油气润滑技术在大方坯连铸机二冷室的应用.pdf

2 0 0 9年 1 月 第 3 4卷 第 1 期 润滑与密封 L UBRI C AT I ON ENGI NEERI NG J a n ． 2 0 0 9 Vo 1 ． 3 4 No ． 1 油气润滑技术在大方坯连铸机二冷室的应 用 杨福拴马平 包钢炼钢厂内蒙古包头 0 1 4 0 1 0 { l 摘要采用油气润滑系统对连铸机油滑系统进行了改造，并针对使用过程中存在的泄漏问题进行了分析改造，从而 降低了油气润滑系统故障次数及泄漏量，提高了铸坯质量，并提高了相关设备的使用寿命。 嚣 关键词 油气润滑；连铸机；润滑系统 中图分类号T H 1 1 7 ． 2 文献标识码 B文章编号 0 2 5 4 0 1 5 0 2 0 0 9 1 1 0 1 3 随着工业技术 的飞速发展 ，润滑技术作为有效解 决设备磨损故障 ，延长设备无故障运行时间，大幅度 降低设备备品备件消耗量的有效手段得 以迅速发展。 在 1 9世纪末期 ，油气润滑出现以后 ，人们作出大量 的努力来研究油气润滑装置，并在混合块结构、油路 控制、过滤精度等方面取得长足进步，使油气润滑技 术成为一项成熟的润滑技术。由于油气润滑在其原理 上的固有优势，已经在冶金行业等领域有逐步取代原 有的传统干油和稀油润滑系统的趋势。随着包钢连铸 产量的不断提高，对连铸润滑系统的要求越来越高 ， 油气润滑系统在包钢炼钢厂 5 连铸机二冷室的成功 应用，为连铸设备在运行周期内无故障运行奠定了基 础 。 1 油气润滑系统 工作原理 包钢炼钢厂 5 连铸机二冷室油气润滑是利用油 泵将贮 存在油 箱 内的润 滑油液 直接 或 间接 地 通 过 分配器输送到与压缩空气网络相连接的油一 气混合 器中。气混合器里，压缩空气把润滑油吹成油滴状的 液气两相流体 ，并带动油滴沿管道内壁不断地流动， 形成气流状的混合气，通过再次计量分配成若干份， 进入各 自的混合腔室后，在不间断的压缩空气的作用 下 ，进入油气输送管道 中。在油气输送管道中 ，由于 压缩空气 和附壁效应 的影响 ，起初润滑油是以较厚的 脉冲形式油膜状 间断地粘附在管壁周围。当压缩空气 快速向前移动时，油膜也随之向前移动，并逐渐被吹 散、变薄、吹匀，但并不凝聚，在即将到达管道末端 时，原先间断地粘在管壁周围的油滴已经连成一片， 并形成 了波浪形油膜 。该油膜在通 往润滑点 的油气 管 道内壁移动并以滴状脱离油气管道内壁和喷嘴，被压 缩空气 以精细油滴 的方式导入润滑点形成 油膜 ，从 而 使润滑点得到润滑 。 油气润 滑 的压缩 空 气 压 力 为 0 ． 4～0 ． 6 MP a 是连续供给的，油是间歇供给的，间歇时间和供油量 根据各个润滑点的消耗量进行调定 。整个油气润滑系 统，是利用压缩空气为载体 ，泵送系统将润滑油送入 收稿 日期 2 0 0 8 1 1 0 3 油气混合器进行配油。供气部分除作为润滑油载体 外 ，还起到冷却和清洁轴承的作用。油气混合气器是 由上部的配油器和下部的配气器 2部分组成。配油器 也是一个递进式的分配元件，功能是将润滑油进行平 均分配，且依次打出排油口，进入下部的配气器与压 缩空气混合，每个排油口隔一定时间排油一次。配气 器连续 向排气 口喷气 ，排 出的润滑油在高速流动的气 流中移动，慢慢形成一层越来越薄的波浪形油膜 ，输 送到各个润滑点上 。 油气润滑系统是集机、电、气一体化的综合性设 备，系统包括电控、气动、液压和机械零件部件。整 个系统由供油、供气和油气混合等3部分组成。