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JFE钢铁连铸设备的维护技术

作者：bearingpower 发表时间：2010-12-12

（一）前言目前，随着钢铁市场需求的扩大，要求设备的生产效率相应的提高，其中连铸设备为钢铁企业的重要工艺设备之一，从而促进了设备强韧化和机械构成部分长寿命化的技术开发。以下就作业率居世界顶级水平的JFE钢铁的连铸设备维护技术简介如下。（二）连铸设备分段辊道的现状连铸设备由中间钢水包、浸入式水口等浇注设备、结晶器、未凝铸坯的支承辊道和铸坯切断设备所组成。支承辊道由几个辊组成的称为分段辊道的单元所组成，并按单元进行维修。根据过去十年间按设备分类的故障停工时间统计，分段辊道的轴承、辊子的故障停工比居首位，约占50％，因此在提高连铸设备的作业率方面，提高分段辊道的强韧性和可靠性至关重要。另外，分段辊道由辊子、轴承和垫板部件组成，因此其使用寿命决定于组成部件中最薄弱的部分。目前轴承寿命和辊子龟裂是造成停工的首要因素，另外某一部件的更换会造成整个单元停工数小时，因此开发机械组成部件的高可靠技术非常重要。（三）分段辊道轴承的强韧化连铸设备分段辊道的轴承一般采用自动调芯的滚柱轴承。当该轴承产生对接触中心的分布不均匀的面压时，滚柱和外轮及和内轮间作用的力矩平衡将出现歪斜现象，而歪斜出现时又会导致接触部分产生滑动，由于与保持器和导向轴环接触产生力矩的作用又回复平衡状态稳定下来，但即使面压均匀分布，由滚柱和内外轮轨道的周速差仍会产生除2个等速点以外的常时相对滑动状态。为解决上述滚柱轴承结构产生的根本问题，有必要改用圆筒滚动轴承和圆锥滚动轴承等完全线接触的轴承。特别是在承受轴向荷重并用于以解决滚子位置的固定的情况下，轴向荷重不仅由滚子和导向轴环的接触部承担，轨道面和滚子面的拱顶也承担，仅从这点看，用圆锥滚动轴承更为有利。还有为实现对辊子挠曲的适应，轴承外部应使用球面底座，现已据此开发成功双列圆锥滚动轴承。另外，圆筒滚动轴承由于没有接触角，径向荷重和轴向荷重均由别的部位负担，从接触面无复合荷重作用这点看，也是对寿命有利的。另外，滚子全长承受的面压均匀，在同样的转动耐体荷重下对低面压化有利，进一步对辊子实施中部凸起的改进后，则可确保滚子和轨道面间的调芯性。（四）改善润滑以延长轴承寿命的技术如上所述的自动调芯滚动轴承由差别滑动产生歪扭力矩的驱动力，是油膜介在下接触面的产生摩擦力，若在充分润滑条件下则不易出现磨耗。从油膜参数λ和转动疲劳寿命的关系看，连铸辊道轴承的λ仅为0.05的下限润滑状态，这是由于它在低速回转、高荷重和高温下的恶劣工作环境下，使油膜难生成从而与金属接触，使差别滑动显著而导致早期的损伤。连铸辊道轴承用润滑剂多为以矿油为基的耐热粘稠润滑油，关于其润滑油膜研究很多，但有关油膜特性和轴承损伤关系的研究比较少。近期对耐热粘稠润滑油在连铸辊道轴承设定的使用条件下进行了实验室研究，即从油膜厚度和轴承磨耗两方面对边界润滑领域的润滑性能进行了评价。对该润滑油膜厚度的测定采用了新型的超薄膜光干涉法，从而可对纳米级膜厚进行评价，发现了膜厚对速度的依赖性。即在相当于连铸辊道轴承回转速度为7～17m/s条件下的平均膜厚，各种耐热粘稠润滑油在低速时的膜厚为200～500nm之间。又经多项试验后得知，它的膜厚上升时轴承的磨耗下降。根据上述试验结果，在开发新的耐热粘稠润滑油时采取了润滑油膜厚度最大化的方针。具体应注意以下方面：（1）以高粘度矿油和尿素增稠剂为基本成分；（2）选定锁长不同的脂肪族和芳香族的平衡配合的尿素分子结构；（3）采用分子极性可提高与金属亲和性的耐热粘稠润滑油和可促进膜形成的添加剂。现据此新开发的润滑油已在西日本钢铁仓敷分厂的连铸分段辊道的轴承上使用且效果良好，下一步将在其它类似设备的润滑上应用。（五）改善使用环境以提高使用寿命的技术连铸设备生产连铸坯的速度为每分钟1～3m，加上高荷重的作业条件和高温环境，如上段所述分段辊道轴承的滚动件和内外轮的接触部均处于产生金属接触的边界润滑状态。