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데이터 분석으로, 베어링의 문제 해결
데이터 분석으로, 베어링의 문제 해결
  • 오현식 기자
  • 승인 2018.01.17 09:12
  • 댓글 0
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원인 제거로 재발 방지 … US스틸의 고온·고압 환경용 씰링 개발

글로벌 철강 기업으로, 2400만톤 이상의 철강 제품을 매년 생산하고 있는 US스틸은 롤러 테이블의 조기 베어링 실패로 골머리를 앓았다. 이에 US스틸은 전략적 파트너인 SKF와 함께 문제를 해결했다. 여기에서 주목할 부분은 데이터 기반의 오류 분석을 토대로 문제의 원인을 정확하게 파악하고, 해소했다는 점이다.

 
US스틸US Steel은 열간압연기Hot Strip Mill의 잦은 고장으로 골머리를 앓았다. 장애 원인은 열간압연기 내부 롤러 테이블의 조기 베어링 실패였다. US스틸이 운영하는 철강 공장 중 하나인 미국의 그라니테 시티 웍스Granite City Works의 경우, 롤러 테이블 문제의 30%가 조기 베어링 실패로 인한 것이었으며, 지난 3년간 발생한 장애의 절반이 롤러 테이블의 베어링과 관련된 것으로 집계됐다.

씰링 실패가 생산 중단 야기

▲ US스틸의 그라니테 시티 웍스 공장에서는 열간압연기 롤러 테이블의 조기 베어링 실패가 발생해 잦은 생산 중단을 야기했다.
문제 해결을 위해 US스틸은 당초 베어링 하우징에 그리스를 더 주입했다. 문제의 원인이 윤활에 있다고 판단했기 때문이다. 하지만 문제는 오히려 더 악화됐다.

이에 US스틸은 근본 원인을 찾아내기 위해 전략적 파트너인 SKF에게 문제 해결을 위촉했다. SKF와 US스틸은 태스크포스팀을 구성하여 18개월 동안 롤러 테이블의 정보를 수집하고, 샤프트에서 베어링, 베어링 하우징과 씰링 등 모든 롤러 부품에 대한 테스트를 수행했다. 또 공장 현장의 유지보수 데이터를 수집·분석했다.

분석 결과 ①열간압연기 내부 롤러 받침대의 씰이 제대로 작동하지 않음 → ②냉각수·슬래그를 비롯한 기타 입자가 베어링 캐비티로 침투 → ③베어링이 파손 및 롤러 캐스터의 회전 중단 → ④생산 중단 등으로 장애가 확산되었음을 알 수 있었다. 즉 씰의 이상이 가장 큰 원인이었던 것이다.

고온·고압 환경의 대응 요구
SKF 윤활유 사업부의 폴 콘리 수석 엔지니어는 “처음에는 윤활유 문제로 생각되었지만, 최종적으로는 씰 이슈로 장애 원인이 밝혀졌다”면서 “이를 해결하기 위해 이중 립 씰과 SKF 스피디-슬리브Speedi-Sleeve를 활용했다”고 말했다.

▲ 조기 베어링 실패는 롤러 블록이 강철 블랭크를 손상시켰는데, 문제의 발단은 열간압연기 내부 롤러 받침대의 씰이 제대로 작동하지 않기 때문이었다.
SKF 씰링솔루션의 크리스티안 코글러 소재 개발 엔지니어는 “높은 온도와 회전 속도를 요구하는 제철소의 특수 환경을 생각했을 때 완벽한 씰링을 위해서는 특별한 재료가 요구됐다”면서 “높은 내마모성과 물리적 특성, 인열 강도를 갖춘 열가소성 폴리우레탄 소재인 ECOPUR가 가장 적합하다고 제안됐다”고 덧붙였다.

SKF의 S-ECOPUR는 강성이 높고 조립이 간단하며, 자기 윤활 기능이 있어 스프링 요소없이 사용할 수 있는 특징이 있다. 따라서 철강 공장의 혹독한 조건에서도 원활한 동작을 보장한다. S-ECOPUR를 소재로, SKF는 외경에 두 개의 밀봉 립과 두 개의 O링으로 씰을 설계하여 US스틸의 철강 공장에 적용했다.

코글러 개발 엔지니어는 “오염 물질이 침투를 막는 내마모성 장벽이 되도록 씰을 일치시킴으로써 수분의 침투는 물론 고형물에 의한 오염을 획기적으로 감소시켰다”면서 “이를 통하여 US스틸의 그리스 소비량은 50% 가량 감소됐다”고 전했다.

▲ 지속적인 윤활을 보장하여 마모 요소를 제거하고, 원활한 작동을 보장하는 SKF 스피디 슬리브를 도입하여 씰 문제를 해결했다.
US스틸은 롤러 테이블에 SKF 스피디 슬리브도 도입했다. SKF 스피디 슬리브는 이미 마모된 샤프트가 다시 우수한 밀봉 표면을 구성할 수 있게 하는 얇은 벽으로 된 일종의 금속 수리용 키트로, 최적화된 씰 반발면을 제공하고 윤활유가 항시적으로 머물 수 있도록 설계되어 슬리브와 씰링 립의 마모를 최소화한다.

US스틸은 “문제의 원인을 정확히 파악하고 해결함으로써 베어링 교체 간격을 평균 6개월에서 60개월로 연장할 수 있었다”고 말했다.


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