承密封指的是在密封环和密封条的紧密配合下防止热轧机轴阻漏的一种装置，密封环又是构成机械密封中最重要的一个元件，其在某种程度上直接决定着热轧轧机辊轴的运行效率和使用寿命。为此，提高机械密封及轴承密封表面精度是热轧轧机辊轴承密封及润滑适应性改造设计过程中必须考虑的问题之一，轴承密封示意图如图1所示。

图1 轴承密封示意图

2.4 密封环改造设计

密封环的尺寸、表面粗糙度太大以及圆度超差会使得热轧轧机辊轴承密封及润滑适应性大打折扣，进而加剧轴承的磨损，降低轴承的使用效率。为此，对密封环改造设计显得尤为重要。改造设计方案如下：

（1）将密封环的粗糙度由3.2mm降低至1.6mm。

（2）加大端面倒角。将倒角从原来的5mm加大至10mm，降低由于装配对热轧轧机辊轴造成的损坏，使其能在压力、温度以及滑动速度同等的工作条件下，可以保持良好的密封性，特别是热轧轧机辊轴的密封端面必须要具备足够的刚度和耐腐蚀的能力，密封使用的材料同样也应当具备较高的导热系数和较小的线膨胀系数，保证其在耐热冲击的情况下，不会出现开裂现象。

（3）在经过改造设计后的密封环还应当具备良好的自润滑性和流体性的特点，在具体的工作中如果出现干摩擦现象，保证其不会损伤密封端面，从而延长热轧轧机辊轴的使用寿命。

3 热轧轧机辊轴承润滑适应性改造设计

热轧轧机辊轴承整体的工作性能是否可以得到有效地利用，在某种程度上直接取决于其自身的润滑情况。润滑剂又被称之为热轧轧机辊轴承的“第5大零部件”，而热轧轧机辊轴承的损坏有大约40%的原因是润滑不良而造成的，所以要想降低对热轧轧机辊轴承的损耗，就需要对其润滑适应性进行改造设计。目前，对热轧轧机辊轴承润滑适应性改造设计采用的是润滑脂润滑、油气润滑与密封装置这三种类型[6]。

3.1 润滑脂润滑

润滑脂润滑具有简单易行、轧辊更换方便等特点，应用十分广泛。但是需要根据热轧轧机辊轴承的温度、转速、冲击振动大小以及密封防水性能等情况选择合适的润滑脂，另外还应当选择耐高温、抗压强以及抗水性能高的厂家生产的润滑脂。虽然，正规生产厂家所生产的润滑脂采购成本较高，但可以有效延长热轧轧机辊轴承的使用寿命，且用量较小，综合成本也就降低了，润滑剂的使用一定要适量，并能准确地涂抹于热轧轧机辊轴承所需要的部位，不同品牌的润滑脂不得混用，以保障热轧轧机辊轴承工作表面处于正常状态。另外，在利用润滑脂对热轧轧机辊轴承进行润滑适应性改造设计之前，需要先将热轧轧机辊轴承内部清理干净，对立辊、斜辊以及轴承座的上下盖要填充足够量的润滑脂，每次更换完轧辊之后，还应当认真检查润滑脂是否出现了硬化、变黑、污染、氧化以及乳化等现象，一旦出现以上情况，应当立即更换润滑脂，并认真检查热轧轧机辊轴承的密封件和密封结构，如果情况良好，可补充新的润滑脂之后方可继续使用。

3.2 油气润滑

油气润滑是对热轧轧机辊轴承滑适应性改造设计最理想的一种方式，热轧轧机辊轴承在经过一段时间的运行之后，压缩空气就会自动带着润滑油进入到轴承的内部，而当润滑油停留热轧轧机辊轴承内部的时间过久之后，空气会使其中的热量挥发，并阻止外部的水、气体以及杂质进入轴承的内部，造成热轧轧机辊轴承运转不良。而油气润滑的根本目的就是为了保证热轧轧机辊轴承内部良好的运行状态，进而阻止氧化铁皮、杂质以及冷却水进入热轧轧机辊轴承内部，延长热轧轧机辊轴承的使用周期。

油气润滑也被业内学者称之为“气液两相流体冷却润滑技术”，是新时期下应运而生的一种新型润滑技术，它对于热轧轧机辊轴承滑适应性改造设计具有无可比拟的优越性，它适应了热轧轧机辊轴承发展的基本需要，成功地解决了传统的单相流体润滑技术所无法攻克和解决的诸多问题，大大地延长了热轧轧机辊轴承的使用寿命，因此在该行业领域中得到了迅速的推广和应用。

3.3 密封装置

密封装置的热轧轧机辊轴承的密封性，就是要保证轧机内部良好的润滑状态，防止冷却水、杂质进入轧机内部降低轴承的使用寿命，也正是由于轧机轴承的密封性问题，轴承损坏最多的部位就是在靠近辊身侧的部位。在通常情况下，轴承往往会因为润滑脂污染，造成零件工作表面磨损、碎裂等的现象，特别是热轧轧机辊轴承乳化液的渗入，会加速润滑脂的失效速度。热轧轧机辊轴承的密封性分为自带密封性和外部密封性两种。其中，外部密封性主要利用迷宫式和接触式相结合的方式设计而成，迷宫的级越多、间隙越小，热轧轧机辊轴承的密封性就越好。迷宫式的级和间隙的大小根据轴承的尺寸取径向单侧0.6mm～1.5mm，纵向取4mm～6mm；接触式设计方式在热轧轧机辊轴承上的应用非常广泛，但接触式设计具有方向性，不得装反，热轧轧机辊轴承中一般装有两个油封，两个油封的承口都在轴承座外，其目的是防止污染物的进入。在使用油封时应当小心翼翼，避免轴承撞坏唇口，影响密封的效果。RBR型密封环是热轧轧机辊轴承专用的一种密封环，近些年来得到了广泛的应用和普及，RBR密封环使用轴向密封方式将唇口贴近轴承压盖的基面上，不会受到热轧轧机辊轴承振动的影响，其内部的旧脂会溢出，外部的冷却水、氧化铁皮、杂质被唇口阻止进入，实现热轧轧机辊轴承良好的密封效果[7-9]。

4 结语

综上所述，随着经济社会的不断发展以及科学技术的日新月异，冶金行业对热轧轧机辊轴的密封及润滑适应性提出了更高的要求。而在热轧轧机辊轴经过一段时间的使用之后，其运行效率难免会随之降低。为此，通过对其的改造设计，不仅可以延长该设备的使用寿命，降低运行成本，进而为企业创造可观的经济效益。