扇形段自由輥軸承失效分析與解決措施

馮李民

（唐鋼中厚板材有限公司，河北唐山 063610）

0 引言

唐鋼中厚板廠2#板坯連鑄機于2008年3月投產，該型連鑄機二次冷卻區(qū)域共有12臺扇形段，編號為SegI～SegⅫ。各段均是采用小輥徑，三分節(jié)輥密排布置方式，每組分節(jié)輥的中間支撐交錯布置以保證均勻支撐。每臺扇形段內外弧各有7組分節(jié)輥，中間一組為拉矯驅動輥，其余為自由輥。自由輥徑分為φ230 mm和φ300 mm兩種。三分節(jié)輥組合輥身長度2200 mm，軸承為自調心圓柱滾子軸承。

2010年2#鑄機扇形段下線58臺次，除個別因到使用周期正常下線外，大部分為非正常事故下線，尤其在連鑄機拉矯應力較為集中的3段至8段下線次數(shù)明顯高于其它各段。經統(tǒng)計分析，造成扇形段下線的主要原因是由于自由輥軸承在高溫、重載、腐蝕條件下?lián)p壞失效，導致夾輥抱死。經常更換的部分扇形段（Seg III～SegⅥ段）在線平均使用壽命1.1個月左右，SegⅦ～Seg VIII段的使用壽命為2.3個月左右，該狀況直接導致扇形段漏水，鑄坯劃痕，影響生產節(jié)奏及經濟效益。

1 軸承失效原因分析

1.1 干油分配不均導致軸承潤滑不良

每臺扇形段潤滑單元采用4個單線遞進式干油分配器（SSV14-FL-G-B），內弧、外弧各有2個分配器，分別供應內外弧輥子軸承座潤滑（如圖1所示）。

圖1 扇形段外弧干油潤滑管路示意圖

通過下線扇形段分節(jié)輥拆開檢查分析，發(fā)現(xiàn)三分節(jié)輥邊部軸承座內干油潤滑良好有溢出，而中間部位輥子軸承潤滑油量較少無溢出且有發(fā)黑碳化跡象，潤滑油量較邊部較少（因1、6軸承各有一路干油管，2、3軸承共用一路干油管，4、5軸承共用一路干油管，且中間輥的3、4軸承需要等待2、5軸承加滿潤滑油后才能補充供給過來）。而中間輥軸承（圖1中軸承3、4）處于紅熱鋼坯的下面，是主要承載受熱區(qū)，因此壽命明顯短于邊部軸承。經統(tǒng)計分析，因軸承失效下線的扇形段中，80%是由于中間部位軸承失效導致的。

1.2 軸承座冷卻水道結垢堵塞，軸承高溫失效

由于扇形段長期處于高溫重載的連續(xù)生產環(huán)境下，造成軸承座冷卻水道空腔內溫度較高，一方面軸承過燒會影響其使用壽命；另一方面造成軸承座內部的干油潤滑脂過熱碳化，堵塞軸承座油路入口，導致干油不能及時供油潤滑。這就對軸承座水冷裝置提出了更高的要求。通過解體下線扇形段內外弧，拆開分節(jié)輥輥子軸承后檢查發(fā)現(xiàn)軸承抱死及外圈過熱變色，可判斷是由于輥子軸承座內冷水連接水道不暢導致冷卻水流量不足，冷卻強度較弱造成軸承材料在高溫氧化條件下迅速銹蝕。同時，軸承座下部φ8 mm供油管路在高溫現(xiàn)場極易碳化堵塞，從而加劇促使軸承失效報廢。

1.3 檢修質量問題導致輥子載荷分布不均

（1）扇形段下線檢修安裝組合分節(jié)輥以及對中時，個別輥子輥面與對弧樣板間隙值是標準的上限，而其余輥子對中間隙是標準值的下限，導致該分節(jié)輥輥面較高。連鑄機拉鋼過程中該輥子的載荷分布不均，導致輥面高的輥子軸承承受大負荷，長時間運轉或者超負荷運轉必然導致該軸承先損壞。

（2）正常情況下輥子軸承為間隙配合，裝配時采用冷裝。但是有個別輥子軸頭外徑尺寸機械加工不規(guī)范導致過盈配合，需要熱裝，工人師傅用乙炔噴槍對軸承內孔進行加熱，若掌握不好加熱溫度，軸承鋼內部的金相組織將發(fā)生變化。當軸承冷卻后，軸承內孔就不能恢復到原來的尺寸，通常比加熱前的尺寸要大，間接造成軸承徑向游隙變小。軸承游隙的大小直接影響滾動軸承的載荷分布、振動、噪聲、磨損、溫升、使用壽命和機械運轉精度等技術性能。在高溫重載鑄機使用環(huán)境下加速軸承損壞抱死失效。另外，軸承徑向游隙不均勻。同一根輥子上的軸承游隙相差太大，尤其是搭配使用各種利舊軸承導致輥子兩側軸承受力不均勻，加快縮短軸承的使用壽命。

