首鋼高線精軋機(jī)組輥箱故障原因分析及改進(jìn)

張兆偉

(北京首鋼股份有限公司，北京 102206)

1.概述

北京首鋼股份有限公司精品線材生產(chǎn)線于2 0 0 5年1 0月建成投產(chǎn)，設(shè)計(jì)最大速度1 1 2 m/s，保證速度9 0 m/s(軋制φ5.5～6.5 m m），年設(shè)計(jì)生產(chǎn)能4 0萬(wàn)t。重要工藝設(shè)備是引進(jìn)摩根五代技術(shù)，由首鋼設(shè)計(jì)院轉(zhuǎn)化設(shè)計(jì)，經(jīng)哈飛機(jī)電產(chǎn)品公司加工制造而成，產(chǎn)品規(guī)格為φ5.5～φ2 0 m m熱軋光面圓鋼盤(pán)條。

精品線材生產(chǎn)線自2 0 0 5年1 0月投產(chǎn)以來(lái)，曾出現(xiàn)多次精軋機(jī)組輥箱燒損等事故，在冬季生產(chǎn)過(guò)程中精軋機(jī)組輥箱燒損2次、輥箱錐套和輥軸配合面進(jìn)水、輥軸劃傷多次，成為制約高速線材生產(chǎn)線正常生產(chǎn)的瓶頸。

2.高速線材生產(chǎn)工藝流程

鋼坯經(jīng)檢驗(yàn)、上料、加熱工序(開(kāi)軋溫度控制在10 0 0~10 5 0℃)，鋼坯經(jīng)粗軋機(jī)6道軋制、中軋機(jī)8道、預(yù)精軋機(jī)4道、精軋機(jī)1 0道共2 8道次的軋制，軋制成φ5.5 m m盤(pán)條，盤(pán)重2.3 5 t。精軋機(jī)組采用摩根第五代頂交4 5°軋機(jī)，保證軋制速度9 0 m/s。盤(pán)條經(jīng)吐絲機(jī)在斯太爾摩散冷輥道上進(jìn)行散卷控制冷卻后經(jīng)集卷站集卷、鉤運(yùn)機(jī)運(yùn)輸、檢驗(yàn)、包裝、稱重、卸卷、入庫(kù)。

3.高速線材生產(chǎn)中存在的問(wèn)題及其產(chǎn)生原因

精軋機(jī)輥箱燒損的瞬間軋線征兆基本相同：電機(jī)電流突然增大，由6 8%~7 0%增加到1 0 0%，精軋機(jī)組電機(jī)過(guò)載保護(hù)跳車；設(shè)備振動(dòng)值瞬間超過(guò)設(shè)定值3倍以上；瞬間在活套處堆鋼時(shí)，經(jīng)檢測(cè)油膜軸承配合處溫度在8 0℃以上；手動(dòng)盤(pán)車?yán)щy，出現(xiàn)嚴(yán)重的卡阻現(xiàn)象。每一次燒箱對(duì)生產(chǎn)均造成較大影響，直接經(jīng)濟(jì)損失在1 0萬(wàn)元以上。

高速區(qū)軋機(jī)主要由輥箱和錐箱組成，其中輥箱由一對(duì)可相向調(diào)節(jié)的偏心套通過(guò)油膜軸承支撐軋輥軸高速旋轉(zhuǎn)，輥軸最高轉(zhuǎn)速可達(dá)1 0 0 0 0 r/m i n以上。在如此高轉(zhuǎn)速下，設(shè)備動(dòng)平衡精度及裝配精度對(duì)設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生了極大影響。同時(shí)輥箱使用的油膜軸承是動(dòng)壓潤(rùn)滑軸承，輥軸與油膜軸承能否形成良好的潤(rùn)滑油膜及工作間隙也成為決定軋輥箱能否正常運(yùn)行的關(guān)鍵，為此，從以下幾個(gè)方面對(duì)輥箱燒損的原因進(jìn)行了分析。