主要 设备有油箱和辅助件组成 的油站系统 有 2台互 为备用的齿轮泵 、油气分 配器 和 1 个 电控设备 及气 动系统 如图 1 所示 。电控部分的核心是一个 P L C 控制单元及友好 的人机界面 T D 2 0 0 。对液位、油温、 压差过滤器的工作进行控制，同时对系统中各元件的 运行状况进行监控，当系统出现故障时，发出报警信 号。 气润 站 图 1 包钢炼钢厂 5 连铸机油气润滑系统原理图 2 油气润滑的优点 1 润滑效率高。在润滑过程 中，润滑油的用 量不是越多越好。以轴承的润滑为例如图2所示， 润滑效果实际上存在一个临界点，当给油量大到一定 程度时，大量的润滑油带走轴承产生的热量 ，因此轴 1 0 2 润滑与密封 第 3 4卷 承的温度就会呈现下降趋势。在这条曲线 的中部， 温度值是最高的，因为此时给油量还没有达到足以带 走 轴承产生 的热量而且润滑剂本身也会发热 。 图 2轴承 润滑 曲线 而油气润滑系统是利用 了图 2中 2 条 曲线 的最低 区域，也就是给油量最小的地方。一方面此时只要极 少量 的给油量就可以在摩擦 表面形成润滑膜 ，满 足润 滑点 的润滑需要 ，可实现润滑剂 的 1 0 0 ％被利用 ，效 率极高 ；另一方面该 区域轴 承的温度最低 ，有利 于提 高轴承的使用寿命。 2 润滑效果好。由于油气润滑本身在原理上 的优势，使得油气润滑系统给每一个轴承的润滑剂保 持在最低水平，可消除润滑剂本身的摩擦生热；同时 低温压缩空气连续送入轴承座 ，也可以明显降低轴承 温度 。 油气润滑系 统 的压缩 空气 在轴 承座 内腔 形成 正 压，防止周围环境中的灰尘、氧化铁皮、水蒸气等不 利于润滑的杂质进入轴承座，保持轴承的清洁，客观 上起到气封的作用 ，可以将轴承 自身摩擦产生的细微 金属颗粒迅速清理干净。 3 润 滑剂消 耗量 少。油气 润滑 系统 由于采 用 先进的润滑工作机制 ，润滑油 的消耗量很低 。油气润 滑油是在压缩 空气流 的带动下 ，以小液滴状直接 喷射 到轴承摩擦面，提高供油准确性，避免多余润滑油充 塞轴承内腔。理论上在保证轴承获得正常油膜的前提 下，每一个铸机辊组轴承的耗油量仅仅为 1 ． 5～2 ． 0 m lMh ，仅仅是 干油润 滑剂 消耗量 的几 十分之 一 。而 且油气润滑所需的润滑剂仅需要普通的工业齿轮油即 可 ，无 需昂贵的高温润滑脂 。 4 大幅降低设备的运行和维护费用，是环保 型技术。连铸机二冷室原采用传统的干油润滑方式， 由于管路较长，环境温度高、工况复杂，一般都选用 进口的4 0 MP a 干油泵组进行润滑脂 的泵送工作，否 则极易发生润滑管路内部干油干结堵塞现象；必须选 用特制的重载、耐热 、耐水 的润滑脂 ，方可保证轴承 不受温度、水流及蒸汽的侵害，因此润滑油的消耗成 本很高；同时因为生产线上有大量的冷却水，冷却水 冲刷将大量的废油带人漩流井，造成清理漩流废油过 多，给水处理带来了困难 ，并增加了许多费用。采用 油气润滑时，给油量少，给油脂全部被利用，不会对 漩流井水、铸机及其周围环境造成污染，有利于漩流 井水质稳定 和循环利用 ，是环保型技术 ，保证 了连铸 坯表面质量。 5 铸机设备使用寿命大幅提高。由于不问断 压缩空气的作用 ，油气润滑对润滑点起到 了润滑 、冷 却和清洁的作用 ，而且轴承供油量可以调节到最合理 状态，避免多余润滑油残留在轴承中，减少了粘性阻 力，降低轴承摩擦，从而保持润滑点始终处于最佳润 滑状态 ，满足低速、重载、高温、多水、多粉尘等恶 劣的工作环境 ，既提高了轴承的使用寿命，又提高了 轴承的抗污染能力。5 铸机扇形段的使用周期由原大 方坯 的 0 ． 5个月增 加到 6个月 ，效果异常明显 。 