連鑄機扇形段上一盤軸承失效將引起嚴重后果：軸承失效塌架→輥子抱死不轉→扇段積渣漏水→鑄坯劃痕邊裂→設備停澆檢修→產量效益損失。

2 解決措施

2.1 扇形段干油潤滑單元改造

針對扇形段自由輥軸承存在干油分配不均、潤滑不良的問題，即單線干油集中潤滑分配器一個潤滑點油路出現(xiàn)堵塞，將導致整臺分配器無法供油，且原干油潤滑設備無法實現(xiàn)點對點供油操作的監(jiān)控。亟需對連鑄機扇形段潤滑設備進行系統(tǒng)改造。

1）通過與分配器供貨制造廠家溝通及技術交流，在同等經濟條件下改造扇形段干油分配器閥體。指導廠家加粗干油分配器閥體部分供油活塞直徑，采取不同耗油分配量直接加大扇形段中間輥軸承部位供油量，如圖2所示。

圖2 扇形段分配器改造示意圖

2）改造并采用連鑄機智能潤滑系統(tǒng)實現(xiàn)自動供油補油。設備檢修人員根據(jù)干油設備系統(tǒng)提供的電子反饋信號進行巡檢，縮短了生產現(xiàn)場干油潤滑系統(tǒng)堵塞后的判斷故障時間。同時，還解決了扇形段單線干油潤滑單元的缺陷，即使干油分配器某個潤滑點堵塞，也不會影響其它潤滑點油路的暢通，大大降低了干油潤滑系統(tǒng)油路堵塞的事故影響。

3）加強干油潤滑脂使用過程管理。定期更換濾油器濾芯；在線更換扇形段以及下線檢修時及時用塑料袋將暴露在外面的干油管接頭包裹起來，防止灰塵渣子等雜物進入堵塞管路。

2.2 扇形段冷卻系統(tǒng)改進

1）加強下線扇形段檢修驗收管理制度。下線扇形段拆卸內外弧輥子后座入對中臺接入水源統(tǒng)一清洗；軸承座單獨通水保壓檢查水流量情況，確保冷卻水道清潔暢通。

2）清潔水源，在連鑄機凈環(huán)水供水管道加裝自清洗過濾器。采取自動反沖洗與人工反沖洗相結合的模式，確保過濾效果，防止冷卻水結垢堵塞冷卻水道。

3）在水平扇形段外弧邊部框架焊接加裝沖渣冷卻水嘴，既可以沖洗清理澆鋼生產過程中產生的積渣，又降低了自由輥軸承工作環(huán)境溫度，從而大大延長軸承使用壽命。

2.3 扇形段輥子維修裝配質量改善

1）制定檢修作業(yè)標準和設備驗收標準。裝配前測量輥子同軸度和軸承游隙值，選配數(shù)據(jù)相近的安裝在同一臺扇形段上，提高每組分節(jié)輥水平度及扇形段內弧、外弧整體輥子對中精度。

2）加強維修人員培訓。結合圖紙，現(xiàn)場指導工人對輥子進行分解、組裝、驗收，加深對裝配技術掌握程度；為避免熱裝時軸承過熱，采用電子軸承加熱器加熱軸承。

3）加強輥子裝配精度抽檢考核力度。堅決杜絕盲目裝配，野蠻操作行為；統(tǒng)一裝配工序標準，對弧樣板、塞尺等量具定期校驗精度，確保裝配質量。

3 改造后效果檢驗及經濟效益

改造后部分扇形段使用周期對比分析，詳見表1。

表1 部分扇形段改造前后使用周期對比表

扇形段經過技術改造及維修過程提高完善后，輥子軸承的工作穩(wěn)定性大大提高。扇形段平均使用壽命延長約1倍。改造后的扇形段在連鑄生產過程中可以觀察到少許潤滑油從中間分節(jié)輥軸承內側輥子軸肩與軸承座結合面滲出，這在一定程度上反映出中間輥軸承干油供給良好，軸承雙列滾柱均有充足的油脂潤滑。達到過鋼量，在正常下線的扇形段分節(jié)輥拆分解體過程中可以看到：輥子轉動靈活，分節(jié)輥軸承潤滑脂干凈無雜質，油脂顏色明亮，未有乳化現(xiàn)象發(fā)生。另外，采用連鑄機智能干油潤滑系統(tǒng)后，扇形段自由輥軸承得到充分潤滑，壽命大大提高，同時，該新型智能潤滑系統(tǒng)能夠實現(xiàn)自動控制，從而確保干油供脂連續(xù)性好、潤滑頻率高周期短。

2011年2#連鑄機更換下線扇形段38臺次，較改造前下降20臺次。每臺下線扇形段綜合平均維修費用約18萬元，每年節(jié)省費用約360萬元。此外，更換一臺扇形段需連鑄機停機拉下檢修平均約5 h，每年可節(jié)省時間約100 h。改造成果非常顯著，綜合效益相當可觀。

4 結 語

通過對改造后的扇形段跟蹤調查分析，采取上述改造措施后效果明顯。不僅解決了長期因輥子軸承失效連鑄機扇形段頻繁下線問題，而且大大提高了設備在線使用壽命及運行的穩(wěn)定性，充分發(fā)揮了設備保障生產功能，避免影響連鑄生產及鑄坯質量。

［1］張興中.連鑄機拉矯輥破損原因的分析［J］.鞍鋼技術，2000（11）：11－13.

［2］蔡開科.連續(xù)鑄鋼500問［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1994.

［3］羅振才.煉鋼機械［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1989.