板坯連鑄輥中間部位軸承技術改進

尹延榮，陳智勇，孟凡毅

（鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠，遼寧鞍山114021）

板坯連鑄輥中間部位軸承技術改進

尹延榮，陳智勇，孟凡毅

（鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠，遼寧鞍山114021）

鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠四分廠1#、2#連鑄機生產中，經常出現由于扇形段連鑄輥不轉、連鑄輥斷，鑄機被迫停澆事故。為解決該問題，引進了新型軸承并改進其結構，生產實踐表明，在沒有進行相關設備改造升級的情況下，解決了存在的難題，降低了成本，減少了非計劃停澆造成的損失。

連鑄機；扇形段；軸承

鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠四分廠共有三臺奧鋼聯設計的板坯連鑄機，年產量達到500萬t，為鞍鋼2150軋機輸出板坯，是重要的板坯生產基地。三臺連鑄機中，1#、2#鑄機于2008年投產，目前年產量達450萬t。但在生產過程中，卻經常出現由于扇形段連鑄輥不轉、連鑄輥斷，鑄機被迫停澆、更換扇形段的生產事故。

通過對事故下線的扇形段進行解體、檢查發現，連鑄輥中間部位軸承經常損壞，部分軸承壽命僅為兩個月左右，軸承的損壞直接導致扇形段輥縫超差、輥子不轉，不僅耗費了大量的設備采購費用，而且嚴重影響了正常生產。針對此軸承損壞原因進行了詳細分析，并采取了相應措施，本文對此作一介紹。

1　連鑄輥中間部位軸承損壞原因分析

1.1軸承潤滑情況

連鑄輥中間部位經常損壞的軸承是SKF的CARB軸承C5020 V/C4 VM118。首先，對破損軸承檢查，觀察到軸承內潤滑脂顏色為淡黃色，無變質及板結現象，油量充足，因此，排除了潤滑不良導致軸承破損的原因。

1.2失效軸承損壞狀態

收集了一些失效軸承，觀察到如下現象：

（1）失效軸承的內外圈都有條狀摩擦痕，而且一般都偏向一側。軸承內外圈狀態見圖1。

（2）滾動體一般都有損傷，在滾動體端節部有破損、缺肉。軸承滾動體狀態見圖2（a）。

（3）外表看起來沒有明顯損壞的軸承，潤滑油一點都沒有變色。在清洗完后在軸承滾道上也發現了明顯的條狀摩擦痕跡，說明軸承滾動體在內外圈之間有軸向位移，且對內外圈造成損傷，如果繼續惡化就會破損。如果用手推動內圈，使內圈有一定軸向位移，就會出現軸承內外圈鎖死狀態。軸承滾道上的摩擦痕跡見圖2（b）。

1.3軸承損壞原因分析

從軸承外圈損壞的現象上看，內外圈輥道損傷偏在一側，多數滾動體的端部有損傷，與其他典型軸承損壞形式不同。判斷應為軸承產生較大的軸向竄動及角位移，軸向竄動使軸承滾動體滑出滑道，同時軸承滾子在外圈滑道內產生角位移，將軸承的間隙填死，使軸承的內外圈和滾動體處于抱死狀態。滾動體端部受力，造成滾動體材料剝落受損，在轉動過程中將整個軸承損壞。分析軸承同時產生軸向竄動及角位移的原因如下：

（1）軸承的橫向位移來自于輥子的熱膨脹，生產期間由于鑄坯達近900℃的高溫，很大一部分熱量要傳遞到輥子上，由于扇形段輥系處于浮動狀態，輥子受熱膨脹伸長，帶動軸承內圈產生位移，使軸承處于偏位狀態。CARB軸承雖然具有一定的軸向補償能力，但是一旦裝配或使用出現偏差，就會造成熱膨脹時軸承的偏位補償能力不足以抵消熱膨脹的伸長量，導致軸承損壞。

（2）VAI設計的扇形段為芯軸輥套的三分節結構，每次下線后輥套和芯軸分別進行修復。修復后的輥套通常會因磨損、焊接變形、修復等產生輥子縮短的現象。這種現象在所有的連鑄機上都有出現，而輥子又是兩側都是浮動端的全浮動結構。輥套縮短后就會造成中間兩個CARB軸承的定位偏差，由于該軸承具有軸向補償能力，在裝配時冷態仍然會轉動，裝配工人不會發覺。一旦上線溫度上升，熱膨脹后輥子伸長與原有的定位偏差累計在一起就會產生軸承損害，一點點惡化最終造成死輥。

