连铸机TURBOLUB油气润滑技术

连铸机各工艺段如顶区、扇形段、矫直段及水平段等的辊组（图1）轴承多达数百个乃至上千个或几千个，轴承的润滑一直是难题，因为轴承所处的工况恶劣，受重载、高温、极低速运转、伴有蒸汽以及轴承座易受水及外界脏物侵入并危害轴承等的影响。采用干油润滑时，存在如下老大难问题：
－轴承使用寿命短，运转不良且导致粘辊严重从而加剧辊子的消耗
－重载低速情况下轴承转动件之间难以建立起稳定的油膜
－油耗量大而利用率低
－每次换轴承都要清洗轴承座使得维护不便且费用高，而使用过的干油难以处理
－从轴承座溢出的干油对冷却水系统造成污染，严重时甚至堵塞冷却水管道
－氧化铁皮等杂物和水容易侵入轴承座并危害轴承，缩短轴承使用寿命
－高温下轴承座内的干油容易碳化，并堵塞干油管道
针对这种情况，REBS提供了完整的解决方案并在世界包括中国多个炼钢厂连铸机上得以应用，使用效果非常理想，解决了以上难题。

连铸机TURBOLUB油气润滑的基本结构如图所示，采用主站＋卫星站（图2）的方式，主站一个，卫星站的数量取决于润滑点数量的多少并根据具体工况进行设计，一般而言，一个卫星站负责向几个辊组或连铸机组的某一段供送润滑剂，当然也可取决于用户的要求，润滑点数量较少的时候，可以直接采用主站而不必采用卫星站。由于众多的润滑点需要较多的油，相应地主站负责向卫星站供送较高压力（约60~150bar）的润滑剂，主站的结构与普通的液压站类似。而卫星站的作用是将油和压缩空气混合形成油气混合物并通过合理布置的一级或多级TURBOLUB分配器（图1）将油气混合物分配至各个润滑点。目前一套REBS油气润滑系统为上千个或几千个润滑点的一条连铸机组辊组轴承（图2）提供润滑的技术已经成熟并已经得到了应用。

主站＋卫星站的方式在结构上还具有良好的扩展性，在新增润滑点或配置了新设备的情况下，主站结构可以维持不变，只需增加一个或几个卫星站就可以满足新增设备的润滑。卫星站彼此之间是可以独立工作的，即某个卫星站工作与否与其它卫星站无关，换句话说，若干个卫星站中的某一个可以被单独关闭，而其余的卫星站可以不受影响照常工作。图3为卫星站的结构示意图。

有些连铸机组在设计时就考虑了辊组的整体更换，因此在设置润滑系统时就要充分考虑到辊组更换对润滑系统带来的要求，管道的配置及TURBOLUB分配器的运用都应保证辊组更换方便快捷（图4，每个辊组更换时只用拆卸一根油气管），使辊组更换不影响生产的进行。

电控方面，主站＋卫星站的电控装置和其结构类似（图5），即设有主控箱和若干个端子箱（主站端子箱和卫星站端子箱），对整个系统的所有操作进行控制并显示功能状态。主控箱一般采用PLC和带液晶显示器的操作面板对系统各个元件的功能进行组织管理并进行各种设定，而端子箱的作用则主要是联系电控元件和控制系统。这样的配置使油气润滑系统的机电一体化程度大大提高并使监控功能更加完善。

此外还可根据用户的需要采用网络化的方式来构建油气润滑系统的电控系统。
从现实情况来看，扇形段和矫直机段的辊子轴承所处的工况较其它段更为恶劣，因此轴承损坏的情况更为严重，所以这两个段的辊子轴承应优先采用油气润滑。在世界及中国多个炼钢厂连铸机上的应用实例证明，采用REBS油气润滑获得了理想的使用效果，真正成为企业的成本杀手：
－润滑效果令人满意，大大延长了轴承的使用寿命
－大幅度降低了粘辊率并减少了因粘辊造成的废品和辊子消耗
－阻止外部的杂物和水侵入轴承，有利于轴承的密封
－润滑剂的消耗量急剧降低，只相当于干油润滑的1/XX
－维护和运行成本大幅减少，节能降耗的效果显著
－废干油的处理费用为零
－彻底杜绝了干油外泄对设备运行环境和冷却水造成的污染，水处理费用下降

改变润滑系统为炼钢企业节约大笔费用
原文发表于1994年4月4日的加拿大工业类报纸《PLANT》上，由工程主编Steve Gahbauer编发。

一台有1000多个轴承的机器意味着需要大量的润滑。但到底要多少润滑量呢？采用什么润滑方式呢？还有，润滑费用又要多少？这些都是位于加拿大安大略省汉密尔顿的钢铁公司Dofasco股份公司在其板坯连铸机组采用干油润滑遇到麻烦时反问自己的问题。

那么从干油润滑转为油气润滑行得通吗？改造费用花得有没有道理？能降低多少消耗到底有没有一个说法？另外，风险又在哪里呢？

为了找出答案，Dofasco公司采纳了Intek工程公司*的建议将板坯连铸机的轴承润滑从干油润滑系统改为油气润滑系统并决定在1＃连铸机上进行试运转。整个改造项目于1992年开始，共分5个阶段进行，现前三个阶段已经结束。在“摩擦与润滑学会汉密尔顿分会”组织的学术研讨会上，项目组的John Holland和Randy Golob提交了一份有关此次改造项目迄今所获成果的综合报告。报告的主要内容如下：

