背襯軸承在中厚板熱矯直機中的應(yīng)用

邱東

（二重集團公司重型機械設(shè)計研究院，四川　618000）

摘　要: 通過介紹應(yīng)用在中厚板熱矯直機輥系中的背襯軸承的結(jié)構(gòu)特征和安裝要求，論述了使用背襯軸承作支承輥的矯直機的技術(shù)優(yōu)勢，著重闡明了選用背襯軸承做熱矯直機支承輥的注意事項。

關(guān)鍵詞：中厚板；熱矯直機；背襯軸承；安裝

矯直機是中厚板熱軋生產(chǎn)線上的重要設(shè)備。在現(xiàn)代中厚板熱軋生產(chǎn)線上，通常布置 2 臺 ～ 3臺矯直機。而Z主要的一臺是布置在軋機的延伸輥道之后、冷床之前，用于對軋制(或快冷) 后鋼板所產(chǎn)生的不同程度的橈曲、瓢曲、波浪、鐮刀彎和歪扭等缺陷進行矯正的熱矯直機。另外，在軋線熱處理區(qū)和精整區(qū)末端，還布置有溫矯直機和冷矯直機，進一步對成品鋼板的平直性進行矯正。

中厚板矯直機通常使用上下工作輥交錯布置的平行輥矯直機，工作輥數(shù)量在 5 根 ～ 11 根之間。隨著軋鋼技術(shù)的快速發(fā)展，尤其是現(xiàn)代高強度材料迅速增多，鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)對矯直機的性能要求也越來越高。為了滿足這些要求，在矯直機工作輥的數(shù)量沒有發(fā)生變化的情況下，通過增大矯直機的矯直力來達到生產(chǎn)要求是常用的方法。由于矯直機的矯直力主要由支承輥來承受，如何讓矯直機的支承輥能承受更大的載荷是我們研究的目標。近年來，在設(shè)計矯直機輥系時，逐漸出現(xiàn)了采用背襯軸承來直接當支承輥用的趨勢。通過在單位長度范圍內(nèi)增加支承軸承的數(shù)量或接觸寬度，從而實現(xiàn)增大矯直力的目的。

在中厚板熱軋生產(chǎn)線上分布的幾臺矯直機中，熱矯直機是工作頻率Z高、負荷Z重、工作環(huán)境Z差的一臺，所以本文將以背襯軸承作為熱矯直機支承輥為例進行分析說明，而背襯軸承在溫矯直機和冷矯直機中的應(yīng)用會相對容易一些。由于該結(jié)構(gòu)在國內(nèi)外使用還不廣泛，我公司結(jié)合國內(nèi)外制造與使用的實際情況，也僅在個別鋼廠的熱矯直機輥系改造時進行了嘗試。

1　背襯軸承的結(jié)構(gòu)形式

1.1 常規(guī)背襯軸承的結(jié)構(gòu)形式

背襯軸承是一種外圈特別厚的滾動軸承，Z早在多輥的森吉米爾冷軋機上作為Z外端的支承輥用。通常，背襯軸承為圓柱滾子軸承或圓錐滾子軸承，可采用帶或不帶整體式擋邊的雙列或三列圓柱滾子軸承。無擋邊軸承的優(yōu)點在于結(jié)構(gòu)簡單、徑向承載能力高，但缺點是不能承受軸向負荷，需要在外圈和支承鞍座側(cè)面之間設(shè)置青銅或塑料止推墊圈。帶有擋邊的軸承不需要止推墊圈，軸承本身能夠同時承受徑向力和一定的軸向力，軸承兩側(cè)可以加密封，內(nèi)圈上可以設(shè)置潤滑槽來向軸承供應(yīng)潤滑劑。

1.2 熱矯直機支承輥用背襯軸承的結(jié)構(gòu)形式

某鋼廠 3800 mm 熱矯直機輥系中使用的背襯軸承的結(jié)構(gòu)輪廓圖，見圖 1。

該背襯軸承具有如下結(jié)構(gòu)特征: 

(1) 軸承為雙列圓柱滿滾子軸承，內(nèi)圈帶潤滑油溝。

(2) 軸承內(nèi)外圈均帶有擋邊。外圈帶有固定擋邊，內(nèi)圈帶有活動擋邊。活動擋邊在安裝時進行軸向定位。

(3) 軸承采用雙層密封。內(nèi)層為耐高溫氟橡膠 J 型油封，外層為金屬保護裝置，主要防止細小氧化鐵皮進入。

(4) 外圈兩端帶有大圓弧過渡面，防止出現(xiàn)邊部應(yīng)力集中現(xiàn)象。

2　背襯軸承的安裝形式和安裝要求

在中厚板熱矯直機中，由于工作輥的輥身較長，輥間距又要求較小，致使矯直輥的輥徑較小，剛度很差，需要在其下部安裝強力的支承輥來提高剛度。為了保證強度與剛度，支承輥通常都會做成多段，本文所述案例就直接用背襯軸承來做支撐。

