劉 云

（秦皇島首秦金屬材料有限公司，河北 秦皇島066000）

0 引言

軋鋼車間的輥道是運送軋件必不可少的設(shè)備，它貫穿于整個生產(chǎn)作業(yè)線，一旦發(fā)生故障，將中斷整個流水線。輥道在很大程度上影響著軋鋼車間的生產(chǎn)率和整個工藝流程的連續(xù)性。首秦公司裝備兩座步進式加熱爐，其出爐輥道位于出料側(cè)，因工作環(huán)境高溫、高濕，潤滑條件十分惡劣，故輥道軸承經(jīng)常損壞抱死，造成停機。另外，其冷卻用的進出水嘴布置不合理，導致出鋼時金屬軟管損壞頻繁，嚴重影響了冷卻效果。鑒于此，本研究對輥道軸承和進出水嘴進行了改進設(shè)計，取得了良好的效果。

1 改造前存在的問題及原因分析

（1）首秦公司共裝備兩座蓄熱式步進梁式加熱爐，1#爐2006年投入生產(chǎn)，2#爐2008投入生產(chǎn)。每座加熱爐爐門附近各有11根輥道，均處于爐門口的高溫區(qū)，輥身長度2 600mm，每根輥道為電機帶動萬向軸單獨傳動，采用24034CCW33滾動軸承，軸承潤滑為集中智能干油潤滑，潤滑脂為1#連鑄機脂。爐門口輥道軸承所受高溫熱輻射主要來自爐內(nèi)向外的輻射熱和托出鋼料時鋼坯向下的輻射熱。鋼坯最高出爐溫度接近1 200℃，在出坯過程中高溫爐膛對輥道的嚴重輻射，會導致干油潤滑管路內(nèi)潤滑脂炭化，堵塞潤滑油道，潤滑脂不能連續(xù)進入軸承，同時軸承座內(nèi)潤滑脂長期處于高溫環(huán)境中亦炭化，會造成軸承潤滑不良抱死。每次出現(xiàn)出爐輥道抱死故障后，加熱爐就無法正常出鋼，軋線必須停產(chǎn)搶修。維檢人員必須冒著爐門口的高溫更換抱死輥道，在高溫環(huán)境下作業(yè)，有很大的人身安全隱患。另外，事故還影響設(shè)備的穩(wěn)定運行，給正常生產(chǎn)帶來了嚴重損失，也提高了備件費用。

（2）原設(shè)計出爐輥道為軸承座水冷，在軸承座頂部設(shè)置寬100mm、長283mm、厚26mm的存水槽。設(shè)有一進一回兩個水嘴，通過金屬軟管與冷卻管路連接。該設(shè)計冷卻面積小，冷卻能力嚴重不足，而且金屬軟管在出坯過程中易與鋼坯發(fā)生摩擦導致?lián)p壞頻繁。軸承通過該水槽帶走的熱量有限而且還得不到保障，極易導致軸承座過熱，潤滑脂炭化，軸承抱死。

2 改造方案及內(nèi)容

2.1 設(shè)計改造非傳動側(cè)軸承座冷卻結(jié)構(gòu)

由于出爐輥道的非傳動側(cè)軸承座處于加熱爐爐門附近，工作環(huán)境溫度非常高，如果不采取有效的降溫措施，軸承座內(nèi)潤滑脂會被很快被烤干炭化，堵塞潤滑油道，軸承得不到連續(xù)潤滑，就會因潤滑不良很快失效抱死。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，通過設(shè)計改造非傳動側(cè)軸承座冷卻結(jié)構(gòu)來改善軸承工作環(huán)境。

原設(shè)計出爐輥道為軸承座水冷，采用凈環(huán)水冷卻，冷卻水主管路為?89mm的碳鋼管路，支管為?22mm的碳鋼管路，pH值為6～9，水溫小于35℃，水壓0.4MPa。在軸承座頂部設(shè)置寬100mm、長283mm、厚26mm的存水槽，設(shè)有一進一回兩個水嘴，通過金屬軟管與冷卻管路連接。該設(shè)計冷卻面積小，冷卻能力嚴重不足，在實際應(yīng)用中起不到良好的軸承冷卻效果，無法有效阻隔軸承徑向的高溫輻射。為此，重新設(shè)計改造了非傳動側(cè)軸承座冷卻結(jié)構(gòu)，取消原設(shè)計的冷卻水槽，在軸承座內(nèi)部加工4個?30mm、高357mm的空腔用于通入循環(huán)冷卻水，在不改變軸承座安裝尺寸的前提下大大提高了軸承冷卻效果，軸承座內(nèi)循環(huán)冷卻水腔沿著軸承的大半圓周分布，從而有效地對軸承的周向位置進行冷卻，采用環(huán)軸承圓周的水冷軸承座，可以有效阻隔徑向的高溫熱輻射，冷卻面積加大，軸承工作環(huán)境改善，避免了潤滑脂由于高溫冷卻效果不足而炭化。