大项目：钢厂连铸机组每个辊组的轴承数量为20～80个──整个机组的轴承数量为1320个。原来采用干油润滑时，每年的油脂消耗量为200吨。替代干油润滑系统的是油气润滑系统，其对润滑剂粘度的适应范围很宽──100～5000SSU（约23~750cSt）粘度的油都能使用，油气润滑系统采用每2～4分钟供送一次润滑油的间歇方式并由连续供给的压缩空气对油进行作用并输送至润滑点。系统中的油及压缩空气经过一定作用形成油气混合物但并不真正融合，因为油并没有被雾化。压缩空气的作用是将稀油变成涡流状的精细油滴并沿管壁进行输送。压缩空气的压力为40～50PSI（约为3～3.8bar），它将计量给定的润滑油（每个轴承每小时仅为3毫升）输送至润滑点并在轴承座内保持1～5PSI（约0.08~0.4bar）的“正压”，这样可以对轴承进行冷却并阻止外界脏物、水等进入轴承。

大幅降耗：以下是改造后带来的主要收益：
l 大幅降低了轴承和润滑剂的消耗
l 因轴承损坏导致的拆装、清洗费用急剧下降
l 油脂处理费用下降为零
l 由于废水减少、水中不再含有块状的干油导致水处理费用下降

表1为经过精确评估的收益方面的数据（这是整个改造项目完成40％的情况下的数据）：

表1 改造为油气润滑后的收益数据（费用单位为美元）

Dofasco公司估计整个改造项目完成以后在运行费用方面每年将为公司节约382000美元。改造由Dofasco公司实施，油气润滑系统的维护现已纳入公司预防性维修计划。
（*注：“Intek”公司是REBS在加拿大的代理。）

Dofasco公司板坯连铸机油气润滑应用情况

DOFASCO公司板坯连铸机干油润滑和油气润滑轴承对比试验（照片）

（照片资料来源：加拿大DOFASCO公司; 照片上部为采用干油润滑时的轴承，下部为采用油气润滑后的轴承）

连铸机的油气润滑系统
本文系NSK技术期刊《传动及控制》第659期，1995年5月一期文章
作者：Y.Sato，M.Ito，Y.Amano；作者单位：NSK公司滚动轴承技术部
（注：原文为英文，译成中文时略有删节）

摘要：如今油气润滑作为钢铁行业轴承的一种优先润滑方式已在世界范围内获得了广泛应用。NSK正致力于拓展名为“TURBOLUB系统”（德国REBS公司专有技术）的油气润滑系统在日本国内的销售及技术开发。我们已经向几家公司提供了这一富有创造性的TURBOLUB系统。

去年我们成功地为一套全新的连铸机组引进了油气润滑系统，这套由NSK作基本设计的系统实现了“轴承座内部压力监控”，从而可以使用户快速找到整个管路系统中润滑方面的异常──不论是在油出口处、油入口处还是轴承座内的密封，即便有多达600个轴承（润滑点）也一样能够做到。

连铸机组由于工况恶劣──重载、转速极低并伴有高温蒸汽，因此所用的轴承都是特殊的滚珠轴承或滚柱轴承。多亏有了这套油气润滑系统，才使得使用高粘度润滑剂、发现系统工作异常、保持轴承座内部压力为正压并收集回油等成为可能。这些优点无疑延长了轴承的寿命、提高了设备的可靠性、降低了设备运行费用并且创造了更干净的工厂环境。
1. 介绍
2. 油气润滑系统的概要
2.1油气润滑的原理
2.2油气润滑的特点
2.3 REBS－NSK TURBOLUB油气润滑系统的特点
3. 油气润滑在连铸机组的应用情况
3.1连铸机组的介绍
3.2连铸机组对润滑系统的要求
3.3 REBS－NSK连铸机组TURBOLUB油气润滑系统的功能
4. 总结
5. 结论

1.介绍
近来，油气润滑系统已经被世界广为接受，而应用却在欧洲最为集中，尤其是钢厂轧机轴承辊径的润滑都把油气润滑作为优先考虑的方式。为什么油气润滑会变得那么受欢迎呢？原因是它可以延长轴承的使用寿命、降低设备运行及维护费用、监控完善并有利于环保等等。和其它润滑方式相比，这些都是油气润滑的显著优点。油气润滑在钢厂的应用主要集中在以下几类设备：冷轧轧机、线材或棒材轧机、热轧轧机以及有色金属类轧机（图1）。

NSK作为德国REBS公司在日本市场的独家代理已成功地在日本推广了油气润滑技术。去年我们为一家钢铁厂的连铸机组引进了油气润滑系统，虽然该机组上有多达600个轴承的润滑点，但整个润滑系统只需一套单独的控制装置。事实上，在一条全新的连铸机组上第一次采用油气润滑系统，其应用已经取得了世界性的成果。

具体说，NSK在原有德国REBS的TURBOLUB系统的基础上进行了大胆的技术创新从而满足了客户在可靠性方面更高的要求。尤其是我们在原有基础上添加了“轴承内部压力监控系统”，这套系统能探测出油气润滑系统中整个管路系统及轴承座密封部位的异常。

下面我们将介绍有关REBS－NSK油气润滑系统在连铸机组应用方面的详细情况。

2. 油气润滑系统的概要

2.1油气润滑的原理
油气润滑是一种集中润滑方式，其原理是运用连续流动的压缩空气对间歇供给的稀油产生作用以形成涡流状的液态油滴并沿管壁输送至润滑点（图2）， 这一新型的流体被称为“气液两相流体”。

2.2油气润滑的特点

2.2.1在轴承内保持正压，这样会带来好处：延长轴承寿命；减少设备维护量；外界杂物和水无法侵入轴承座危害轴承；改善轴承密封性能。
2.2.2油气润滑润滑剂的消耗量极其微小：一般来说只相当于油雾润滑的1/10，干油润滑的1/20。下面的公式可用于计算轴承采用油气润滑时油的消耗量：

Q＝D x B x A
Q＝耗油量，ml/h；D＝轴承外径，mm；
B＝轴承列宽，mm；A＝润滑系数，一般取0.00003。
2.2.3由于没有污染，工厂的环境更为干净；即便是轴承座内集聚的极少量油都可以集流回油箱。
2.2.4维护费用大幅降低，换轴承时也不用清洗轴承座，更不用象干油润滑时还要对使用过的干油进行处理。
2.2.5油气润滑系统的管道布置及安装简便，管径小并且没有象油雾润滑系统那样对管道走向的要求和限制。

