冷床輥道軸承潤滑方式改造

0.前言

萊鋼大H型鋼生產線是十五技改的標志性項目，是國內第二條大H型鋼生產線，2005年9月開始熱負荷試車。主體設備全部從德國西馬克公司引進，是目前國內最先進的一條H型鋼生產線，具有軋制工藝精度高，自動化控制水平先進等特點，能生產世界上最大規格的H型鋼。在現場的使用過程中，出現故障較多的是冷床輸入輥道，由于所處環境惡劣，導致原有的甘油潤滑故障率高，經常出現輥道軸承研死現象，并且潤滑脂大量溢出，導致了多次設備火災事故，因此急需通過技術改造，改進設備潤滑方式，提高軸承的使用壽命，杜絕消防隱患。

1.輥道潤滑簡介

冷床輸入的輥道共計30根，長度1.3米，采用的軸承為WC22222系列的滾動軸承。在正常生產中，軋件經過精軋機后需要切頭，這時會停留在冷床輸入輥道上大約20秒鐘時間，軋件溫度在800℃左右，由于生產節奏較快，導致此處軋件停留時間較多，原系統使用的甘油潤滑，由于所處環境持續高溫，導致大面積管路內的甘油被高溫輻射導致碳結，經常性出現油路不通，軸承研死的現象，嚴重時每周均會更換10多個軸承，并且從軸承座端蓋處經常溢出甘油，如果清理不及時，會引發火災，有重大消防隱患。

2.潤滑系統的使用要求

2.1系統工作介質需采用高粘度潤滑油

由于此處的軸承處于重載低速的工況下，為了在轉動表面之間建立起穩固的油膜層以避免金屬表面直接接觸，因此，必須采用高粘度的潤滑油做為潤滑劑。

2.2系統工作狀態應進行實時監測

由于工況惡劣，許多潤滑點不僅所處位置十分偏僻，并且所處溫度高，在正常軋鋼狀態下，維護人員很難接近并進行檢查，因此系統的監控功能，故障報警系統就顯得尤為重要，以便出現故障時維修人員能夠立即找出問題所在。

2.3系統能在惡劣工況下長時間不間斷運轉

在機組運行狀態下，如果軸承座內出現異常，由于安全及生產等多方面的因素，維護人員不可能對故障現場開展及時的維修活動，因此要求潤滑系統即使在比較惡劣的工況下也能保證穩定可靠的長期運轉，保證潤滑效果。

2.4潤滑系統溢出的介質不會出現火災

原系統由于軸承座內油脂外溢，堆積較多，在高溫的環境下，即使氧化鐵皮掉落在上面也會出現火源，由于環境惡劣，無法及時進行清理，因此出現了多次火災，燒壞了線路，出現重大設備停機。新改進的系統應減少潤滑油的排放，避免因潤滑油出現火災隱患。

3.現場改造方案

我們通過技術研究分析，發現甘油潤滑方式不適用于此環境，它的弊端較多，急需更改新的潤滑方式，為此廠成立了專門的加熱爐輥道潤滑研討課題小組，通過查閱和檢索各種潤滑方式的資料，并從網上收集了國內外各大鋼廠潤滑系統的使用情況，將其與甘油系統進行了比較，發現油氣潤滑方式應更加適合于冷床輸入輥道軸承潤滑，最終確定采用油氣潤滑方式，并實施了此項目。在冷床輸入輥道附近安裝了一套油氣潤滑站室，在主管道處安裝了5個分配器，每個分配器均為5出口，為加強管路的彎曲，斷裂性能，將管路由原來的銅管改造為不銹鋼管，為了減少軸承摩擦力，減少消防隱患，潤滑油由殼牌愛萬力EP2潤滑脂改用殼牌460號可耐壓潤滑油。

4.油氣潤滑工作原理及改造方案

4.1油氣潤滑的基本原理

將單獨供送的潤滑油和壓縮空氣進行混合，并形成紊流狀的油氣混合流后再供送到潤滑點，這個過程就是油氣潤滑。圖1為油氣流形成的示意圖，單相流體油和單相流體壓縮空氣混和后形成了兩相油氣混合流，兩相油氣混合流中油和壓縮空氣并不真正融合，而是在壓縮空氣的流動作用下帶動潤滑油沿管道內壁不斷地螺旋狀流動并形成一層連續油膜，最后以精細的連續油滴方式噴到潤滑點。

在圖中可以看出，油氣管中油的流動速度和壓縮空氣的流動速度相差很大，油的流速遠遠小于壓縮空氣流速，并且從油氣管中出來的油和壓縮空氣也是分離的。在油氣管道中，由于壓縮空氣的作用，起初潤滑油是以較大的顆粒呈間斷狀地粘附在管道內壁，當壓縮空氣快速流動時，油滴也隨之低速緩慢移動并逐漸被壓縮空氣吹散變薄，在行將到達管道末端時，原先是間斷地粘附在管壁四周的油滴以波浪形油膜的形式形成了連續油膜，被壓縮空氣以精細的連續油滴噴入潤滑點。潤滑的機理是只要在作相對運動的摩擦面之間建立一層薄薄的油膜，只要這層油膜足夠穩固，有足夠的承載能力以防止摩擦面之間直接接觸，那么潤滑作用也就建立起來了。

