熱軋加熱爐爐前輥道的典型問題分析和解決方案

梁 煒 宋連江 關俊中 趙國棟

(1：北京京誠鳳凰工業爐工程技術有限公司 北京100176；2：馬鞍山鋼鐵股份有限公司 安徽馬鞍山243003)

·現場經驗·

熱軋加熱爐爐前輥道的典型問題分析和解決方案

梁 煒①1宋連江1關俊中1趙國棟2

(1：北京京誠鳳凰工業爐工程技術有限公司 北京100176；2：馬鞍山鋼鐵股份有限公司 安徽馬鞍山243003)

對熱軋步進爐爐口輥道的主要故障問題進行了系統、深入的分析，并提出了切實可行的解決方案，對相關的工程技術人員和一線操作維護人員具有很好的參考和借鑒作用。

加熱爐爐口輥道 典型故障 解決方案

1 概述

加熱爐爐口輥道在冶金設備中算是比較特殊的一類設備，它所處的環境非常惡劣，在鋼坯出爐過程中，出爐紅坯和高溫爐氣直接對爐口設備形成強熱輻射。在這樣的特定工況下，如何對爐口設備和基礎提供有效的隔熱防護，如何解決爐口輥道軸承的高溫潤滑問題等，都是必須考慮和解決的問題。事實上，從國內熱軋生產線的實際生產情況看，加熱爐爐口輥道已成為故障頻發點，經常需要停產檢修。由于爐口環境惡劣且操作不便，加上允許的停產時間很短，這樣就給檢修工作帶來很大困難。

根據調研結果，加熱爐爐口輥道在實際生產過程中所暴露出的問題，可以歸納為以下三類典型故障：

1)在板坯對輥道的長期沖擊下，輥道底座的地腳螺栓逐漸松動，使輥道在基礎上固定不穩，影響正常生產；

2)加熱爐爐口輥道基礎在長期高溫烘烤下表面酥碎，無法對輥道底座提供有效支撐；

3)爐口輥道軸承在高溫下因得不到有效潤滑經常卡死或損壞。

將針對以上三個典型問題進行系統、深入的分析，并給出有針對性的解決方案。

2加熱爐爐口輥道問題分析及解決方案

加熱爐爐口輥道之所以出現上述三個主要問題，除了惡劣的環境工況以外，還與其自身結構特點有關。

1)輥道地腳螺栓松動

經分析發現，導致爐口輥道地腳螺栓松動的主要原因，是輥道底座結構設計不合理。

如圖1(加熱爐出爐輥道布置圖及A-A剖視圖)所示，出爐口輥道被加熱爐出料機的出料桿分割成若干段，每一小段輥道長度上只允許安裝一兩只輥子。由于中間每一小段輥道底座長度較短，能夠布置的地腳螺栓數量受到限制，單獨一段輥道很難抵御長期工作時板坯對輥道的反復沖擊，底座上地腳螺栓會逐漸松動，輥道在基礎上的固定變得不再牢靠，最終影響輥道的正常工作。事實上，這個問題帶有普遍性，國內幾個2250熱軋加熱爐出爐輥道幾乎都出現了類似的問題，檢修人員需定期對出爐輥道的地腳螺栓進行緊固，由于所處環境惡劣、空間狹小，操作起來非常困難也不方便。

圖1斷面圖A-A(改進方案)給出了一種可行的解決方法，并且已經應用到工程實例中。該方案的要點是把輥道底座的高度加大，使得兩根料桿之間的兩段(或若干段)輥道能從底座最下部連接成一個整體，通過這種加長底座和增加螺栓數量的辦法來提高輥道底座的整體抗沖擊能力。當然，這種加高底座降低基礎面標高的解決方案同時還有另外一個作用，那就是降低基礎表面的溫度。

2)輥道基礎表面酥碎

國內熱軋加熱爐爐口輥道基礎表面(尤其是靠爐口側)出現酥碎的情況，而且是一個普遍存在的實際問題。這也反映出設計者對爐口高溫環境對基礎的影響估計不足。分析熱輻射來源，除了出爐熱坯對基礎有直接輻射外，爐門開啟后爐內高溫熱氣對爐口基礎的強熱輻射是主要原因。而爐內熱氣輻射的強弱與爐子燃燒系統和爐壓控制有關，理想爐壓為微正壓。熱軋加熱爐的爐溫一般控制在1200～1300℃范圍，當爐內壓力偏高時，打開爐門后，爐內熱氣流就對爐口設備及基礎形成直接的輻射和“沖刷”，此處環境溫度可高達500℃以上，這才是造成爐口基礎表面酥碎的直接原因。