2.3 REBS－NSK TURBOLUB油气润滑系统的特点：除了上述优点外，REBS－NSK系统还具有如下的优点：
2.3.1由于采用了新型多个出口的TURBOLUB油气分配器（德国REBS专利技术），管路更为简化，换辊及设备维护也更方便。
2.3.2由于配置了新的监视装置，系统工作更可靠，总控制系统可以对所有分配器及混合块进行监视，如表1所示:
表1 异常及故障诊断

2.3.3监控系统对钢厂这样工况恶劣的设备尤其适用，因为它设计简单但功能齐全，还有耐用、防锈、防污染等特点。

3.油气润滑在连铸机组的应用情况
3.1连铸机组的介绍
连铸机组是钢熔炼的后步工序，它将钢液铸造成板坯或大型方坯（图3）。整个机组主要采用导向辊组对钢坯进行成形及运输。导向辊组一般有多组，每组包含数个辊子及轴承，轴承一般采用滚珠轴承或滚柱轴承，它们在重载状况下须维持极低的转速。迄今为止，干油润滑依然是连铸机上最普遍的润滑方式，但机组运行经常受恶劣工况下轴承运转不良的影响。轴承座因为受到高温蒸汽的影响而要求密封良好，但却又要在重载情况下使轴承转动件之间形成一层润滑油膜并维持，这是干油润滑难以达到的。干油润滑的麻烦还不止这些，用过的干油的处理、干油从轴承座泄漏出来后对冷却水系统的污染、干油回油管堵塞导致轴承座密封损坏进而缩短轴承寿命、高温状况下轴承座中的干油容易碳化并堵塞供油管路以及杂物和水等侵入轴承座危害轴承等等，这些都是干油润滑受困扰的老大难问题。

3.2连铸机组对润滑系统的要求
3.2.1系统工作介质需采用高粘度稀油
由于轴承处于重载低速工况下，为了在转动表面之间建立起稳固的油膜层以避免金属表面直接接触，采用高粘度的稀油作润滑剂是必要的。
3.2.2系统工作状态应进行监测
由于连铸机组工况恶劣，许多润滑点不但处于高位而且可能是在封闭的环境中，维护人员很难接近并检查，因此系统的监控功能就显得尤为重要，如供油、供气是否正常，轴承是否得到了适度的润滑等等，以便故障时能立即找出问题所在。
3.2.3应在轴承座内维持连续的正压
实际工况中，杂物及水是很容易进入轴承座内部的，除非轴承座能维持一种连续的正压状态。也正是这样，对轴承密封型式的选择至关重要。既要考虑维持正压状态，又要考虑密封唇的磨损。
3.2.4系统能在恶劣工况下长时间不间断运转
在机组运行状态下，如果轴承座内压力出现异常，由于安全及机组生产等方面的原因，维护人员不可能马上赶到故障现场开展维修活动，因此要求润滑系统即使在比较恶劣的工况下也能保证稳定可靠地长时间不间断运转。
3.2.5辊组更换时，润滑管路应易于连接及拆卸
每个辊组架会有多达40～48个轴承，每个轴承座有一根或两根管子连在上面。因此应有一个简单易行的办法，即不需要每根管子都拆下来再装回去──可能的话最好只拆一、两根管子，否则工人会怨声载道。
3.2.6在更换辊组时，系统还应维持连续运转状态
机组停机更换辊组时，为了在轴承座内维持连续的正压以阻止杂物、水等侵入轴承座，不仅要求油气润滑系统在停机时间里维持运转，还要求通向所换辊组的润滑剂要暂时终止供应，待辊组更换结束后再行恢复供应。

3.2.7可能的话，轴承座内的余油应能完全回收
有的客户对机组环境要求苛刻，因此这一要求应该得到满足。

3.3 REBS－NSK连铸机组TURBOLUB油气润滑系统的功能
REBS－NSK完全根据用户要求来设计和制造的油气润滑系统提供了满足以上要求的完整解决方案，参见图4所示。

3.3.1润滑油供给量的确定
考虑到稳定供给轴承润滑量至关重要，为了考察用于供油的气动柱塞泵的供油能力，使用了ISO VG460粘度等级的油在常温及 0°C 低温状态下对泵输出的油量进行测试（表2）。结果表明，常温状态下泵的输出流量几乎没有变化，即便是在冬季低温临界状态下，泵的供油能力也是稳定的，输出油量的变化很小。

表2 泵输出量的测试结果

3.3.2轴承座内压力监控的发展
有以下四种方式用于探测从油气混合块至轴承座之间的管路异常：
（1）监视管路内气压的升降；（2）监视管路内空气流速的增减；（3）监视回油管路内气压是否降低；（4）监视回油管路内空气流速是否减少。方式（1）和方式（2）作为基本的监视方法能探测出发生异常的详细部位。由于监视空气的流速要麻烦一些，因此在系统设计时把相对容易实现监控的方式（3）集成到了整个监视系统中，实际上也就包含了方式（4）的监测信息。这样，轴承座内空气压力的异常及所有管路空气流动的状况也就可以探测出来。这种新型的监视方法已经做成了实际可行的监视装置并在连铸机上得以应用。下面是其具体的情况。

使用油气润滑时，轴承座内的压力需满足以下两个条件：（a）空气流速足够输送回油；（b）防止外来污染物侵入轴承。轴承座内的压力既受回油管上末端的节流孔的影响，又跟密封处的泄漏有关。相对来说，可以通过控制节流孔直径的大小来控制轴承座内的压力，而密封处的泄漏则微不足道可以忽略不计。