从而比流体润滑的寿命降低，加上水和杂质的进入致使轴承的损伤进一步加速。据此，开发成功了润滑空气系统，从双层板间供给清洁空气以保持微正压，由垫板间排出空气使垫板冷却，当轴承内发生负压时，通过吸入清洁空气防止水和杂质进入的同时，由于空气对橡胶的冷却效果抑制了橡胶硬度的上升，有利于轴承延长寿命。从空气可防止水和杂质进入轴承的观点来看，油空气系统的润滑效果较好。该系统为在送入的空气中滴入润滑油，采用使沿管内壁连续减少量润滑油送入加油点的方法，它和润滑空气系统一样可使轴承内正压化，不仅可防止水和杂质混入，还有防止油脂对环境污染的效果。现已在东日本钢铁千叶分厂的4＃连铸设备上应用，经评价认为防止水和杂质进入的效果较好，定期更换时发现轴承的状态也极为良好，今后将扩大应用。（六）连铸用辊的强韧化技术连铸用辊受蒸汽氧化和热龟裂的复合作用使使用寿命较短，抑制发展迅速的热裂已成为最重要的设备管理课题，并在开展研究中。JFE钢铁从对用毕辊道采取实样进行破坏解析开始，到对外购辊、试制辊材料的热裂试验解析进行了系统的研究，在发现耐热裂的强化原理后，开发成功新的堆焊用金属。（1）耐热裂强化原理的探索。有关热烈疲劳和材料特性的研究提出了不少试验方案，试验结果也已公布。但它们所示的强化因子多为求得高强度和高延性之类，虽适用于试验结果的解析评价，但很难满足设计指标的要求，加上对试验结果用各种方式的解析后，仍未得到相关关系。于是采取用新的试验方式和快热、快冷试验方法进行了比较。为进一步查明热裂变化和金属组织的关系，在试料上仔细观察后分类，再用回归计算求得试验式如下：PH/C=σy?λ/a×10-2 （1）式中：PH/C为热裂抵抗系数，σy为0.2％耐力（MPa），λ为导热率（－w/mk），a为线膨胀系数（×10-6/℃，等温～500℃）由该式得知金属组织为构成可控制的要素，从金属设计的立场可提示实用的耐热裂性强化原理。（2）堆焊用金属的设计。一般焊接金属凝固时结晶粒呈伸长型，如13Cr钢的γ铁素体在初晶凝固时热裂也沿凝固组织发展。因此为强化耐力可增加含C量以抑制γ的生成，使由γ向y变态时析出的MC炭化物成为y的生成核，以起到y粒微细化核析出强化的作用。提高导热率以使线膨胀系数降低时，有必要减少残留奥氏体，为此控制了含C量的上限。由此，在焊接金属KBS240（0.06C-12.5G-3.99Ni）的基础上开发成功耐蚀、耐热裂性提高的Super nKBSⅠ（0.19C－13.3Cr－0.2Ni－Co－Mo-V-Cu）和耐热裂性更高的Super KBSⅡ（0.19C－12.9Cr－0.1Ni－Co－Mo－V－Nb-W-Cu）。（3）新开发金属的组织和性质如下：（a）金属组织。对Super KBSⅡ的凝固组织通过腐蚀试验使炭化物明显后观察，发现旧γ粗界和其中心的炭化物均呈微细化。这由于γ粒被微细化后，由马氏体变态形成微细马氏体块和在其中具有短随机相的板条结晶，均有利于提高耐热裂性。（b）性质。新老金属的物理性质和机械性质对比如下表。http://www.zhoucheng.biz/rizhi/upload/200702252200482355.png与KBS240相比，Super KBSⅠ由于抑制了残余奥氏体，使线膨胀系数下降和导热率提高；Super KBS Ⅱ则由于炭化物增加而使固溶炭减少，在得到同等的上述两指标的同时，由于析出强化而使耐力提高。（4）对开发金属的评价和总结。经对3种焊接金属的Φ15×15mm试样进行高频感应快热、快冷的热裂试验的对比结果，新品的最大热裂长度为老品的1/2和1/3，而抗热裂系数则均为老品的2倍。现新开发的Super KBSⅡ已用于热裂最严重的连铸机由矫直部到水平部的辊道上，在水平部使用寿命将可达500万t。总的通过对连铸机分段辊道用轴承和辊子的技术开发，初步提高了其使用寿命并保证了连续作业率的提高。

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