短應(yīng)力線軋機長效保持軋制精度的再制造應(yīng)用

陶 瑋，鄒新長，曹躍朋，段永輝

（岳陽大陸激光技術(shù)有限公司，湖南岳陽 414000）

0 前言

短應(yīng)力線軋機是鋼鐵冶金行業(yè)棒、線材生產(chǎn)中大規(guī)模使用的最重要的機電一體化軋制設(shè)備，在工作過程中受到高溫環(huán)境下冷卻水與金屬氧化物粉塵的共同作用，產(chǎn)生不同程度的微動磨損和腐蝕現(xiàn)象，隨著時間累積導(dǎo)致軋機系統(tǒng)在線軋制精度的降低和喪失。

我國的短應(yīng)力線軋機市場保有量在2016 年已超過6 萬臺，大多數(shù)鋼企為了深度挖掘短應(yīng)力線軋機潛力，會將軋制精度降低后的軋機從精軋架次向粗中軋架次調(diào)整，從新機上線服役直至用到完全沒有可用性后才下線。按照設(shè)計高精度使用壽命3 年、每年16%報廢淘汰率計算，粗中軋區(qū)積累了大批量已處于使用壽命邊緣的軋機。目前每年將有近1 萬臺短應(yīng)力線軋機面臨報廢、技術(shù)性或功能性淘汰局面，損失的經(jīng)濟規(guī)模每年達(dá)到3 億元[1]，造成了國家和鋼企巨大的資源浪費和環(huán)境污染。

推動鋼鐵行業(yè)盤活這些大量廢舊退伇的短應(yīng)力線軋機，加快應(yīng)用廢舊短應(yīng)力線軋機提高并長效保持在線軋制精度能力的整機再制造技術(shù)，能從根本上解決軋機使用過程中的現(xiàn)存問題，將為眾多棒、線材生產(chǎn)企業(yè)提供一個將廢舊短應(yīng)力線軋機變廢為寶的有益思路。

1 短應(yīng)力線軋機失效的主要原因

在高溫高濕的工況環(huán)境下，軋機核心部件的功能表面受微動磨損影響，使得軋機工作面配合尺寸超出精度范圍，導(dǎo)致軋機部件失效降低壽命。在軋機密封效果不好且損壞后不能在線更換，粉塵異物黏著繼而造成軋機立柱、拉桿和平衡機構(gòu)的磨損、卡死、斷裂。

2 整機再制造的主要內(nèi)容

（1）對軋機的拉桿、立柱、輥箱、機座四大核心部件功能面進(jìn)行激光表面改性熔覆加工，以提高原基材的耐腐、耐磨性能。包括：①拉桿的密封軸頸；②立柱的配合面；③輥箱的配合面；④機座的配合面。

（2）對軋機拉桿密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，將橡膠密封更改為石墨盤根密封，密封效果更好，并可在線更換密封。

（3）對軋機外置平衡機構(gòu)及所采用的彈性阻尼體，改造成采用碟簧的內(nèi)置平衡裝置，以增加機構(gòu)工作的穩(wěn)定性和可靠性。

（4）加裝軋機軸向止推裝置，將原設(shè)計中使用頂塊方式改造成可調(diào)球面墊可調(diào)裝置，使改進(jìn)后的裝置調(diào)整更方便、滑動更順暢；

3 整機再制造實施工藝

3.1 軋機本體解體

解體時做好廢油的隔離清理，并對解體后的壓下箱體、輥箱、立柱、機座表面進(jìn)行吹砂，除配合面外的其他部位還應(yīng)再噴刷防銹底漆。

3.2 主要部件功能面的激光熔覆

對拉桿與立柱、輥箱配合的密封軸頸（圖1）、立柱與機座、輥箱的配合面（圖2）、輥箱的軸承安裝內(nèi)孔和兩側(cè)配合面（圖3）、機座的底板裝配面以及與立柱的配合面（圖4）。使用5 kW CO2氣體激光器進(jìn)行激光熔覆加工，熔覆參數(shù)設(shè)置為功率P=3000～4000 W，激光束直徑D=3 mm，掃描速度v=800 mm/min，搭接寬度1 mm,有效熔覆層厚度2 mm。熔覆用合金粉各元素含量見表1。激光熔覆前對熔覆區(qū)粗加工見光，作PT 檢測應(yīng)無裂紋等超標(biāo)缺陷。精加工到成形尺寸后，清理螺絲孔去邊角毛刺待組裝。