一方面，节流孔直径变大后，和（a）相关的压力就会降低；另一方面，为了达到（b）条件所述的压力条件，有必要增大空气流速，这样会使运行成本升高。在这种矛盾的情况下，如果满足（b）条件，那么流速稍小要好一些，但随之而来的是没有足够的空气压力满足（a）条件，所以密封的设计变得极其困难，因为不能让轴承密封承受极高压力。

这时候就需要在设计时采用折衷方案。因此考虑设计节流孔时力图在同时满足条件（a）和条件（b）之间寻求平衡。还有说到回油压力的设定及轴承座压力监视的异常压力设定，这些设定（值）在所有部位都是一致的，因此在考虑回油管的压降（因回油油量和回油管长度的不同而有所差异）时，有必要把设定值确定下来。另一方面，监视压力和轴承座的实际压力也是有差异的（监视压力是由“轴承座内部压力监视”的压力开关对某个具体轴承座内部压力显示的压力）。

说到异常及故障的诊断，主要设备的辊组部位的异常能被指示出来──当出现压降过大并引起“压力过低”的故障情况持续达到一定次数时。那么故障位置怎么确定呢？由压力监视系统的压力开关指明结果。当然，如果异常情况确实发生了却没有持续并达到一定的次数，那么程控的监视器就不会显示异常情况的出现。另外，在监视系统中安装透明管也让用目视的方法监视回油收集情况成为可能。

3.3.3轴承座密封
采用干油润滑时密封的结构情况见图5，以前内密封都是朝里装配以防干油朝外泄漏，另外为阻止外来杂物侵入轴承座还采用了一个防尘圈。当图5所示的轴承座密封结构用于油气润滑时，需在轴承座内部维持一定程度的正压，尤其是油气润滑能在密封唇上施加较高的压力。而图5结构的密封对维持内部正压很合适，因为它对空气的泄漏进行了限制；但当回油管阻塞，由于轴承座没有得到足量的润滑油容易导致密封损坏或防尘圈欠润滑。考虑到这种情况，将内密封的朝向改为朝外布置，如图6所示。

3.3.4每个轴承座排油口的位置及回油管路
排油口的位置必须比密封滑动位置要低，以能收集到轴承座的泄漏油，另外，将其开在轴承内比最低位置的滚珠（柱）直径高一半的位置上也是适当的，这样做是为了保持轴承座内部始终有一定量的油，供油出现异常时
运转照样进行。当轴承座装配于辊子的两端时，排油口的位置要预先设计以便于加工；当轴承装在辊轴中央时，排油口最好位于轴承内部。换句话说，轴承座的装配及排油口的设计取决于辊组的设计布置。

即便在轴承座和主监视系统之间存在着甚至是很大的空气压差，但系统依然要具备依靠空气对润滑油进行输送的能力。轴承座内部压力监视系统被装在相对于辊组较高的位置。当然应当避免压力损失以使回油管路末端部位的压力监视系统能发挥正常作用。正因为这样，对回油管路的长度和管径都有所限制，其目的是保证空气维持足够的流速来输送回油。轴承座内也必须保持足够的压力以使监视顺利进行。空气的流速基本上跟压力有关，也跟监视系统中的节流孔有关。即使是空气流速不够或是回油无法进行，监视系统内的压力也可以被以“处于正常”的方式显示出来，因为，回油管上由于二次节流而产生了压力。因此油气供送管的直径也应选用适当以确保避免回油管路的压力损失太大（在不进行二次节流的情况下），否则回油管路就因为空气流速降至太低而无法依赖空气对油进行输送，那么油就只能从监视系统出来后靠自重流回收集箱。

3.3.5多个出口TURBOLUB油气分配器的采用
“TURBOLUB系统”的含义是在油气润滑系统中运用了TURBOLUB油气分配器，它可以将油气混合物按比例分配到各个润滑点，从而大大简化了管路系统，尤其是在存在大量润滑点的情况下，TURBOLUB油气分配器的运用能起到独特的作用，比如连铸机组的辊组上。连铸机上每套辊组有多达40～48个轴承，每个轴承座上都得装配一根进油管，要回收油的话还要装一根回油管（用户可以选择是否对微量的回油进行回收）。为方便整个辊组进行更换，采用了专为输送与分配油气而设计的多达12个出口的TURBOLUB油气分配器，每个12出口的分配器只有一个进口，这意味着，每个辊组只需装4个分配器，拆卸时拆4根管子（快速接头）就行了。

辊组更换时，向此套辊组供送的油气能被暂时中止，另外如果接有回油管的话还会维持回油管内的正常流动。

由于采用了多出口的TURBOLUB油气分配器，还可以安装一个专门的固定块将油管集装在一起，这种简单的方法可以防止当此套辊组油气供送暂时中止时递进式分配器接近开关发出“供油异常”信号，避免系统误报警或不必要地报警。

4. 总结
4.1和干油润滑系统相比，将油气润滑系统应用于连铸机上获得了如下收益：
4.1.1令人满意的润滑效果：大幅延长了轴承的寿命并阻止了外界脏物和水侵入轴承。
4.1.2润滑剂的消耗急剧降低，维护及运行成本随之大幅减少，节能降耗的效益显著。
4.1.3彻底杜绝了润滑油外泄对设备运行环境造成的污染。
4.1.4油气润滑系统有完善的监控功能，不管是供油压力、供气压力、油气混合物流动、轴承座内压力、回油管路压力等均可实现监控，整个系统的任何部位一旦出现异常，马上就能探测到，保证系统及轴承的安全稳定运行。监视轴承座内部压力的监视系统中采用了透明管道，这使得油的回流过程清晰可见并能得到准确确认。