對改造前后的軸承座冷卻能力進行了相關(guān)對比分析，結(jié)果如下：

2.1.1 軸承座水冷熱交換能力分析

根據(jù)熱交換量計算公式［1－3］：

式中，Q 為熱交換量（kcal／h）；Cp為比熱容，水的比熱容為4.2kJ／（kg·℃）；M 為流量（m3／h）；ΔT 為進出口溫差（℃）。

加熱爐區(qū)域凈環(huán)水總流量為400m3／h，主供水管的管徑為400mm，進入軸承座支管管徑為22mm，根據(jù)下式計算出進入軸承座的水流量為1.21m3／h。

式中，v為流速（m／h）；q為流量（m3／h）；A 為管截面積（m2）。

按照軸承使用環(huán)境，軸承座入口水溫為30℃，出口水溫為50℃，套用式（1）計算可得Q＝60.731kcal／h，即保證輥道軸承正常運行需要的熱交換能力為60.731kcal／h。

2.1.2 軸承座新型水冷結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計

根據(jù)熱交換量計算公式：

式中，F(xiàn) 為換熱面積（m2）；Q 為熱負荷（kcal）；K 為傳熱系數(shù)，水的傳熱系數(shù)為290W／（m2·℃）；Δt為傳熱溫差，參考經(jīng)驗值取10℃。

由式（3）計算所需換熱面積F＝0.025 3m2，按富余量為1.2考慮，軸承座冷卻所需換熱面積為0.034m2。

原設(shè)計存水槽接觸面積為0.028 3m2，新設(shè)計存水腔接觸面積為0.16m2?？梢钥闯觯涸O(shè)計存水槽接觸面積＜所需換熱面積，達不到要求；新設(shè)計存水腔接觸面積遠大于所需換熱面積，能夠滿足使用要求。改造前爐口位置非傳動側(cè)軸承座溫度高達85℃，采用新的冷卻方式后，溫度降至50℃，大大改善了軸承運行環(huán)境。

2.2 設(shè)計優(yōu)化進出水嘴位置

原設(shè)計冷卻水嘴在軸承座頂部，該水嘴通過金屬軟管與冷卻水管路相連。在加熱爐進行出鋼操作時，出鋼機進入爐內(nèi)將需要出的鋼坯托起，然后出鋼機后退至出爐輥道中部，出鋼機下降，鋼坯落到出料輥道上進行運輸。往往在出鋼機托起鋼坯后退至出爐輥道中部時，由于鋼坯在加熱爐內(nèi)長時間加熱后已經(jīng)出現(xiàn)了彎曲，出爐過程中鋼坯會與上部冷卻水嘴上連接的金屬軟管接觸摩擦，長時間摩擦會導致金屬軟管破裂漏水，從而嚴重影響輥道軸承座的冷卻效果，造成潤滑脂被烤干炭化，軸承潤滑不良抱死。為此，重新進行了設(shè)計，將冷卻水嘴設(shè)置在軸承座下部，這樣既方便檢修時拆裝，又大大減少了金屬軟管的故障率，有效保障了軸承座冷卻效果，避免了潤滑脂由于高溫冷卻效果不足而炭化。

3 改造優(yōu)化后的效果

（1）設(shè)備作業(yè)率大大提高。在冷卻系統(tǒng)正常工作的情況下，改造前平均約一個月發(fā)生輥道抱死事故一次，故障處理時間為1～1.5h；改造完畢后，近半年來沒有出現(xiàn)一起軸承因為受熱缺油導致的輥道抱死故障，每年可減少停機時間18h以上。

（2）優(yōu)化改造后大大降低了出爐輥道的備件消耗，每年可節(jié)省備件費用約15萬元。

（3）改造后大大減少了維檢人員在高熱區(qū)處理突發(fā)故障的次數(shù)，減輕了維檢人員的勞動強度，降低了安全事故發(fā)生的幾率，保障了人身安全。

4 結(jié)語

針對首秦加熱爐出爐輥道故障率較高，無法滿足正常生產(chǎn)需求的現(xiàn)象，對現(xiàn)場多種因素進行調(diào)查分析，利用2014年4月中修的機會，對兩座加熱爐爐門附近的輥道非傳動側(cè)軸承座進行了批量改造更換，共計22根輥道。改造完畢后效果十分明顯，既延長了設(shè)備使用壽命，降低了故障發(fā)生率，又減輕了維檢人員的勞動強度，并在為公司降低備件費用的同時提高了設(shè)備作業(yè)率，一舉多得。

［1］龐興華.機械設(shè)計［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2010.

［2］鄒家祥.軋鋼機械［M］.3版.北京：冶金工業(yè)出版社，2000.

［3］嚴家騄，王永青.工程熱力學［M］.4版.北京：高等教育出版社，2006.