熱連軋精軋機組降低軋輥軸承消耗措施探討

張志廣

(敬業鋼鐵有限公司 板卷廠， 河北 石家莊 050400)

0 前言

敬業1250熱軋帶鋼生產線精軋機組由F1E立輥軋機及7架四輥軋機組成，自投產以來頻繁出現軋輥軸承非正常損壞，由此引發的設備停車可達6～10小時/月，嚴重影響軋機的生產效率及生產成本。

1 精軋機組軋輥軸承的配置及工況

F1E立輥軋機最大軋制力1 000 kN，單邊最大壓下量5 mm，操作側和傳動側立輥對稱布置，立輥上下兩端均選用雙列圓錐滾子軸承。F1-F7軋機最大軋制力20 000 kN,F7出口速度最大15 m/s。工作輥固定端采用四列圓錐滾子軸承加推力調心滾子軸承形式，自由端安裝四列圓錐滾子軸承；支承輥兩端均采用四列圓柱滾子軸承加雙列圓錐滾子軸承配置。所有軸承均采用人工添加干油脂的方式潤滑。工作輥和支承輥在線下注油完成后再上線，F1E立輥每6小時在線注油一次。

2 軸承損壞原因分析

2.1 FIE立輥軸承

通過現場對軸承損壞情況進行統計分析及拆箱檢查發現，F1E立輥軸承損壞主要集中在下軸承箱，并且箱內普遍有明顯進水現象，部分滾珠已出現銹跡。針對上述問題，對軸承箱密封裝置進行了改進，改進前如圖1a所示，肩環由軸承透蓋間的徑向間隙為10 mm，軸向間隙為40 mm。改進后如圖1b所示,把合螺栓由外六角改為內六角，使肩環與軸承透蓋間的徑向間隙由10 mm縮小為2 mm,軸向間隙由40 mm縮小為3 mm；新增了排水孔和擋水環，使通過水封的冷卻水可以及時排出箱外，同時，調整下軸承箱注油周期為3小時。另外，根據F1E立輥對稱布置的特點，定期互換操作側和傳動側軸承箱上線位置，以減少軸承外圈的非均勻磨損。通過上述改進使下軸承箱的密封效果得到了明顯改善，一年以來軸承未發生損壞現象。

圖1 F1E立輥軸承箱密封結構改進對比圖

2.2 工作輥軸承

工作輥軸承損壞主要為固定端推力調心滾子軸承，并且多次出現軋機操作側卡板螺栓斷裂現象，而操作側和傳動側的四列圓柱滾子軸承基本無損壞；檢查箱內潤滑脂基本正常。因此可以斷定軋制過程中軸向力過大，超出推力軸承的額定載荷為軸承損壞的主要原因。針對此問題，從減小軸向力和增大軸承的承載能力兩方面著手解決。

一方面，通過吊垂線定期對牌坊的窗口找正、利用框式水平儀嚴格控制下支承輥水平，避免軋制過程中軸向力過大；另一方面，對操作側承載軸向力軸承重新選型，將29348型推力調心輥子軸承更換為370640型大錐角雙列圓錐輥子軸承，額定軸向承載能力Ca1由1 580 kN提高至2 001 kN，軸承的理論使用壽命可延長2.2倍左右，同時也便于裝配工調整軸向游隙。改造前后的軸承座裝配如圖2所示。

針對卡板螺栓容易斷現象，本文將把合螺栓由原來45鋼調質處理，改為42CrMo表面磷化處理，同時優化卡板結構增大其承載能力，卡板改造前后結構對比如圖3所示，改造后承載能力提升至原來的5倍左右，杜絕了由此引發的廢鋼及其它次生事故。

圖2 工作輥直推軸承改進前后對比圖

圖3 卡板機構優化前后對比圖

2.3 支承輥軸承

支承輥軸承損壞主要發生在下輥，固定端和和自由端發生損壞的概率基本相同。損壞部位集中在四列圓柱滾子軸承靠近軋制中心線的一列，兩端的雙列圓錐滾子軸承亦時有損壞。下輥拆箱后發現箱內均有比較嚴重進水現象、軸承透蓋與軋輥肩環徑向配合面下方有明顯磨損，在正下方最為嚴重，向兩側逐漸減輕，宮型密封軸向方向上有卷邊、燒傷現象如圖4所示。通過現象分析，可以斷定支承輥軸承損壞的主要原因為：軸承偏載和軸承座密封性能差，導致潤滑不良。

