Высокотемпературные водостойкие смазки

В статье рассматриваются основные правила выбора пластичных смазок для подшипников рабочих валков прокатных станов. На примере подбора и внедрения смазки TOTAL CERAN HVA продемонстрирована экономическая эффективность применения специальной водостойкой высокотемпературной смазки за счет сокращения простоев оборудования, связанных с техническим обслуживанием и выходом из строя подшипников.
 


Соболь Дмитрий Александрович, к.т.н., руководитель технического отдела
Колесниченко Дмитрий Сергеевич, технический специалист
Корчагин Роман Константинович, технический специалист
ООО «ТОТАЛ ВОСТОК»,
филиал TOTAL LUBRIFIANTS S.A.
 

В наши дни появляется все больше способов повысить производительность промышленного оборудования, применяя современные смазочные материалы. Наработка многих агрегатов, узлов трансмиссий, установок насчитывает десятки лет. Встречаются паровые машины, верно несущие свою службу заводу уже более ста лет. В металлургической промышленности широко распространено оборудование, смонтированное более 30-40 лет назад. Качественное и своевременное обслуживание этих машин позволило продлить их срок эксплуатации, сохранить рабочие характеристики, производительность. Применение высококачественных подшипников рабочих валков клетей, рольгангов прокатных станов заметно сокращает количество простоев оборудования, связанных с ремонтом этих узлов трения. Однако, современные подшипники, изготовленные с высокой точностью, позволяющие повысить интенсивность работы через повышение скорости прокатки и силы обжатия заготовки - нагрузки на рабочие валки, требуют применения соответствующих смазочных материалов. Такие смазки должны повышать износостойкость узла трения, удерживаясь в подшипнике даже при высоких рабочих температурах в присутствии прокатной эмульсии или охлаждающей жидкости, содержащей окалину, постоянно поступающей через уплотнение.

Группы чистовых и черновых клетей являются наиболее ответственными узлами прокатного стана, надежность работы которых напрямую влияет на надежность стана в целом. Повысив надежность подшипников рабочих валков, расширив интервалы между инспекциями опор и подшипников можно значительно сократить затраты на техническое обслуживание и ремонты. Подсчеты показывают, что сокращение простоев оборудования, связанных с обслуживанием, приводит к значительной экономии средств, благодаря повышению объема выпускаемой продукции за то же время (Таблица 1).

Свойства пластичной смазки

Свойства пластичной смазки

Свойства пластичной смазки зависят от трех ее составляющих: базового масла, загустителя, присадок. Базовое масло применяется преимущественно минеральное, его свойств вполне хватает, чтобы обеспечить достаточную по толщине защитную пленку между поверхностями трения. Синтетические масла с высоким индексом вязкости, например полиальфаолефины, а также минеральные масла, полученные процессом гидрокрекинга, используют для повышения свойств пластичной смазки прокачиваться при низких температурах в тех случаях, когда магистрали трубопроводов централизованной системы подвержены воздействию низких или отрицательных температур.

Загуститель пластичной смазки предопределяет ее высокотемпературные свойства, а также работоспособность смазки в различных средах, например воде.  Наиболее универсальным загустителем является 12-гидроксистеарат лития или литиевое мыло. Мыльные загустители – соли высших жирных кислот. В комплексных смазках загустителем является комплексное соединение мыла высшей жирной кислоты с солью (обычно того же катиона) низкомолекулярной органической (или неорганической) кислоты. Повышенными высокотемпературными свойствами (рабочая температура до 160 °С) обладает комплексное литиевое мыло. Однако для решения сложных задач, связанных с обеспечением смазки пар трения при высоких температурах в присутствии воды, требуются особые водостойкие высокотемпературные смазки. При работе в таких условиях хорошо зарекомендовал себя загуститель -  комплекс сульфоната кальция.

Для корректного выбора пластичной смазки необходимо обязательно учитывать условия ее работы, для того чтобы правильно подобрать загуститель и вязкость базового масла. Вязкость базового масла в свою очередь зависит от нагрузки, скорости вращения подшипника, его габаритов.

