Ottimizzazione dei cuscinetti su un laminatoio a caldo

I cuscinetti impiegati nell’industria siderurgica sono spesso soggetti a condizioni estremamente gravose. Per queste condizioni esistono famiglie di cuscinetti e modelli speciali. Per individuare soluzioni ottimali, i costruttori di cuscinetti e gli utilizzatori finali devono lavorare a stretto contatto, come dimostra un progetto per ottimizzare i cuscinetti dei cilindri di laminazione, realizzato da NSK in collaborazione con il reparto manutenzione di un laminatoio a caldo in Europa.

I laminatoi a caldo per nastri larghi trasformano gli slebi (o lingotti) incandescenti in nastri d’acciaio applicando una pressione elevata. Un’azienda siderurgica internazionale gestisce un laminatoio di questo tipo in Europa, che produce nastro d’acciaio con spessore fino a 13 mm. L’acciaio viene avvolto in bobine che possono pesare oltre 30 tonnellate. Queste bobine vengono utilizzate, ad esempio, nell'industria automobilistica.

Cilindri di laminazione: condizioni estreme per i cuscinetti
Il treno di laminazione completo ha una lunghezza di circa 300 metri. I componenti principali del sistema sono i cilindri, che entrano in contatto diretto con il materiale e definiscono la qualità della superficie del nastro.
Gran parte della forza dei cilindri viene retta dai rulli di supporto. Tuttavia, una parte delle forze radiali e assiali viene scaricata dai cilindri ai relativi cuscinetti, che devono avere quindi una resistenza adeguata. Solitamente vengono utilizzati cuscinetti a quattro corone di rulli conici, capaci di sopportare forze in entrambe le direzioni.

Inoltre, per la scelta dei cuscinetti bisogna tenere conto del fatto che la velocità del nastro (e quindi la velocità del cuscinetto) al termine della linea è nettamente superiore rispetto all’inizio. Questo significa che i cuscinetti sul primo cilindro devono supportare forze di rotolamento elevate. Inoltre i cuscinetti sono soggetti a frequenti carichi da urto.

Dai cuscinetti aperti a quelli schermati
Anche altre condizioni operative dei laminatoi sono sfavorevoli ai cuscinetti. Nell’ambiente circostante ai macchinari prevalgono temperature elevate ed è possibile che scaglie di laminazione e acqua (di raffreddamento) penetrino nei cuscinetti.

Collaborando con gli esperti di manutenzione dell'acciaieria, qualche tempo fa NSK ha avviato un progetto per prolungare la vita utile dei cuscinetti dei cilindri in queste condizioni, allungando inoltre gli intervalli di manutenzione. L’azienda utilizzava ancora cuscinetti aperti a quattro corone di rulli conici. NSK ha raccomandato di adottare cuscinetti schermati fabbricati con materiale di qualità speciale. Ha quindi fornito i primi campioni che sono stati installati da un team composto da addetti di entrambe le aziende.

Materiale speciale per lunga durata in condizioni ambientali sfavorevoli
I cuscinetti attualmente in uso sono fabbricati con acciaio Super TF (STF). Questo acciaio speciale ad altissima purezza è stato sviluppato per applicazioni che richiedono una vita utile prolungata dei cuscinetti in condizioni ostili, ad esempio con una forte esposizione a contaminanti.

Unitamente a uno speciale trattamento termico, il materiale prescelto previene fratture e danneggiamenti sulla pista del cuscinetto dovuti a particelle di sporcizia. Prove comparative con cuscinetti di materiali standard dimostrano che, in presenza di lubrificanti contaminati, i cuscinetti STF raggiungono una durata utile circa dieci volte superiore. Nella pratica si può prevedere una durata di servizio fino a tre volte superiore alla durata standard.

Aggiungendo anche la tenuta ad alta resistenza Sealed Clean, è stata realizzata la serie KVS Sealed Clean di cuscinetti a quattro corone di rulli conici, destinati principalmente agli impianti per l'industria siderurgica.

Prossimo passo: scegliere il lubrificante ideale
Dopo l’installazione è stato dimostrato che i cuscinetti a rulli conici STF con tenute Sealed Clean hanno garantito una vita utile nettamente più lunga rispetto ai cuscinetti aperti usati in precedenza. Di conseguenza sono stati sostituiti altri cuscinetti.

I partner del progetto non erano però ancora pienamente soddisfatti dei risultati in termini di aspettativa di vita dei cuscinetti. NSK si è così recata in loco per analizzare i cuscinetti sull’impianto. L'analisi ha riguardato anche il grasso dei cuscinetti consigliato da NSK, sviluppato in collaborazione con l'azienda produttrice.
Le analisi hanno evidenziato una maggiore concentrazione di acqua nel lubrificante in specifici zone dei cuscinetti. Anche se la presenza di acqua non aveva ancora raggiunto livelli critici, il progetto è stato migliorato e modificato in base alle specifiche di NSK.

Intervalli di manutenzione più lunghi, vita utile nettamente prolungata
Il risultato del progetto è stato un incremento significativo degli intervalli di manutenzione e della vita utile dei cuscinetti dei cilindri di laminazione. I cuscinetti in esecuzione aperta richiedevano un intervento di manutenzione ogni 600-800 ore, mentre con i cuscinetti schermati l’intervallo è stato prolungato a 1.400 ore. I dati relativi alla vita utile mostrano una variazione analoga: da circa 8.000 ore a circa 14.000.

Grazie all’uso di cuscinetti schermati in acciaio STF, il gestore del laminatoio può contare su una maggiore disponibilità dell'impianto, perché la vita utile è stata prolungata. Al tempo stesso sono stati ridotti i costi di manutenzione e l’impatto ambientale, poiché non è più necessario rilubrificare i cuscinetti durante il funzionamento. Il grasso deve essere sostituito solo durante gli interventi di manutenzione pianificata.

AIP: consulenza con competenze specifiche
Il costo maggiore per l'acquisto dei cuscinetti STF con tenute Sealed Clean può essere considerato uno svantaggio, ma viene più che compensato dalla riduzione dei costi di manutenzione e dei tempi morti. Inoltre, le tenute devono essere sostituite saltuariamente. Per poterlo fare facilmente, la concezione della tenuta è stata rivista completamente. NSK ha inoltre formato il personale di manutenzione in maniera adeguata.

Questo tipo di formazione fa parte del servizio Added Value Programme (AIP), con il quale gli esperti di NSK effettuano la valutazione sulle macchine in esercizio. Lo scopo del programma AIP, come dimostrato anche in questo caso, è principalmente l’aumento della vita utile dei cuscinetti e, quindi, la riduzione dei tempi morti e dei costi di manutenzione.

NSK può offrire in questo senso consulenza preziosa, non sono nell'industria siderurgica ma anche in altre applicazioni dei cuscinetti. La gamma di prodotti comprende infatti anche famiglie di cuscinetti sviluppati appositamente per condizioni ambientali ostili.