创新方法解决连铸辊使用过程中轴承座冷却水路结垢的问题
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河南通宇冶材集团----通宇重工

 

 

    摘要:本课题通过对连铸辊的组成部件、各部件单独功能及相互作用、设备整体运行方式的具体分析,借助于TRIZ理论工具中的系统分析、因果分析、技术矛盾分析、物理矛盾分析、物质--场模型分析的方法,利用40个创新原理、4个分离原理、76个标准解法中筛选出的发明原理,应用创新问题的标准解决方法,共得到十个解决问题的方法。并通过对这些方法进行比对筛选,最终选择出在水路系统加装磁水器这一成本低、操作简单、人为因素少且在不改变原技术系统的工作环境、自身结构、工作方式的情况下有效解决问题的办法。

一、问题描述

1、当前系统功能:在连铸生产线中,支撑、传送高温钢坯在线上前行。

2、系统工作原理:辊子在轴承座及轴承的支撑下,由电机驱动旋转,靠摩擦力带动辊子上的钢坯前行。同时,冷却水在辊子内孔及轴承座水路内循环,降低传导的高温及钢坯的辐射温度。

3、系统出现的问题:由于轴承座水路狭小、曲折,且在高温环境下,冷却水容易在水路内结垢,阻塞水路,导致冷却效果达不到预期,使轴承受热失效,严重损坏轴承座。

二、解题过程

问题定义

4、问题发生的条件:高温环境下,长时间工作

5、需要解决的问题:阻止水垢的产生或能够及时的将产生的水垢清理

6.对新技术系统的要求:在不改变当前的环境、系统结构、系统工作方式的情况下,能有效的阻止水垢的产生,或能即时对产生的水垢进行清除。

最终理想解(IFR)

通过确定最终理想解的六个步骤,得出问题的最终理想解为:轴承座水路内不会产生水垢。

(1)问题分析---功能分析

一、系统组件模型

二、系统结构模型(相互作用矩阵)

三、系统功能模型

对系统组件进行裁剪,依据裁剪法的实施策略二——若组件B能自我完成组建A的功能,那么组建A可以被裁剪掉,其功能由组件B自行完成。我们可得到问题的以下解决方法:

方法一:如果轴承不需要冷却且不会失效,那么我们就可以将冷却水裁减掉。问题将得到解决。这里就需要轴承能承受高温而不失效。我们可以用耐高温的轴承,如金属陶瓷轴承和氮化硅轴承均能承受1200·C高温。符合最终理想解要求。

对系统组件进行裁剪,依据裁剪法的实施策略四——若技术系统的新添组件能完成组件A的功能,那么组建A可以被裁剪掉,其功能由新添组件C自行完成。我们可得到问题的以下解决方法:

方法二:如果我们使用高压空气发生器,通过对高压空气喷嘴在钢坯下方及侧方的规律排列,并结合智能控制技术,控制不同位置空气喷嘴的气体压强大小,就可以使钢坯在空中按固定轨迹前行,而不需要连铸辊对其的支撑及传输。那么我们就可以将连铸辊裁剪掉,使用新添组件。同时,问题将不再存在。

四、问题分析---因果分析

根据功能分析及因果分析,我们可以得到:

a.冲突发生的区域为:轴承座内部水路

b.造成轴承失效、轴承座损坏的原因为:冷却水中的Ca、Mg等离子在轴承座水路中受辐射到轴承座高温的影响,形成水垢,阻塞了水路。从而导致了轴承受高温失效,拉伤轴承座内孔,使轴承座报废。

五、矛盾分析

  1、技术矛盾分析

根据因果分析,冷却水在改善了轴承座温度的同时,又因为轴承座自身温度的原因产生了水垢。

    改善的参数:温度

    恶化的参数:物体产生的有害因素—水垢

通过查找矛盾矩阵获得的发明原理如下:

   NO.2  抽取原理------一个物体中的产生负面影响部分或属性分离出去

   NO.22 变害为利原理

   NO.24 借助中介物原理-------使用中介物质实现所需动作。

   NO.35 物理或化学参数改变原理。

得到如下方法:

  方法三:将水中产生水垢的Ca、Mg等离子去除。可以采用经过蒸馏处理的蒸馏水进行冷却。加装热能收集装置,将钢板辐射的高温收集,制作蒸馏水----NO.22;

  方法四:可以在冷却水中添加阻垢剂,阻止水垢的生成----NO.24。

2、物理矛盾分析

   根据因果分析,我们需要冷却水来改善轴承座的温度,又不需要冷却水,因为它会产生水垢对轴承座造成损坏。 

    通过空间分离和时间分离得到与本问题相关的发明原理如下:

   NO.2  抽取原理-----(同上技术分析)

   NO.24 借助中介物原理-----(同上技术分析)

   NO.34 抛弃或再生原理---采用溶解、蒸发等手段废弃已完成其功能的组件。

   NO.40 复合材料原理-----将材质单一的材料改为复合材料。

NO.10  预先作用原理—预先对物体施加必要的改变。

得到的方法:

    方法五:可以在轴承座水路内表面涂覆复合材料,防止水垢聚结——NO.40;

    方法六:在冷却水中定期加入一定浓度的除垢剂,对水垢进行分解、清除——NO. 24。

方法七:可对冷却水预先进行作用,如采用电离、化学分离沉淀等方式,去除水中易结垢离子——NO.34 。

3、物质---场模型分析

  通过功能分析及因果分析,我们得到冲突的区域为轴承座内部水路,冲突的因素为轴承座、冷却水和温度。

根据物质---场模型标准解分级中第一级建立和拆解物质---场模型的13条标准解法,应用标准解S1-2-1、S1-2-2、S1-2-4的解法进行求解。

S1-2-1  引入S3消除有害作用

S1-2-2  引入变形的S1或S2消除有害物质

S1-2-4  用场F2抵消有害作用。  

得到解决方法:

方法八:引入新物质S3,在冷却水中加入除垢剂(同方法六)。

方法九:可将原循环水进行过滤或蒸馏,使用含Ca、Mg少的处理过的水。(同方法三或七)。

方法十:可在冷却水的入口处加装一永久工业磁氺器,引入新的场——磁场,对水进行磁化,以阻止水垢生成,并能有效除垢、除锈。

三、最终方案

采用方案十,在冷却水进水口处加装磁水器,这一成本低、应用较广泛,且人工参与较少,对整个系统改动不大的方法来解决这一问题。

四、效益分析

这一方法能够有效地阻止轴承座冷却水路内水垢的生成及已生成水垢的分解。可以避免由于水路结垢造成轴承失效及轴承座孔严重拉伤不能重复使用而报废造成损失。对于设备维护成本的降低有很大作用,满足了客户的要求。