熱軋加熱爐爐前輥道的典型問題分析和解決方案

梁 煒 宋連江 關(guān)俊中 趙國棟

(1：北京京誠鳳凰工業(yè)爐工程技術(shù)有限公司 北京100176；2：馬鞍山鋼鐵股份有限公司 安徽馬鞍山243003)

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熱軋加熱爐爐前輥道的典型問題分析和解決方案

梁 煒①1宋連江1關(guān)俊中1趙國棟2

(1：北京京誠鳳凰工業(yè)爐工程技術(shù)有限公司 北京100176；2：馬鞍山鋼鐵股份有限公司 安徽馬鞍山243003)

對熱軋步進爐爐口輥道的主要故障問題進行了系統(tǒng)、深入的分析，并提出了切實可行的解決方案，對相關(guān)的工程技術(shù)人員和一線操作維護人員具有很好的參考和借鑒作用。

加熱爐爐口輥道 典型故障 解決方案

1 概述

加熱爐爐口輥道在冶金設(shè)備中算是比較特殊的一類設(shè)備，它所處的環(huán)境非常惡劣，在鋼坯出爐過程中，出爐紅坯和高溫爐氣直接對爐口設(shè)備形成強熱輻射。在這樣的特定工況下，如何對爐口設(shè)備和基礎(chǔ)提供有效的隔熱防護，如何解決爐口輥道軸承的高溫潤滑問題等，都是必須考慮和解決的問題。事實上，從國內(nèi)熱軋生產(chǎn)線的實際生產(chǎn)情況看，加熱爐爐口輥道已成為故障頻發(fā)點，經(jīng)常需要停產(chǎn)檢修。由于爐口環(huán)境惡劣且操作不便，加上允許的停產(chǎn)時間很短，這樣就給檢修工作帶來很大困難。

根據(jù)調(diào)研結(jié)果，加熱爐爐口輥道在實際生產(chǎn)過程中所暴露出的問題，可以歸納為以下三類典型故障：

1)在板坯對輥道的長期沖擊下，輥道底座的地腳螺栓逐漸松動，使輥道在基礎(chǔ)上固定不穩(wěn)，影響正常生產(chǎn)；

2)加熱爐爐口輥道基礎(chǔ)在長期高溫烘烤下表面酥碎，無法對輥道底座提供有效支撐；

3)爐口輥道軸承在高溫下因得不到有效潤滑經(jīng)?？ㄋ阑驌p壞。

將針對以上三個典型問題進行系統(tǒng)、深入的分析，并給出有針對性的解決方案。

2加熱爐爐口輥道問題分析及解決方案

加熱爐爐口輥道之所以出現(xiàn)上述三個主要問題，除了惡劣的環(huán)境工況以外，還與其自身結(jié)構(gòu)特點有關(guān)。

1)輥道地腳螺栓松動

經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，導致爐口輥道地腳螺栓松動的主要原因，是輥道底座結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理。

如圖1(加熱爐出爐輥道布置圖及A-A剖視圖)所示，出爐口輥道被加熱爐出料機的出料桿分割成若干段，每一小段輥道長度上只允許安裝一兩只輥子。由于中間每一小段輥道底座長度較短，能夠布置的地腳螺栓數(shù)量受到限制，單獨一段輥道很難抵御長期工作時板坯對輥道的反復沖擊，底座上地腳螺栓會逐漸松動，輥道在基礎(chǔ)上的固定變得不再牢靠，最終影響輥道的正常工作。事實上，這個問題帶有普遍性，國內(nèi)幾個2250熱軋加熱爐出爐輥道幾乎都出現(xiàn)了類似的問題，檢修人員需定期對出爐輥道的地腳螺栓進行緊固，由于所處環(huán)境惡劣、空間狹小，操作起來非常困難也不方便。

