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北海诚德集团1450热轧分厂支承辊油膜轴承 损坏分析

时间:2019-09-09 07:03来源:北海诚德金属压延有限公 作者:户士强 点击:
  • 摘  要  针对轧机支承辊油膜轴承在机出现发热后巴氏合金脱落而影响生产的现象,分析了问题存在的原因,从轴承装配(机)、在线润滑等使用与维护过程中易出现的问题提出预防措施以降低轴承损坏和保证生产顺行。

    关键词  油膜轴承  热轧  装配(机)  润滑  油膜厚度  衬套合金脱落


    1  前言

    北海诚德不锈钢集团热轧分厂于2012年11月顺利投产,计划到2017年第四季度具备年产280万吨产能,产品种类主要有200系列,300系列奥氏体不锈钢,400系列铁素体和马氏体不锈钢品种;产品规格有厚度1.8-12mm,宽度1015-1550mm。

    工艺流程:板坯经加热炉--粗轧高压水除鳞箱除鳞--粗轧立辊和四辊可逆式轧机轧制成23-45mm的中间坯--经延迟辊道到达热卷箱--热卷箱穿带、卷曲、开卷--由切头飞剪切除头、尾--经精轧高压水除鳞箱除去二次氧化铁皮--进入精轧机组F1-F8进行轧制--带钢经输出辊道层流冷却--进入地下卷取机进行收卷--经卸卷小车把钢卷托出运至机旁固定鞍座--终经运输链送达指定位置(途中进行喷号、打捆、称重)。

    热轧不锈钢板带轧机生产条件恶劣,温度高,轧制力大,氧化铁皮多,粉尘大,早期对新设备性能了解不够透彻,在机支承辊油膜轴承运行到第四个年头时,不时出现油膜轴承在机发热衬套巴氏合金脱落现象。造成轧辊临时下机,终影响生产顺行。

    2  油膜轴承的组成

    2.1  油膜轴承由九个结构部件组成:

    一个巴氏合金衬套(BUSHING);一个锥套(SLEEVE);一个衬套环(SLEEVE RING);一组双列止推轴承(TWO ROW THRUST BEARING);一个油压紧固装置(HYDRAULIC BAYONET LOCK);一个扇形固定键(LOCKING SEGMENT);一个DF型轴颈密封(DF TYPE NECK SEAL);一个轴封内环 (SEAL INNER RING);一个水封(COOLANT SEAL)

    2.2  油膜轴承结构图如下:

    image.png

    3  油膜轴承损坏的影响因素及预防措施

    现状:我厂油膜轴承损坏表现为在机异常发热,温度高于80-90℃时衬套巴氏合金脱落,即衬套工作区域的巴氏合金层一片一片,或一大片一大片地从钢衬套上剥落下来,有的发生了位置移动。

    3.1  装配质量

    3.1.1  轴承箱尺寸精度,应确保箱体镗孔尺寸和箱体衬板尺寸及其同一支轧辊两侧箱体硬衬垫高度差在控制范围内,如表1:

    image.png

    3.1.2  测量与轴承相关的备件的尺寸、几何形状、精度等级、公差范围与设计是否相符。

    3。1。3  止推轴承锁紧螺母装配时,要确保其压紧套与锁紧螺母外端面的轴向距离在171-175mm之间,控制住轧辊的轴向窜动。

    3。1。4  轴承密封件的正确安转与使用

    现状:当传动侧锥套向操作侧串动较大时,轧辊同时向操作侧串动相等距离,这时会导致操作侧水封的磨损和撕裂,传动侧水封与轧辊分离,此时箱体内形成负压状态下,外界冷却水和污物经过水封唇-DF密封唇后进入油膜轴承内部。反之,同理。

    (1)装箱前应确保DF密封、轴封内环(压紧铝环)及与轧辊端部接触的水封安装可靠性,完好性,合理性。

    (2)考虑到水封唇与轧辊端面接触区域长时间受剪切摩擦,17年初分厂在原有水封基础上对其进行升级改造,即在辊端接触面区域镶嵌陶瓷环进而减小摩擦剪切阻力,既保护好了水封唇口又更好地起到防水效果。

