目前，連鑄是生產(chǎn)厚板坯、大方坯和小方坯的主要工藝，全球大約90%的成品鋼都采用連鑄工藝進(jìn)行生產(chǎn)，而在1970年，這一比例僅為4%。在過(guò)去60年里，板坯連鑄機(jī)經(jīng)歷了無(wú)數(shù)次創(chuàng)新改進(jìn)，涵蓋連鑄機(jī)的所有方面。
　　1　板坯輥?zhàn)拥膽?yīng)用范圍
　　連鑄機(jī)鑄坯從結(jié)晶器流出后，必須獲得足夠支撐，使得鑄坯固化成型，從而得到較薄且完整的表層。當(dāng)前提供支撐Z主要的方法就是使用輥?zhàn)印Ｔ阼T坯剛出結(jié)晶器時(shí)，輥?zhàn)佣ㄎ恢舞T坯所有4個(gè)表面，之后輥?zhàn)觾H支撐鑄坯上下表面(寬面)。區(qū)段的輥?zhàn)又睆奖冗B鑄機(jī)上其它位置小，因此可以將其緊密布置，給鑄坯提供所需的支撐。再往后，由于連鑄坯逐漸冷卻且表面硬度增強(qiáng)，可以使用間隙較寬且較大直徑的輥?zhàn)印?br /> 　　板坯輥?zhàn)咏M件設(shè)計(jì)目前仍存在不少挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)主要來(lái)自于運(yùn)行環(huán)境以及對(duì)于輥?zhàn)拥脑O(shè)計(jì)要求，如下所列∶
　　♦與溫度高達(dá)900℃的高溫板坯密切接觸；
　　♦輥?zhàn)觾?nèi)部冷卻；
　　♦運(yùn)行過(guò)程中，需承受外部受污染的冷卻水與蒸汽；
　　♦較大的軸向熱膨脹一一可達(dá)6mm；
　　♦輥?zhàn)映惺茌d荷極大一一可高達(dá)100噸，需要盡量降低輥?zhàn)訌澢冃危?br /> 　　♦轉(zhuǎn)速較低一一受輥?zhàn)又睆脚c拉坯速度限制，每分鐘1.5到15轉(zhuǎn)不等；
　　♦驅(qū)動(dòng)輥必須在整個(gè)寬度方向上傳送驅(qū)動(dòng)力矩；
　　♦輥?zhàn)咏M件需要足夠可靠實(shí)用。
　　不同的連鑄機(jī)制造商提供不同的輥?zhàn)咏M件設(shè)計(jì)。但是，在軸承生產(chǎn)商看來(lái)，這些設(shè)計(jì)具有許多相同之處。盡管輥?zhàn)咏M件設(shè)計(jì)不同，但是基于板坯寬度以及輥?zhàn)娱L(zhǎng)度方面，為降低輥?zhàn)幼冃纬潭龋休佔(zhàn)佣夹枰虚g支撐軸承。
　　因此，連鑄機(jī)中使用到的數(shù)量眾多的軸承及其運(yùn)行性能如何，對(duì)使用者來(lái)說(shuō)，在成本控制和可靠性方面具有重要的意義。對(duì)軸承生產(chǎn)商而言，浮動(dòng)端軸承需滿足如下要求∶
　　♦尺寸緊湊且具有高靜態(tài)徑向承載能力。由于轉(zhuǎn)速較低，靜態(tài)徑方承載能力Z為關(guān)鍵。他們必須在寬度方向上緊湊，以盡量減少板坯未支撐面積，也要在外徑方向上緊湊，以盡量增強(qiáng)軸承座強(qiáng)度并減少軸承座與板坯間隙；
　　♦不管是在正常運(yùn)行情況、還是在超負(fù)荷運(yùn)行情況下，浮動(dòng)端軸承都能夠適應(yīng)輥?zhàn)踊蜉S承座變形造成的偏心，抗偏心能力Z大可以達(dá)到0. 5°；
　　♦具有正負(fù)6mm的軸向浮動(dòng)能力，補(bǔ)償輥?zhàn)拥妮S向熱膨脹；
　　♦由于轉(zhuǎn)速較低，該軸承可在無(wú)潤(rùn)滑油膜或少量潤(rùn)滑油膜的工況下正常運(yùn)轉(zhuǎn)；
　　♦易于安裝、拆除和檢修。