表1 熔覆用合金元素成份

圖1 拉桿

圖2 立柱

圖3 輥箱

圖4 機座

3.3 零部件的設(shè)計改造

3.3.1 拉桿密封結(jié)構(gòu)改造

原設(shè)計中的拉桿密封使用的是O 形圈橡膠密封，如要更換須將軋機本體拆分，損壞后如不及時更換會造成軋機在使用中進(jìn)水和粉塵，而拉桿的密封失效是造成軋機報廢的一個很重要的原因。改成石墨纖維的片狀疊層結(jié)構(gòu)的盤根密封后，既可以實現(xiàn)在更換軋輥時在線更換密封，又比橡膠密封提高了材料的抗老化性能（圖5）。

圖5 改造后的盤根密封

3.3.2 外置平衡機構(gòu)改造

原軋機采用外置平衡機構(gòu)如圖6。由于其所采用的彈性阻尼體機構(gòu)在工況條件下使用極易失效，導(dǎo)致軋機工作失穩(wěn)、彈跳超差，影響產(chǎn)品質(zhì)量。在再制造加工時，改造成采用碟簧的內(nèi)置平衡裝置（圖7）。碟簧具有剛度大、緩沖吸震能力強、小變形可承受大載荷等優(yōu)點[2]，以增加平衡裝置在軋制時工作的穩(wěn)定性和可靠性。

圖6 原外置平衡彈性阻尼體機構(gòu)

圖7 改造后的內(nèi)置平衡裝置

3.3.3 軸向止推裝置改造

將原設(shè)計中使用頂塊方式改造成球面墊可調(diào)裝置，使改進(jìn)后的裝置調(diào)整更方便、滑動更順暢（圖8）。

圖8 改造后的軸向止推裝置

3.3.4 機座底部緩沖襯板改造

由原尼綸板材改為高強度鋁合金襯板，以增強在軋制過程中的抗振性和使用壽命（圖9）。

圖9 改造后使用鋁材襯板

3.4 零部件的更換、修復(fù)

對所有銅套、軸承、螺栓等易損部件；壓下裝置腔體內(nèi)蝸輪、蝸桿、齒輪；機座立柱定位鍵等進(jìn)行修復(fù)或更換標(biāo)準(zhǔn)新件、制造成品件（圖10）。整機組裝后進(jìn)行廠內(nèi)調(diào)試，確保其性能全面達(dá)到和超過原型新機設(shè)計指標(biāo)。

圖10 立柱、拉桿回裝

4 上線試驗情況

2019 年2 月至2020年5 月，應(yīng)用了整機再制造技術(shù)的POMINI400 型短應(yīng)力線軋機，在湖南某鋼企高線廠盤卷線上線試用15 個月，上線軋制13 輪，期間未出現(xiàn)燒輥事故，未出現(xiàn)張力柱抱死等傳統(tǒng)機型故障。下線檢測軋機徑向彈跳<0.3 mm，軸向竄動＜0.2 mm。從現(xiàn)場使用情況看，整機再制造樣機使用性能穩(wěn)定、故障率低，符合現(xiàn)場生產(chǎn)要求，軋制的產(chǎn)品尺寸滿足工藝控制要求。

5 結(jié)論

以傳統(tǒng)替換和簡單維修恢復(fù)原軋機，其性能指標(biāo)遠(yuǎn)低于新機，其修復(fù)價值低只能報廢，不符合國家綠色經(jīng)濟、循環(huán)經(jīng)濟的政策發(fā)展方向。如果直接購置新機，又無法回避原型軋機使用過程中現(xiàn)存的主要問題。應(yīng)用整機再制造技術(shù)，其費用與新機采購價接近，但核心部件經(jīng)過激光表面改性加工以及對原軋機設(shè)計上的缺陷進(jìn)行優(yōu)化創(chuàng)新改造后，能具有比原型新機提高5～10 倍的長周期在線軋制精度保持能力，而其保持長周期在線軋制精度能力的好壞，對軋鋼生產(chǎn)過程和產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性有直接影響。經(jīng)整機再制造的軋機具有“高精度、高性價比、高綠色化率”的新一代軋機特點。