    (3)定周期对油膜轴承锥套和衬套尺寸进行测量,两者整体配合间隙应控制在0。8-1。2毫米,否则应重新选配锥、衬套。

    3.2  轴承润滑油的合理使用及其性能指标

    3。2。1  油膜轴承理论上讲是永不磨损的,但一旦使用不良极易发生故障,日常使用维护中应做到以下几点:

    a。油站供油温度应控制在38-42℃。

    b.系统压力、流量稳定。

    c.油品清洁度良好,含水量控制在2%-3%。

    d.压力流量监测装置完好,定期对其标定,确保数据真实可靠。

    e.系统油水分离器正常投用,每周轮换一次备用油箱,对使用过油箱进行封闭状态下的油水、杂质的分离(对已经污染过的油品,需加热到70℃-80℃,保留1-2天,再进行处理)。

    f。系统过滤设备运行稳定,定期清洗。

    g.定期对系统润滑油进行送检化验相关技术指标。

    h。各机架回油管道、进油管道及油管对接头无松动。

    3.2.2  产线用油:ISOVG460油膜轴承润滑。

    (1)精轧F1~F8支承辊油膜轴承润滑油站,技术参数表2:

    image.png

    (2)ISOVG460油品指标参数表3:(油膜轴承油系列Q/SIAE22-1998参考于上海市企业标准)

    image.png

    3。2。3  站内油品定期化验结果如下:

    (1)2017年1月18日样品(“GTI广西检测”单位)表4:

    image.png

    检测结果:送检油品外观浑浊,存在明显游离水分层现场,约占总样品样的50%,40℃时运动粘度严重偏高,与ISOVG460指标不符合,水分严重偏高,污染等级偏高,油中少量油泥颗粒,影响润滑效果。其中异常磨损颗粒金属元素Fe含量严重偏高。

    (2)2017年3月6日样品(“GTI广西检测”单位)表4:

    image.png

    检测结果:送检油品外观浑浊,40℃时运动粘度严重偏高,与ISOVG460指标不符合,水分严重偏高,污染等级偏高,油中少量油泥颗粒,影响润滑效果。其中异常磨损颗粒金属元素Fe含量严重偏高。

    结论:从油品化验报告可以看出系统内日常运行过程中进入大量冷却水,氧化铁等,并存在上升趋势,油品品质已经恶化,常规指标超标。

     特别指出的是:油品水分严重超标时,会破坏油膜的连续性及承载能力,对含有添加剂的油品能使其产生沉淀和失效,同时可促使油中酸类物质腐蚀金属零件,还能使润滑油产生泡沫化加速油品氧化甚至报废。

    3.3  各机架供油流量及压力

    3.3.1  上支承辊轴承衬套发热现象高于下支

    2016年润滑站主出口压力在0.3Mpa左右(后期调整到0.5-0.6Mpa),且F1-F8使用的为同一润滑站,对各机架流量的合理分配存在不利条件,易发生润滑不足的现象,特别是流量需求较大的后机架。同时上支承辊的润滑条件较下辊而言要差一些,首先上辊供油存在压力降其次上辊轴承工作面在上面,轴承润滑必须克服润滑油重力,当整机架润滑不足时上辊更易发生烧损。

    附各机架供油流量表5:

    image.png

    3。3。2 系统设计各机架供油压力在0。08-0。12Mpa,2017年元月至2月上旬精轧在线轴承衬套发热巴氏合金脱落现场较集中,同时通过观察箱体透视板发现各别箱体回油存在不畅通现象,后经与厂部技术人员商讨,再现有条件基础上将供油压力设定为0。18-0。26Mpa(较高的供油压力可以保证通过各机架过滤器有足够的润滑油,防止发生流量不足的情况,但理论上压力值大于0。15Mpa时不宜长期使用,会造成箱体内油膜油外溢),后期在机轴承衬套集中发热现象暂时缓解。

