板坯铸机扇形段辊子CARB轴承失效分析

台泵，至少其中有一台泵不能满负荷运行，也就是需 稀土合金铸铁和高镍铬合金等。材料的强度、硬度、
要为其中任意一台冷水泵配备变频电机。
韧性越高，化学稳定性越好，抗汽蚀性能越强。
还有就是增大泵的有效汽蚀余量。根据式（ 3） ， 有以下办法。
（ 1） 增 加 泵 储 液 池 液 面 上 的 压 力 pA 来 提 高 NPSHa。一循泵房的冷水池和大气连通，也就是说 pA 就是大气压，所以 pA 是定值，这种方法不可行。
Liu Wang － chao，Liao Ya － chu
（ Xiangtan Iron ＆ Steel Group Co． ，Ltd，Xiangtan Hunan 411100，China）
Abstract： Based on analysis of segment rollers structure and CARB bearing characteristic，CARB bearing failure causes of the
图 2 轴向位移与径向游隙的关系
（ 1） 假设轴承内外圈不存在角度误差时，扣环侧 轴向位移超过 5． 2mm 或非扣环侧轴向位移达 12mm 时，就会出现滚动体滑出滑到，造成轴承损坏。
（ 2） 存在角度误差时，轴向位移允许值就会减 少。
轴承内外圈角度误差 α = 0． 3°时： Sre = k1 Bα = 0． 109 × 60 × 0． 3 = 1． 96（ mm） 轴承内外圈角度误差 α = 0． 5°时： Sre = k1 Bα = 0． 109 × 60 × 0． 5 = 3． 27（ mm） 因此，当存在角度误差 0． 3°的情况下，对于扣环 侧，为保证滚动体不移出滑道，轴向位移量应小于 5． 2 － 1． 96 = 3． 24mm，对于非扣环侧，为保证有足够的 工作游隙，轴向位移量应小于 12 － 1． 96 = 10． 04mm。 当存在角度误差 0． 5°的情况下，对于扣环侧，为 保证滚动体不移出滑道，轴向位移量应小于 5． 2 － 3．
3 CARB 轴承失效原因分析
3． 1 主要技术参数 轴承超出允许轴向位移，滚动体移出滑道或工作
游隙为零，导致轴承损坏以我厂水平扇形段 CARB 轴 承 C4024VC4 为例，其主要技术参数如表 1 所示。
内环直径 外圈直径
d
D
120
180
轴承宽度 B
60
表 1 CARB 轴承 C4024VC4 主要技术参数
（ 3） 加大辊子闭路冷却水和二冷水流量，改善辊 子的冷却，降低轴承的工作温度及辊系的膨胀量。
（ 4） 改善轴承润滑与密封，防止轴承润滑不到位
及水、汽、氧化铁皮、保护渣等异物进入轴承润滑室， 造成轴承伤害。
（ 5） 加大二冷第 4 区和第 5 区的总补给水量，降 低对应分区的扇形段环境温度，改善轴承工作环境。
关键词： 扇形段； CARB； 轴承； 失效
中图分类号： TH133． 3
文献标识码： A
文章编号： 1007 － 4414（ 2012） 04 － 0174 － 03
Failure analysis of CARB bearing for segments' rollers in slab caster
27 = 1． 93mm，对于非扣环侧，为保证有足够的工作游 隙，轴向位移量应小于 12 － 3． 27 = 8． 73mm。
以上分析基于轴承制造出厂的游隙为设计允许 公差最大值，因此实际中相应的允许轴向位移量还会 有所减少。 3． 2 轴承相对内外圈出现频繁窜动，导致轴承损坏
由扇形段辊子设计的结构特性可知，扇形段整个 辊系处于浮动状态，受芯轴弯曲变形、扇形段对弧精 度误 差、辊 子 受 热 膨 胀 等 因 素 综 合 影 响，将 出 现 CARB 轴承滚动体相对内外圈频繁左右窜动来回对 中找正的情况，轴承运转情况下的左右频繁窜动极易 导致滚动体两端面材料剥落受损，轴承提前失效。 3． 3 轴承润滑不良，导致轴承损坏
内外圈之间的相对轴向位移会减少轴承的径向 游隙，在相 对 中 心 位 置 发 生 的 一 定 范 围 内 的 轴 向 位 移，其导致径向游隙减少可以通过以下公式计算：
