矿渣立磨磨辊轴承故障分析及维修探讨

石建国

（徐州工程学院，江苏徐州 221000）

0 引言

磨辊装置是矿渣立磨不可缺少的重要部件，它的运行质量直接关系到立磨设备维修管控成本。一旦磨辊轴承发生故障，立磨系统整体将处于停滞状态，不仅维修时间长、耗费资源大，而且产生的修理费用高。

矿渣立磨磨辊轴承运行于高温、重压、冲击、重载的复杂工况环境下，磨辊外部还有高粉尘等更加恶劣的状况，在这种工况条件下正常使用好磨辊轴承，科学有效保障甚至延长其使用寿命是企业不断追求的目标。因此，针对其运行过程中出现的故障进行深入分析总结，采取适宜的预防措施，显得尤为重要。

1 46.4型矿渣立磨磨辊及其轴承故障现象

1.1 矿渣立磨磨辊参数配置

某水泥有限公司有两条完整的合计年产120 万吨矿渣粉磨生产线，其立磨配置的产品型号为JLMSK1-46.4，磨盘直径为4600 mm，磨辊中径为2240 mm，配置4 个大小和重量相同的磨辊，均匀分布于磨内，单辊压力为1600 kN。其磨辊总成如图1 所示。

图1 矿渣立磨磨辊总成

1.2 矿粉立磨磨辊轴承故障初步判断方法

JLMSK1-46.4 矿渣立磨磨辊采用了双列圆锥滚子轴承（370692HC）和圆柱滚子轴承（NU2292MA）组合配置方式。圆锥滚子轴承作为固定端，承受来自辊套的轴向工作推力及径向工作压力，圆柱滚子轴承作为浮动端，只承受径向工作压力，不承受任何径向工作推力[1]。

立磨自2016 年8 月投产以来，1#立磨的2#、3#、4#磨辊轴承和2#立磨的1#、3#磨辊轴承陆续出现故障，故障现象也不尽相同。1#立磨的3#磨辊和2#立磨的1#、3#磨辊均表现为润滑油站油位下降较快，从油位标尺可以直观看到，油位平均每天下降为3 cm 左右，可初步判断为磨辊密封存在问题。经停机打开磨门检查发现，磨辊尾部确实存在明显漏油现象，同时检查和清洗立磨磨辊润滑油站过滤器滤芯时，发现粘附一定量的金属碎屑和细碎金属颗粒，判断为磨辊轴承异常。经拆卸后的故障轴承实物如图2、图3 所示。

1#立磨的2#磨辊表现为手动盘车困难，磨辊油站回油温度居高不下，最高可达70 ℃以上，但立磨运行期间，主电机电流、振动趋势并未呈现异常现象，润滑油站也未出现油位下降趋势，磨辊油站过滤器上粘有片状金属碎屑，初步判断为磨辊轴承异常。

2#立磨的4#磨辊日常运行无异常，油站回油温度正常，磨辊不存在漏油现象，磨辊本体盘车灵活，但清洗回油过滤器滤芯时，发现上面仍然存在少量金属碎屑，在检修淡季主动进行了磨辊的维护保养，经拆解发现双列圆锥滚子轴承部分滚动体已出现破损，必须进行更换。上述磨辊轴承经解体后的故障现象与图2、图3 类似，但轴承的损坏程度略有不同。

图2 矿渣立磨磨辊圆锥滚子轴承

图3 矿渣立磨磨辊圆柱滚子轴承

2 磨辊轴承故障及原因分析

2.1 矿渣立磨磨辊轴承故障现象

因生产需求，对1#立磨3#辊轴承实施了现场在线维修更换，但使用时间不足半年，仍然出现上述故障，即更换完毕的轴承快速失效。磨辊全部解体后，发现两盘轴承均存在不同程度的损坏，主要现象如下：①双列圆锥滚子轴承滚动体部分掉块，有的部位存在明显硬伤，滚动体表面点蚀严重，轴承外圈碳化发黑，出现大量金属碎屑，保持架变形严重，个别滚动体已脱离保持架；②圆柱轴承表面点蚀非常严重，部分滚动体破裂。

