高速線材精軋機輥箱油膜軸承燒損事故分析及止損策略

撰文/陳 陽

■411101 湖南華菱湘潭鋼鐵集團有限公司高線廠 湖南 湘潭

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高速線材精軋機輥箱油膜軸承燒損事故分析及止損策略

撰文/陳 陽

■411101 湖南華菱湘潭鋼鐵集團有限公司高線廠 湖南 湘潭

高速線材精軋機輥箱燒損在生產(chǎn)過程中經(jīng)常發(fā)生，燒損事故損失較大，本文想通過對燒損事故的分析，并結(jié)合現(xiàn)場一年來其它輥箱油膜軸承燒損事故案例，找出影響油膜軸承燒損的關(guān)鍵因素，并制定相應(yīng)的止損策略。輥箱油膜軸承；燒損事故

輥箱油膜軸承燒損事故典型案例

2015年10月23日出現(xiàn)精軋機23架輥箱上輥油膜軸承燒損事故，除與其它油膜軸承燒損事故情況相類似外，還具有以下特征：

a上線時間短：此輥箱10月11日上線， 10月23日油膜軸承發(fā)生燒損，使用僅12天，為近年來壽命最短的機架。

b事故損失大：輥箱裝配時，輥軸是全新備件，箱體來自剛剛到貨的Morgan箱體，這次事故造成新箱體和新輥軸及其組件報廢，費用約40萬，事故損失大（裝配記錄見圖1）

c燒損狀態(tài)非常危險

輥箱下線解體檢查發(fā)現(xiàn)，輥軸與偏心套完全“抱死”，左偏心套燒損嚴(yán)重，輥箱面板變形嚴(yán)重，輥箱油膜軸承的銅層被融化（以往油膜軸承燒損以銅層脫殼為多），從偏心套上的油道孔中擠出（見圖2），是幾年來最危險的燒損。查閱銅（紫銅、黃銅）的熔點為1083℃，由此判斷，本次油膜軸承燒損的瞬間溫度超過1100℃！在油膜軸承燒到銅層融化的情況下，并沒有出現(xiàn)象大部分油膜軸承燒損后的癥狀：油膜軸承錯位，這說明油膜軸承燒損的瞬間溫升迅速，偏心套和前板沒有放讓的空間和時間，導(dǎo)致這一情況的出現(xiàn)，是因為內(nèi)外溫度梯度大及停機及時，也是油膜軸承在間隙偏小外加溫度梯度大的情況下燒損的特征。雙唇內(nèi)側(cè)唇口已經(jīng)燒焦，但外側(cè)唇口卻完好（見圖3），并有彈性，內(nèi)拋油環(huán)槽子里的O形圈也已碳化，拋油環(huán)上的鍍層也在高溫的作用下脫落，但外拋油環(huán)槽子里的O形圈并沒有改變形狀，并保持著彈性，外拋油環(huán)在輥環(huán)冷卻水的作用下，保持了常態(tài)，保持架內(nèi)外如此之大的區(qū)別表明，燒損機架的內(nèi)、外溫度之差在1000℃左右。

圖2　輥箱油膜軸承銅層燒損

圖3　輥箱保持架雙唇內(nèi)、外唇口對比

d燒損情況獨特

* 燒損發(fā)生在工況較好機架：23架為8寸機架的末次機架，受力和速度適中，工況較好。

* 輥箱上線時進行試車：根據(jù)生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)顯示，該輥箱上線后進行了大約半個小時的試車。

* 燒損發(fā)生在上軸：通常輥箱燒損易發(fā)生在下軸，這是因為精軋機呈45度頂交布置，因重力關(guān)系，下輥始終貼緊油膜軸承工作面，上輥在無負(fù)荷時與油膜軸承的工作面處于脫離狀態(tài)，故下輥油膜軸承受力為軋制力加上輥軸組件自重在軋制方向上的分力，上輥的油膜軸承受力為軋制力減去輥軸組件自重在軋制方向上的分力，經(jīng)計算，下輥油膜軸承受力比上輥高出1.4倍輥軸組件自重（含輥軸、偏心套、輥環(huán)等），因此同等條件下，下輥會先于上輥燒損。

e其它相關(guān)信息

輥箱燒損前進行了55分鐘日修，檢修結(jié)束后直接過鋼，當(dāng)軋制到第13支時事故發(fā)生。這種情況在二線、三線均有發(fā)生，如二線AB線24架雙輥燒損，為開軋第2根鋼燒損；三線減定徑32架下輥燒損，為開軋第3根鋼燒損。