要解決基礎表面因長期高溫烘烤而酥碎的問題，有下面幾種思路和方案：

第一種方案，爐寬范圍內的出爐輥道基礎采用耐熱混凝土。但仔細分析，爐口輥道基礎是整個輥道基礎中的一段，并且與加熱爐基礎緊密銜接，很難從中切分出一小塊基礎按耐熱混凝土單獨施工。所以，這個方法行不通；

第二種方案，在裸露的基礎表面敷加一層防護鋼板，并且在鋼板與基礎表面之間留有間隙，來自爐內的高溫熱氣首先被鋼板遮擋，這樣基礎表面的溫度就能降下來。這種辦法實施起來并不困難，利用2天左右的檢修時間就能完成。這種辦法能使基礎表面溫度得到一定程度下降，但不是一個根本性的解決辦法；

第三種方案，把爐寬范圍內的出爐輥道底座加高，即把局部基礎表面的標高降下來，使得高溫爐氣對基礎表面的烘烤效應降到最低。該方案如圖1中斷面A-A(改進方案)所示。這個方案同時還能使相鄰兩段(或多段)輥道底座連成一個整體，提升了輥道抗沖擊性能，因此，本方案綜合解決了兩個問題。特別指出的是，這樣一個方案可以作為生產廠的大修改造方案。

3)爐口輥道軸承潤滑問題，其本質就是高溫環境下的軸承潤滑問題。與前兩個問題相比，這個問題尤為突出和普遍，解決起來也更加困難。

圖1 加熱爐出爐輥道布置圖

如前所述，爐口環境溫度高達500℃以上，為降低高溫熱輻射對輥子的影響和保證爐口軸承的正常潤滑，在設計時必須考慮采取以下措施：①輥子兩端軸承座設計成水冷結構，軸承座上半腔為空腔結構，通凈環水冷卻，以降低軸承溫度；②在爐口側軸承座與加熱爐之間設置隔熱防護墻(見圖1)，以遮擋高溫爐氣對軸承座的直接輻射。③應考慮對輥身進行噴淋冷卻，以降低輥身表面及環境溫度。

事實上，針對爐口輥道這種高溫、高濕的不利環境，近年來大部分板坯加熱爐裝出料輥道設計都已采取了以上措施，既然如此，為什么還會頻繁出現爐口軸承因無法潤滑而損壞的情況呢？

由于爐口輥道的高溫環境，潤滑主管及分配器都只能布置在傳動側，從分配器出來的潤滑支管需要橫跨輥道通向爐口側軸承座潤滑口。從現場情況看，正是高溫爐膛和出爐紅坯對潤滑支管的長期高溫輻射，以致干油潤滑管內潤滑脂中的基礎油會變稀和逐漸被蒸發，剩下的碳渣、二硫化鉬、灰塵混合成固體塊狀堵塞在潤滑管內，使得潤滑脂不能連續進入軸承，個別情況下甚至有潤滑支管燒斷的情況出現，軸承因缺脂而損壞，這是出爐輥道軸承損壞的主要原因。此外，個別工程的爐口輥子軸承座沒有采用水冷結構，對軸承座的防護遮擋措施也不到位，高溫爐膛熱氣直接輻射到軸承座端面，造成軸承溫度急劇上升，潤滑脂在高溫下會結焦、碳化，造成軸承運轉不暢或卡死。

顯然，要解決爐前輥道的軸承潤滑問題，需要在系統分析的基礎上采取有針對性的解決方案，具體解決措施如下：

(1)對爐前輥道潤滑管線做好隔熱防護

爐前輥道中間的潤滑支管承受著極強的高溫烘烤輻射，而且大部分時間是在潤滑管內沒有潤滑脂流動的情況下的輻射(此處大約每周加油一次)，因此必須對潤滑支管表面采取防護措施。具體辦法依空間位置大小而定，可以加套管，也可以在潤滑管上半部加保護罩，其目的就是不讓潤滑管直接受輻射，降低其環境溫度。

(2)選擇合適的高溫潤滑脂

目前我國常用潤滑脂是以礦物油為基礎油的金屬皂基脂，使用溫度不超過120℃[1]，這些潤滑脂用在爐前輥道都不能滿足要求，以前較多采用的二硫化鉬潤滑脂或膨潤土潤滑脂也都出現高溫下結焦、碳化以及泵送困難等問題，如何針對爐口輥道的特殊工況選擇適宜的高溫潤滑脂就成為生產廠迫切面對的問題。

爐口輥道的工況是高溫、高濕，輥道頻繁啟停并承受很大的沖擊振動。這就要求所選潤滑脂不僅具有良好的高溫性、膠體安定性、抗水抗腐性，而且具有良好的極壓抗磨性和機械安定性，同時具備良好的泵送性能，適合集中潤滑系統。