2.2 矿渣立磨磨辊轴承故障原因分析

经综合诊断，对JLMSK1-46.4 矿渣立磨磨辊轴承故障给出如下分析：

（1）从生产运行工况来考虑问题。公司矿渣立磨4 个磨辊重量、规模完全相同，自由选用1#和3#辊作为主动辊研磨做功，压力加载范围达10～11.5 MPa 进行物料研磨，2#和4#辊为辅助辊，用来辅助主动辊来摊平磨内物料，使物料分布均匀，其压力加载范围控制在5～7 MPa。磨主机运行电流在150～170 A 左右无异常，立磨振动值一般控制在水平1.2～2 mm/s、垂直1.5～2 mm/s，有时因物料、热风温度或水分等原因偶尔出现短暂振停，振停上限值控制在6 mm/s。从轴承损伤部位来看，磨辊研磨做功部位损坏最为严重，滚动体等呈现不同程度硬伤，说明轴承受力严重，暂排除轴承（一般磨辊轴承选用知名品牌进口轴承或国产轴承，正常使用寿命至少可达50 000 h）本身质量问题，可见操作运行过程中的振动会对磨辊轴承产生极大伤害，频繁振动则伤害更大。

（2）对磨辊润滑因素的分析。原润滑油品选用的L-CKD220矿物质工业齿轮油，从润滑油温实验曲线可以看出，随着温度升高，润滑粘度呈现逐渐下降趋势，轴承长期处于高压力重负荷作用下，表面无法形成良好油膜，润滑效果变差，经长时间冲击性负荷的不断作用，轴承容易产生疲劳性损伤。从磨辊油站润滑油的颜色变化可以发现端倪。润滑油从最初加入时的清亮颜色，几个月后就变成深灰色，有时甚至变成浅黑色，说明此时润滑油已接近失效。

（3）轴承与主轴的间隙配合及正确装配问题，也是维修过程中特别关键的环节。公司1#磨3#辊轴承短时间产生了两次维修更换，在维修过程中省略了一个重要环节，对磨辊主轴负荷端处位置的磨损及弯曲度状态检测和处理，即主轴与轴承的间隙配合是否在标准范围之内，轴承轴向游隙数据精确化调整，这对于在线维修的环境来说是无法实现精准处理的。

（4）密封失效也会导致轴承损坏。检查磨辊尾部有明显漏油痕迹，有时可能为磨辊密封失效后，杂质和砂砾进入轴承内部导致油膜遭到破坏后研磨失效。JLMSK1-46.4 立磨磨辊密封由两部分组成，最外部为环状丁晴橡胶密封圈，用于防止外部灰尘、杂物进入而损坏轴承的第一道防线；第二部分为SKF 唇形氟橡胶骨架密封圈组合而成，由一组3 个构成，规格型号为HDS2 510×560×25 的（1 个）和HDS3 510×560×25×35 的（2 个）对接组合。密封轴承处采用的是密封风的形式，即用密封风机鼓风，用一定量压力和流量的压缩空气来防止磨腔内的粉尘进入轴承润滑油内部。要求密封风机压力必须持续均匀稳定，每个磨辊对应一个进风点，而且要求进入的流动空气必须是洁净的，因此定期清理密封风机入口的过滤网非常重要，防止粉尘倒灌进入轴承密封，否则也会导致磨辊轴承损坏。

3 维修及改进方案

针对上述造成磨辊轴承损坏的种种因素，结合专业维修厂家的建议，采取如下改进措施。

3.1 限压减振稳料层，技术改造控联锁

由于原料矿渣质量参差不齐，而要求成品合格率必须达到100%，需通过调整磨辊压力等手段来实现，当磨辊加载压力至11.5 MPa 时，较小的内外部因素（热风温度变化、料层、磨内压差等）波动，都有可能导致立磨迅速振停。为进一步均匀布料，稳定料面，将原磨内洒水装置进行改造，使其喷水均匀有效，并增加了磨外混料皮带物料自动化喷雾装置，可同时实现磨内外喷水调整，可供操作员择机调整适宜的料层厚度；同时通过技术改造，将侧入料螺旋铰刀入磨下料位置变更，使之尽可能在磨盘中心位置落料，减少物料堆积并使之布料均匀，容易形成稳定料层，使磨辊做功动态平稳，从而保证磨辊轴承的稳定运转。

下调1#和3#主动辊加载压力上限，由原来的11.5 MPa 降至10.5 MPa，上调2#和4#辅助辊的加载压力，由原来的5 MPa提升至6.5 MPa。

时刻关注立磨在线振动监测各元素趋势，严格限定水平和垂直振动保护数值，将其纳入自动化DCS 中控联锁系统管理之中，要求无论水平或垂直方位的振动数据达到4 mm/s 时，延时2 s 报警，达到6 mm/s 时，延时1 s 立磨跳停。