（3）2150鑄機原設計主要生產規格為130 mm厚的鑄坯，但目前生產的規格均為170 mm厚的鑄坯，加劇了芯軸變形量，造成角位移，與軸向位移疊加在一起更加劇了軸承的損壞。每個段位有32個CARB軸承，只要有一個裝配存在偏差就會影響整個段位。

SKF的CARB軸承雖然具有較大的抗軸向位移和抗角偏能力，但當軸承同時出現軸向位移和角偏時，它的抗軸向位移能力、抗角偏能力就無法達到設計的抗軸向位移、抗角偏能力。SKF的CARB軸承特點決定了它對裝配精度的苛刻要求，而滿足這種要求就需要大量報廢舊輥軸，新增新輥軸，這種輥軸更新的速度無論從成本還是在扇形段使用周期上都是無法達到的。

2　改進措施

研究國際其他知名軸承品牌的產品得知，TIMKEN公司的ADAPT軸承是針對CARB軸承的缺陷而改進的產品。由于該設計同時具有抗軸向浮動及抗偏心能力，完全能夠抵抗由于輥套的磨損、焊接變形、修復等原因造成的裝配偏差及連鑄坯熱輻射帶來的橫向竄動，可以不改變任何裝配尺寸直接替代CARB軸承。而且，TIMKEN公司還針對鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠四分廠生產厚板坯時，由于載荷增加而造成的連鑄輥撓曲度增加、從而使軸承偏心，影響軸承使用壽命的問題，通過計算及模擬試驗，對滾子的外形做了改進。

ADAPT軸承基本結構如圖3所示。由圖3看出，ADAPT軸承是由圓柱形內圈與獨特修型的滾子和外圈組成。其外圈滾道是球面形狀設計，滾子是帶有特殊修型的弧線形設計，而內圈滾道是平面形設計（圓柱體）。采用帶保持架的滿裝滾子設計，在得到最高承載能力的同時，確保滾子不會散落，安裝操作方便。

改進后的ADAPT軸承具有的優點如下：

（1）同時具有抗軸向浮動和抗偏心能力。兩種能力相互獨立，互不干擾。最大偏心量為+/-0.5°，最小軸向位移為+/-6 mm。圖4為軸承同時具有抗軸向浮動及抗偏心能力示意圖。從圖4可看出，軸承在實現最大軸向浮動的同時，仍可獲得較大的抗偏心能力，反之亦然。這是由其獨特的內外圈和特殊的滾子形狀來實現的。

ADAPT軸承軸向浮動及偏心受力過程示意圖見圖5。圖5（a）為軸承三點式接觸示意圖。三點式接觸降低了滾動體的偏斜，使軸承滾子接觸應力均勻分布，具有較高的靜態徑向承載能力。圖5（b）為軸承受力偏心示意圖。當有偏心存在的情況下，滾子對外圈的反作用力出現不平衡，滾子受到的載荷就會一端增加，另一端減少。圖5（c）為軸承重新達到穩定狀態示意圖。由于滾子總是尋求載荷平衡，載荷高的一端的軸向組件會驅動滾子運動，直至載荷重新平衡，滾子重新達到穩定狀態。因此，軸向浮動和偏心不會影響軸承的承載能力。在同時達到最大軸向浮動和最大偏心時，承載能力不會降低，解決了傳統軸承軸向浮動和抗偏心不能兼顧的不足，是連鑄機輥子浮動端應用的有效解決方案。

（2）滿裝滾子帶保持架的設計使得軸承具有高承載能力，同時防止滾子在操作過程中散落。相比于CARB軸承，ADAPT軸承采用了帶保持架的滿裝滾子設計，能有效防止軸承拆卸過程中的滾子散落。而且滾子與保持架是集成式，這種結構形式的好處是滾子不易散落，裝配極其方便，不需要任何裝配工具。SKF的CARB軸承拆卸過程中，滾子極易散落，使得整個軸承報廢，形成“一次性使用”。而ADAPT軸承不會發生滾子散落，軸承經檢測合格可以再次使用，這與固定位調心滾子軸承類似。

