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作者：肖士伟；于庆民；阎玉刚；张瑜；刘新强
（张店钢铁总厂，山东淄博255007）
摘 要：张钢棒材厂加热炉采用热钢坯（约600 ℃）入炉方式，在长期高温条件下，辊道支撑处普通滑动轴承磨损严重，影响了生产。张钢改用WF系列高温耐磨自润滑轴承，该轴承具有承载能力高、摩擦系数低、使用寿命长、耐磨损以及不损伤对偶磨件等优点，可满足加热炉出入炉辊道的传动要求和环境要求，每年增加产量2160t。
关键词：加热炉；输送轨道；高温耐磨自润滑轴承；固体润滑；摩擦系数
1 前言
张钢轧钢厂所采用的加热炉为双蓄热步进梁式加热炉，由于在生产中采用了热送热装工艺（钢坯600 ℃以上）入炉方式，所以导致炉前炉后辊道和周边设备所处环境温度较高。原设计出入炉辊道支撑处采用普通滚动轴承，在长期高温条件下，轴承加注的润滑脂中的基础油会变稀和逐渐被蒸发，剩下的碳渣、二硫化钼、灰尘混合成固体块状凝固在轴承内壁上，不但失去其润滑作用，还阻碍轴承的正常运转且很快磨损，影响正常生产。为了满足承受载荷高、润滑困难或不能润滑、高温下工作等苛刻工况条件的需求，引进应用了WF系列高温耐磨自润滑轴承。
2 WF系列高温耐磨自润滑轴承的特点
2.1 高温耐磨自润滑轴承原理
自润滑轴承是在金属基体上均匀地镶入固体润滑剂，可实现不需加油的自润滑，适用于为避免污染而不能加油或处于封闭性结构内而不易加油的场合；旋转、往复、摇摆运动，频繁启动、制动以及处于水中或腐蚀性液体中难以形成润滑油膜的场合；作业环境恶劣，注油润滑效果难以发挥的场合［1］。张钢轧钢厂为了解决加热炉出入炉辊道机械设备中的高温、低速、重载、灰尘大、水冲淋和有冲击振动的润滑问题，选用WF高温耐磨自润滑轴承。该系列轴承的构造是在轴承基体的金属摩擦面上开发适当的孔穴，并嵌入二硫化钼、石墨等制成复合自润滑块镶嵌在金属套上，固体润滑剂磨擦面积达25%～65%，固体自润滑块能在280 ℃的高温下正常工作。但由于其机械强度低，承载能力弱，易产生变形，把它镶嵌在金属孔槽内便能抑制这种缺点，金属部分起承载作用，自润滑块起润滑作用。自润滑轴承的润滑机理是在轴与套的滑动摩擦过程中，自润滑材料分子的一部分转移到轴的金属表面上，填平微小不平面，并形成了一层较稳定的固体润滑膜，造成固体润滑膜之间对磨，以防止轴与套的粘着磨损。这种结合综合了铜合金与非金属减磨材料的各自互补优点，特别适合于无油、高温、高负载、低速度、防污、防蚀、强辐射环境中的运动幅，以及在水中或其他溶液浸润，而根本无法在加润滑油脂的特殊工况条件下使用。
2.2 高温耐磨自润滑轴承的物理力学性能
抗拉强度300～500MPa；抗压强度≥200MPa；抗弯强度500～1000MPa；冲击力10J；硬度HB=200～380；线速度≥3.5m/s；工作温度≤650 ℃；线膨胀系数为13（20～450 ℃）；摩擦系数，有润滑0.03～0.05，无润滑0.1～0.15。该系列轴承可满足加热炉出入炉辊道的传动要求和环境要求。
2.3 高温耐磨自润滑轴承的类型及适用范围
