1. 摘要

本文針對鋼廠連鑄線高溫、重載、水淋的苛刻軸承潤滑條件開展對適應(yīng)性潤滑脂產(chǎn)品的研究。包含了從產(chǎn)品立項(xiàng)到實(shí)驗(yàn)室開發(fā)與評定篩選，現(xiàn)場試用與實(shí)際性能表現(xiàn)總結(jié)的全過程。其中重點(diǎn)討論了嘉實(shí)多最近采用先進(jìn)潤滑脂技術(shù)在這一典型應(yīng)用方面取得的新成果。

2. 背景

鋼鐵以其資源豐富、成本低廉、性能優(yōu)越、可循環(huán)利用等優(yōu)勢；不論是歷史上，還是今后很長時間內(nèi)都是人們應(yīng)用最廣泛的金屬材料。在目前全球鋼鐵產(chǎn)業(yè)中，我國鋼產(chǎn)量占世界一半以上，并且是中國制造業(yè)中最具競爭力的門類之一。中國鋼鐵產(chǎn)業(yè)發(fā)展的時代主題正逐步經(jīng)歷由“減量、調(diào)整”到“創(chuàng)新發(fā)展”的變化，“節(jié)能、減排”和“降本、增效”并舉正是其中的應(yīng)有之意；而“嘉實(shí)多”以新的潤滑技術(shù)為抓手，從總成本的角度進(jìn)行優(yōu)化正是在這一背景下提出來的。

3. 項(xiàng)目來源

在典型的鋼鐵連鑄線生產(chǎn)過程中，鋼水從鋼包中流出經(jīng)中間包，引錠裝置，結(jié)晶器后進(jìn)入連鑄機(jī)的扇形段。連鑄機(jī)的鋼坯托輥與熾熱的鑄鋼直接接觸，托輥內(nèi)部通常用工藝水冷卻。托輥的兩側(cè)用軸承支撐，也同樣用工藝水冷卻。連續(xù)生產(chǎn)的鋼坯通過噴水冷卻，以保持其液芯長度（metallurgical length，指由結(jié)晶器內(nèi)鋼液面至液芯全部消失之終點(diǎn)處的距離）。經(jīng)過連鑄機(jī)之后，鋼坯托輥及托輥軸承在輸出輥道中直接經(jīng)工藝水冷卻；在這個階段，鋼坯溫度仍可達(dá)800°C。在某些極端情況下，例如因工藝水冷系統(tǒng)發(fā)生故障不能及時給托輥和其軸承降溫，就會導(dǎo)致這些部件溫度迅速上升；性能不佳的潤滑脂會產(chǎn)生硬化，堵塞自動潤滑系統(tǒng)的輸送管線甚至導(dǎo)致運(yùn)動部件卡死。其導(dǎo)致的直接后果之一是影響成品質(zhì)量：由于鋼坯在連鑄階段相對柔軟并具有延展性，托輥卡死可能導(dǎo)致鋼坯表面損傷而無法在后續(xù)的制造過程中予以完全修復(fù)。另一個可能的后果是維修成本增加，潛在的影響包括影響軸承和托輥的壽命甚至是與修復(fù)自動潤滑系統(tǒng)相關(guān)的費(fèi)用，如更換堵塞的潤滑脂分配管線以及相應(yīng)的人工。

到目前為止，鋼鐵行業(yè)最常用的潤滑脂為復(fù)合鋁基、復(fù)合鋰基或磺酸鈣基的潤滑脂。[參考文獻(xiàn)1、2、3、4、5] 對鋼廠及其使用的典型潤滑脂及應(yīng)用條件進(jìn)行了全面的論述。對磺酸鈣基脂在多水應(yīng)用條件下的優(yōu)勢，2013年行業(yè)內(nèi)有一系列的論文進(jìn)行了系統(tǒng)性的闡述：

參考文獻(xiàn)[6] 磺酸鈣基脂是近期增長最快的潤滑脂，主要原因是在存在大量的水的情況下它的特性也不會改變。

參考文獻(xiàn)[7] 從潤滑脂的微觀結(jié)構(gòu)到生產(chǎn)流程強(qiáng)調(diào)了磺酸鈣基脂與其它不同類型的稠化劑稠化的潤滑脂的差異。