與礦物油相比，一般說來，合成潤滑油具有優良的粘溫性、良好的高溫性、良好的熱氧化穩定性、良好的低揮發性和耐輻射性等[2]。因此在選擇高溫潤滑脂時，基礎油應為合成或半合成油，在稠化劑方面，采用脲基或復合磺酸鈣基的潤滑脂都能滿足以上性能要求，可以在160℃溫度下長期使用。

(3)取消干油潤滑系統，采用耐高溫自潤滑軸承

鑒于爐口輥道軸承因潤滑不良經常卡死，而在這樣的高溫、高濕的惡劣環境下進行檢修和更換極不方便，因此一種耐高溫自潤滑軸承來替代原來的滾動軸承(或滑動軸承)，可解決這些問題。

在高溫自潤滑軸承領域，目前國內有多種產品，但結構、性能比較類似，其構造原理基本上都是在軸承金屬基體摩擦面上開出空穴，并均勻地嵌入二硫化鉬、石墨等潤滑劑，金屬部分起承載作用，自潤滑塊起潤滑作用。

有一些生產廠在爐口輥道區域曾嘗試使用國產高溫自潤滑軸承替代原滾動軸承，其使用結果不太理想，主要問題是軸承磨損量較大，內外圈之間出現較大間隙，輥子下陷后位置及標高都發生變化，輥子傳動精度及可靠性無法保證。分析原因，在加熱爐爐口輥道這種特定區域，除了高溫高濕的不利環境外，輥道軸承還要承受板坯(或錠、方坯、型鋼等)的很大沖擊。此外，在加熱爐裝料端，板坯往往需要在輥道上推正，此處軸承還將承受較大軸向力。因此，筆者認為，工作方式為滑動摩擦且內部徑向間隙較大(為防止在高溫下卡死，其徑向間隙比滾動軸承大得多)的高溫自潤滑軸承并不適合用在這樣的場合。從理論上說，如果能解決軸承的高溫潤滑問題，采用滾動軸承仍然是最好的選擇。

針對不適于油脂潤滑或者在極端溫度(極高、極低)下難以有效潤滑的場合，SKF最近設計開發了一系列干式潤滑軸承(即SKF DryLube 軸承)，SKF DryLube軸承填充有基于石墨或二硫化鉬的潤滑劑和樹脂粘結劑，工作時干潤滑劑在滾道和滾動體上保持一層非常薄的薄膜，避免金屬之間的接觸。SKF DryLube軸承適合在極端溫度下使用，而且終身免維護(壽命到期后整體更換)。目前大多數SKF滾動軸承都可以以SKF DryLube軸承方式提供，其中包括板坯輸送輥道上最多采用的球面輥子軸承，這就使得在加熱爐爐口輥道上以SKF DryLube球面輥子軸承替代原球面滾子軸承成為可能。

SKF DryLube球面輥子軸承可以在200℃以下長期穩定工作，在爐前輥道軸承座采用水冷結構且在軸承座與爐門之間安裝有隔熱防護墻的前提條件下，選用該軸承是合適的。由于SKF DryLube球面輥子軸承的尺寸與普通球面輥子軸承完全一致，很方便在大修改造時對爐口輥道軸承進行更換，以SKF DryLube球面輥子軸承做為替代品。

3 結語

加熱爐爐口輥道是一個事故頻發的區域，頻繁的停產檢修，不僅給生產廠帶來較大的經濟損失，同時惡劣的操作環境也給檢修人員帶來極大的困擾。迄今為止，部分解決方案已經應用到工程實例并證明行之有效。

[1]郭太勤等．高溫潤滑脂的發展現狀[J].潤滑與密封，2006(1)：164.

[2]顏志光，楊正宇．合成潤滑劑[M]．北京：中國石化出版社，1996:32.

AnalysisandSolutionfortheTypicalProblemsofRollerTablesNeartheEndsofReheatingFurnace

Liang Wei1Song Lianjiang1Guan Junzhong1Zhao Guodong2

(1：CERI Phoenix Industrial Furnace Co., Ltd., Beijing 100176；2：Maanshan Iron & Steel Company Limited, Maanshan 243003)

There is a systematic and deep analysis for the main failure problems of roller tables near furnace ends and it provides feasible solution, which is valuable for relevant technicians and operators.

Track before furnace the ends of furnace Typical failure Solution

梁煒，男，1966年出生，1987年畢業于華南工學院，工程師，長期從事工業爐和軋鋼設備的設計及管理工作，現為北京京誠鳳凰工業爐工程技術有限公司副總經理

TG307

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10.3969/j.issn.1001-1269.2014.05.019

2014-05-24)