考虑WF系列高温耐磨自润滑轴承多用于工作环境温度较高，负荷较重，轴间跨距较大的部位，为保证热膨胀状态下自由端的自由伸缩及转动灵活，根据WF系列高温耐磨自润滑轴承多次的物理参数试验及实践应用中的经验总结，将WF系列高温耐磨自润滑轴承分为A、B、C 三种形式。三种形式轴承的适用范围：工作环境温度100～300 ℃，运转线速度≤4m/s，跨距≤600mm，辊道固定端和自由端均可按类型A配对使用；工作环境温度150～350 ℃ ，运行线速度4～6m/s，跨距600～1000mm，自由端选用B型，固定端则选用A型；工作环境温度350～650 ℃，运行线速度6～8m/s，跨距1 000～1300 mm，自由端选用C型，固定端选用B型。张钢根据加热炉周边工作环境温度和热膨胀状态，选用WF高温耐磨自润滑合金轴承，固定端选用A型，自由端选用B型。
2.4 WF系列高温耐磨自润滑轴承的性能优势
1）WF系列高温耐磨自润滑轴承具有承载能力高、摩擦系数低、使用寿命长、耐磨损以及不损伤对偶磨件等优点。对于没有固定润滑材料的普通滑动轴承，干摩擦系数取决于表面粗糙度和材料自身性能，一般为0.2～0.5。WF系列自润滑轴承摩擦系数理论值为0.08～0.13，这是由于固体润滑剂的存在形成了固体润滑膜。但是摩擦系数随压强增大和空气湿度的变化而变化，实际应用过程中摩擦系数在0.15左右。
2）WF系列自润滑轴承采用无油润滑或少油润滑方式，适用于无法加油或很难加油的场所，可在使用时不保养或少保养。有适量的弹塑性，能将应力分布在较宽的接触面上，提高轴承的承载能力。静动摩擦系数相近，能消除低速下的爬行，从而保证机械的工作精度。能使机械减少振动、降低噪音、防止污染，同时改善劳动条件。
3）耐磨性能好，摩擦系数小，使用寿命长。
4）在运转过程中能形成转移膜，起到保护传动轴的作用，无咬轴现象。对于磨轴的硬度要求低，未经调质处理的轴都可使用，从而降低了相关零件的加工难度。
5）薄壁结构，质量轻，可减小机械体积。钢背面可电镀多种金属，可在腐蚀介质中使用；目前已广泛应用于各种机械的滑动部位。
2.5 高温耐磨自润滑轴承的应用领域
利用耐磨材料深加工的各类WF系列自润滑轴承制品，使用范围广泛。高温耐磨自润滑轴承可替代GB/T276—94中的60000型深沟球轴承、60000-Z（2Z）带防尘盖深沟轴承、60000-Z（ZN）外圈带止动槽及单面防尘盖的深沟球轴承，以及60000-RZ（2RZ）带骨架式橡胶密封圈非接触式深沟球轴承等。
3 应用效果
自2009年2月份张钢轧钢厂加热炉出炉辊道轴承改为WF系列高温耐磨自润滑轴承（此位置离炉门最近，环境温度在600 ℃以上），已连续使用7个多月，经测量更换后的轴承，轴与衬套的间隙普遍不超过1mm，预计还可再使用12个月，明显超过原来的普通轴承使用寿命（2个月）。张钢轧钢厂在使用WF系列高温耐磨自润滑轴承前，每两月需对出入炉辊道轴承安排一次计划检修并进行全部轴承更换，这还不能完全避免在正常生产过程中由于高温无法润滑，轴承润滑不及时导致轴承抱死，烧损电机造成的停机现象发生。WF系列高温耐磨自润滑轴承应用后，不但保证了轧制节奏，确保出入钢顺利，还大大减少了加热炉出入炉辊道设备事故的发生。按每次检修定额时间3h 计，每年减少辊道计划检修6次以上，按每小时机时产量120t计算，每年可多增加产量2160t。此外，出、入炉辊道电机的烧损数量也大大减少。
参考文献：
［1］ 成大先.机械设计手册（第2 卷）［M］.4 版.北京：化学工业出版社，2004.
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