(1)錐套裝配不合理造成掉壓，造成燒輥箱

軋輥軸與輥環(huán)之間采用錐套式無(wú)鍵聯(lián)接。錐套用于支撐和固定輥環(huán)，其裝配見(jiàn)圖1。錐套裝入輥環(huán)內(nèi)孔，然后通過(guò)專用液壓裝卸工具將錐套的錐形內(nèi)孔漲緊在帶有錐度的軋輥軸和輥環(huán)間。依靠過(guò)盈配合保證輥軸與錐套及輥環(huán)之間的連接強(qiáng)度，避免在軋制力矩的作用下產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)。

通常軋件進(jìn)入精軋機(jī)組的溫度在9 0 0℃左右，為了控溫在輥環(huán)處都安裝有輥環(huán)冷卻水管(供水壓力為0.5 2 M P a)，在軋制過(guò)程中軋輥軸要承受較大交變載荷，并且軋輥轉(zhuǎn)速較高，此時(shí)的離心力會(huì)改變配合件在靜配合后所產(chǎn)生的變形量，從而影響配合表面壓應(yīng)力,造成錐套掉壓，從而導(dǎo)致輥箱燒損的事故發(fā)生。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)2 8架輥箱輥軸檢查發(fā)現(xiàn)：在卸下輥箱護(hù)帽后，沒(méi)有使用專用的卸輥裝置就可以把輥環(huán)取下；輥軸表面8 0%以上有紅黑色的水銹；輥軸表面有相對(duì)滑動(dòng)產(chǎn)生的大面積劃痕。

事故發(fā)生在冬季，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)跟蹤、對(duì)比，發(fā)現(xiàn)室內(nèi)外溫差大和錐套表面清理、油污清洗常不規(guī)范，這些都是事故發(fā)生的原因。因此分別對(duì)輥環(huán)裝配、輥環(huán)錐套保溫、日常設(shè)備巡檢、打壓設(shè)備使用制定了相應(yīng)的制度和標(biāo)準(zhǔn)。

(2)軋輥軸與油膜軸承的徑向間隙不合理

根據(jù)設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)要求2 3 0輥箱傳動(dòng)側(cè)軋輥軸與油膜軸承徑向間隙為0.1 7~0.3 4 m m，輥環(huán)側(cè)為0.1 9~0.3 6 m m；1 7 0輥箱傳動(dòng)側(cè)軋輥軸與油膜軸承的徑向間隙為0.1 9~0.3 4 m m，輥環(huán)側(cè)為0.2 3~0.3 6 m m。從當(dāng)時(shí)裝配的記錄來(lái)看，出問(wèn)題的精軋機(jī)輥箱是因輥環(huán)側(cè)徑向間隙接近所要求的下限值即0.2 3 m m，這種情況造成了軋輥軸在工作過(guò)程中抱死，造成輥箱燒損。

造成間隙不合理的原因有如下方面：備件存在質(zhì)量缺陷，如油膜軸承合金內(nèi)表面附著有大量的直徑在0.2~0.4 m m的顆粒狀異物、偏心套及軋輥軸形位公差超差等，嚴(yán)重影響了裝配質(zhì)量等；裝配累積誤差的影響。

(3)輥箱油膜軸承位供油孔堵塞或油路不暢，造成燒輥箱事故

箱體油路因加工時(shí)鐵屑清理不干凈或軋輥箱在裝配時(shí)有異物進(jìn)入油路，造成油路不暢，使軋輥軸與油膜軸承之間無(wú)法形成良好的油膜，導(dǎo)致軋輥箱燒損事故的發(fā)生。2 0 0 7年4月8日，由于2 2#輥箱振動(dòng)值超標(biāo)，組織維修人員對(duì)其進(jìn)行更換，新輥箱在上機(jī)運(yùn)行3 0 m i n后就發(fā)生了燒損事故。在對(duì)輥箱拆解時(shí)發(fā)現(xiàn)左軋輥軸下油膜軸承位供油孔被紙堵死。