5. 结论
“TURBOLUB系统”作为一种独一无二的油气润滑系统已经在KaWaSaKi钢铁公司Chiba分厂4＃连铸机上实现无故障运行一年多了，这一实例无疑证明了油气润滑系统确实会给连铸生产带来巨大的、实实在在的效益。另一方面，世界上很多钢铁公司也正是因为享受了这种巨大收益后又纷纷将其它工序设备的润滑系统改为油气润滑系统，因为油气润滑系统有着众多无可比拟的优点：降低生产成本，节约人力，减少维护工作，创造更清洁的工厂环境。

BURNS HARBOR厂连铸机改用油气润滑
第三届欧洲连铸会议（1998年10月20日～23日）大会技术论文
作者：Bethlehem 钢铁公司发展部 - Mustafa R.Ozgu
Bethlehem 钢铁公司Burns Harbor分厂 - James L.Giazzon
（注：原文为英文，译成中文时略作删节。）

摘要：Burns Harbor分厂开展了大量有关2＃板坯连铸机轴承损毁并导致粘辊的原因的分析及研究。各种负荷传感器及热电偶数据均显示轴承的负荷及温度都没有超过允许的限度。对使用过的轴承进行检查也发现里面含有不少的水及杂物碎片，增减干油的给定量及改换干油型号均对轴承的性能没有什么影响，为防止水及脏物进入轴承而将轴承密封装配得较紧的办法只有限地提高了轴承的寿命。采用油气润滑替代干油润滑后，已经证明无论是轴承寿命还是辊子的效能都有了明显的提高。目前，整套连铸机轴承润滑从干油润滑改为油气润滑的工作还未全部完成，但已采用油气润滑的部分其轴承损毁和粘辊的发生率已经急剧地降低了（所有改造工作将于1999年上半年完成）。
介绍：Burns Harbor分厂的2＃双流板坯连铸机于1986年投产，设备的制造商是奥地利的Voest-Alpine公司。该连铸机设备主要有：一个带液压升降臂的浇铸台，一个900mm的直型铸罐，一套多杆式结晶振动器，一架弧形弯板机；一个扇形段，两个矫直机段及三个水平导向段。图1为该连铸机基本设备的纵向视图。弯板机、扇形段、矫直机段和水平导向段都被看作是完整的工艺装配段，每一段上的内半圆和外半圆辊子都由和整个装配段长度相当的纵向托架支承，如图2所示。弯板机和扇形段都设计成单独的组件，但后者的辊子可以进行在线单独更换，而前者却不能。另外矫直机段的水平导向段的辊子也可以进行单独更换。不过，各工艺段的下辊托架却是永久固定在基础上的，而且所有下辊的更换都单独进行，各工艺段辊子的大小及数目见图1所示。

该连铸机可以生产厚度为254mm的薄板板坯、中厚板板坯及超低碳钢板坯，宽度965～1930mm且可以在铸造过程中自动调节，每块铸件平均重275吨，机组速度为1.0～1.6m/min。

问题所在━━轴承损毁及粘辊：由于轴承损毁、机械故障、上下辊辊缝偏差以及预防性维修等方面的原因，辊组需进行整体或单独更换。1992年由于轴承频繁烧毁，单个辊子更换的次数已到了无法忍受的地步。轴承烧毁主要集中在扇形段、矫直机段及水平导向段的从动辊上。这些地方采用的轴承均为球面滚珠轴承并进行干油润滑。这些烧毁的轴承内部粘成一团致使外圈无法转动，这种现象被判定为“粘辊”，粘辊一旦发生，就需尽快判定并对辊子进行更换，因为它们压拖在板坯表面并使拉坯变得困难，有时甚至引发拉坯瘫痪。为此，研究部门和厂里共同就轴承烧毁及粘辊的原因和对策进行了专题研究，涉及内容包括轴承负荷、轴承工作温度、干油给定量及油脂型号、轴承密封、轴承受污染以及轴承的油气润滑等等。本文下面将论述Burns Harbor分厂2＃连铸机的辊子设计、辊子冷却与润滑、辊子更换以及在减少从动辊轴承损毁方面所开展的研究细节。

辊子设计：上半圆区（上辊区）有121根辊子，下半圆区（下辊区）有123根辊子，包括3根底座辊。机组扇形段的上辊区和下辊区所处的半径圆线并不同心，也就是说，它们并不互相对应。在总共244根辊子中，只有28根辊子是传动辊，其余的都是从动辊。所有的从动辊都由一根固定轴及可以转动的轴套组成。底座辊上装有三套带滚针轴承的辊套。弯板辊则装有4套带滚针轴承的辊套，矫直机段及水平导向段辊组装有3套带滚针轴承的辊套。图3所示为扇形段从动辊的横向截面图。传动辊方面，辊子是单件整体辊形并由轴承支承辊径，内侧轴承采用开槽轴承，端部支承轴承为滚珠轴承。传动辊、底座辊及弯板辊均未列入我们专题研究的范围，因为这些辊子在使用中由于轴承损毁并导致粘辊的现象并不严重。所以本文以下部分将不对传动辊、底座辊及弯板辊的问题进行讨论。

辊子冷却及润滑：从动辊冷却使用了四种不同的冷却方式，它们是横向喷射冷却、轴向冷却、辅助喷射冷却及喷雾冷却。横向喷射用于冷却弯板机以下所有辊子的外表面；而轴向冷却则作用于扇形段的254mm矫直辊以及所有矫直机段的水平导向段的全部304.8mm从动辊。如图4所示，水通过一个直孔喷到轴向中心线上。与此相关的硬水喷射冷却系统则可以在各段辊组上起作用，只是它一启动之后矫直机段和水平导向段的辅助喷射冷却会因为质量控制的原因而挪开不用。喷雾冷却专门用于弯板机以下的内半圆辊组。这四种冷却方式中，横向喷射冷却由于可以使水直接作用于辊子的外表面而最有效；喷雾冷却次之，因为它在冷却机组结构件上发挥主要作用。从动辊上的滚珠轴承由于没有配备轴承座而不能直接采用机组循环水进行冷却。