Стан-2000. Производство горячего проката. Череповецкий металлургический комбинат.
Условия работы клетей черновой группы Стана-2000 можно охарактеризовать как сложные. Подшипники работают в присутствии воды, охлаждающей заготовку. Пятая, последняя клеть группы, нагружена более всего. Смазка на основе комплексного литиевого загустителя практически полностью вымывается из подшипника за три дня, чем обусловлены регулярные остановки оборудования в этот промежуток времени – каждые три дня происходит перевалка, с полной инспекцией подшипников и закладкой новой смазки в подшипники. Вымывание, и как следствие недостаток смазки в подшипниках, приводит к масляному голоданию в зоне трения, ведет к повышенному расходу подшипников рабочих валков. Случается, что подшипники выходят из строя аварийно, что приводит к незапланированным простоям Стана-2000.

Для решения этой проблемы, проанализировав условия работы стана и требования производителя оборудования, специалисты TOTAL подобрали специальную пластичную смазку. Для снижения потерь смазки в результате вымывания водой, был выбран другой тип загустителя пластичной смазки, отличный от применяемого на тот момент комплексного литиевого загустителя. Для обеспечения надлежащего режима смазки по методике SKF была рассчитана вязкость базового масла, в расчет принималась низкая скорость прокатки, рабочая температура валков, нагрузка, конструктивные особенности подшипников. Была рекомендована смазка пластичная CERAN HVA на основе комплекса сульфоната кальция с вязкостью базового масла 420 сСт при 40°С.

Сведения о пластичной смазке CERAN HVA

Пластичная смазка TOTAL CERAN HVA предназначена для смазки закрытых промышленных подшипников, работающих в условиях высоких нагрузок и температур, в контакте с водой, прокатной эмульсией. Температурный диапазон применения составляет от –25 0С до +180 0С (кратковременно до +230 0С).

Пластичная смазка TOTAL CERAN HVA имеет следующие преимущества по сравнению с другими смазками подобного назначения:

  • стойкость  к вымыванию водой (Результат теста DIN 51 807-T1 на стойкость к вымыванию водой при 100°С в течение восьми часов - 0), обеспеченная высокой адгезией смазки к металлической поверхности и природными свойствами загустителя;
  • термическая и механическая стабильность (Рис 3. Изменение пенетрации смазки после 100 000 циклов нагружения согласно ASTM D217/DIN 51804-T1);
  • высокие антикоррозионные свойства смазки (Тест на антикоррозионные свойства SKF-EMCOR согласно DIN51802/IP220/NFT 60-135/ISO 11007, класс 0), позволяющие значительно сократить расход пластичной смазки, а также повысить износостойкость подшипников качения.

Особенностью пластичной смазки TOTAL CERAN CERAN HVA является стойкость к вымыванию смазки водой, обусловленная свойствами загустителя - комплексного мыла кальциевого сульфоната. При попадании воды в узел трения, содержащий смазку TOTAL CERAN HVA, происходит формирование водоотталкивающего барьера путем обращения гидрофильных частей молекул загустителя к молекулам воды с образованием мицелл, окруженных гидрофобными частями молекул загустителя, выражающееся в изменении цвета смазки от кремового до светло-серого.

Цвет пластичной смазки перед закладкой

Рис. 1. Цвет пластичной смазки перед закладкой.

Цвет пластичной смазки после эксплуатации

Рис. 2. Цвет пластичной смазки после эксплуатации при контакте с водой

Формирование такого барьера характеризуется абсорбцией небольшого количества воды (до 10%) без химического взаимодействия загустителя с ней, что приводит к соответствующему увеличению объема пластичной смазки и самоуплотнению подшипника, при этом консистенция и структура смазки сохраняются  (Рисунок 3).

Изменение пенетрации

Рис. 3. Изменение пенетрации после 100.000 циклов нагружения согласно ASTM D217/DIN 51804-T1\


Результаты сравнительных испытаний пластичных смазок

Испытания пластичной смазки являлись сравнительными и проводились в соответствии с утвержденной программой на подшипниках верхнего и нижнего рабочих валков клети №5. В рабочем режиме клеть переваливается один раз в 72 часа. Для эксплуатационных испытаний были приняты ужесточенные режимы – 96 часов. По наработке 96 часов для смазки альтернативного производителя и 108 для смазки TOTAL CERAN HVA, клеть №5 демонтировалась. В связи с производственной необходимостью срок эксплуатации клети № 5 был увеличен с 96 до 108 часов (или 68 тыс. тонн проката), что создало дополнительную нагрузку. Таким образом, испытуемый смазочный материал CERAN HVA отработал дольше, чем ранее применявшаяся смазка на комплексном литиевом загустителе. Подшипниковые опоры разбирались сразу же по достижении ими комнатной температуры. Фотографирование производилось в том же порядке для всех опор. Фотографии подшипника наиболее показательной опоры нижнего рабочего валка со стороны оператора представлены на рис. 4.