6 结构简单可靠。包钢炼钢厂 5 铸机二冷室 油气润滑 采用 进 口德 国 WO E R N E R单线 式 油气 润滑 系统 ，其工作原理简单，系统结构紧凑、合理、噪声 小 ，配管简洁明了，动作稳定可靠 ，可编程控制器对 系统运行状态进行监控，工作可靠、调节方便。 3 油气润滑在连铸机振动台、二冷室的应用 连铸机设备 的工作环境异常恶劣 ，尤其是二冷室 温度高、水汽大、氧化铁皮多，扇形段处于低速、重 载的工作状态，保持二冷室扇形段轴承的良好润滑是 一 件很 困难 的事。包 钢炼 钢厂 1 9 9 6年建 第一 座大方 坯连铸机时，扇形段采用的是干油润滑，虽然维护精 心 ，但仍不能很好地提高扇形段轴承的使用寿命 ，平 均使用周期为 0 ． 5个月 ，扇形段下线后必须解体清洗 轴承，限制了连铸机的生产。2 0 0 6年包钢炼钢厂采 用油气润滑技术对 5 连铸 机的润 滑系统进行 了改造 ， 在 2 0 0 7年投产初期对油气润滑中存在的问题进行了 分析改造 ，达到了预期的 目的。 3 ． 1 铸造机油气润滑存在 的问题 5 连造铸机二冷室内油气润 滑不仅 环境恶劣而且 润滑点数较多 ，大约有 1 1 5 2个润滑点 。由于管接头 密封形式设计 的不合理导致系统泄漏点多。在 多流方 坯连铸机上管路漏气 、漏油 ，系统就无 法建立 足够 的 压力 ，造成各流 的输送压力不足 ，润滑油无法 到达润 滑点，影响润滑效果。当铸机不能停机时，只能最大 限度地调整系统压力 ，润滑脂流失较为严重。 根据润滑点数，理论上每 日消耗的润滑脂大约是 5 6 L ，实际上每天加油5 4 0 7 2 0 L ，消耗合计 1 3 7 7 0～ 1 8 3 6 0元。虽然润滑脂的消耗很高，但是扇形段解体 后发现轴承润滑欠缺 ，润滑效果不好 ，生锈较为普 遍 ，扇形段辊子不转较多 ，每次停浇至少有五六 十个 辊子不转 ，使得铸坯表面产生划痕，对铸坯质量影响 很大。包钢 5 连铸机主要是以生产重轨为主，坯子 质量要求较高 ，因此必须改造润滑系统，以提高产品 质量 。 2 0 0 9年第 1期 杨福拴等油气润滑技术在大方坯连铸机二冷室的应用 1 0 3 3 ． 2油气润滑 系统的改造 投产初期由于润滑系统存在设计缺陷，管理和维 护跟不上，使得辊子润滑不好 ，导致铸坯产生划痕影 响铸坯表面质量 ，因此对 润滑系统进行 了以下改进 1 对油气润滑系统的管路进行 了改造 ，实现 分流、分段控制。任一点的泄漏不会影响其它地方， 待铸机停机后，有针对性地进行检修。 2 混合器到润滑主管的油管、风管接头密封 改为锥面密封。因为平面 “ 0 ”形圈密封效果不好， 而且材料耐高温性差 ，泄漏较多，导致油耗较高。 3 将气源介质 由压缩空气改为氮气。由于压 缩空气压力低且不稳定 ，系统不清洁，污染混合器。 将气源改为氮气，系统增设过滤装置，不仅提高了清 洁度等级，而且压力稳定并有大幅提高，达到 0 ． 4～ 0 ． 6 MP a ，符合油气润滑系统使用要求。工作中密切 关注氮气工作压力，因为油气润滑系统的气体作为润 滑油脂的载体，不仅能输送润滑油，而且对润滑点也 起冷却、清洁作用，是非常重要的一个环节。 4 根 据现 场实 际情况 ，优 化 了油 气 润滑保 压 时间和间隔时间，争取用最经济的油耗使轴承取得最 好的润滑效果 。理论 上轴 承所 需 润滑 脂 为 1 ． 5～2 ． 0 m L ／ h ，但是根据实际经验 ，连铸机扇形段工况复杂， 不能按照普通轴承考虑，因此作者根据情况制定了较 为合理的给油时间和给油量。 