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扇形段軸承損壞原因分析
2010-02-05
濟鋼4#、5#板鑄機為超低頭板坯連鑄機，4#板于1994年投產，其年生產能力為70萬t，鑄機工作拉速為0.7～1.15m/min，鑄坯規格為200×1400mm，基本弧半徑為5700mm。二次冷卻區域共有7個扇形段，其中1-2段屬于彎曲段，3、4段屬于矯直段，5-7段為水平段，從3段以后每一段上都有一對拉矯輥，各段都是6根輥子布置的小輥徑，單節輥，密排布置方式，輥徑分260mm和280mm兩種，軸承為調心滾子軸承。2007年4#、5#鑄機扇形段下線52臺次，軸承原因造成的下線28次，占所有下線次數的53.85%，平均拉鋼壽命為98.75天。頻繁下線造成煉鋼非計劃停機，影響生產節奏，同時也增加了維修成本。
分析原因，問題出在以下幾個方面：
1.載荷分布不均：1)輥子同軸度偏差大。在輥子修磨過程中輥子的同軸度偏低，拉鋼過程中輥子的彎曲量會加重，經過長時間的使用，導致個別輥子超負荷工作，使其損壞，同時也會使鑄坯出現鼓肚、凹陷等質量問題。2)對中間隙偏差大。單片對中時，個別輥子輥面與樣規間隙值(對中間隙)是標準的上限，而其他幾根輥子對中間隙是標準值的下限，導致這根輥子較其他輥子高，對中時個別輥子水平度偏差大，導致高的軸承承受大負荷，長時間運轉或者超負荷運轉導致軸承先損壞。3)軸承徑向游隙不均勻。同一根輥子上的軸承游隙相差太大，導致輥子兩側軸承受力不均勻，如果同時存在上述任何一種影響因素，會加劇軸承的損壞。
2.徑向游隙的影響：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。通過對損壞軸承的分析，認為軸承游隙大小不合適是造成軸承損壞的另一個因素。
3.潤滑不良：1)潤滑脂供給方式不合適。滾動軸承的潤滑主要為了降低摩擦阻力和減輕磨損，也有吸振、冷卻、防銹和密封等作用，但是裝脂過多易于引起摩擦發熱，影響軸承的正常工作。扇形段在現場使用時潤滑脂供給時間長，頻次少，導致軸承先是滿脂運轉，后是少脂運轉，沒有為軸承提供一個良好的潤滑條件。2)油號不對導致甘油堵塞。冬天維修好的扇形段存放一段時間上線后就出現干油堵塞的問題，分析原因主要是北方冬天寒冷，潤滑脂粘稠度增加，導致輸送阻力增加。
4.灰塵等污染引起軸承損壞：1)密封結構不完善。分析軸承密封結構（如圖）和現場環境，發現密封不合適，輥子一側的單唇骨架油封隔塵，旋轉水封一側擋油，有漏封雜質的問題；而保護渣以及灰塵等容易在此側堆積，軸承在工作以及停機檢修清理雜物時容易將雜質帶進軸承內。2)維修過程引入雜質。由于潤滑脂的不清潔和維修過程不按要求清潔裝配軸承，導致軸承帶病上線運行，引入雜質的軸承必定不能達到額定使用壽命。
分析原因，問題出在以下幾個方面：
1.載荷分布不均：1)輥子同軸度偏差大。在輥子修磨過程中輥子的同軸度偏低，拉鋼過程中輥子的彎曲量會加重，經過長時間的使用，導致個別輥子超負荷工作，使其損壞，同時也會使鑄坯出現鼓肚、凹陷等質量問題。2)對中間隙偏差大。單片對中時，個別輥子輥面與樣規間隙值(對中間隙)是標準的上限，而其他幾根輥子對中間隙是標準值的下限，導致這根輥子較其他輥子高，對中時個別輥子水平度偏差大，導致高的軸承承受大負荷，長時間運轉或者超負荷運轉導致軸承先損壞。3)軸承徑向游隙不均勻。同一根輥子上的軸承游隙相差太大，導致輥子兩側軸承受力不均勻，如果同時存在上述任何一種影響因素，會加劇軸承的損壞。
2.徑向游隙的影響：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。通過對損壞軸承的分析，認為軸承游隙大小不合適是造成軸承損壞的另一個因素。