　　在正常運(yùn)行狀態(tài)下，輥?zhàn)优c軸承座內(nèi)部冷卻，接觸板坯的輥?zhàn)油獠坷鋮s，使軸承的運(yùn)行溫度介于80℃與90℃之間。特殊情況下，針對(duì)特殊運(yùn)行溫度，考慮采用比標(biāo)準(zhǔn)游隙大些的軸承初始游隙，有時(shí)也會(huì)采用在150℃下穩(wěn)定性強(qiáng)的軸承。
　　2　目前的軸承設(shè)計(jì)
　　調(diào)心滾子軸承(SRB)在固定端具有良好的表現(xiàn)，是固定端軸承的首選。但調(diào)心滾子軸承卻在浮動(dòng)端受到很大挑戰(zhàn)。早期的設(shè)計(jì)采用調(diào)心滾子軸承在軸承座內(nèi)浮動(dòng)方案，但效果并不理想一一較高徑向載荷下，當(dāng)軸承同時(shí)承受軸向浮動(dòng)時(shí)需要的軸向力，會(huì)導(dǎo)致軸承受力過(guò)度不均。不過(guò)，調(diào)心滾子軸承在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)載荷下表現(xiàn)出良好的自偏心調(diào)節(jié)。目前針對(duì)SRB的不足，有如下幾種軸承解決方案∶
　　♦圓柱滾子軸承(CRB) ，帶有特殊的滾子/滾道修型(見(jiàn)圖1) ；
　　♦配置有球面襯套的圓柱滾子軸承。這種軸承一般被稱作自調(diào)心型圓柱(SAC) 軸承(見(jiàn)圖2) ；
　　♦CARB軸承(見(jiàn)圖3) ；

　　以上各種嘗試方案都或多或少取得部分成功，但也存在各自的不足之處。根據(jù)軸承類型的不同，這些問(wèn)題分為抗偏心能力不足或安裝拆卸困難等。理想的軸承需要兼有圓柱滾子軸承的軸向浮動(dòng)性能、調(diào)心滾子軸承的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)抗偏心性能，并且能夠保證操作方便等優(yōu)點(diǎn)。
　　3　鐵姆肯公司ADAPT軸承設(shè)計(jì)、操作及技術(shù)性能
　　為克服現(xiàn)有軸承的不足，一種全新的軸承設(shè)計(jì)應(yīng)運(yùn)而生，鐵姆肯公司ADAPT軸承在具備圓柱滾子軸承的軸向浮動(dòng)能力的同時(shí)，兼有類似調(diào)心滾子的抗偏心能力。Z主要的特征是這種軸承的浮動(dòng)與抗偏心能力是相互獨(dú)立的，也就是說(shuō)，軸承的軸向浮動(dòng)能力不影響抗偏心能力，反之亦然。這是由獨(dú)特的內(nèi)外圈和特殊的滾子形狀來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在軸向浮動(dòng)和偏心兩情況下，同時(shí)具備Z高的載荷能力。此外，該軸承另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是專為連鑄機(jī)的滿滾子設(shè)計(jì)的保持架，其保持架與滾子為集成式設(shè)計(jì)。
　　3.1 基本設(shè)計(jì)
　　這種設(shè)計(jì)由圓柱形內(nèi)圈與獨(dú)特修型的滾子和外圈組成。該設(shè)計(jì)的基本結(jié)構(gòu)如圖4所示。
　　上述獨(dú)特外形設(shè)計(jì)結(jié)合在一起，可形成“三點(diǎn)接觸” 。具體來(lái)說(shuō)，就是內(nèi)圈與滾子在一位置互相接觸，而滾子與外圈在兩位置接觸。外圈接觸位置以內(nèi)圈接觸位置為中心對(duì)稱分布，從而保證滾子受力時(shí)較穩(wěn)定。
　　3.2 軸承操作
