武鋼有限煉鋼三分廠全弧形連鑄機(jī)扇形段軸承破碎攻關(guān)

都勝朝

（武鋼有限設(shè)備管理部,湖北 武漢 430080)

武鋼有限三煉鋼弧形連鑄機(jī)扇形段軸承自2013年6月份后大量破碎下線，據(jù)統(tǒng)計(jì)，軸承失效占扇形段失效比例為30%，超越“輥縫精度不良”成為扇形段失效的第一因素。在鋼鐵企業(yè)中，高溫、高濕、多塵的工況使軸承經(jīng)常失效，具體分析軸承的失效原因中：污染物占50%；潤滑不良占14%；裝置及安裝占15%，軸承過熱占15%，其它6%，見圖1。

圖1 軸承失效的原因分析

1 設(shè)備概況

武鋼有限煉鋼廠三分廠1#板鑄機(jī)為DEMAG全弧型板坯連鑄機(jī)，于1996年投產(chǎn)，其年生產(chǎn)能力為210萬噸。整個(gè)煉鋼廠共有17個(gè)扇形段位區(qū)域，具體來看，1到7號段區(qū)為弧形結(jié)構(gòu)，8號、9號則屬于矯直結(jié)構(gòu)，10到17號則屬于水平結(jié)構(gòu)。各段都是5對輥?zhàn)訂喂?jié)密排簡支梁方式，軸承為調(diào)心滾子軸承。2015年1#鑄機(jī)扇形段下線88臺次，軸承原因造成的下線26次，占所有下線次數(shù)的30.9%。由于連鑄機(jī)工況惡劣，扇形段軸承一直處于高溫、低速、重載、水汽環(huán)境中，工藝需求的低水量使軸承常常處于超過250℃高溫下，導(dǎo)致軸承產(chǎn)生不可逆回火脆性，再加上軸封失效、潤滑油選型不當(dāng)、裝配不規(guī)范使得扇形段頻繁下線，造成連鑄機(jī)非計(jì)劃停機(jī)，影響生產(chǎn)節(jié)奏，同時(shí)也增加了維修成本。本文結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際及多年設(shè)備管理經(jīng)驗(yàn)，試圖通過綜合攻關(guān)達(dá)到提高扇形段軸承壽命的目的。

2 軸承失效原因分析

分析軸承失效原因，問題出在以下幾個(gè)方面。

2.1 備件精度差導(dǎo)致軸承載荷不良

輥?zhàn)虞S承位圓跳動(dòng)誤差大。輥?zhàn)釉谛迯?fù)過程中軸承安裝位的尺寸和形位公差超差且輥?zhàn)觾深^的公差差別大，在使用過程中會導(dǎo)致軸承單邊受力。

為了確保輥?zhàn)幼饔玫挠行Оl(fā)揮，避免外力作用下輥?zhàn)咏Y(jié)構(gòu)發(fā)生結(jié)構(gòu)性彎曲，從而導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的降低，造成損傷與破壞，影響輥?zhàn)釉谳S承運(yùn)轉(zhuǎn)中的積極作用，導(dǎo)致軸承運(yùn)行效能的降低。

軸承在運(yùn)行過程中，為了確保單片對中的高效性，工作人員對輥?zhàn)用媾c樣規(guī)間隙進(jìn)行調(diào)整，對接縫的規(guī)格與具體參數(shù)進(jìn)行控制，以免出現(xiàn)輥?zhàn)痈叨炔灰恢拢瑢?dǎo)致整個(gè)軸承承重效果大大降低，在長時(shí)間的運(yùn)行狀態(tài)下，極有可能發(fā)生軸承故障，對軸承工作效能帶來不利的影響。

軸承徑向游隙不均勻。在同一輥?zhàn)又校绻霈F(xiàn)游隙過大的情況，將會直接導(dǎo)致軸承受力不均勻，增加軸承在運(yùn)行過程中受損傷的機(jī)率，增加了設(shè)備維護(hù)的困難程度。

2.2 徑向游隙的影響

從實(shí)際情況來看，游縫將會對滾動(dòng)軸承載荷分布、振動(dòng)頻率、溫度控制、加工精度以及使用壽命等帶來最為直接的影響。借助于損壞原因的分析，能夠幫助技術(shù)人員為后續(xù)軸承運(yùn)行狀態(tài)的控制與維護(hù)有著針對性的引導(dǎo)。

2.3 潤滑不良

滾動(dòng)軸承在運(yùn)行過程中，為了避免過度磨損的出現(xiàn)，可以采取潤滑方式，減輕軸承磨損以及摩擦力，在進(jìn)行潤滑操作的同時(shí)，還需要對冷卻、除銹等工作效果進(jìn)行分析，避免軸承摩擦過程中，出現(xiàn)過熱情況，進(jìn)而避免潤滑不良導(dǎo)致的軸承結(jié)構(gòu)性損傷。

2.4 灰塵等污染引起軸承損壞

（1）密封結(jié)構(gòu)不完善。在對軸承密封結(jié)構(gòu)分析的過程中，發(fā)現(xiàn)部分輥?zhàn)又械膯未焦羌苡头飧魤m性能不足，導(dǎo)致輥?zhàn)痈綦x之中雜質(zhì)難以進(jìn)行有效排除，雜質(zhì)的難以排除，使得輥?zhàn)又袠O易發(fā)生堆積，使得結(jié)構(gòu)性損傷。

（2）維修過程引入雜質(zhì)。潤滑油脂在清潔的過程中，一旦沒有按照清潔操作的具體要求，將會使得軸承帶病上線開展工作，由于雜質(zhì)的存在導(dǎo)致潤滑油脂無法發(fā)揮自身的作用。

