达涅利高速线材精轧机辊箱频烧原因剖析及对策

摘 要：针对高速线材辊箱损坏状况，逐一进行分析并提出解决办法，着重剖析并阐述造成辊箱频繁烧轴承的主要原因，并就润滑系统进水污染控制方面详细列举预防措施。

山西建邦集团通才工贸有限公司轧钢厂生产的双高线于 2012 年 3 月投产，生产的钢种主要有普碳钢、低合金钢、优质碳素结构钢、焊条钢、冷镦钢和弹簧钢等。高速区第 17 号—第 18 号顶交预精轧机、10架 V 形顶交 45°超重型无扭精轧机组、夹送辊、吐丝机等核心设备都引进意大利达涅利公司。精轧机组由一台7 200 kW 的交流调速电机集中传动，最大保证轧制速度为120 m/s。预精轧稀油润滑系统配备一套10 m3 的油箱，精轧机稀油润滑系统配备一套 40 m3 的油箱。预精轧和精轧润滑系统选用美孚威格力 525 高速线材轧机循环油。经过近4年的探索实 践，双高线在精轧机辊箱维护方面积累了大量经验， 辊箱烧损量明显减少，维护技术达到国内先进水平。

1 故障及原因分析

双高线从 2012 年 3 月投产到 2016 年 3 月的 4 年内 A、B 线更换辊箱数量统计表如表 1 所示。

从表 1 可以看出由辊箱烧轴承和调节丝杆断裂 造成的辊箱损坏数量最多。A 线烧辊箱时间段集中在 2015 年 7 月—8 月，B 线烧辊箱时间集中在2015 年 5 月—6 月，其中第 27、28 架辊箱损坏数量占总烧损数量的 78%以上。

1.1 辊缝调节丝杆断裂的原因

辊缝调节丝杆断的原因是丝杆支座单薄强度不够，生产期间需要频繁调节辊缝，使支座断裂，进而导致丝杆断。通过对支座焊接筋板进行加固改造，将其反馈给达涅利制造厂家，从设计上消除此缺陷，目前已无丝杆断裂现象发生。

1.2 轴肩与轴齿损坏的原因

轴肩与轴齿损坏的原因有以下两个方面：一方面装辊操作过程不清洁，辊环、锥套、轧辊轴之间有细小金属颗粒物，影响装配质量，使轧机在高速旋转时辊环出现松动；另一方面装配辊环液压扳手压紧力低于规定值 42 MPa，辊环没有压紧。以上两种情况均易使辊环在生产期间出现松动，导致辊环与锥套、锥套与轴、外抛油环与轴齿之间产生相对移动， 从而磨损轴肩，损坏轴齿。针对这种问题，制定了 换辊操作规范，狠抓装配细节，实行换辊后过钢使用 1 h 后停机对辊环检查加压，取得明显效果。

1.3 油膜轴承烧损的原因

油膜轴承在温度超过 140 ℃发热损坏，应当对其进行更换。从更换下来的辊轴及轴瓦损坏情况看，辊轴的轴承位表面粘贴着薄薄一层的褐色胶结物，如下页图1所示。

在相应的稀油站油箱离心脱水机脱出的杂质中先后发现两种主要异常物质：白色固体颗粒（见下页 图 2）和深褐色胶状物质（见下页图 3）。

通过观察分析对比，发现辊轴上黏结的物质与油中分离出的胶状物属于同一种物质，可以确定造成轴承烧损的根本原因是润滑系统油箱长期进水导致油品变质，油中的胶状物黏接是造成油膜轴承烧损的直接原因。通过查阅资料和油质化验分析，确定润滑油中析出的白色颗粒物质是通过润滑系统进水带入的水溶性碱，如氢氧化钠及碳酸钠等（化验报告显示其含钠离子达到 70 mg/kg），随着水的脱出碱 性化合物析出，它对轴和轴承具有较强的腐蚀作用。

1.3.1 胶状物的主要成分

胶状物的主要成分是沥青质、胶质和多环芳烃的叠加混合物，这种胶状物在润滑油中有一定的溶解度，主要以胶体大分子形式存在于油中，这种溶解的物质隐含在润滑油中，过滤器过滤不掉。

1.3.2 胶状物的产生原因

1）由于油箱长期进水使油品乳化、添加剂发生水解而失效、油中含氧量增加，加速油品氧化和有机酸对金属的腐蚀，残炭值变大，低温时油品流动性变差，油品变质。

2）因为无备用油箱，润滑油没有足够的停歇时间来恢复润滑油中的抗磨、耐热、抗氧化、抗泡防锈等各种添加剂的稳定性，不能为沉降分离润滑油中的水分及杂质提供充分必要的静置时间和循环过滤分离的条件，加上稀油站配套的净油机常因油箱含水需要长期运行，润滑油受到长时间热解和反复机械搅拌作用的影响，导致油质氧化和黏度退化加剧。

3）依据弹性流体动力润滑理论，对轴承润滑所需的最小油膜厚度进行分析，发现线材高速轧机使用的油膜轴承油进水后，润滑油的密度被水稀释，使得润滑油动力黏度减小，最小油膜厚度变小直至发热烧坏油膜轴承。

综合以上各种因素，在辊轴油膜轴承处，辊轴高速旋转，受离心力、高温、水碱等外因的侵蚀和氧化作用，已经变质的润滑油内形成的大分子软性胶状物，逐渐聚集黏结在油膜辊轴上（见图 1），破坏轧机轴承油膜的形成。由于油膜轴承轴瓦与轴直接接触产生干摩擦，在轴承表面产生较大应力，导致轴承表面剥落，刮掉油膜内表面的巴氏合金层（见图 4），使油膜轴承的温度过高乃至烧坏。