　　在無(wú)軸向浮動(dòng)和偏心情況下，軸承的載荷與反作用力保持平衡(圖5) 。從中可以看出，圓柱形內(nèi)圈軸向或浮動(dòng)對(duì)載荷的分布沒(méi)有影響，與NU類型的圓柱滾子軸承相同。當(dāng)有偏心存在情況下，滾子對(duì)外軸承的反作用力出現(xiàn)不平衡一一滾子受到的載荷就會(huì)一端增加，另一端減少。(圖6) 由于滾子總是尋求載荷平衡，載荷高的一端的軸向組件會(huì)驅(qū)動(dòng)滾子運(yùn)動(dòng)，直至載荷重新平衡，滾子重新達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)(圖7)。

　　滾子與軸承滾道具有加強(qiáng)型面，可以加大載荷分布的面積。在轉(zhuǎn)速足以產(chǎn)生彈性液壓潤(rùn)滑油膜的應(yīng)用中，較高的表面精度也能相應(yīng)提高油膜的厚度(Lambda比率)。
　　集成式軸承保持架，在保證滿滾子設(shè)計(jì)正常使用的同時(shí)，拆卸時(shí)可夾持實(shí)心滾子。當(dāng)軸承保持架與可分離內(nèi)圈組合使用時(shí)，軸承安裝、拆卸與檢查快捷方便?；谶B鑄輥特殊設(shè)計(jì)，內(nèi)圈可單獨(dú)安裝在軸上，外圈滾子組件獨(dú)立安裝在軸承座內(nèi)。可分離內(nèi)圈的應(yīng)用，使得軸承安裝更為簡(jiǎn)便，因?yàn)樵谶@種情況下，不需要將內(nèi)圈和外圈作為套件整體組合安裝。
　　3.3接觸應(yīng)力分布
　　接觸應(yīng)力分布模型顯示，承受應(yīng)力水平依然處于設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)。需要特別指出的是，因?yàn)閼?yīng)用條件是低速，設(shè)計(jì)上限適用于靜態(tài)載荷。隨著載荷的增加，外圈接觸應(yīng)力分布區(qū)域沿長(zhǎng)度方向上得到延伸。即使外加載荷很大，這一特點(diǎn)能夠優(yōu)化應(yīng)力分布，峰值得到控制。由于3點(diǎn)接觸意味在承受載荷時(shí)，滾子會(huì)彎曲。為此，ADAPT軸承滾子原材料選用表面滲碳鋼。
　　3.4設(shè)計(jì)驗(yàn)證
　　用作設(shè)計(jì)驗(yàn)證的軸承按照ISO2212技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)加工制造，并進(jìn)行了發(fā)熱量試驗(yàn)和壽命測(cè)試。測(cè)試分多組進(jìn)行，每個(gè)測(cè)試裝置配備兩個(gè)ADAPT軸承和兩個(gè)相同尺寸的調(diào)心滾子軸承。測(cè)試選用不同的載荷與轉(zhuǎn)速，成矩陣組合，其中轉(zhuǎn)速范圍為1200轉(zhuǎn)每分鐘到4800轉(zhuǎn)每分鐘，載荷范圍是ISO動(dòng)態(tài)當(dāng)量C1的10%~50%。測(cè)試結(jié)果顯示該設(shè)計(jì)是安全可靠的。被測(cè)軸承運(yùn)行溫度低于對(duì)比軸承一一調(diào)心軸承的溫度，工作壽命長(zhǎng)于ISO標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算出的L10壽命。這些令人振奮的結(jié)果將推動(dòng)測(cè)試向常規(guī)生產(chǎn)尺寸的軸承進(jìn)一步發(fā)展。
　　3.5測(cè)試與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)