3.2 油品质量需保障，油膜形成是关键

经与设备生产厂家和轴承维修厂家充分交流，将原磨辊润滑油站的油全部排出，对油箱内部用面团反复粘接清除金属碎屑或杂物，清理清洗磨辊油路管道，确保内部清洁、通畅。再将原来的L-CKD220 工业齿轮矿物质油更换为品质和级别更高的L-CKD320 重负荷闭式工业齿轮全合成油，使油品等级和油品质量均得以提升，更有利于后续磨辊运行轴承润滑油膜的形成[2]。

适量调整供油油量和油压，以现场不漏油为根本原则，一般供油公称压力可调至0.3～0.4 MPa，磨辊供油公称流量可达45～55 L/min。通过增加油量，尽可能降低磨辊内轴承温度。磨辊正常工作时，一般控制回油温度在45～60 ℃，与中控DCS 自动化系统形成联锁，设置为70 ℃报警、80 ℃停机。

3.3 轴承更换需检测，游隙控制最重要

一般来说，对于矿渣立磨圆锥滚子轴承，安装轴向游隙控制在-0.10～-0.15 mm 为宜，轮毂温度控制在110 ℃左右，轴承内圈温度控制在85～90 ℃，轴承工作游隙达0.10 mm 左右。经实践维修发现，与轴承相配套的轮毂内径和轴的尺寸公差以及辊套温度控制因素，很难达到标准和理想状态。针对该情况，结合维修厂家的建议，对后续再次维修装配的轴承，为最大限度延长轴承的使用寿命，创造性的变更了一个重要控制数据，即对于公司立磨磨辊轴承（配套国产知名品牌）的轴向游隙，由原来的控制范围0.05～0.15 mm 变更为0～0.05 mm，最大限度向0 趋势靠拢。在生产设备现场简单在线装配更换轴承是无法达到这一精准数据的，这需要在专业装配维修车间离线精细化维修，对主轴和轴承反复研磨配合方可实现。同时，由于轴向游隙变化，在首次生产升温开磨前，操作必须要循序渐进，即升温幅度不宜过快，突变升温和紧急开磨，非常容易使磨辊抱死，最终导致事半功倍。

磨辊主轴也由专业维修厂家上机床反复检测，确认3#辊主轴与轴承接触重载做功部位弯曲程度达2～3 mm，在该种情况下继续安装标准新轴承，对轴承使用寿命必然产生较大影响。为彻底解决此问题，由专业维修厂家对主轴进行激光熔覆修复技术处理，修复矫正完毕的主轴与新轴承即可进行配套安装，这样从硬件因素上保障了回装质量。

3.4 密封失效轴承伤，定期巡检很重要

对于JLMSK1-46.4 立磨磨辊油站巡检非常关键，从油箱标尺油位变化情况可以非常直观发现磨辊是否存在漏油现象，停磨后打开磨门，对磨辊进行巡检观察是很有必要的；同时定期对油站过滤器滤芯进行检查、清洗和更换，观察滤芯是否粘有金属碎屑是初步判断磨辊轴承正常与否的基本依据。

每一个辊对应的密封压力必须与中控联锁，禁止随意解锁，若发现密封压力异常，需停机彻底检查，故障排除后方可开磨运行。

对2#磨1#磨辊检修解体时，发现最外部的防尘环状丁晴橡胶密封圈已损坏，3 个唇形密封有一个破损，另外2 个基本正常，因此才会发生磨辊漏油现象。

4 结论及建议

经上述深入技术改造及维修，公司LMSK1-46.4 立磨磨辊运行状况良好，有效解决了原磨辊轴承短期失效问题，离线更换完毕的轴承运行温度正常，润滑油位稳定充足，无泄漏，油膜形成良好，润滑油站回油温度均在45 ℃左右，比维修处理前温度还低10～15 ℃，截至目前，已经连续运行1 年多，前期频繁出现的轴承损坏的故障现象暂未出现。

尚未解决的问题：如何从工艺操作角度，在保证出磨矿粉成品比表面积合格率达100%的前提下，根据不同原料质量差异，进一步大幅度降低主动辊的加载压力，是公司从不同方向一直在持续追求的目标，但该问题目前尚未完全解决。由于加载压力的不断降低，可更进一步降低磨辊轴承损坏的概率，更有效地延长备件使用寿命，节约维修资金。

由此可见，通过不断进行技术改进与创新，针对设备出现的各种故障现象，由表及里深入透彻分析，采取有效措施从根本上解决出现的问题，可以有效提高设备的可靠性和运转率，降低生产及维修成本，为企业高效稳定生产做出贡献。