槡 Scle =
BCred k2
式中： Cred为在相对中心位置的轴向位移引致的径向 游隙减量； Scle为在既定的径向游隙减量下，导致相对 中心位置的轴向位移量； k2为工作游隙系数。
图 1 扇形段辊子装配图
2． 2 CARB 轴承特性分析 CARB 圆环辊子轴承是一种全新的径向辊子轴
承，其独特的设计结合了球面滚子轴承的自动调心能 力和圆柱滚子轴承的轴向位移特性，同时拥有滚针轴 承的紧凑截面，主要用于承受径向负荷的工况。
CARB 轴承能自动导位，无论内外圈是否相对外 圈有无轴向位移或不对中的情况，它都能使负荷平均 作用在整个滚动体的位置上，同时其承载能力很高， 即使在有角度误差或轴向位移的情况下，依然能可靠 的运行且工作寿命长。 2． 1． 1 对中误差对 CARB 轴承轴向位移的影响
4 改Βιβλιοθήκη Baidu措施
（ 1） 对现有的辊系进行改进，将两端浮动的辊子 设计改为一端固定，一端浮动，同时通过在芯轴上增 加垫环，给 CARB 轴承一个向固定端方向的预错位， 提高轴承在生产受热工况下的一个轴向位移量。
（ 2） 加强扇形段离线装配质量控制，尤其对辊子 芯轴的弯曲变形控制，在辊子装配车间设立芯轴弯曲 检测台，对每个芯轴进行检测，按装配后角度误差小 于 0． 2°控制，要求芯轴的同轴度小于 4mm，同轴度超 过 4mm 则进行修复，同时提高扇形段离线对中接弧 标准，由原来的 ± 0． 3mm 改为 ± 0． 15mm。
假设有充足的工作游隙，最大允许轴向位移：
* 收稿日期： 2012 － 06 － 27 作者简介： 刘旺朝（ 1980 － ） ，男，湖南邵阳人，工程师，主要从事炼钢机械设备维护与管理方面的工作。
·174·
·机械研究与应用· 2012 年第 4 期 （ 总第 120 期）
经验交流
Slim = S1 － Sre 或 Slim = S2 － Sre 式中： S1 为当轴向位移偏离扣环的方向时，允许的轴 向位移参考值； S2 为当轴向位移往偏向扣环的方向 时，允许的轴向位移参考值。 2． 1． 2 工作游隙对 CARB 轴承轴向位移量的影响
静态承载能力 Co
最大轴向位移 S1 （ 非挡环侧， 无对中误差）
最大轴向位移 S2 （ 挡环侧，无 对中误差）
880kN
10． 4 ～ 12mm
5． 2mm
最大允许角度 偏差 α
0． 5°
加工径向游隙 C4 （ 对中位， 无角度偏差） 0． 186 ～ 0． 244mm
根据 CARB 轴承特性分析，可以得到轴向位移、 径向游隙及角度误差之间的关联图，如图 2 所示。
1前言
湘钢 5m 宽厚板厂 3 #和 5 #板坯铸机由 SVAI 设 计，铸机弧形半径为 10． 005m，在线配备 15 台扇形 段，其中第 1 ～ 6 段为弧形段、第 7 段为矫直 1 段、第 8 段为矫直 8 段、第 9 ～ 15 段 为 水 平 段，铸 坯 宽 度 为 1200 ～ 2300mm，有 220mm、260mm 和 300mm 三种厚 度规格，年生产能力为 120 万吨，分别于 2009 年 10 月及 2011 年 2 月投产。自两台铸机投产以来，一直 存在铸机扇形段使用周期短、寿命低的问题，其主要 原因为扇形段辊子中间轴承提前损坏失效，部分轴承 寿命仅为 2 个月左右，轴承损坏直接导致扇形段辊缝 张开超差、辊子不转、扇形段夹送精度降低等后果，给 生产顺行、板坯质量及扇形段维护成本带来很大的影 响。因此，分析扇形段中间轴承失效的原因，制定相 应的解决措施，对降低设备维护成本提高连铸机保障 能力有着重要意义。
segments in slab caster are analyzed and found out，and the corresponding measures to solve the problem are carried out．
Key words： segment； CARB； bearing； failure