Фотографии дорожки и тел качения подшипника

Рисунок 4. Фотографии дорожки и тел качения подшипника наиболее показательной опоры нижнего рабочего валка со стороны оператора.

На поверхностях трения подшипника смазанного пластичной смазкой другого производителя на основе литиевого комплексного загустителя были обнаружены множественные очаги коррозии и следы усталостных выкрашиваний. По видимому, потеря смазкой консистенции в результате поступления воды приводит к выносу смазки из зоны трения и интенсификации процессов изнашивания. Кроме того, попадание воды также привело к снижению антикоррозионных свойств смазки. Полученные в результате эксплуатационных испытаний результаты подтверждают зависимость стойкости смазки к вымыванию водой от типа загустителя и соответственно его свойств (см. рис 3).

Проведенные испытания показали высокие эксплуатационные свойства пластичной смазки TOTAL CERAN HVA:

  • общее состояния подшипников – удовлетворительное;
  • следов повышенного износа нет;
  • коррозия рабочих поверхностей отсутствует;
  • следов перегрева не наблюдается;
  • выкрашивание дорожек качения и поверхностей роликов отсутствует;
  • следов усталостного разрушения дорожек качения нет;

Состояние поверхностей трения свидетельствует о лучших противоизносных свойствах смазки по сравнению с ранее применяемой, что позволяет предположить сокращение аварийных выходов из строя подшипников рабочих валков, а также связанных с этим простоев оборудования.

Экономический эффект от внедрения TOTAL CERAN HVA.

Проведенные испытания позволили сделать обоснованную рекомендацию по продлению интервалов между перевалками клети с 72 часов до 108 часов. Принимая во внимание, среднюю производительность стана 630 тонн проката в час легко подсчитать сокращение простоев, связанных с перевалками клетей.

  Перевалка раз в Х часов Длительность простоя во время перевалки, часов Кол-во перевалок в год Итого простой за год, часов Недопроизводство проката в год, Т
Смазка на литиевом загустителе 72 0,3 122 37 22981
TOTAL CERAN HVA 108 0,3 81 24 15321
      Разница 12 7660


Таблица 1. Простой оборудования, связанный с перевалкой клетей. Дополнительные объемы проката, благодаря сокращению простоев.

Умножив разницу в 7660 тонн проката на среднюю цену изделия в 300$/Т можно получить сумму дополнительной выручки для предприятия в год, что составит 2 298 000 $.

Данный расчет не учитывает сокращения простоев оборудования, связанных с аварийными выходами подшипников из строя. Визуальная оценка поверхностей трения подшипников - дорожек и тел качения - говорит о наличии коррозии поверхностей. Как известно, интенсивность усталостного коррозионно-механического изнашивания на порядок выше по сравнению с усталостным изнашиванием в отсутствии коррозии, что несомненно отразится на общей наработке подшипников.

Вывод: Применение высокоэффективного смазочного материала позволяет значительно сократить издержки на приобретение смазочных материалов, за счет снижения их расхода. Наиболее значимый экономический эффект от применения специальных пластичных смазок достигается за счет сокращения простоев оборудования связанных с техническим обслуживанием и незапланированным аварийным выходом из строя пар трения. Абсолютные величины выгоды от применения таких смазочных материалов за год кратно превосходят размер годового бюджета на их  закупку.

 

Литература

1. В.Ф. Пичугин, Б.М. Гантимиров, Н.Б. Нестеров Триботехника смазочных материалов. –М.: РГУНГ. -19с.
2. Т.Манг, У.Дрезель Смазки. Производство, применение, свойства.-СПб.:-729с.
3. Lansdown, A. High Temperature Lubrication.-102c.
4. Собственные исследования компании TOTAL LUBRIFIANTS S.A.
5. Горючие Смазочные Материалы. Энциклопедический толковый словарь под редакцией В.М. Школьникова. М: ИЦ «Техинформ», 2007г. – 277с.

X

Продолжая навигацию по сайту, Вы соглашаетесь с использованием временных файлов cookies, в частности, для отслеживания статистики посещений с целью оптимизации функционирования сайта.

Дополнительная информация / настройка cookies