工作時，矯直機的矯直力由工作輥傳遞至支承輥( 即背襯軸承) 上，背襯軸承再將所承受的載荷通過心軸均勻地傳遞給支座以及輥座、機架底座等。矯直力在支承輥各背襯軸承處的分布是否均勻主要取決于背襯軸承的尺寸精度、設(shè)備的制造精度以及安裝精度等。

2.1 安裝形式

某鋼廠 3800 mm 熱矯直機直接采用背襯軸承作支承輥的輥系結(jié)構(gòu)簡圖，見圖 2。

從圖中可知，每根工作輥下布置有 6 組支承輥部件，即 6 套單組背襯軸承。

單組背襯軸承直接作支承輥的結(jié)構(gòu)形式如圖3 所示。

該種結(jié)構(gòu)中間為背襯軸承，兩端支座直接固定支撐心軸，每兩個軸承和三個支座為一組，兩個軸承相對矯直輥中心交錯布置，?個軸承軸線相對于矯直輥軸線的偏移量為 70 mm。軸承選用SKF 的背襯滿滾子軸承，基本額定動負荷 1060kN。由于每根工作輥下面布置有 6 組這樣的支承輥部件，則單根工作輥下面支承輥累計能承受總的基本動負荷為: 12 × 1060 = 12720 kN。背襯軸承與工作輥共有 12 處接觸部位，累計接觸長度為: 12 × 158 = 1896 mm。

2.2 安裝要求

由于背襯軸承內(nèi)圈兩端的活動擋邊與軸承不是一個整體，需要依靠安裝時采用定距套或支座進行軸向定位，同時在背襯軸承受到一定的軸向力時，也需要依靠活動擋邊、支座將軸向力傳遞給輥座。因此，安裝時應(yīng)注意支座固定方式以及支座同軸承端面之間的間隙取值。

背襯軸承的原始尺寸精度非常高，安裝背襯軸承時必須做到將尺寸、斷面高度完全相同或Z相近的兩個背襯軸承安裝到一個部件上。沿矯直輥軸線方向上依次布置的 6 套部件也要求按上述原則進行選配。如果同側(cè)的背襯軸承未能安裝成一條直線( 含水平和高度方向) ，則矯直過程中軸承受力就不均勻，會出現(xiàn)振動、偏載，導(dǎo)致滾柱疲勞損傷，從而影響產(chǎn)品質(zhì)量，降低軸承工作壽命。

在矯直過程中，每個背襯軸承的磨損程度是不同的，常態(tài)生產(chǎn)中，矯直鋼板的寬度普遍比矯直機的Z大矯直寬度窄，矯直輥中部背襯軸承所承受的載荷要大于矯直輥兩端背襯軸承所承受的載荷，所以中部背襯軸承磨損程度相對嚴重些。因此，為提高背襯軸承的精度并延長其使用壽命，應(yīng)定期更換背襯軸承的位置，即將矯直輥中部的背襯軸承與兩端的背襯軸承互換，將承受較高載荷的背襯軸承與承受較低載荷的背襯軸承互換。另外，因為背襯軸承的內(nèi)環(huán)在心軸上是不動的，只有部分環(huán)面是負載區(qū)( 約為圓周的四分之一) ，定期轉(zhuǎn)動內(nèi)環(huán)至另一個載荷區(qū)會明顯增加背襯軸承的使用壽命，所以應(yīng)考慮定期轉(zhuǎn)動內(nèi)環(huán)。

3　矯直機使用背襯軸承作支承輥的優(yōu)勢

在闡述矯直機使用背襯軸承作支承輥有何技術(shù)特點之前，我們先看看目前普遍采用的矯直機支承輥的結(jié)構(gòu)形式，以此做參照，進行兩種結(jié)構(gòu)的對比區(qū)別。 

圖4 為傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的 3800 mm 矯直機支承輥結(jié)構(gòu)形式。

該種結(jié)構(gòu)兩端為軸承支撐中間一段輥子，軸承選用 SKF 的球面滾子軸承，型號為 23224CC /W33，基本額定動負荷為 695 kN。每根工作輥下面同樣布置 6 組這樣的支承輥部件，每組之間呈交錯分布狀態(tài)。則單根工作輥下面支承輥累計能承受總的基本動負荷為: 12 × 695 = 8340 kN。支承輥分為 6 處與工作輥接觸，累計接觸長度為: 6× 320 = 1920 mm。