（ 2） 改进后扇形段运行稳定，扇形段非计划下线 数由原来的一个月 2 ～ 3 台到现在 3 个月 1 台。
（ 3） 实现设备良性运转，大大降低了设备维修强 度及维修成本。
参考文献：
［1］ 刘俊玉． 浅谈板坯连铸机扇形段的改进［J］． 连铸，2007（ 6） ： 30．
櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒
（ 上接第 173 页）
5． 2 叶轮采用抗汽蚀材料
台离心泵的流量。对于一循，两天冷水泵全负荷运行
由于现在实际条件限制，很难完全防止汽蚀的情
会现憋压情况，对泵有损坏，而且一循是老装置，压力 况下，可以选用抗汽蚀材料制造的叶轮，以延长使用
过高，管网容易泄漏，带来生产隐患。所以如果开两 寿命。常用的材料有铝铁青铜 9 － 4，不锈钢 2Cr13，
2 扇形段辊子结构及 CARB 轴承特性分析
2． 1 扇形段辊子结构特点 图 1 为铸机扇形段辊子设计图纸，其为西门子奥
钢联的 I － Star 结构形式，整个辊子设计 4 个轴承座， 中间通轴 贯 穿，两 端 采 用 调 心 辊 子 轴 承，中 间 采 用 SKF 公司的 CARB 轴承，端部的调心辊子轴承虽然被 锁紧，但外圈与轴承座端部均设计有间隙，而中部的 CARB 轴承本身就是结合球面滚动体轴承和滚针轴 承的优化设计，具有自动调心和轴向位移的特性，所 以整个 辊 系 在 工 作 状 态 下 没 有 固 定 轴 承，呈 浮 动 状态。
（ 6） 定期对扇形段辊缝及段与段之间的接弧情 况进行调整，提高铸机的夹送精度，改善因夹送精度 超差造成辊子轴承负载不均及轴承角度误差扩大的 不良情况。
5结论
（ 1） 通过实施改进措施，扇形段的寿命得到大幅 提高，弧形段和矫直段平均寿命提高到 6 个月以上， 水平段平均寿命提高到 12 个月，最高达 19 个月。
由于扇形段工作环境恶劣，轴承室密封不严，容 易导致水汽、保护渣、氧化铁皮等杂物进入轴承室； 水 汽会加速润滑脂的稀释、分解和氧化［1］，降低润滑脂 的性能，使 得 相 邻 金 属 部 件 无 法 形 成 有 效 的 润 滑 油 膜，从而出现钢对钢的摩擦，异物的进入会进一步加 剧这种摩擦，尤其对于连载设备，外部负荷较大，一旦 出现钢与钢的摩擦，极易导致轴承滚道面疲劳脱落， 严重影响轴承的寿命。此外，受二冷室高温的影响， 经常出现干油分配器密封失效而产生的故障，故障分 配器一旦没有及时发现并处理，会导致与之关联的轴 承座润滑中断，时间一长就会导致轴承室内干油干烧 碳化，润滑失效，对轴承的影响也是致命的。 3． 4 二冷喷淋冷却强度低，工作环境温度高，轴承冷
经验交流
2012 年第 4 期 （ 总第 120 期）·机械研究与应用·
板坯铸机扇形段辊子 CARB 轴承失效分析*
刘旺朝，廖亚初
（ 湘潭钢铁集团有限公司，湖南 湘潭 411100）
摘 要： 基于对扇形段辊子结构及 CARB 轴承特性进行分析，找到板坯铸机扇形段 CARB 轴承提前失效的原因，并制
定相应的解决措施。
当 CARB 轴承使用存在角度误差，将导致轴承辊 子有一定的轴向位移，使其接近一个轴承圈的端面， 因此当使用或安装存在角度误差时，轴承的允许轴向 位移将减少。由于角度误差造成的允许轴向位移量 减少，可采用以下公式估算。
Sre = k1 Bα 式中： Sre 为由于角度误差造成的允许轴向位移量的 减少； k1为角度误差系数； B 为轴承的宽度； α 为角度 误差。
却不良 受二冷配水强度低的影响，我厂两台铸机在线第 4 段和第 6 段第 1 排辊子轴承出故障的情况较其他
·175·
经验交流
2012 年第 4 期 （ 总第 120 期）·机械研究与应用·
扇形段辊子要高出许多，经分析发现第 4 段和第 6 段 分属二冷水配水模块的第 4 和第 5 区的最高点，受这 两区总供给水量低的影响，分配给最高点的水量较该 区其他点水量低，因此处在铸机弧形高处的第 4 段和 第 6 段第 1 排辊子轴承工作环境较高，经常出现润滑 干油碳化、轴承表面发蓝的异常情况。