參考文獻(xiàn)[8] 研究了水對各種類型增稠體系的影響，并通過系列試驗(yàn)針對不同基礎(chǔ)油調(diào)和的潤滑脂產(chǎn)品的系列特征進(jìn)行了評估。其重點(diǎn)是，在高負(fù)荷和高溫應(yīng)用條件下，磺酸鈣基脂擁有比其它稠化體系的潤滑脂有優(yōu)勢。

參考文獻(xiàn)[9] 概述了系列先進(jìn)的增稠體系對軸承使用壽命的影響。

4. 產(chǎn)品開發(fā)階段

根據(jù)嘉實(shí)多的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)并與部分最終用戶和設(shè)備制造商協(xié)商后，選擇了以下產(chǎn)品預(yù)定性能目標(biāo)指標(biāo)（表1）：

表1：初始設(shè)定的產(chǎn)品性能規(guī)格

商用產(chǎn)品評估：

對使用不同增稠劑體系的九個商用產(chǎn)品進(jìn)行了一系列試驗(yàn)，包括抗水洗試驗(yàn)、抗水淋性試驗(yàn)、使用工藝用水的滾軋穩(wěn)定性試驗(yàn)和防銹性試驗(yàn)。方案中充分考慮了不同類型的工藝用水對潤滑脂性能可能的潛在影響。試驗(yàn)結(jié)果如下圖1、圖2和圖3所示：

CAP1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9：商用產(chǎn)品1、2、3、4、5、6、7、8、9

P5606：產(chǎn)品開發(fā)原型

圖1、2和3顯示了工藝用水對每個產(chǎn)品的影響。初始規(guī)格規(guī)定了一些限制，表2展示了更嚴(yán)格的規(guī)格限制條件。

圖1：商用產(chǎn)品的耐水噴射試驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖2：商用產(chǎn)品的抗水洗試驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖3：商用產(chǎn)品的潮濕滾軋穩(wěn)定性試驗(yàn)數(shù)據(jù)：

最終規(guī)格指標(biāo)：

根據(jù)上面得出的數(shù)據(jù)，建立一個具有耐水和防銹性的原型潤滑脂規(guī)格指標(biāo)。表2列出了相關(guān)數(shù)據(jù)以及該原型獲得的數(shù)據(jù)：

表2：最終規(guī)格要求和原型產(chǎn)品特性

上述結(jié)果表明原型產(chǎn)品P5606滿足所有預(yù)設(shè)的性能要求，產(chǎn)品具有突出的承載能力、耐磨性、耐水性、機(jī)械穩(wěn)定性和防銹性。

5. 現(xiàn)場試驗(yàn)

基于在實(shí)驗(yàn)室取得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，嘉實(shí)多在接下來的時間里在某鋼廠的六鏈方坯連鑄機(jī)上進(jìn)行了12個月（一個設(shè)備保養(yǎng)周期）的試驗(yàn)。試用的潤滑點(diǎn)廣泛的涵蓋了結(jié)晶器、矯直段、水平段至鑄坯切割裝置至冷卻床，舉升設(shè)備，冷卻床，行走設(shè)備等。這是一款多功能的潤滑脂，為使用單位提供了足夠的靈活性，顯著避免了由于加錯產(chǎn)品而存在的潛在風(fēng)險。嘉實(shí)多同最終使用單位一道制訂了產(chǎn)品的更換計(jì)劃并全程參與了油品更換的過程；期間嚴(yán)格按照雙方達(dá)成一致的變更管理的計(jì)劃實(shí)施（Management of Change）。

圖4：運(yùn)行12個月后軸承的狀態(tài)（清洗潤滑脂前，沒有水解的跡象）- 典型軸承狀態(tài)（12個月后，正常使用，清洗潤滑脂后）- 軸承狀態(tài)（12個月后，高溫使用，清洗潤滑脂后）*

*高溫運(yùn)行的軸承上可看到黃銅籠的變色，但是所有滾軸仍可以自由旋轉(zhuǎn)，測量間隙發(fā)現(xiàn)在最終用戶定義的可接受范圍內(nèi)。軸承元件上未發(fā)現(xiàn)劃痕，潤滑脂也未形成硬化沉積物。

產(chǎn)品實(shí)際表現(xiàn)