近期對油樣理化分析，粘度符合標(biāo)準(zhǔn)，污染控制較好，檢驗結(jié)果正常；查看精軋潤滑系統(tǒng)供油壓力正常，因此油膜軸承燒損受介質(zhì)影響和潤滑系統(tǒng)影響因素基本可以排除。

圖1　輥箱裝配記錄

油膜軸承的間隙、溫度場平衡的建立與油膜軸承燒損的關(guān)系

從記錄查看，上軸（左旋軸）大端（油膜軸承燒損位置）裝配間隙為0.24mm，而下軸（右旋軸）大端裝配間隙為0.31mm，數(shù)值都在標(biāo)準(zhǔn)（0.19—0.39mm）范圍，但相差較大，上軸0.24mm已臨近間隙的上線，而下軸0.31mm則臨近間隙的下線，這是上軸先于下軸燒損的原因！ Morgan輥箱原始裝配記錄中，8寸輥箱工作側(cè)間隙，基本都在中間狀態(tài)，在12個記錄數(shù)值中，僅有1個偏小（見圖4）

圖4　Morgan 8寸輥箱原始裝配記錄

通過查詢資料，發(fā)現(xiàn)Morgan和SMS兩種軋機機型對油膜軸承間隙（測量位置）的設(shè)定存在差距，見表1：

表1、精軋油膜軸承間隙（測量位置）設(shè)定

從表中可以看出，Morgan 6寸機架間隙要大于8寸機架間隙，SMS 8寸機架間隙要大于Morgan 8寸機架間隙。對比一線精軋8寸輥箱油膜軸承易于燒損的情況看，間隙的大小是我們精軋8寸輥箱油膜軸承易于燒損的重要因素；

查閱裝配記錄，一線Morgan 8寸工作側(cè)油膜軸承間隙基本上偏上限，三線SMS 8寸工作側(cè)油膜軸承間隙基本上偏下限；與8寸的情況相反，一線Morgan 6寸工作側(cè)油膜軸承間隙基本上偏中間，而三線SMS 6寸工作側(cè)油膜軸承間隙基本上偏上限，這一現(xiàn)象與兩線燒損情況相對應(yīng)，而兩線所有燒損機架，都出現(xiàn)了間隙偏小的情況，佐證了間隙控制是各線精軋油膜軸承燒損的重要因素。

首先我們需要消除一個認(rèn)識誤區(qū)：標(biāo)準(zhǔn)中給出的間隙是油膜軸承的間隙。因位置關(guān)系，油膜軸承的間隙無法直接測出，只有通過輥軸伸出部分來間接測量，因此不管是Morgan還是SMS，標(biāo)準(zhǔn)中給出的都不是油膜軸承的間隙，而是測量點的數(shù)值，油膜軸承的實際間隙要比這些數(shù)值小得多。

圖5　油膜軸承測量點的讀數(shù)與實際間隙的關(guān)系

從圖中可知，測量位置距八字板位置90mm，就23架輥箱而言，上軸大端的裝配間隙為0.24mm（對應(yīng)圖A點數(shù)值），而油膜軸承實際間隙（對應(yīng)圖B點數(shù)值）應(yīng)該小于0.24mm，對于一個165mm輥徑的輥軸來講，這數(shù)值相當(dāng)小！

油膜軸承的工作機理：軸在旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生動壓形成油膜，動壓油膜在承載負(fù)荷的做功過程中，又轉(zhuǎn)化成熱量，被旋轉(zhuǎn)的軸和油膜軸承的包容體（偏心套和箱體）吸收，并形成以油膜軸承為中心的溫度場，向箱體周邊釋放熱量，只有當(dāng)溫度場處于平衡和穩(wěn)定狀態(tài)時（受熱體均勻收、漲的條件），油膜軸承的間隙才能得到保證，而軋機由停油狀態(tài)到送油狀態(tài)、停機狀態(tài)到啟機狀態(tài)、由空轉(zhuǎn)狀態(tài)到帶負(fù)荷狀態(tài)，均屬于溫度場平衡的建立過程，均屬于溫度場的不穩(wěn)定狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，因為溫度梯度的關(guān)系，軸的熱漲和油膜軸承包容體的內(nèi)縮（受熱區(qū)域沒有足夠的力量漲開大的包容體時），會導(dǎo)致油膜軸承間隙的減小和完全消失！