圖4 軸承透蓋與肩環干涉圖

支承輥下軸承座底部裙口為倒“凹”字型，換輥小車底座與軸承座接觸部位為“凸”字型，二者之間裝有標高調整墊板，換輥時，軸承座下方的的弧面墊落在調整墊板上，通過液壓缸推入軋機。軸承座的調心機構為“弧面墊-平板”式。原設計軸承座底部裙口與換輥小車底座的配合間隙為1 mm(單邊)，換輥小車兩側鞍座中心線為2 190 mm。換輥小車底座為一個剛體，操作側與傳動側中心距不變，而支承輥采用雙止推結構，兩側軸承座與支承輥軸向定位，由于各零部件制造公差、軸承游隙調整等影響，中心距不能精確保證2190±1 mm，因此二者很容易發生干涉(如圖5所示)。換輥時通常以卡耳與牌坊接觸為標準，導致換輥小車牌坊二者無精確定位，軸承座裙口與底座中心偏離。此時因卡耳亦被牌坊與卡板軸向固定，軸承座處于過約束狀態，軋輥在熱膨脹或受軸向載荷較大時，兩側軸承座向同側產生傾斜，或成“倒八字”狀，致使軸承偏載嚴重。另因弧面墊接觸圓弧面磨損、下支承輥水平度超差等因素也會造成軸承偏載問題的出現。

圖5 下支撐輥軸承座與換輥小車干涉部位

3 改進措施

針對以上分析，采取了以下改進措施。

(1)消除下支承輥軸承座過約束，降低偏載問題。在換輥小車軌道上焊接定位塊，實現軋機軸承座和底座在牌坊內精確定位；軸承座裙口單邊加大3 mm，避免因輥系零件累積誤差導致二者干涉；并將軸承座卡耳上牌坊側的滑板改為“半梭形”，釋放其軸向平移自由度。

(2)改進墊板結構、方便調整下支承輥水平，降低軸向力和偏載。原設計的標高調整墊板支撐面為大平面，使用時容易因氧化鐵皮清理不凈，影響下支承輥水平度，導致偏載現象和軸向力過大，改進后結構對比如圖6所示。

圖6 軸承墊板結構改進前后對比

(3)改良軸承座裝配結構、增強密封性能。支撐輥原密封裝置如圖7所示，改進后的密封裝置如圖8所示，其優點如下：

圖7 支承輥軸承座改造前密封結構

圖8 支承輥軸承座改造后密封結構

保護罩和壓環設計為一體，壓環與止推軸承座間以O型圈代替XB450石棉膠板密封膠，止推軸承座處油封唇口朝里安裝、同時在保護罩下部開孔避免箱內產生負壓，在增強防水性能、減少油脂外溢損失的同時也增強了排水、透氣性能。

四列圓柱滾子端的進水問題通過在肩環處增加外置水封、肩環與軋輥件增加O型圈，減少由軸承座內側的進水量，同時將透蓋最低處增加φ10 mm排水孔改為10 mm×80 mm的橢圓形排水孔，確保通過迷宮密封的水可以順利排出。

(4)加強對軸承裝配質量的管理和使用過程管理。嚴格按圖紙要求范圍控制各軸承的游間隙、軋輥和軸承座之間的相對竄動量，防止由軋輥和軸承座間竄動量過大導致的水封失效、傳動側軸承座向外側傾斜及其引發的軸承偏載；對各軸承座編號，固定各軸承座之間的配對關系和使用位置，使軸承座之間、軸承座與軋機牌坊形成一定的對應關系，便于對問題進行分析和跟蹤。

4 結束語

通過對精軋機組軸承損壞原因進行深入分析，并從密封和潤滑、降低輥系軸向力、增大止推軸承的承載能力、改善軸承內應力分布等方面改進，1250卷板生產線的軸承燒損事故由每月的6起左右減少至現在的2起左右，生產效益顯著增加。

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