2.5 中碳鋼二冷水配置不合理導(dǎo)致軸承過熱損壞

我廠生產(chǎn)碳鋼時(shí)為了防止彎坯，設(shè)置了極低的內(nèi)外弧噴淋水量，來達(dá)到同樣的冷卻梯度。軸承在此工況下長時(shí)間工作會過熱變脆，最終受力輕易導(dǎo)致破碎。2014年發(fā)生兩起較大軸承過熱脆碎的事故，共造成約20臺扇形段軸承失效下機(jī)。

3 解決措施

3.1 均布載荷

軸承外圈出現(xiàn)剝落現(xiàn)象，主要是承受的徑向載荷Fr分布不均，導(dǎo)致軸承局部受力過大造成。軸承安裝精度、軸頸和輥體的同心度不好，軸承座內(nèi)孔失圓，以及使用過程中輥?zhàn)映霈F(xiàn)擾變，都會對軸承產(chǎn)生分布不均的徑向載荷Fr（如圖2）。

圖2 徑向載荷Fr的分布圖

裝配前，精確測量輥?zhàn)油S度和軸承游隙值，選取輥?zhàn)又睆浇咏姆旁谝粋€(gè)扇形段上；安裝軸承時(shí)選取游隙最相近的安裝到同一根輥?zhàn)由希粚χ芯忍岣叩健?.05mm以內(nèi)，同一根輥?zhàn)拥乃蕉瓤刂圃?.05mm以內(nèi)；測量軸承座內(nèi)孔的圓度，保證圓度誤差不超過0.05mm。這樣裝配時(shí)總體誤差不會超過0.1mm，確保了軸承受到均勻的徑向載荷Fr。

3.2 合理選用軸承徑向游隙

通過對軸承工作運(yùn)行情況的客觀分析，使用4級軸承來取代3級軸承，使得游隙滿足實(shí)際的使用需要，能夠貼合加工活動(dòng)的客觀要求。同時(shí)落實(shí)檢查監(jiān)督制度，確保軸承自身質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 選用合理的潤滑方式

（1）對潤滑脂的使用方式進(jìn)行調(diào)整，從實(shí)踐結(jié)果來看，扇形段在現(xiàn)場使用的過程中，應(yīng)采取短時(shí)間、多頻率的運(yùn)用方式，避免油脂過多對軸承運(yùn)行效果的影響。

（2）要根據(jù)季節(jié)的變化，確定對潤滑脂的使用需求，在冬天使用0#脲基潤滑脂，夏天選用1#脲基潤滑脂。通過對潤滑脂的選擇，在冬天降低了干油阻力，在夏天則能夠有效控制干油的流失。

3.4 選用雙唇油封

改善軸承座密封結(jié)構(gòu)，將單唇骨架油封改為雙唇骨架油封，設(shè)計(jì)油封的主唇背對軸承安裝，主唇阻擋兩側(cè)灰塵進(jìn)入，副唇起到防止?jié)櫥^多流失的作用，這是本次軸承損壞攻關(guān)的關(guān)鍵之一。

3.5 合理配置中碳鋼二冷水

軸承溫度一般隨著連澆爐次的變化而升高，當(dāng)生產(chǎn)中碳鋼低于典拉時(shí)，噴嘴很難噴射出低流量的冷卻水，軸承暴露在高溫烘烤下。圖3顯示某固定軸承座在冷卻水中斷情況下的軸承座溫度變化情況。

圖3 冷卻水中斷期間某個(gè)軸承座表面溫度

通過與生技部門合作合理配置噴淋水，生產(chǎn)管線鋼時(shí)盡量不低于典拉，盡量減少采取關(guān)閉噴淋水的措施避免彎坯的極端措施，極大改善了軸承工作溫度環(huán)境：凡1、2#機(jī)生產(chǎn)管線系列和HG785、HG60Ti、HG70Ti等高強(qiáng)合金鋼時(shí)，禁止長時(shí)間低拉速澆鑄（＜1.0m/min不得超過30分鐘，≤0.8m/min不得超過5分鐘）。當(dāng)拉速≤0.9m/min時(shí)，連鑄中控操作工啟動(dòng)直線段脈沖水按鈕。當(dāng)拉速＞0.9m/min時(shí)關(guān)閉直線段脈沖供水，恢復(fù)到原二冷水供水模式。

4 改進(jìn)效果

攻關(guān)后，煉鋼總廠三煉鋼軸承損壞下線在扇形段失效各因素中占比降低15%。

5 經(jīng)濟(jì)效益和社會效益

實(shí)施之后，2014年上半年下線扇形段124臺次，由于軸承損壞所占比例為15.86%，平均拉鋼壽命為129.89天。去年同期下線142臺，一臺扇形段維修成本約為17萬元，改造后共節(jié)省維修費(fèi)用（142-124）×17=306萬元。同時(shí)減少了連鑄停機(jī)檢修時(shí)間2160分鐘，因攻關(guān)避免了質(zhì)量事故發(fā)生，為品質(zhì)質(zhì)量生產(chǎn)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

6 存在問題及下步打算

從以上分析可知軸承損壞是由多方面綜合因素引起的，所以在以后的工作中要注意如下事項(xiàng)。

（1）緊抓影響軸承壽命的各個(gè)因素不能放松，放過一個(gè)因素即可能導(dǎo)致扇形段軸承損壞。

（2）弧形連鑄機(jī)的軸承損壞還跟生產(chǎn)配水關(guān)系密切，下步將繼續(xù)配合生技部門科學(xué)合理配置中碳鋼冷卻水量，減少扇形段軸承過熱損壞。