圖1斷面圖A-A(改進方案)給出了一種可行的解決方法，并且已經(jīng)應(yīng)用到工程實例中。該方案的要點是把輥道底座的高度加大，使得兩根料桿之間的兩段(或若干段)輥道能從底座最下部連接成一個整體，通過這種加長底座和增加螺栓數(shù)量的辦法來提高輥道底座的整體抗沖擊能力。當然，這種加高底座降低基礎(chǔ)面標高的解決方案同時還有另外一個作用，那就是降低基礎(chǔ)表面的溫度。

2)輥道基礎(chǔ)表面酥碎

國內(nèi)熱軋加熱爐爐口輥道基礎(chǔ)表面(尤其是靠爐口側(cè))出現(xiàn)酥碎的情況，而且是一個普遍存在的實際問題。這也反映出設(shè)計者對爐口高溫環(huán)境對基礎(chǔ)的影響估計不足。分析熱輻射來源，除了出爐熱坯對基礎(chǔ)有直接輻射外，爐門開啟后爐內(nèi)高溫熱氣對爐口基礎(chǔ)的強熱輻射是主要原因。而爐內(nèi)熱氣輻射的強弱與爐子燃燒系統(tǒng)和爐壓控制有關(guān)，理想爐壓為微正壓。熱軋加熱爐的爐溫一般控制在1200～1300℃范圍，當爐內(nèi)壓力偏高時，打開爐門后，爐內(nèi)熱氣流就對爐口設(shè)備及基礎(chǔ)形成直接的輻射和“沖刷”，此處環(huán)境溫度可高達500℃以上，這才是造成爐口基礎(chǔ)表面酥碎的直接原因。

要解決基礎(chǔ)表面因長期高溫烘烤而酥碎的問題，有下面幾種思路和方案：

第一種方案，爐寬范圍內(nèi)的出爐輥道基礎(chǔ)采用耐熱混凝土。但仔細分析，爐口輥道基礎(chǔ)是整個輥道基礎(chǔ)中的一段，并且與加熱爐基礎(chǔ)緊密銜接，很難從中切分出一小塊基礎(chǔ)按耐熱混凝土單獨施工。所以，這個方法行不通；

第二種方案，在裸露的基礎(chǔ)表面敷加一層防護鋼板，并且在鋼板與基礎(chǔ)表面之間留有間隙，來自爐內(nèi)的高溫熱氣首先被鋼板遮擋，這樣基礎(chǔ)表面的溫度就能降下來。這種辦法實施起來并不困難，利用2天左右的檢修時間就能完成。這種辦法能使基礎(chǔ)表面溫度得到一定程度下降，但不是一個根本性的解決辦法；

第三種方案，把爐寬范圍內(nèi)的出爐輥道底座加高，即把局部基礎(chǔ)表面的標高降下來，使得高溫爐氣對基礎(chǔ)表面的烘烤效應(yīng)降到最低。該方案如圖1中斷面A-A(改進方案)所示。這個方案同時還能使相鄰兩段(或多段)輥道底座連成一個整體，提升了輥道抗沖擊性能，因此，本方案綜合解決了兩個問題。特別指出的是，這樣一個方案可以作為生產(chǎn)廠的大修改造方案。

3)爐口輥道軸承潤滑問題，其本質(zhì)就是高溫環(huán)境下的軸承潤滑問題。與前兩個問題相比，這個問題尤為突出和普遍，解決起來也更加困難。

圖1 加熱爐出爐輥道布置圖

如前所述，爐口環(huán)境溫度高達500℃以上，為降低高溫熱輻射對輥子的影響和保證爐口軸承的正常潤滑，在設(shè)計時必須考慮采取以下措施：①輥子兩端軸承座設(shè)計成水冷結(jié)構(gòu)，軸承座上半腔為空腔結(jié)構(gòu)，通凈環(huán)水冷卻，以降低軸承溫度；②在爐口側(cè)軸承座與加熱爐之間設(shè)置隔熱防護墻(見圖1)，以遮擋高溫爐氣對軸承座的直接輻射。③應(yīng)考慮對輥身進行噴淋冷卻，以降低輥身表面及環(huán)境溫度。