經(jīng)過12個月的現(xiàn)場實(shí)際使用后，嘉實(shí)多與使用單位一道從潤滑脂產(chǎn)品消耗，應(yīng)對冷卻水故障能力，軸承壽命和操作人員對比反饋四個方面對原型產(chǎn)品的實(shí)際表現(xiàn)進(jìn)行了總結(jié)，如下：

潤滑脂產(chǎn)品消耗顯著減少：

使用實(shí)驗(yàn)室獲得的嘉實(shí)多新潤滑脂產(chǎn)品與原用產(chǎn)品的性能數(shù)據(jù)對比后得出，該產(chǎn)品預(yù)期可減少50%的潤滑脂消耗量；并且還有潛力進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，但是使用單位考慮到目前在用的集中潤滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)欠靈活，決定再進(jìn)行系統(tǒng)大修前僅將在潤滑脂消耗量降低設(shè)定為原用量的50%，主要是考慮到為確保關(guān)鍵部件的運(yùn)行提供一定的工程裕量。由于使用嘉實(shí)多產(chǎn)品不再需要通過自動潤滑系統(tǒng)泵送過量的潤滑脂，因此，由于潤滑脂堵塞分布管道造成軸承缺油的風(fēng)險也大大降低了。通過圖4可以發(fā)現(xiàn)，即使?jié)櫥募幼⒘棵黠@降低了，但是12個月后軸承內(nèi)仍然有大量的潤滑脂。這表明了該產(chǎn)品具有良好的機(jī)械穩(wěn)定性、高的耐水性和極好的粘附性。

設(shè)備操作者的反饋：

就嘉實(shí)多在相似應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)而言，一線操作工的直觀反饋對于規(guī)避曾經(jīng)出現(xiàn)過的問題以及及時取得第一手資料而言都非常有幫助。在步進(jìn)梁區(qū)域，過去軸心采用平軸承，噪音很大。這是由于在高溫和低速的情況下（苛刻的潤滑工況），金屬與金屬之間發(fā)生了直接接觸，即潤滑失效。使用該嘉實(shí)多原型產(chǎn)品后，噪音消失了。軸承運(yùn)行了12個月后，嘉實(shí)多與使用單位一道對軸承進(jìn)行了拆解并最終認(rèn)定，正是由于使用了該新型潤滑脂阻止了這些關(guān)鍵部件的軸承損壞（試用期間并未對任何組件進(jìn)行過更換）。

耐高溫性能：

試用期期間，曾經(jīng)發(fā)生過兩次連鑄機(jī)托輥軸承內(nèi)部冷卻管線故障；這將直接導(dǎo)致對托輥軸承的冷卻失效。對于利用柔性管道輸送介質(zhì)的工況來說，這種情況時有發(fā)生；故障發(fā)生時軸承溫度將迅速上升，并引起軸承過度磨損。這會導(dǎo)致生產(chǎn)出的鋼坯發(fā)生質(zhì)量問題，這是由于此時鋼坯較軟；而在托輥不能正常滾動的情況下，鋼坯的表面將不得不從托輥的表面劃過（而不是滾過）；相對于滾過而言，滑過將不可避免地影響鋼坯的表面光潔度。

此外，附近的軸承座和潤滑脂分布管線也會受到高溫的影響；性能不佳的潤滑脂在高溫下可能形成硬化的沉積物，需要頻繁更換潤滑脂分布管線和軸承座甚至是軸承本身。

使用嘉實(shí)多新型潤滑脂進(jìn)行試驗(yàn)的過程中，最終用戶記錄到在24和48小時之間滾軸的冷卻水供應(yīng)發(fā)生故障。因?yàn)楫?dāng)時不可能停產(chǎn)進(jìn)行設(shè)備檢修，所以在應(yīng)急修復(fù)并重啟冷卻水系統(tǒng)之后，對應(yīng)的受損軸承仍舊需要繼續(xù)使用。而當(dāng)時對鑄件質(zhì)量的分析表明，并沒有發(fā)現(xiàn)質(zhì)量缺陷。而在接下來的設(shè)備維修期到來時，維修人員將軸承從軸承座中取出并更換；但是，令維修人員感到意外的是：進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)這些軸承仍然可以繼續(xù)使用。此外，不需要更換潤滑脂分布關(guān)系，并且軸承座內(nèi)的潤滑脂仍然可以流動；也就是說：即使經(jīng)歷了冷卻水故障，相較于之前使用的潤滑脂，嘉實(shí)多的新型產(chǎn)品大大減少了維修時間。