根据以上分析得出结论：油箱进水是辊箱烧损的“祸根”，设备维护必须“严防死守”，杜绝油箱润滑油长时期含水运行的情况发生，保证油箱含水量超过 1.5%的运行时间不能占到年总运行时间的 40% 以上，而且连续含水运行时间不能超过 30 d。

1.4 辊箱进水的主要原因

1.4.1 板式换热器漏水

板式换热器内漏串水。使用阿法拉法换热器，经过在线打压检测，排除了漏水的可能性。

1.4.2 精轧机锥箱与辊箱密封损坏

精轧机锥箱与辊箱分箱面的水孔和油孔密封件发生损坏引起进水。辊箱与锥箱的配合面经过精加工，其精度相对较稳定，结合面涂满密封胶，密封性较好。重点应控制好密封件的尺寸，装配时检查密封圈 有无错位变形，要求 O 形圈配合过盈 0.50～0.80 mm， 压缩率达到 10%～15%。

1.5 油箱进水的主要原因

1.5.1 轴肩双唇密封进水

轴肩双唇密封处进水是导致油箱进水的主要原因。装配重点在于控制好眼睛板与内外抛油环之间的密封问题，密封原理如下页图 5 所示。

1.5.2 唇封进水

1）双唇密封 0.5 mm 凸起的唇口面就是与外抛和内抛接触面，也是外封水、内封油的密封环面，对外抛接触面封水，对内抛接触面封油。如果唇口磨损量达到 0.4 mm 以上，则会使密封接触力削弱、失效，导致进水。

2）密封老化失效。密封件使用时间超过一个月， 受高温、冲击、水侵泡、气封吹力等外界作用的影响，橡胶容易脆裂失去弹性，加速磨损变形，从而失效。

3）装配质量也直接影响密封效果。

4）密封件质量的影响。双唇密封自身质量不合格，其尺寸、材质、硬度的不同都会使封油唇和封水唇受到轴向两滑环的压力发生变形，在唇口尖端形成应力峰值变化。压力峰值过小则密封效果差，甚至失效；过大则密封件磨损大，寿命短。

5）将气封压力保持在 0.06～0.1 MPa 比较适宜。若气压过低，则吹力不能推动唇口紧贴外环面；若气压过高，则容易吹烂密封、加速磨损，降低使用寿命。气封气体含水、含杂质过多，容易堵塞气封孔，造成唇封内面堆积大量杂质，加速磨损破坏密封；气封压缩空气不带润滑油，气封与抛油环干摩擦，降低使用寿命。

2 预防措施

1）定期更换辊箱。规定每 10 个月定期更换下 线，并检查维修保养。

2）定期更换密封。规定第 27—18 架一周更换一 次，第 23—26 架两周更换一次，第 19—22 架三周更换一次。

3）与密封件制造商协商，改善材质，提高耐磨 性、高温适应性，以及耐压缩永久变形性能。

4）更换双唇密封必须保证密封支撑箍与眼睛板端面配合紧凑、平整且与机架平行，认真清理各部位的氧化铁皮等杂质，确保作业过程的清洁度。

5）严格要求装配人员，提高装配质量，保证内外抛与眼睛板的间隙合格。从更换下的动环磨损印迹检验每次装配是否均匀平行，假如内、外滑环安装尺寸出现偏差，就会使双唇密封圈的压缩量出现变化， 发生唇口一边压缩量过大，另一边压缩量过小，甚至没有压缩量的情况，从而出现进水现象。如果单边压缩量过大，会造成双唇密封圈在正常工作中产生过多的热量，缩短双唇密封圈的使用周期。通过实践发现，双唇密封圈防水侧的压缩量为1.2 mm，防油侧的压缩量为 0.8 mm 比较科学。

6）在眼睛板气封管路总管增加一套气源三联件，对压缩空气过滤清洁、除水、加油；将气源压力严格规定在 0.06～0.1 MPa；每次换辊时检查气封孔，若有堵塞立即处理。

7）通过观察油箱底部积水报警器，判断系统是否进水。利用每台轧机的回油管最低端的“水腿”透明玻璃管进行观察，根据含水情况初步确定机架进水情况，制定相应的检修方案。

8）合理利用润滑系统的自清洁功能，对油品进行净化。高速区润滑系统每个站内都设有一台离心式分离机和一台真空净油机，油箱含水时要及时投运，使水和颗粒污染物尽快与油分离外排，减少水和颗粒物对油品的乳化和氧化，保证油品的润滑性能，降低滤材消耗。

9）控制油箱油位。在运行过程中，润滑系统使油箱油位保持在油箱中部偏高位置。通常将油位控制在油箱容积的 1/2 处至 2/3 处。油位偏高运行，可增加油液在油箱中的停留时间，有利于润滑油中水和颗粒物的沉淀，同时可防止油泵吸蚀空气，造成供油不足；若油位过低，则容易造成温度检测不准、加热器外漏等安全隐患。

10）加强油品检测。每周对油品的清洁度做一次分析，通过监控过滤系统，保证油品的清洁度控制在NAS6-7 级运行；每半年对油品做一次全面的性能分析，发现异常提前预防。

3 结语

通过持续整改，油箱年含水运行时间由原来的40%以上下降到目前的 15%以内，含水量控制在0.08%以下。避免了油品过早变质，降低了滤材消耗，辊箱使用周期由原来 5～6 个月提高到 10～12 个月以上，基本杜绝了烧辊箱事故发生，为稳定生产奠定了坚实基础。

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