事實上，針對爐口輥道這種高溫、高濕的不利環(huán)境，近年來大部分板坯加熱爐裝出料輥道設(shè)計都已采取了以上措施，既然如此，為什么還會頻繁出現(xiàn)爐口軸承因無法潤滑而損壞的情況呢？

由于爐口輥道的高溫環(huán)境，潤滑主管及分配器都只能布置在傳動側(cè)，從分配器出來的潤滑支管需要橫跨輥道通向爐口側(cè)軸承座潤滑口。從現(xiàn)場情況看，正是高溫爐膛和出爐紅坯對潤滑支管的長期高溫輻射，以致干油潤滑管內(nèi)潤滑脂中的基礎(chǔ)油會變稀和逐漸被蒸發(fā)，剩下的碳渣、二硫化鉬、灰塵混合成固體塊狀堵塞在潤滑管內(nèi)，使得潤滑脂不能連續(xù)進入軸承，個別情況下甚至有潤滑支管燒斷的情況出現(xiàn)，軸承因缺脂而損壞，這是出爐輥道軸承損壞的主要原因。此外，個別工程的爐口輥子軸承座沒有采用水冷結(jié)構(gòu)，對軸承座的防護遮擋措施也不到位，高溫爐膛熱氣直接輻射到軸承座端面，造成軸承溫度急劇上升，潤滑脂在高溫下會結(jié)焦、碳化，造成軸承運轉(zhuǎn)不暢或卡死。

顯然，要解決爐前輥道的軸承潤滑問題，需要在系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上采取有針對性的解決方案，具體解決措施如下：

(1)對爐前輥道潤滑管線做好隔熱防護

爐前輥道中間的潤滑支管承受著極強的高溫烘烤輻射，而且大部分時間是在潤滑管內(nèi)沒有潤滑脂流動的情況下的輻射(此處大約每周加油一次)，因此必須對潤滑支管表面采取防護措施。具體辦法依空間位置大小而定，可以加套管，也可以在潤滑管上半部加保護罩，其目的就是不讓潤滑管直接受輻射，降低其環(huán)境溫度。

(2)選擇合適的高溫潤滑脂

目前我國常用潤滑脂是以礦物油為基礎(chǔ)油的金屬皂基脂，使用溫度不超過120℃[1]，這些潤滑脂用在爐前輥道都不能滿足要求，以前較多采用的二硫化鉬潤滑脂或膨潤土潤滑脂也都出現(xiàn)高溫下結(jié)焦、碳化以及泵送困難等問題，如何針對爐口輥道的特殊工況選擇適宜的高溫潤滑脂就成為生產(chǎn)廠迫切面對的問題。

爐口輥道的工況是高溫、高濕，輥道頻繁啟停并承受很大的沖擊振動。這就要求所選潤滑脂不僅具有良好的高溫性、膠體安定性、抗水抗腐性，而且具有良好的極壓抗磨性和機械安定性，同時具備良好的泵送性能，適合集中潤滑系統(tǒng)。

與礦物油相比，一般說來，合成潤滑油具有優(yōu)良的粘溫性、良好的高溫性、良好的熱氧化穩(wěn)定性、良好的低揮發(fā)性和耐輻射性等[2]。因此在選擇高溫潤滑脂時，基礎(chǔ)油應(yīng)為合成或半合成油，在稠化劑方面，采用脲基或復合磺酸鈣基的潤滑脂都能滿足以上性能要求，可以在160℃溫度下長期使用。

(3)取消干油潤滑系統(tǒng)，采用耐高溫自潤滑軸承

鑒于爐口輥道軸承因潤滑不良經(jīng)常卡死，而在這樣的高溫、高濕的惡劣環(huán)境下進行檢修和更換極不方便，因此一種耐高溫自潤滑軸承來替代原來的滾動軸承(或滑動軸承)，可解決這些問題。

在高溫自潤滑軸承領(lǐng)域，目前國內(nèi)有多種產(chǎn)品，但結(jié)構(gòu)、性能比較類似，其構(gòu)造原理基本上都是在軸承金屬基體摩擦面上開出空穴，并均勻地嵌入二硫化鉬、石墨等潤滑劑，金屬部分起承載作用，自潤滑塊起潤滑作用。