(4)精軋機(jī)組潤(rùn)滑油污染造成輥箱燒損

①潤(rùn)滑油中含水的影響。在軋制過(guò)程中，對(duì)輥環(huán)冷卻需要冷卻水，供水壓力一般在0.5 2 M P a，如果雙唇密封與拋油環(huán)之間的間隙調(diào)整不當(dāng)或拋油環(huán)、雙唇密封等備件嚴(yán)重磨損和老化不能及時(shí)更換，冷卻水就會(huì)通過(guò)雙唇密封大量滲入箱體，使油中水含量超標(biāo)(投產(chǎn)時(shí)精軋機(jī)組潤(rùn)滑油含水指標(biāo)當(dāng)時(shí)設(shè)定為≤0.5%)，導(dǎo)致油液產(chǎn)生乳化現(xiàn)象，嚴(yán)重影響油膜的形成及承載性能。

②輥箱面板油水隔離機(jī)構(gòu)的失效。油水分離由外、內(nèi)拋油環(huán)、雙唇密封、O形密封圈、保持架、軋輥軸、八字板等組成，如圖2所示。

其工作原理：外、內(nèi)拋油環(huán)的內(nèi)孔及O形密封圈與軋輥配合裝配在軋輥軸上，O形密封圈起防止油、水從拋油環(huán)的內(nèi)孔與軋輥軸的配合間隙中滲漏的作用；內(nèi)、外拋油環(huán)被固定在軋輥軸上隨軋輥軸一起相對(duì)雙唇密封圈作高速旋轉(zhuǎn)，雙唇密封圈靠保持架的支撐作用被固定在八字板上，正好在內(nèi)、外拋油環(huán)之間，雙唇密封圈的兩個(gè)密封唇正好與內(nèi)、外拋油環(huán)的兩個(gè)滑移面接觸，兩滑移面之間的間隙略小于雙唇密封圈倆唇之間的距離，使雙唇密封圈在工作時(shí)有一定的預(yù)緊力，以保持密封唇與滑移面充分貼和，從而起到密封水和油的作用；外拋油環(huán)的翻邊是防止大顆粒粉塵進(jìn)入滑移面損傷密封唇。

雙唇密封圈自由狀態(tài)φ1 6.6 m m，裝入密封板后變?yōu)棣? 6.2 m m，雙唇質(zhì)量不好時(shí)裝到密封板變成φ1 5~1 5.5 m m，這就影響密封效果，因?yàn)樯舷聮佊铜h(huán)間距是1 4.4 8 m m，沒(méi)有壓縮量。如果達(dá)不到防水壓下1.2 m m，防油壓下0.8 m m，防漏油、防進(jìn)水效果都不好。

生產(chǎn)大規(guī)格產(chǎn)品時(shí)，發(fā)生了2 2架成品架次燒輥箱事故，當(dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)室對(duì)油品的化驗(yàn)結(jié)果顯示，油箱含水達(dá)到了3.0%。

③油品中固體顆粒污染影響。油液中固體顆粒主要來(lái)源于以下兩方面。

a.加入潤(rùn)滑系統(tǒng)的新油在罐裝和儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中已被污染，高質(zhì)量的新油一般也只能達(dá)到N A S 7~8級(jí)；

b.環(huán)境中固體顆粒對(duì)潤(rùn)滑系統(tǒng)的污染，如軋機(jī)唇型密封失效時(shí)濁環(huán)冷卻水中的顆粒污染、在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維修時(shí)將雜物帶入油箱或管道內(nèi)。

4.改進(jìn)措施

(1)提高裝配水平和操作技能

裝配工應(yīng)進(jìn)一步了解軋輥箱的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，嚴(yán)格按照裝配工藝進(jìn)行裝配，認(rèn)真做好裝配調(diào)整工作，如唇型密封、拋油環(huán)的安裝工作，同時(shí)要做好經(jīng)驗(yàn)交流工作，以提高裝配操作技能。

