油氣潤滑技術在1580mm熱軋機組層冷輥道上的應用
2012-06-27
作者：李俊杰1，方麗娜2 ，曹小海2 ，張偉平3
（1.石家莊市誠達機械廠；2.唐山不銹鋼有限責任公司設備部；3.鹿泉市水務局）
摘 要：介紹了唐山不銹鋼有限責任公司1580mm生產熱軋線層冷輥道軸承用油氣潤滑取代干油潤滑改造的原理、技術要點及應用特點，改造后取得了顯著效益。
關鍵詞：油氣潤滑技術；熱軋機組；層冷；輥道；應用
1 存在問題
唐山不銹鋼有限責任公司1580mm熱軋車間層冷輥道位于精軋機組之后、帶鋼冷卻區，將軋制后的帶鋼輸送到地下卷取機，輥道總長約105米。為了確保帶鋼獲得良好的組織性能和機械性能，對帶鋼在層冷輥道上進行層流冷卻控制。它是根據帶鋼厚度、溫度、鋼種及軋制速度等工藝參數，控制開啟冷卻單元的組數，來調節冷卻水量，將帶鋼由終軋溫度冷卻至所要求的卷取溫度。層流冷卻裝置的使用會造成冷卻水四處噴灑現象，帶鋼在被冷卻的同時，表面也會有氧化鐵皮產生，如果軸承座的密封條件不好，將會有冷卻水和氧化鐵皮等雜質進入軸承座內部，冷卻水的進入會使潤滑劑隨水流失，導致軸承潤滑效果明顯降低，軸承的使用壽命明顯下降，雜質的進入將導致軸承軸承的磨損。
1580mm熱軋層冷輥道采用油脂潤滑，由于潤滑脂停留在軸承座內，導致帶鋼長期熱輻射而引起軸承發熱的熱量不能被帶走，使得軸承座內溫度升高，易使潤滑脂氧化，氧化的潤滑脂不能及時排出軸承座，在軸承座內形成粘結，并可能形成顆粒塊，導致軸承座損壞和死輥[1]。隨著1580熱軋車間不銹鋼的批量生產，對軋鋼設備的要求也越來越高。由于軋制不銹鋼需要較快的穿帶速度，這就會使帶鋼進入卷取機的卷曲阻力增大，可能會影響到不銹鋼板帶表面質量。基于以上原因我們在2008年11月對層冷輥道軸承進行了油氣潤滑改造（見圖1）。
2 油氣潤滑系統主要技術參數設計
2.1 軸承潤滑油消耗量計算
1580mm熱軋車間層冷輥道共419根，每個輥道由2個潤滑點，軸承為調心滾子軸承，型號為22318C/W33，根據SKF提供油氣潤滑油量：
Q= C×D×B ×a×N （1）
式中：Q— 潤滑油消耗量(ml/h) ；
C— 潤滑系數(0.00003~0.00005) ；D— 軸承外徑(mm)；D=190mm；B—軸承列寬（mm）；B=64mm ；a—安全系數（取a=2）；N—潤滑點數：838個
將上述各值代入（1）式，可求得潤滑油消耗量Q=1185ml/h
2.2 壓縮空氣消耗量計算
目前沒有一個用于計算壓縮空氣消耗量的公式或是理論推斷。根據多年的實踐，用于軸承或些滑動面時，壓縮空氣是連續供給的，平均每個潤滑的壓縮空氣消耗量為1.5m3/h，所以壓縮空氣耗量為1257m3/h[2]。
2.3 其它主要技術參數：
供油壓力：5 ～7MPa；供氣壓力：0.4 ～0.6MPa；泵的流量：1200mL/min
潤滑油：N320#極壓工業齒輪油；油箱：不銹鋼質油箱，容量500L
3 潤滑系統原理
3.1 油氣潤滑系統原理圖
主機啟動后，潤滑系統接通，適合頻繁起動的齒輪泵組2和一個蓄能器11組成保壓供油回路，并保證系統的油壓在5～7MPa，電磁閥7開始切換。當減壓閥19壓力減至80bar時，齒輪泵2開始向遞進式分配器6供油，該分配器的內部柱塞在油壓作用下依次順序動作，不斷向混合塊5內供油。同時，電磁閥16接通，壓縮空氣經減壓閥17減壓至400-500kPa后，進人油氣混合塊5形成氣液兩相流體。在壓縮空氣的連續作用下，潤滑劑從油氣混合塊出來輸送到油氣分配器后在分配給各輥道軸承。
3.2 油氣潤滑系統的組成
油氣潤滑系統大體上可劃分為五部分：
3.2.1 供油部分。有油箱、油泵、溢流閥、過濾器等主要元件組成，由于油氣潤滑的耗油量比較小，所以泵的排量一般較小，為了能輸送高粘度的潤滑油，油泵的工作壓力一般都較高。
3.2.2 供氣部分。為系統提供清潔而干燥的壓縮空氣，必須先經過油水分離及過濾。在供氣管線上裝有壓力控制器，實時對系統的氣壓進行監控。
3.2.3 油氣混合部分。能使油能很好地分散成油滴，均勻地分散在管道內表面，形成油氣兩相環狀流。
3.2.4 油氣分配部分。油氣混合體在進入各摩擦副之前，應按照各摩擦副的需要量均勻地分配供給。