（3）可分離的內外圈設計使得軸承的安裝、檢查更方便。軸承使用一段時間后可以拆下，分別檢查內外圈，合格的組件可以保留，與其它組件組合，繼續使用。例如，經檢測合格的軸承A的內圈可與經檢測合格的軸承B的外圈配對，重復使用（A和B是同型號軸承），這是固定位調心滾子軸承所不具備的，不僅提高軸承的利舊率，還節省了軸承總體成本。

（4）接觸應力分布模型顯示，軸承承受應力水平依然處于設計要求范圍內。需要特別指出的是，因為應用條件是低速，設計上限適用于靜態載荷。隨著載荷的增加，外圈接觸應力分布區域沿長度方向上得到延伸。即使外加載荷很大，也能夠優化應力分布，峰值得到控制。

（5）ADAPT軸承的保持架及滾動體采用表面滲碳，滲碳材料的應用極大提高了軸承的強度，使得滾子表面堅硬而內芯柔韌度極高，大大提高了軸承的抗沖擊能力，避免由于保持架、滾動體損壞而造成軸承的損壞，進一步提高了軸承的可靠性。

CARB軸承和ADAPT軸承的對比見表1。

表1　CARB軸承與ADAPT軸承對比

由表1的對比可以看出，ADAPT軸承的特點就是針對同類產品的缺陷而進一步調整后的產品，以適應連鑄機的實際生產。它同時具備抗偏心與軸向浮動能力，完全可以避免由于軸向竄動及輥芯同軸度少量偏差對軸承壽命的影響。

3　應用效果

3.1延長軸承使用周期

2014年，鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠四分廠試用ADAPT軸承，效果非常理想。原CARB軸承在線使用2～3個月就會出現軸承研死，出現輥不轉、輥斷的現象，而ADAPT軸承在線使用12個月后，通鋼量達到200多萬噸，仍在繼續使用。

3.2降低成本

使用12個月后的軸承沒有一個出現滾子散落，內、外圈缺損的現象。下線后的部分軸承完全可以利舊，而且還可以分別挑選外圈、內圈、滾2014年兩種軸承采購成本對比見表2。

子重新組合成合格的軸承，利舊率大幅提高。而CARB軸承根本無法利舊。

表2　采購成本對比表

由表2可以看出，ADAPT軸承比CARB軸承降低采購成本153.94萬元/a。

3.3減少非計劃停澆

2013年，因CARB軸承研死造成扇形段輥子不轉被迫停產更換扇形段28次，每個扇形段下線后需重新整備才能繼續上線，此部分金額平均為20萬元，設備費用損失20萬元×28個段=560萬元。

每次停澆損壞中間包需要重新砌筑，每個中間包砌筑費用約為2萬元，全年中間包損失費用為56萬元。更換扇形段至少需停產1 h，板坯產量為375 t/h，板坯按2 000元/t計算，每次停澆就會帶來產量損失近75萬元。

ADAPT軸承替代CARB軸承用于連鑄機后，每年減少非計劃停澆可節省費用共635萬元。

4　結語

鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠四分廠采用TIMKEN公司的ADAPT軸承不需要進行其它相關設備的改造升級，提高了扇形段的使用周期，沒有因軸承損壞造成扇形段非正常下線，保證了正常生產。設備檢修周期由每臺機每月一次延長至每臺機兩月一次。而且ADAPT軸承可以利舊，大幅降低了采購成本，另外，在減少非計劃停澆造成的損失方面每年可節省費用635萬元。

（編輯許營）

Technological Improvement for Bearings in the Middle of Continuous Slab Casting Roller

Yin Yanrong，Chen Zhiyong，Meng Fanyi
（General Steelmaking Plant of Angang Steel Co.，Ltd.，Anshan 114021，Liaoning，China）

Frequent troubles of forced stopping casting occur during casting operations of No.1 and No.2 continuous casting casters in No.4 Branch of General Steelmaking Plant of Angang Steel Co.，Ltd.due to the non-rotation or breakage of continuous casting rollers at the sector sections of the casters.In order to solve the troubles，the new type of bearings is introduced and also its structure is further improved.The production practice shows that the trouble mentioned above is solved，the cost is reduced and the loss due to the unintended stopping casting is also cut down without upgrading and updating the relevant equipment.

continuous caster；sector section；bearings

TF703

A

1006-4613（2015）06-0048-04

2015-08-01

尹延榮，高級工程師，1995年畢業于沈陽工業大學流體傳動及控制專業。E-mail：yyr58327@163.com