(2)做好上線前的確認(rèn)工作

①備件上線質(zhì)量的確認(rèn)。對(duì)備件應(yīng)做好外觀、公差檢查，如偏心套、油膜軸承、輥軸、拋油環(huán)等。

②軋輥軸與油膜軸承徑向間隙的確認(rèn)。軋輥軸和油膜軸承在裝配時(shí)間隙調(diào)整是關(guān)鍵工序，必須按要求進(jìn)行調(diào)整。從裝配的情況來(lái)看，兩者間隙超上限的情況未發(fā)生過(guò)，而接近下限的情況時(shí)有發(fā)生。通過(guò)修磨軋輥軸很好地滿足了間隙要求。

③做好軋輥箱上線前的確認(rèn)。在試車臺(tái)上做好試車工作：看油路是否暢通；潤(rùn)滑情況是否良好；軸承溫升情況以及整機(jī)運(yùn)行情況，對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題應(yīng)及時(shí)處理。

④裝配輥環(huán)及錐套時(shí)，應(yīng)規(guī)范現(xiàn)場(chǎng)裝配工具的使用，做到專用設(shè)備專人管理、專人使用，并且做好現(xiàn)場(chǎng)裝配記錄工作，以便于日后統(tǒng)計(jì)和檢查。

(3)加強(qiáng)對(duì)油品污染的監(jiān)控

①確定合理的污染度等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和油液劣化標(biāo)準(zhǔn)。高速區(qū)潤(rùn)滑站油液清潔度不低于N A S 7級(jí)，黏度變化在±1 0%之間，含水量不超過(guò)0.3%，如有超標(biāo)應(yīng)立即對(duì)油液進(jìn)行處理。

②加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管理。定期檢查油液的清潔度和含水量等指標(biāo)；加強(qiáng)巡檢和做好設(shè)備的維護(hù)工作；及時(shí)處理失效的唇型密封；合理控制油溫使工作油溫控制在3 8~4 2℃之間；嚴(yán)格執(zhí)行加油制度。

③對(duì)原有真空凈油機(jī)進(jìn)行升級(jí)改造，提高其凈油效率；增加化驗(yàn)室油品檢驗(yàn)次數(shù)。

(4)加強(qiáng)設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)護(hù)

每班定時(shí)檢測(cè)軋機(jī)的振動(dòng)、軸承溫度、潤(rùn)滑系統(tǒng)含水量及油品清潔度；利用換規(guī)格時(shí)間查看唇型密封及拋油環(huán)磨損情況、油路是否暢通等。

5.改進(jìn)效果

第一，輥箱及傳動(dòng)箱使用壽命大為提高。輥箱和錐箱的使用壽命由改進(jìn)前的3個(gè)月、8個(gè)月分別提高到6個(gè)月、1 2個(gè)月以上。其中精軋機(jī)組有3架輥箱使用壽命達(dá)到了1 1個(gè)月,創(chuàng)造了國(guó)產(chǎn)設(shè)備的使用記錄.

第二，備件消耗減少，生產(chǎn)成本降低。從2 0 0 8年3月至今沒(méi)有發(fā)生一起輥箱燒損故障，備件非正常下線達(dá)到有效控制，消耗明顯減少，備件采購(gòu)及修復(fù)費(fèi)用減少。

第三，輥箱燒損事故的有效控制，全年可減少各項(xiàng)備件費(fèi)用開(kāi)支在3 0萬(wàn)元以上。

[1]成西平.高速線材軋機(jī)油膜軸承[J].高速線材軋機(jī)裝備技術(shù)，1 9 9 7.

[2]孫禹，安賀順等.棒線液壓及潤(rùn)滑系統(tǒng)的污染與控制[J].冶金設(shè)備，2 0 0 4.