3.2.5 電控部分。這套油氣潤滑系統，自身帶有一個小型PLC控制系統，對潤滑系統的可靠工作實行監控較方便。不僅監控油箱液位、壓縮空氣壓力和遞進式分配器，還能遠程操作。
4 改造和維護過程中的技術要點
4.1 將軸承座的密封改為耐高溫氟化橡膠密封并在安裝時讓密封反裝，唇口向外，這樣可保證軸承座里的壓縮空氣能順利頂開密封外溢帶走大量的熱量，使得軸承擁有了一個相當良好的運行環境，又能夠使使軸承座內部相對外界擁有一個約2bar的正壓：另一方面可以防止外界的冷卻水和氧化鐵皮等進人軸承座內部，避免了軸承的異常損壞。
4.2 改造時必須將原軸承座上用于干油回油的孔堵死，并且保證軸承座內有足夠的潤滑油液位[3]。
4.3 氣源應充分潔凈與干燥。唐山不銹鋼層冷輥道油氣潤滑所使用的氣源為經過充分過濾和干燥處理過的壓縮空氣，自2008年11月改造以來還沒有發生過因氣源帶入雜質和水分而導致的分配器堵塞故障。
4.4 熱輸出輥道如果因檢修長時間停機關閉油氣潤滑系統后，必須在輥道啟動前半小時開啟，以確保潤滑油被輸送到輥道軸承，保證軸承能夠得到充分潤滑[4]。
4.5 在清洗分配器時，清洗前應先用壓縮空氣從入口向出口方向噴吹，隨后再反向噴吹，以保證分配器內部暢通。
4.6 1個主站和5個衛星站的系統配置形式可適應對設備分批改造的要求。每個衛星站對應著不同的輥道，如1#衛星站對應1-88#輥道， 2#衛星站對89-88#輥道，可逐段選擇性改造，即一次安裝一個主站加1一5個衛星站和所需的TURBOLUB油氣分配器。電控系統及程序按照1個主站加5個衛星站進行設計，增上衛星站時只需將新投人衛星站電信號接人主控箱即可投人使用。
4.7 安裝油氣潤滑電氣裝置時，應遠離熱源，避免元器件受到熱輻射；將報警指示引入生產線的主操作室，以便及時掌握油氣潤滑裝置的運行。
5 油氣潤滑系統在層冷輥道上的優勢
5.1 油氣潤滑在輸送過程中溫度較低，而且管路中間為壓縮空氣，沿管壁有很薄的一層潤滑油，所以不會象干油那樣受高溫影響結塊并堵塞管道進而導致潤滑失效。
5.2 油氣潤滑時，大量的常溫空氣連續不斷地流過軸承內、外環和滾珠間所形成的空間，起到強迫對流冷卻的作用，帶走了軸承內部的熱量，軸承能維持在相對較低的溫度下運行，因而軸承壽命有了明顯提高。
5.3 油氣潤滑適用于高速和低速情況。油氣潤滑連續均勻地提供給軸承座新鮮、承載能力強、高粘度潤滑油，能夠建立起穩定的承載油膜，有很好的潤滑效果。
5.4 油氣潤滑作為一種微量潤滑方式，其對潤滑油的利用率高，每個軸承每小時只需要1一2ml的潤滑油即可滿足潤滑要求，經濟效益明顯。
5.5 采用油氣潤滑后對外界排放的油非常少，油不被霧化，也不和空氣真正融合，不污染生產環境及冷卻水。冷卻水變得更干凈了，水處理費用因此下降。
6 油氣潤滑系統在層冷輥道的使用效果
油氣潤滑系統自2008年11月改造完成后，工作可靠。能實現在線、連續地對層冷輥道進行潤滑。
6.1 現場實際使用情況表明，使用油脂潤滑時，軸承的平均使用壽命基本上只有3個月，改造后使用油氣潤滑時，軸承的平均使用壽命為12個月，有的甚至達到18個月，軸承壽命的延長，節省了大量的檢修時間。
6.2 改造前，419根層冷輥道，每月的耗油量為15桶，5000元/桶；改造后419根熱輸出輥道，每月的耗油量僅為3.5桶，1750元/桶。每個月的油耗量為6000元，可見用普通稀油代替了昂貴的高溫潤滑脂，每月可節省油脂消耗費用為6.9萬元。
6.3 油氣潤滑系統中除了油泵、換向閥和分配器外，無其他運動部件，也無發熱量大的元件，因此系統穩定性和可靠性好，維護成本極低，在運行時保持壓縮空氣的質量，則基本上免維護，從而節約了大量的人工費用和檢修維護費用。
參考文獻：
[1]蔣家強,油氣潤滑在軋機軸承上的應用[J]. 北京，液壓與氣動， 2009（12）
[2] 楊和中,劉厚飛.氣液兩相流體冷卻潤滑技術—油氣潤滑[J]. 北京， 液壓與氣動, 2004,(02) .
[3] 楊莉華.軋機油氣潤滑系統的應用問題與處理[J]. 設備管理與維修, 2006,(09) .
[4] 從恒斌,吳建榮.油氣潤滑系統在熱軋平整機中的應用[J]. 北京， 液壓與氣動, 2005,(12) .
來源：《河北冶金》