　　鐵姆肯公司ADAPT軸承推介給位于奧地利林茨的西門子奧鋼聯(lián)公司的連鑄車間，在其商業(yè)連鑄生產(chǎn)線上。雙方商定用于測(cè)試的軸承尺寸為4024和4032滿滾子ADAPT軸承，這兩種規(guī)格的軸承被安裝在西門子連鑄機(jī)奧鋼聯(lián)輥?zhàn)咏M件上進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。
　　鐵姆肯公司用于測(cè)試的軸承部件號(hào)為TA4024VC4和TA4032VC4，軸承按照標(biāo)準(zhǔn)工藝在鐵姆肯公司工廠制造，在位于奧地利林茨的西門子奧鋼聯(lián)公司6#連鑄機(jī)進(jìn)行測(cè)試。該連鑄機(jī)由西門子奧鋼聯(lián)公司設(shè)計(jì)制造，生產(chǎn)的板坯厚度可達(dá)235mm，寬度可達(dá)1650mm，拉坯速度為每分鐘2m。4024號(hào)軸承安裝在矯直段中，4032軸承安裝在水平中，較小的軸承Z先開(kāi)始測(cè)試。鐵姆肯公司同步對(duì)同尺寸規(guī)格軸承進(jìn)行壽命、發(fā)熱量與偏心測(cè)試。
　　鐵姆肯公司對(duì)軸承的壽命和發(fā)熱量現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，與其之前對(duì)原軸承模型的測(cè)試方法大致相同。不同之處在于不同的測(cè)試轉(zhuǎn)速，以及使用相當(dāng)ISO標(biāo)準(zhǔn)C1當(dāng)量的40%的恒定載荷，軸承測(cè)試轉(zhuǎn)速范圍在1600轉(zhuǎn)每分鐘以下。
　　3.6測(cè)試結(jié)果
　　成品軸承的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果與樣品軸承的測(cè)試結(jié)果大致相同。ADAPT軸承運(yùn)行溫度低于對(duì)比的調(diào)心滾子軸承的運(yùn)行溫度，實(shí)際壽命大長(zhǎng)于理論壽命L10。較低的運(yùn)行溫度意味著較小的內(nèi)部滑動(dòng)摩擦，實(shí)際壽命的延長(zhǎng)和當(dāng)量的提高意味著軸承的高可靠性。偏心測(cè)試結(jié)果證明在偏差度Z高為0. 5℃的情況下，滾子和保持架沒(méi)有超出外圈滾道之外。2011年1月，安裝在奧鋼聯(lián)鋼鐵公司VoestalpineStahl連鑄線TA4024VC4型號(hào)軸承，成功達(dá)到了新的里程碑一一100萬(wàn)t過(guò)鋼量。與此同時(shí)，TA4032VC4型號(hào)軸承運(yùn)行時(shí)間達(dá)到65萬(wàn)t過(guò)鋼量。預(yù)期尺寸規(guī)格為4024的軸承運(yùn)行將超過(guò)270萬(wàn)t過(guò)鋼量，而尺寸規(guī)格為4032的軸承運(yùn)行時(shí)間將超過(guò)400萬(wàn)t過(guò)鋼量。
　　4　結(jié)論
　　以上是鐵姆肯公司ADAPT軸承在西門子奧鋼聯(lián)公司和奧鋼聯(lián)鋼鐵公司軸承現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果表明ADAPT軸承同時(shí)具有獨(dú)立的軸向浮動(dòng)能力與抗偏心能力，并且安裝、拆卸與檢查也簡(jiǎn)單方便。鐵姆肯公司內(nèi)部測(cè)試特別是連鑄線現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的成功，證明了鐵姆肯公司ADAPT軸承達(dá)到設(shè)計(jì)目的與要求。