通過前后兩種結(jié)構(gòu)形式的對比，可知在熱矯直機中采用背襯軸承直接作支承輥具有以下優(yōu)點:

(1) 在相同規(guī)格的矯直機上，輥系中支承輥的承載能力可以提高 30% ～ 50% 。因為支承輥總的承載能力主要取決于所安裝軸承的承載能力。在軸承的內(nèi)徑尺寸基本一致的情況下，軸承的數(shù)量越多或雖然數(shù)量變化不大，但單個軸承的寬度越寬，其承載能力也就越強。采用背襯軸承的結(jié)構(gòu)，由于其軸向再無輥子，軸向空間變大，可以較容易的做到這點。

(2) 有利于彎輥后支承輥與工作輥的接觸。采用該結(jié)構(gòu)后，支承輥與工作輥的接觸部位增多、并且更加分散。在工作輥進行彎輥工作時，支承輥比較容易適應(yīng)，不容易在矯直輥表面產(chǎn)生壓痕。

(3) 采用背襯軸承直接作支承輥的結(jié)構(gòu)形式更為簡單，內(nèi)部空間更大，便于空氣流通和散熱，也便于氧化鐵皮的疏導(dǎo)和排出，各軸承潤滑點的配管更容易實現(xiàn)。

4　熱矯直機支承輥選用背襯軸承的注意事項

由于背襯軸承Z初都是使用在冷軋上，其工作溫度不是很高、工作環(huán)境較好，還可以使用乳化液進行冷卻。而熱矯直機的工況與冷軋存在較大的區(qū)別，熱矯直機通常是對 500 ～ 800℃ 的鋼板進行矯直，環(huán)境溫度較高，且矯直中鋼板自身還要脫落一些細小氧化鐵皮，因此不能直接套用冷軋上使用的背襯軸承。通過對背襯軸承在矯直機中直接作支承輥的使用狀況分析，認為選用背襯軸承時需要注意如下事項: 

(1) 因為該處軸承是當支承輥用，外圈將直接與矯直機工作輥接觸。因此，外圈的表面熱處理硬度與矯直輥表面要有一定的差值，它不能比矯直輥表面硬度高。通常矯直輥的表面硬度值在58 ～ 62HＲC 之間，則軸承外圈的表面硬度值應(yīng)在52 ～ 56HＲC 之間。鑒于該硬度區(qū)間并不是Z能發(fā)揮軸承鋼材料力學(xué)性能與熱處理匹配的Z佳區(qū)間，因此在選取外圈材質(zhì)與熱處理時應(yīng)特別注意。

(2) 軸承工作環(huán)境屬于較惡劣的開式使用場合，并且是外圈轉(zhuǎn)動、內(nèi)圈固定，校核計算軸承壽命時要特別注意工況。

(3) 鋼板熱矯直溫度通常在 500 ～ 800℃，對應(yīng)環(huán)境溫度較高。經(jīng)現(xiàn)場檢測，軸承外圈的表面溫度Z高可達 170℃，因此，軸承需考慮采用耐高溫潤滑脂進行潤滑，軸承密封也要求選用耐高溫的材料制作。

(4) 在矯直過程中，背襯軸承需要承受一定的軸向力。因此，要求軸承承受軸向力的能力應(yīng)不小于額定載荷的 10% 。

(5) 在矯直過程中，鋼板還會脫落一些細小氧化鐵皮。氧化鐵皮( 溫度可能超過 300℃ ) 會直接掉在軸承上，所以軸承需要很好的密封( 包括結(jié)構(gòu)形式和材料) ，以防止氧化鐵皮以及水、粉塵等雜物進入。

(6) 在實際應(yīng)用過程中，鋼板可能會通過矯直輥間接沖擊背襯軸承，因此，選用的背襯軸承需要具備較大的抗沖擊能力。

(7) 由于中厚板矯直機的輥距較小( 通常≤300 mm) ，而承載能力較大，且每根矯直輥下都有背襯軸承。因此背襯軸承的直徑很難大于矯直輥輥距，軸承外圈的壁厚將受到限制。為滿足承載能力，通常選取滿裝滾子軸承。

(8) 為了適應(yīng)矯直機工作輥的彎輥操作，選用的背襯軸承還必須具有在很小的偏轉(zhuǎn)角下工作的能力。

5　結(jié)束語

在熱矯直機中直接使用背襯軸承作支承輥，可以顯著提高矯直機輥系的承載能力，但只有合理選用背襯軸承的結(jié)構(gòu)形式，并進行正確的安裝、良好的潤滑及精心維護才能延長軸承的使用壽命，提高矯直鋼板的產(chǎn)品精度。

來源：《中國重型裝備》2017年1期