5 提高线下设备检修质量 ，集中力量处理二 冷室油气润滑泄漏。线下另建一套油气润滑打压系 统，对线下维修扇形段，振动台备品进行打压，保证 备品质量合格 ；利 用一切铸机停浇机会处理二冷室的 漏点 ，将可控漏油降至最低。 4 结束语 包钢炼钢厂通过对 5 连铸机油气润滑系统的改 造 ，大大降低了油气润滑系统故障次数及泄漏量，也 不同程度提高了相关设备的使用寿命。现在油气润滑 油耗由过去 的每天 5 4 0～ 7 2 0 L降到每天不到 1 3 0 L ； 因为润滑不好而下线的扇形段也明显减少，扇形段的 使用寿命也提高到了6个月。而且油气润滑系统运转 平稳，故障率极低，铸坯质量也大大提高。 参考文献 【 1 】阎通海，何立东．气液两相流体冷却润滑技术及其应用 [ M] ．哈尔滨 哈尔滨工程大学出版社 ，1 9 9 5 ． 【 2 】杨和中，刘厚飞．气液两相流体冷却润滑技术油气润 滑 『 J ] ．液压 与气 动 ．2 0 0 4 2 7 37 4 ． 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密封 ， 2 0 0 4 3 1 4 ． Wa n g Yu mi n g ，Y a n g H u i x i a ，J i a n g Na n ．F l u i d s e a l s t e c h n o l o gy [ J ] ．H y d r a t d i c s P n e u m a t i c s＆S e al s ，2 0 0 4 3 1 4． 上接第 1 0 0页解决了目前瓦楞单面机液压油缸系统 在特殊环境中长时间运行存在的泄漏漏问题。经过长时 间的生产运行证明，经过改进的油缸密封结构耐高压、 高速，温度适应范围大，使用寿命增加 3 倍以上。 参考文献 【 1 】何春霞，康丽霞．聚四氟乙烯及其石墨填充复合材料的摩 擦磨损特性 [ J ] ．工程塑料应用 ， 2 0 0 1 ， 2 9 3 1 3 ． He Ch u n x i a，Ka n g L i x i a ． Fric t i o n a n d we a r p r o p e r tie s o f PT - F E a n d I t s G r a p h i t e F i ll e d C o m p o s i t e [ J ] ．E n g i n e e ri n g Ha s t i e s A p p l i c a t i o n， 2 0 0 1 ，2 9 3 13 ． 【 2 】牛曙光．单体液压 支柱密封 的研究 [ J ] ．润滑 与密封 ， 2 0 0 6 6 1 7 91 8 0 ． Hu S h u g u a n g ．Re s e a r c h o n the S e al o f S i n g l e B o d y Hu i d Pr e s s u r e P i ll ar [ J ] ．L u b ri c a ti o n E n g i n e e ri n g ， 2 0 0 6 6 1 7 9 1 8 0 ． 【 3 】乔红斌，郭强．高分子固体润滑耐磨涂层研究进展 [ J ] ． 机械工程材料 ， 2 0 0 4 ，2 8 2 1 3 ． Q i a o H o n g b i n ，G u o Q i ang ．R e s e a r c h P r o g r e s s o f S o l i d L u b 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