4.2新系統工作原理

系統的工作原理如下：

油氣潤滑系統與主機聯動，主機啟動潤滑系統就進入自動工作狀態，此時二位二通電磁閥常閉，打開壓縮空氣經處理后一路直接與兩個油氣分站的空氣進口連接，另一路經油霧器控制氣動泵工作攜帶油霧的壓縮空氣可使氣動泵的氣動活塞得到有效的潤滑，由氣動泵排出的潤滑油先進入帶有接近開關的遞進式分配器，主分配器潤滑油被主分配器定量分配后，與壓縮空氣混合后形成油氣流，分成多路呈液體油膜渦漩式沿管壁分別輸送到輥道油氣分配部分的第一級油氣分配器，油氣流再均勻地分成5路進入軸承座內，確保軸承得到有效地潤滑。如果氣動泵或遞進式分配器發生故障，接近開關將得不到正常的信號，在達到預調的監控時間時會發出潤滑報警信號。

4.3控制系統

本系統采用的是PLC液晶操作面板系列：它主要用于信號量較多輸入輸出點達數十個或數百個的場合，可以顯示系統的各種設定參數及運行狀態，可以對系統進行多種模式，的操作并修改系統參數，出現故障時能提示故障所在及診斷處理方法，并記錄故障類型及發生時間，及時提醒維修人員進行故障檢測與處理。

在油氣潤滑系統中有三種介質：即油，氣和油氣系統，與之相對應有三個檢測部分即供油，供氣及油氣輸送部分得檢測裝置。當系統中部分設備的運行狀態出現了故障，能及時發出故障信號，避免出現嚴重的后果。這套油氣潤滑系統能確保對三種介質的狀態都進行監視。

對油的監視液位開關能監視油箱液位，確保液位過低時系統停止運行，遞進式分配器的接近開關可以監視遞進式分配器本身及其上游的供油部件，如泵等工作有否故障，整個供油過程是否正常。

對氣的監視為一個或數個壓力開關監視壓縮空氣的壓力狀況。

對油氣的監控是油氣流量裝置，它不僅監控油氣流量的最小值，還監控油氣流量的最大值。當油氣流量低于設定值時報警，油氣流量過低意味著油氣流動速度過慢或停止，潤滑劑無法被正常供送到潤滑點，而油氣流量高于某個設定值時，進行報警提示，由維修鉗工對油氣管道破損或泄漏進行維修。

5.油氣潤滑效果分析

5.1持續有效的潤滑

上圖為供油量Q，軸承溫度t和摩擦NR三者之間的關系曲線，從圖中可以看出，供油量，軸承溫度和摩擦并不是呈正比關系的，當供油量增大到一定程度時，軸承溫度呈下降趨勢，在這條溫度曲線中部溫度值是最高的，因為此時供油量還沒有大到足以降低軸承溫度的地步，相反由于多余的液體摩擦而產生了熱量，而隨著供油量的增大軸承摩擦也增大，而兩條曲線的最低點恰好是供油量最小的時候，這也是油氣潤滑的最佳區域，因此油氣潤滑用最小的供油量卻能達到降低軸承溫度和減少軸承摩擦的良好效果，實現了潤滑劑100%被利用。

5.2節能降耗

油氣潤滑不僅能大量節約潤滑油，而且可以保證有效潤滑，這種少油潤滑比起多油潤滑不僅不會影響油膜的形成，反倒能夠降低滾動摩擦損失，從下圖中可以看出在同樣的轉速下，少油潤滑比多油潤滑的動摩擦力矩要小得多，很明顯油量不能過小，否則會影響油膜的形成，容易發生磨損和燒傷，但油量過大同樣有害，會增大動摩擦力矩，使軸承發熱加快，所以使用較少的油量便會得到較好的潤滑效果，這不僅減少了油品的耗用量，還提高了軸承的潤滑質量，所以顯得經濟實惠，安全可靠。

5.3降低軸承的溫度

油氣潤滑中的壓縮空氣是一種“天然”的冷卻劑，由于壓縮空氣可以在軸承座內保持一定的正壓，而軸承座內的正壓和供送入軸承座的壓縮空氣壓力之間有一個大的壓差，這一較大的壓差所起的作用就是冷卻軸承，而且是持續不斷地冷卻，因此通過壓縮空氣的溢出帶走了大量的熱量，軸承可維持低溫運行，在冷床輸入輥道上經過使用后檢測表明，采用油氣潤滑后，這些部位的軸承溫度可降低90℃-230℃是現實可行的，同時壓縮空氣通入軸承座并從軸承座中溢出，也增強了軸承座的密封性能，因為壓縮空氣可使軸承座內保持0.3-0.8bar的正壓，使外來的水，氧化鐵皮及其它粉塵，臟物無法侵入軸承座危害軸承。

5.4監控手段完善，機電一體化程度高

在油氣潤滑系統中，帶液晶顯示器的操作面板可以實現就地遠程測試等多個模式的操作，并能完整顯示系統的運行狀態和故障信息等，系統還可向控制系統提供各種顯示監視和聯鎖信號，因此油氣潤滑系統機電一體化程度要比甘油潤滑系統高。

5.5減少排放量，杜絕消防隱患

在油氣潤滑系統的使用中可以發現，軸承座溢出的潤滑油為極少量的液態潤滑油，而不是固態的潤滑脂，不會堆積在軸承座地步，也不會因為清理不及時出現火災險情。在現場使用過程中，還未出現過一次火災事故，由此杜絕了火災隱患。

6.結束語

大H型鋼生產線冷床輸入輥道自使用了油氣潤滑后，延長了軸承的使用壽命，遏制了軸承的損壞；潤滑劑的消耗大大減小，工人勞動強度和維修成本隨之大幅度減少，成效顯著；設備運行穩定，設備的停機率逐漸消失，為生產順行奠定了基石，經濟效益巨大。