    附各机架供油压力调整前后数据采集表(1Mpa=10bar)表6:

    image.png

    由上表可知,各别机架的回油管路存在不畅通和系统压力波动大的现场。需进一步清理管路,检查供油设备并需要重新标定压力监测部件。

    4  动压油膜轴承能够产生并获得最小油膜厚度条件

    4。1  最小油膜厚度:简单地说就是能保证油膜轴承衬套和锥套表面的凸峰不直接接触的油膜厚度。

    4。2  形成动压油膜的必要条件是:

    a.两工作表面间必须有楔形间隙,也就是轴颈和轴承要有偏心;

    b.两工作表面间必须连续充满一定粘度的润滑油;

    两工作表面间必须有相对滑动速度,并且其运动方向必须保证润滑油从大截面流进、小截面流出。

    此外,对一定的载荷,必须使速度、粘度及间隙匹配恰当。

    4。3  最小油膜厚度用公式表达为:hmin1=S(δ1+δ2)…………。。(1)

    式中:hmin1:最小油膜厚度;

    S:考虑到锥套、衬套有制造误差、轧辊有挠曲变形等不利因素而引入的安全系数,通常取S≥2~3;

    δ1:锥套表面不平度的平均高度(即表面粗糙度);

    δ2:衬套表面不平度的平均高度。

    从该公式可知,最小油膜厚度主要取决于:锥套和衬套的表面粗糙度及制造精度,轧辊的挠曲变形,需要的最小油膜厚度越厚,对油膜轴承实际工作时形成油膜能力的要求越高,满足最小油膜厚度的难度就越大,为了降低对油膜轴承的要求,保证其正常工作,在实际工作中,我们应该注意:保证锥、衬套的表面粗糙度;杜绝油膜轴承污染,避免锥、衬套划伤;杜绝超负荷轧制,确保油膜轴承在额定载荷下工作。

    上面所给的最小油膜厚度的定义及公式(1)所表达的最小油膜厚度,都是就所需要或所要求的最小油膜厚度而言的,由于油膜轴承正常工作时,锥套和衬套之间所形成的间隙是楔形的,相应地形成的动压油膜也是楔形的,楔形油膜小端的油膜厚度也叫最小油膜厚度,这就是油膜轴承的实际最小油膜厚度,其表达式为:

    hmin2= -e…………。。(2)

    式中:hmin2:最小油膜厚度;

     :锥衬套的间隙;

    E:锥衬套的偏心距,参见图4(d)。

    从公式(2)得知,油膜轴承工作时的最小油膜厚度主要取决于锥衬套的间隙和偏心距,锥衬套的间隙越大,最小油膜厚度越厚,但是,锥衬套间隙大了以后会直接导致油膜轴承承载能力下降,因此锥衬套的偏心距越小,最小油膜厚度越厚,锥衬套的偏心距主要受支承辊转速的影响,支承辊转速越高,偏心距越小。

    由以上公式可知油膜轴承正常工作时的最小油膜厚度必须大于或等于保证油膜轴承正常工作所需要的最小油膜厚度,这是保证油膜轴承工作时处于液体摩擦状态的必要条件,也是油膜轴承正常工作的一个必要条件。

    5  结语

    热轧板带支承辊油膜轴承衬套巴氏合金的脱落主要原因在于最小油膜厚度是否能够形成,并在其工作中油膜轴承处于连续地液体摩擦状态。其影响因素概括如下:

    a.提高轧辊装配和装机精度工作,同时降低因系统内进水导致润滑油乳化致使轴承处于边界摩擦,衬套发热报警,甚至巴氏合金脱落的现象。

    b.违规操作,润滑油尚未循环状况下,启动了轧机。

    c.轧机工作中润滑油系统突然停止供油,如管路堵塞、油管接头脱落等。

    d。轧机升速到正常轧制速度时,润滑油供应严重不足。

    e.轧制力过大,轧速过高。

    影响支承辊油膜轴承最小油膜厚度的形成并在工作中保持处于连续地液体摩擦状态的条件因素是多方面的,因此制定全方位的管理制度和工艺规程,才能达到延长轴承使用寿命保证生产顺畅的目的。

    6  参考文献

    [1]黄庆学.秦建平.梁爱生.李慧剑.《轧钢生产实用技术》.北京:冶金工业出版社.2004;

    [2]《轧机油膜轴承技术培训教材》。中国重型机械工业协会油膜轴承分会。太原重工油膜轴承分公司;


    (责任编辑:zgltw)
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