軸承使用壽命：

嘉實(shí)多與最終用戶共同檢查所選的典型軸承，而剩下的軸承由用戶的維護(hù)團(tuán)隊(duì)自己進(jìn)行檢查。結(jié)果表明，所有軸承的磨損水平都在規(guī)定的可接受范圍內(nèi)，可以繼續(xù)使用。

按照使用單位的慣例，作為設(shè)備檢修計(jì)劃的一部分，連鑄機(jī)軸承每三年更換一次，以避免意外停機(jī)的發(fā)生。然而接下來的使用效果表明，在使用嘉實(shí)多的新型潤滑脂后使用三年后的軸承仍然可以繼續(xù)使用，顯著減少整個連鑄機(jī)的軸承更換成本。雙方均認(rèn)為在接下來12個月的例行設(shè)備保養(yǎng)周期內(nèi)，這些已經(jīng)使用三年的軸承沒有必要更換。

即使考慮僅延長25%的壽命（從目前的3年到今后的4年），當(dāng)軸承成本超過500歐元/件時，備件節(jié)省下的費(fèi)用也很可觀，而且最終用戶相信軸承使用壽命會更長。這一價值判斷，在2015年中期已經(jīng)得到證實(shí)。并且經(jīng)過拆解的所有軸承均未發(fā)現(xiàn)有著色或腐蝕，這一點(diǎn)表明該潤滑脂具有很好的防銹性能，能夠抵御工藝用水的腐蝕。

6. 結(jié)論

經(jīng)過系列實(shí)用后該新型產(chǎn)品被最終命名為MolubAlloy 6080.

通過該產(chǎn)品的開發(fā)過程確認(rèn)了相關(guān)關(guān)鍵控制參數(shù)的有效性和必要性，并對某些控制指標(biāo)范圍適當(dāng)從嚴(yán)控制。

選擇連鑄機(jī)進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)；通過試驗(yàn)可知，試驗(yàn)新型產(chǎn)品可用于苛刻潤滑工況的潤滑點(diǎn)，此處主要是高溫、高水、重載、低速。

經(jīng)過12個月的試用后，最終用戶對產(chǎn)品性能進(jìn)行了評估，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品具有以下優(yōu)點(diǎn)：

• 降低潤滑脂消耗量50%

• 使用后的潤滑脂與新產(chǎn)品具有一致的流動性

• 軸承沒有出現(xiàn)腐蝕或表面著色的跡象

• 軸承磨損公差在規(guī)定的范圍內(nèi)

• 軸承壽命從三年延長至四年，甚至更長

除上面列出的幾點(diǎn)外，另外在高溫時潤滑脂也未堵塞管道，這大大有助于減少相關(guān)的維護(hù)工作。

參考文獻(xiàn)

1、C. White. 潤滑，第77卷第1頁，1991

2、美國潤滑脂協(xié)會《潤滑脂指南》，第二版，1989

3、A.E. Cichelli，煉鋼廠潤滑脂評估，美國潤滑脂協(xié)會發(fā)言人，1973年8月

4、A.E. Cichelli，鋼廠軸頸軸承的潤滑脂潤滑，美國潤滑脂協(xié)會發(fā)言人，1980年4月

5、Schlobohm Sr., H. Faci, B. Cisler, 鋼廠潤滑脂：評估和分析，美國潤滑脂協(xié)會第71屆年會提出，加利福尼亞州達(dá)納點(diǎn)，2004年

6、Gareth Fish, William C. Ward, 磺酸鈣解決方案-解決多水條件下應(yīng)用問題的答案，歐洲潤滑脂協(xié)會第25屆年會提出，阿姆斯特丹，2013年4月20日-23日

7、David Autier等. 磺酸鈣潤滑脂. 耐水問題解決方案，歐洲潤滑脂協(xié)會第25屆年會提出，阿姆斯特丹，2013年4月20日-23日

8、Johan Leckner. 水+潤滑脂：致命的吸引力，歐洲潤滑脂協(xié)會第25屆年會提出，阿姆斯特丹，2013年4月20日-23日

9、Hocine Faci, John Haspert, 水對潤滑脂性能的影響和密封軸承的潤滑，美國潤滑脂協(xié)會第80屆年會提出，亞利桑那州圖森市，2013年6月15日-18日.

（飛利浦.布克 周煒）

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