3.潤滑不良：1)潤滑脂供給方式不合適。滾動軸承的潤滑主要為了降低摩擦阻力和減輕磨損，也有吸振、冷卻、防銹和密封等作用，但是裝脂過多易于引起摩擦發熱，影響軸承的正常工作。扇形段在現場使用時潤滑脂供給時間長，頻次少，導致軸承先是滿脂運轉，后是少脂運轉，沒有為軸承提供一個良好的潤滑條件。2)油號不對導致甘油堵塞。冬天維修好的扇形段存放一段時間上線后就出現干油堵塞的問題，分析原因主要是北方冬天寒冷，潤滑脂粘稠度增加，導致輸送阻力增加。
4.灰塵等污染引起軸承損壞：1)密封結構不完善。分析軸承密封結構（如圖）和現場環境，發現密封不合適，輥子一側的單唇骨架油封隔塵，旋轉水封一側擋油，有漏封雜質的問題；而保護渣以及灰塵等容易在此側堆積，軸承在工作以及停機檢修清理雜物時容易將雜質帶進軸承內。2)維修過程引入雜質。由于潤滑脂的不清潔和維修過程不按要求清潔裝配軸承，導致軸承帶病上線運行，引入雜質的軸承必定不能達到額定使用壽命。
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解決措施：
1.均布載荷：裝配前，精確測量輥子同軸度和軸承游隙值，選取輥子直徑接近的放在一個扇形段上；安裝軸承時選取游隙Z相近的安裝到同一根輥子上；對中精度提高到±0.05mm以內，同一根輥子的水平度控制在0.05mm以內。
2.合理選用軸承徑向游隙：選用4級游隙的軸承取代原來的3級游隙軸承，徑向游隙增加0.045mm。
3.選用合理的潤滑方式：1)更改現場潤滑脂供給方式。扇形段在現場使用時潤滑脂供給方式改為短時間，多頻次的方式。避免了裝脂過多引起的摩擦發熱，影響軸承正常工作。2)根據季節不同選用不同型號的潤滑脂，維修過程中使用的潤滑脂在冬天選用0#脲基潤滑脂，夏天選用1#脲基潤滑脂。減小了冬天干油阻力，夏天干油易流失的問題。
4.確保軸承工作環境清潔：1)改善軸承密封結構。將單唇骨架油封改為雙唇骨架油封，且主唇都是背對軸承安裝，主唇實現了阻擋兩側灰塵進入的效果，副唇又能起到防止潤滑脂過多流失的作用。2)加強油品以維修過程的管理。定期更換濾油器的濾芯，維修過程中每一個暴露在外面的管接頭都包裹起來，防止灰塵等雜質進入管路;裝配軸承過程中嚴格按照軸承要求，清潔安裝。
實施之后，2008年下線扇形段28臺次，由于軸承損壞所占比例為17.86%。平均拉鋼壽命為129.89天。一臺扇形段維修成本約為12.5萬元，改造后共節省維修費用287.5萬元。同時減少了煉鋼停機檢修時間4140分鐘，降低了煉鋼損失82.8萬元，年綜合效益為370.3萬元。
1.均布載荷：裝配前，精確測量輥子同軸度和軸承游隙值，選取輥子直徑接近的放在一個扇形段上；安裝軸承時選取游隙Z相近的安裝到同一根輥子上；對中精度提高到±0.05mm以內，同一根輥子的水平度控制在0.05mm以內。
2.合理選用軸承徑向游隙：選用4級游隙的軸承取代原來的3級游隙軸承，徑向游隙增加0.045mm。
3.選用合理的潤滑方式：1)更改現場潤滑脂供給方式。扇形段在現場使用時潤滑脂供給方式改為短時間，多頻次的方式。避免了裝脂過多引起的摩擦發熱，影響軸承正常工作。2)根據季節不同選用不同型號的潤滑脂，維修過程中使用的潤滑脂在冬天選用0#脲基潤滑脂，夏天選用1#脲基潤滑脂。減小了冬天干油阻力，夏天干油易流失的問題。
4.確保軸承工作環境清潔：1)改善軸承密封結構。將單唇骨架油封改為雙唇骨架油封，且主唇都是背對軸承安裝，主唇實現了阻擋兩側灰塵進入的效果，副唇又能起到防止潤滑脂過多流失的作用。2)加強油品以維修過程的管理。定期更換濾油器的濾芯，維修過程中每一個暴露在外面的管接頭都包裹起來，防止灰塵等雜質進入管路;裝配軸承過程中嚴格按照軸承要求，清潔安裝。
實施之后，2008年下線扇形段28臺次，由于軸承損壞所占比例為17.86%。平均拉鋼壽命為129.89天。一臺扇形段維修成本約為12.5萬元，改造后共節省維修費用287.5萬元。同時減少了煉鋼停機檢修時間4140分鐘，降低了煉鋼損失82.8萬元，年綜合效益為370.3萬元。
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