所有辊子的轴承都采用了干油润滑。如图4所示，润滑从动辊轴承的干油通过装在轴端的分配器供给，并通过轴心中单独的孔送抵轴承，轴承的密封采用两个双层密封圈以防止外界脏物进入。

表1 1992～1996年期间的辊子更换

正如本文开头所述，由于轴承损毁、粘辊、机械故障、上下辊辊缝偏差以及预防性维修等方面的原因，整个辊组或单个辊子需经常进行更换。表1列出了1992～1996年期间轴承使用干油润滑时所有辊子的更换原因：在这5年期间由于粘辊导致辊子报废占所有辊子消耗量的23％。图5显示了在此期间外半圆辊子（上辊组）和内半圆辊子（下辊组）粘辊的发生率，可以看出下辊组粘辊的发生率是上辊组的6～7倍。换辊方面的数据也表明

各辊组之间的粘辊发生率是不同的，发生率最高的地方在矫直机段。在扇形段254mm辊子的粘辊发生率高于203.2mm辊子。双流连铸线的粘辊情况基本类似且每年略有变化。表2列出了1992～1996年期间扇形段、矫直机段和水平导向段的辊子在产量每百万吨时的粘辊数量：

表2：1992～1996年期间2＃连铸机粘辊发生率

5年期间每百万吨产量的粘辊发生率平均为29.18，这么高的粘辊发生率所导致的高维护费、机组停机、产量损失以及板坯缺陷等实在难以忍受。下面将说明专题研究对此所作的试验与分析以及为改善从动辊寿命所作的润滑系统改造。

试验与分析：分析轴承粘辊的第一步是检查确认轴承的故障类型。经过多次检查揭示出大多数轴承的损毁是突然发生的，其表现为内圈破裂、滚珠（柱）保持架损坏并崩散，这种现象以及矫直机段下辊组粘辊发生率较高提醒我们－－轴承损毁的原因很可能是负荷过重。也有一些损毁轴承的内圈出现蓝化（高温氧化）现象，这表明这些轴承没有得到足够冷却。对正常工作的辊子的轴承也进行了抽样检查，发现内部有水及脏物，并出现侵蚀及氧化现象。以以上这些现象为基础，我们决定开展测量轴承受力及轴承工作温度的试验以及对正常工作辊子的轴承进行系统分析以确认轴承受水及其它脏物污染的程度。下面就总结一下。

轴承负荷及工作温度测量：共选定了8根辊子进行试验，其中2根是位于扇形段的1对上下辊，另外6根是位于矫直机段的3对上下辊，每根辊子下面都装了4个测压头；纵向辊子托架上的轴承座正下方都有一个测压头。这些测压头在安装前后都被严格密封及校准。每个受测试的辊子都装了6个热电偶，每个轴承内套下面都有一个。热电偶是通过干油润滑孔插入到辊轴上的。

一共进行了12次测试，测试条件为机组生产薄板板坯和中厚板板坯，板坯宽度960～1950mm，机组速度介于0.76～1.6m/min之间。测压头和热电偶测得的数据概括如下：
l 辊子受负荷随板坯宽度的增加而增加，但机组速度及钢种变化后轴承所受负荷几乎没有变化。
l 扇形段及矫直机段的上辊和下辊轴承所受负荷几乎没有差别。
l 扇形段轴承所受的最大负荷为133KN，这个数据是在机组速度为1.14m/min、板坯宽度为1850mm的情况下在编号为“上辊54”的辊子上测得的，但这一数值却仅为扇形段254mm辊子动态负荷设计值的31％。
l 矫直机段轴承所受的最大负荷为231KN，这个数据是在编号为“下辊76”的辊子上测得的，当时机组速度为1.0m/min、板坯宽度为1930mm。然而，这一数值却也仅为矫直机段304.8mm辊子动态负荷设计值的43％。
l 板坯在线、离线以及速度方面的变化所引起的负荷变化并不大。这一点由扇形段和矫直机段受测3根辊子每根的测压头的输出值可以看出。在75小时的测量期内，共出现3次板坯在线、3次板坯离线以及多次板坯宽度变化及机组速度改变。
l 为测知已完全固化的板坯在矫直机不进行矫直时辊子负荷会否减少也进行了两次测试。测试时机组速度降低到确保铸件进入矫直机前已完全固化，铸件的宽度为1004mm和1093mm。这两次测试表明矫直机段的辊子的负荷由于不存在矫直静压力而显著减少。
l 轴承内圈的最高温度为85°C，这比轴承和干油的推荐使用温度低得多。
l 上辊轴承内圈的温度比下辊轴承内圈的温度高0～17°C。
l 当辊子外表面的横向喷射或轴向冷却（水）关闭后，轴承内圈的温度超过了干油和轴承的推荐使用温度。

以上情况说明，轴承损毁及粘辊的原因并不是轴承过负荷，也不是轴承过热。温度数据显示出，辊子欠冷却会引起轴承过热并损坏，但Burns Harbor厂2＃连铸机上由于辊子欠冷却导致轴承过热并更换辊子的情况只是偶尔发生，显然这并不是粘辊发生的主要原因。换句话说，即使发生欠冷却的情况，不仅很容易进行判定而且改善起来也不难，因此机组辊子并不存在欠冷却的问题。

用过的轴承的检查：共对36个从水平导向段1段3根下辊及与之相对应的3根上辊上面拆下来的轴承进行了干油容量、磨损及污染物等方面的检查，检查是基于预防性维修的目的及轴承尚处于正常工作状态下进行的。检查发现，干油量是足够的，但轴承内部不同程度地存在着含水、有脏物、磨损、氧化及受侵蚀现象，尤其是下辊轴承情况更严重。另外，轴承的双层密封已明显松弛──水、杂物等因此而进入轴承。在这种情况下，我们决定换用紧密度更高的密封、加大干油的供给量并换用其它型号的干油以进一步试验。

