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熱軋光面圓鋼盤條。

精品線材生產(chǎn)線自2 0 0 5年1 0月投產(chǎn)以來，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盤條，盤重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。

3.高速線材生產(chǎn)中存在的問題及其產(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)過載保護(hù)跳車；設(shè)備振動(dòng)值瞬間超過設(shè)定值3倍以上；瞬間在活套處堆鋼時(shí)，經(jīng)檢測油膜軸承配合處溫度在8 0℃以上；手動(dòng)盤車?yán)щy，出現(xiàn)嚴(yán)重的卡阻現(xiàn)象。每一次燒箱對生產(chǎn)均造成較大影響，直接經(jīng)濟(jì)損失在1 0萬元以上。

高速區(qū)軋機(jī)主要由輥箱和錐箱組成，其中輥箱由一對可相向調(diào)節(jié)的偏心套通過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)壓潤滑軸承，輥軸與油膜軸承能否形成良好的潤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)之間采用錐套式無鍵聯(lián)接。錐套用于支撐和固定輥環(huán)，其裝配見圖1。錐套裝入輥環(huán)內(nèi)孔，然后通過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。

通過現(xiàn)場對2 8架輥箱輥軸檢查發(fā)現(xiàn)：在卸下輥箱護(hù)帽后，沒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；輥軸表面有相對滑動(dòng)產(chǎn)生的大面積劃痕。

事故發(fā)生在冬季，通過現(xiàn)場跟蹤、對比，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)裝配的記錄來看，出問題的精軋機(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)組潤滑油污染造成輥箱燒損

①潤滑油中含水的影響。在軋制過程中，對輥環(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源于以下兩方面。

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

b.環(huán)境中固體顆粒對潤滑系統(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。從裝配的情況來看，兩者間隙超上限的情況未發(fā)生過，而接近下限的情況時(shí)有發(fā)生。通過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)。在試車臺上做好試車工作：看油路是否暢通；潤滑情況是否良好；軸承溫升情況以及整機(jī)運(yùn)行情況，對出現(xiàn)的問題應(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)場裝配記錄工作，以便于日后統(tǒng)計(jì)和檢查。

(3)加強(qiáng)對油品污染的監(jiān)控

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

②加強(qiáng)現(xiàn)場管理。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對原有真空凈油機(jī)進(jìn)行升級改造，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)檢測軋機(jī)的振動(dòng)、軸承溫度、潤滑系統(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)用開支在3 0萬元以上。

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