精軋輥箱的特殊結(jié)構(gòu)，又對工作側(cè)的溫度平衡造成阻礙，軋機工作時需要水冷，但大流量的輥環(huán)冷卻水直接作用在箱體上表面，又迅速帶走了箱體上部分的熱量，為了減輕輥環(huán)冷卻水對箱體溫度平衡的影響，設(shè)計了八字板對油膜軸承附近區(qū)域進行了隔絕，并使一部分熱油流經(jīng)八字板與前板間的空腔，但作用有限，尚需在使用環(huán)節(jié)加以約束。就23架而言，輥徑165mm，取線漲系數(shù)為0.000012/℃，經(jīng)計算，當(dāng)溫度梯度達(dá)到70℃時，0.24mm的間隙就會完全吃掉！

其實，不管是工作側(cè)還是傳動側(cè)，受力與結(jié)構(gòu)相匹配，工作側(cè)受力大輥徑大，傳動側(cè)受力小輥徑小，而且工作側(cè)因輥軸的線速度大，更容易動壓油膜的建立，但因結(jié)構(gòu)關(guān)系，輥軸的傳動側(cè)位于內(nèi)箱體，而且油膜軸承的包容體較之工作側(cè)的前板小得多，受熱后的膨脹不受限制，溫度梯度比工作小得多，溫度場的平衡易于建立并易于保持穩(wěn)定，所以逃過了燒損之災(zāi)。從傳動側(cè)從沒燒損的現(xiàn)象，又可以佐證溫度場平衡建立的必要性。

高速區(qū)設(shè)備對應(yīng)的止損策略

a輥箱在工作時升溫的程度取決于負(fù)荷，因此所有油膜軸承的燒損，軋制負(fù)荷是第一因素，在滿足產(chǎn)品性能情況下，盡量按溫度上線控制進精軋溫度，尤其要避免因程序設(shè)置錯誤導(dǎo)致的低溫軋制，加強對軋制溫度的關(guān)注和監(jiān)控，這樣可最大限度降低油膜軸承燒損的風(fēng)險，也是我們必須堅守的最重要的止損策略。

b新機架盡量安排在月修時間上線，并按試車程序試車（吸取夾送輥油膜軸承燒損的教訓(xùn)）；

c新機架盡量選擇空過狀態(tài)下上線。新機架選擇空過狀態(tài)下上線，既可簡化試車程序又可讓新上線機架有一個較長的無負(fù)荷運轉(zhuǎn)時間，這對延長輥箱壽命非常有利。

d和人在劇烈運動之前需要“熱身”一樣，高速設(shè)備在運行之前需要“暖機”。在冬季超過半個小時、夏季超過45分鐘的暫短停機后（尤其有停油作業(yè)），再啟機時需要拉長轉(zhuǎn)車時間，時間長短依據(jù)是否達(dá)到“暖機”要求而定。在現(xiàn)有階段，建議停軋轉(zhuǎn)車時間不低于十分鐘，檢修按規(guī)定試車，保證試車時間，最好是通過在線溫度監(jiān)控系統(tǒng)的模擬試驗來確定合適的轉(zhuǎn)車時間。

e提高裝配質(zhì)量，控制裝配間隙，同時合理的判斷油膜軸承的壽命。目前的輥箱裝配作業(yè)，基本上只要重新裝配輥箱，必?fù)Q油膜軸承（符合Morgan要求）。我們目前是以在線監(jiān)測的數(shù)據(jù)來判別機架的壽命，但檢測條件的不一致導(dǎo)致了判斷的不精確，同一架次不同時段檢測的數(shù)據(jù)在波動，而波動情況并不符合設(shè)備運轉(zhuǎn)規(guī)律，表明在線檢測存在誤差。影響間隙檢測結(jié)果因素有：①檢測位置，Morgan規(guī)定，8寸機架的檢測位置在距前板90mm處的輥身上，但實際檢測忽遠(yuǎn)忽近，對檢測數(shù)據(jù)影響大；②檢測角度，打表是否垂直輥身表面；③檢測用力的偏差；④檢測的溫度條件偏差等。前面幾個影響因素，尚可通過嚴(yán)格規(guī)范來解決，但檢測的溫度條件卻難以把握，只有在溫度均衡的條件下，檢測數(shù)據(jù)才能體現(xiàn)實際情況，建議機架下線后和解體前，在裝配間里按照裝配時的測量方式再進行檢測，以這個檢測數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，結(jié)合解體后的接觸痕跡，來判斷油膜軸承是否更換。