紧密度更高的密封：机组所有从动辊的密封均采用一对双层密封，如图4所示。这些密封被换成了迷宫组合式密封，矫直机段304.8mm辊子轴承的密封被首先更换，结果此段辊子的寿命提高了50％──从60万吨产量后更换提高到90万吨产量后更换。随后将所有304.8mm辊子以及扇形段的254mm辊子轴承密封都换成组合式密封。这样做，辊子寿命的提高程度不小，但这还不够，尚且需待进一步提高。

增加干油供给量：将矫直机段的干油供给量加倍，指望这样就能防止水、杂物等侵入轴承以提高轴承寿命。但结果证明，这是徒劳的。

不同型号油脂的使用：对一列连铸机的矫直段辊子进行了采用更稠或更稀干油的试验。试验导致轴承寿命降低，因而不得不终止。

上述分析与试验是在1992～1993年期间进行的，试验取得 的仅有成果是通过在矫直段将轴承密封改型后辊子寿命提高了50％。但我们需要更大突破，因此1993～1994年我们开展了用油气润滑取代干油润滑的应用。

油气润滑：油气润滑被用于线（棒）材轧机已经有较长时间了，最近也在冷、热板材轧机上得以应用。油气润滑的原理如图6所示，经过计量的润滑油按一定的频率和流速间歇性地供给，并在压缩空气的作用下形成油气混合物后沿管壁进行分配。空气和油并非真正地融合，因而不会出现油的雾化现象。油气混合物通过多级串联式的分配器被分配到各个润滑点。油气混合处的压缩空气压力为2.8~3.5kg/cm2，每个润滑点的空气消耗量为0.014～0.028Nm3/min，润滑油可以采用天然矿物油或合成油，输送给每个润滑点的油量一般为1ml/小时，油气混合物的流动情况可以进行监视。

改用油气润滑后的情况及结果：除了底座辊、弯板辊以及扇形段的上部6根辊子外，其余辊子的轴承润滑都已改用油气润滑。改造始于1996年4月并先由2＃连铸机的其中一列机组的矫直段开始。改造的情况见表3：
表3 干油润滑改为油气润滑后的情况

干油润滑与油气润滑的对比见图7，东侧连铸线扇形段改造成油气润滑后生产了75万吨板坯尚无粘辊现象发生，西侧连铸线水平段2段直到生产了140万吨板坯之后才有辊子因粘辊被更换；东西侧连铸线矫直段和水平段的粘辊发生率也从约5：1相应下降为10：1。改用油气润滑在辊子更换、板坯表面切割、润滑剂消耗、水处理厂的维护机粘辊发生率等方面都带来了明显的好处。

结论：油气润滑技术的应用使Burns Harbor分厂的2＃双流板坯连铸机组的运行得到了明显的改善，不仅大幅降低了辊子的更换费用、买新辊的费用、油脂消耗费用、设备停机检修费用，还降低了粘辊率及水处理厂的维护费用。

参考文献：《Sparrows Point板坯连铸机辊子寿命的改进》，作者M.Rozgu.et.al，刊载于1998年3月22日～25日于加拿大多伦多举行的第81届国际钢铁学会年会的论文集中。

油气涡流集中润滑新技术在连铸机上的研究与应用

此文发表于由中国金属学会连续铸钢学会主办的2000年度《连铸》杂志第4期上
作者：涂乐长，彭祖冲，严建明，钟景春
作者单位：新余钢铁有限责任公司机动处、炼钢厂等，338001

摘要：新余钢铁公司第一炼钢厂板坯连铸机轴承油气涡流集中润滑技术是在国内连铸机上首次应用。该系统全自动控制，能精确控制轴承所需润滑剂量，达到理想的润滑效果，解决了原干油润滑存在的润滑难题。该项目投资省，耗油量小，润滑性能可靠，年耗油量减少90％以上，年节省各种费用及所产生的经济效益超过157万元。该技术在高温、高速、高负荷、多点润滑的大型设备上推广，将具有较好的经济效益和社会效益。

新余钢铁有限责任公司第一炼钢厂R6.5/12-1200弧形板坯连铸机弧形段和拉矫机的轴承原采用干油集中润滑系统，由于工作环境恶劣、温度高、且受到冷却水和氧化铁皮的影响，系统无法正常工作，轴承损坏严重并影响连铸机作业率。

由于润滑不良，该弧形段和拉矫机系统经常更换轴承及其它备件，直接费用160多万元。为解决此问题，我厂应用油气润滑的基本原理，根据现场条件，采用油气涡流集中润滑新技术。
1．技术要点
1.1 该油气涡流润滑系统是根据板坯连铸机弧形段和拉矫机轴承的润滑需求而专门设计研制的。油泵功率大，润滑油的输送不受粘度限制，能将高粘度的润滑油用压缩空气吹散成油粒状，定量供给轴承部位。而且润滑油在较长且走向复杂的输送管道中不产生附壁效应。
1.2 该润滑系统所润滑的轴承腔压力完全由压缩空气的压力决定，内腔高压有助于防止氧化铁皮、冷却液介质的侵入，空气起到了冷却和密封作用，延长了轴承的使用寿命。
1.3 该系统可以实行监控，工作可靠，输送效率高，使用维护方便，并且还具有以下优点：
1.3.1 有利于环境保护，不产生油雾，无空气污染；
1.3.2 油气计量准确，润滑剂消耗量仅为干油润滑耗量的1/100，并完全被利用；
1.3.3 输送管道畅通无阻，适用于高温、高速、高负荷、环境恶劣等条件下的多点润滑。