有一些生產(chǎn)廠在爐口輥道區(qū)域曾嘗試使用國產(chǎn)高溫自潤滑軸承替代原滾動軸承，其使用結(jié)果不太理想，主要問題是軸承磨損量較大，內(nèi)外圈之間出現(xiàn)較大間隙，輥子下陷后位置及標高都發(fā)生變化，輥子傳動精度及可靠性無法保證。分析原因，在加熱爐爐口輥道這種特定區(qū)域，除了高溫高濕的不利環(huán)境外，輥道軸承還要承受板坯(或錠、方坯、型鋼等)的很大沖擊。此外，在加熱爐裝料端，板坯往往需要在輥道上推正，此處軸承還將承受較大軸向力。因此，筆者認為，工作方式為滑動摩擦且內(nèi)部徑向間隙較大(為防止在高溫下卡死，其徑向間隙比滾動軸承大得多)的高溫自潤滑軸承并不適合用在這樣的場合。從理論上說，如果能解決軸承的高溫潤滑問題，采用滾動軸承仍然是最好的選擇。

針對不適于油脂潤滑或者在極端溫度(極高、極低)下難以有效潤滑的場合，SKF最近設(shè)計開發(fā)了一系列干式潤滑軸承(即SKF DryLube 軸承)，SKF DryLube軸承填充有基于石墨或二硫化鉬的潤滑劑和樹脂粘結(jié)劑，工作時干潤滑劑在滾道和滾動體上保持一層非常薄的薄膜，避免金屬之間的接觸。SKF DryLube軸承適合在極端溫度下使用，而且終身免維護(壽命到期后整體更換)。目前大多數(shù)SKF滾動軸承都可以以SKF DryLube軸承方式提供，其中包括板坯輸送輥道上最多采用的球面輥子軸承，這就使得在加熱爐爐口輥道上以SKF DryLube球面輥子軸承替代原球面滾子軸承成為可能。

SKF DryLube球面輥子軸承可以在200℃以下長期穩(wěn)定工作，在爐前輥道軸承座采用水冷結(jié)構(gòu)且在軸承座與爐門之間安裝有隔熱防護墻的前提條件下，選用該軸承是合適的。由于SKF DryLube球面輥子軸承的尺寸與普通球面輥子軸承完全一致，很方便在大修改造時對爐口輥道軸承進行更換，以SKF DryLube球面輥子軸承做為替代品。

3 結(jié)語

加熱爐爐口輥道是一個事故頻發(fā)的區(qū)域，頻繁的停產(chǎn)檢修，不僅給生產(chǎn)廠帶來較大的經(jīng)濟損失，同時惡劣的操作環(huán)境也給檢修人員帶來極大的困擾。迄今為止，部分解決方案已經(jīng)應(yīng)用到工程實例并證明行之有效。

[1]郭太勤等．高溫潤滑脂的發(fā)展現(xiàn)狀[J].潤滑與密封，2006(1)：164.

[2]顏志光，楊正宇．合成潤滑劑[M]．北京：中國石化出版社，1996:32.

AnalysisandSolutionfortheTypicalProblemsofRollerTablesNeartheEndsofReheatingFurnace

Liang Wei1Song Lianjiang1Guan Junzhong1Zhao Guodong2

(1：CERI Phoenix Industrial Furnace Co., Ltd., Beijing 100176；2：Maanshan Iron & Steel Company Limited, Maanshan 243003)

There is a systematic and deep analysis for the main failure problems of roller tables near furnace ends and it provides feasible solution, which is valuable for relevant technicians and operators.

Track before furnace the ends of furnace Typical failure Solution

梁煒，男，1966年出生，1987年畢業(yè)于華南工學院，工程師，長期從事工業(yè)爐和軋鋼設(shè)備的設(shè)計及管理工作，現(xiàn)為北京京誠鳳凰工業(yè)爐工程技術(shù)有限公司副總經(jīng)理

TG307

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10.3969/j.issn.1001-1269.2014.05.019

2014-05-24)