2．润滑系统流程
本润滑系统将弧形段和拉矫机分为两部分，采用油气集中润滑站（图1）和两个油气分站组合的设计方案。
弧形段部分由1号油气分站供送油气（图2），共5个辊组，其中1号～3号辊组各有10根辊子，每组20个轴承；4号和5号辊组各有8根辊子，每组16个轴承；共计92个轴承。
拉矫机部分由2号油气分站供送油气（同图2类似），共4个辊组，每个辊组有10根辊子，20个轴承，共计80个轴承。
1号油气分站有5个油气出口，分别将油气送至1号～5号辊组；2号油气分站有4个油气出口，分别将油气送至6～9号辊组。
除主站具备压缩空气处理装置和总电控装置外，各油气分站也可对进入分站的压缩空气的压力进行调节与监控；并可对油气站内的递进式分配器的工作状态进行监控。

3．润滑系统工作原理
油气润滑系统与主机联动，主机启动，润滑系统就进入自动工作状态。此时二位二通电磁阀（常闭）打开，压缩空气经处理后，一路直接与两个油气分站的空气进口连接，另一路经油雾器控制气动泵工作。携带油雾的压缩空气可使气动泵的气动活塞得到有效的润滑。
由气动泵排出的润滑油先进入带有接近开关的递进式分配器（主分配器），润滑油被主分配器定量分配后强制地送入位于油气分站的第二级递进式分配器，从第二级递进式分配器出来的润滑油进入油气混合块中与压缩空气混合后形成油气流分成多路呈液体油膜涡漩式，沿管壁分别输送到9个辊组的油气分配部分的第一级油气分配器；由此再将油气流均匀地分成2路进入第二级油气分配器；油气流再均匀地分成2路进入第三级油气分配器；最后进入轴承，使轴承得到有效地润滑。压缩空气能阻止冷却水和脏物进入轴承。如果气动泵或递进式分配器发生故障，接近开关将得不到正常的信号，在达到预调的监控时间时，会发出“润滑报警”信号。
不管气动泵是否工作，只要主机工作，压缩空气始终接通。
由于采用了油气分站的结构，扩大了供油范围，而且每个油气卫星站都能实行油路和气路的监控。

4．主要技术参数
本润滑系统的供油范围中共有172个轴承。由于在油气润滑系统中，润滑油的消耗量十分微小，为便于设计计算，将所有轴承均视为外径210mm、宽69mm进行计算。
l Qh=Dxdxcxn=210x69x0.000005x172=125cm3/h
式中Qh━每小时的总需油量，cm3/h；
D━轴承外径，mm；
d━轴承列宽，mm；
c━润滑系数，取0.00005；
n━轴承数量。
l 气动泵由二位四通电磁阀控制，每个泵行程的排油量为2、3、4和6 cm3等4种规格，可根据需要选用。现选定为2 cm3，并根据REBS公司的规定确定以下主要技术参数：
l 气动泵供油量：2cm3/行程；气动泵工作压力：10MPa；
l 压缩空气压力：0.4MPa；系统压缩空气总耗量：200m3/h；
l 总需油量：125 cm3/h；
l 每次润滑循环时间：57s；
l 气动泵工作时间：6s；气动泵停顿时间：51s；气动泵工作行程数：63个行程/h；
l 系统总电控箱监控时间：170s；
l 1号和2号油气分站监控时间：分别为150s和120s；
l 润滑油：320号机械油；
l 压缩空气：由空压站提供。

5．安装试验投入正常运行
5.1试验过程
1998年12月17日至19日拉矫机和弧形段上的油管及分配器安装完毕，并用压缩空气吹扫，对油气站进行供油试验，处理漏油漏气的接头，试验16个小时，直至每个点油气到位。
5.2试验遇到的问题及解决办法
5.2.1 1号油气分站递进式分配器指示杆不动作，经拆下清洗后恢复正常动作；
5.2.2空气压力波动大，检查发现总管接头处有几处漏点，处理后即恢复正常。

6．应用情况及效果
6.1该系统自1998年12月20日开机以来，运行可靠，辊子转动灵活，轴承寿命明显提高，拉坯阻力明显减少，保证了连铸机设备的正常运行，减少故障停机时间，降低了因弧形段轴承磨损快，造成辊缝大而引起的层裂废品。现使用运行平稳。
6.2使用前铸机中修周期为2.5个月，使用后一年可少中修2～3次。
6.3取得了较好的经济效益和社会效益。按一年少中修2次计算产生的直接经济效益可达157.4万元。
韩国浦项连铸机油气润滑应用情况

左边是韩国浦项株式会社浦项制铁所的总经理发给TTC工程公司（专门负责REBS海外销售）的传真扫描件，主题为“REBS的TURBOLUB油气润滑系统”，内容如下：

“有关征询在浦项的润滑系统的使用情况，，我乐意地就此信向您回复。
早自1985年开始，浦项就在冷热轧工序中成功应用了REBS的TURBOLUB润滑系统。举例来说，仅仅是光阳制铁所的一条连铸生产线自从4年前采用了TURBOLUB油气润滑后就一直运行良好，甚至4年中没有订购过备件。
我们所有的1＃2＃3＃中厚板轧机以及1＃2＃热轧板轧机、连续退火炉、硅钢片轧机等轧制工序也都装备了TURBOLUB润滑系统。
正是由于以上设备上所配备的TURBOLUB系统表现优异，浦项才决定把TURBOLUB系统应用到浦项和光阳的两个制铁所的连铸机上。
如今，浦项已确立了在新建的所有连铸和轧钢项目中把TURBOLUB润滑系统作为指定采用设备的基本原则，现有的一些项目包括4条连铸机组，1台硅钢轧机，3台热轧板轧机及1台热轧矫直机都会配备TURBOLUB润滑系统。
我们感谢您及您们出色的技术，并希望将来我们之间的良好合作关系能继续。”

表1－韩国浦项株式会社光阳制铁所板坯连铸机油气润滑系统
（目前浦项几乎所有连铸机都已采用REBS的TURBOLUB油气润滑，在浦项采用REBS油气润滑的润滑点数已超过3万个，REBS油气润滑已经成为浦项连铸和轧钢工序的标配设备。）