王資璐，解川，郝孟一

（中國航發(fā)北京航空材料研究院，北京 100095）

鈦及鈦合金被譽為“空間金屬”“海洋金屬”等，廣泛應(yīng)用于航空航天、海洋、醫(yī)療和化工等軍民用領(lǐng)域。鈦合金的原材料主要為海綿鈦，同時，為了得到不同的鈦合金性能，還需要加入不同比例的合金元素。由于鈦的熔點較高，且在高溫下較活潑，故鈦合金熔煉必須在真空或惰性氣體保護下進行，真空自耗熔煉設(shè)備是目前國內(nèi)外工業(yè)界鈦合金熔煉的主流工藝設(shè)備。真空自耗熔煉設(shè)備有以下幾個特點： （1）設(shè)備價值高。目前鈦合金生產(chǎn)企業(yè)標配的3噸級及以上規(guī)格的大型真空自耗爐單價少則數(shù)百萬元，多則上千萬元，通常屬于重大設(shè)備。（2）設(shè)備系統(tǒng)復(fù)雜。真空自耗熔煉設(shè)備主要包括爐體結(jié)構(gòu)、真空系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)等部分，涉及機械、電氣、液壓、真空等多個專業(yè)，各系統(tǒng)、各專業(yè)間密切關(guān)聯(lián)。（3）設(shè)備存在爆炸風險。鈦合金真空自耗熔煉過程中，必須對銅坩堝、電極桿、上爐室等關(guān)鍵部位通水冷卻，當水冷部件出現(xiàn)故障性穿透，導(dǎo)致冷卻水漏入坩堝，接觸到高溫鈦合金溶液會迅速發(fā)生反應(yīng)引起爆炸；同時，設(shè)備真空系統(tǒng)中大多配置油增壓泵，在油增壓泵運行時，一旦泵腔內(nèi)進入大量的空氣或水，接觸到高溫泵油，也可能引發(fā)爆炸。故一般鈦合金熔煉企業(yè)或車間都將真空自耗熔煉設(shè)備作為關(guān)鍵重大設(shè)備，從生產(chǎn)效率、維護成本、運行安全、工藝穩(wěn)定等方面對真空自耗熔煉設(shè)備的設(shè)備管理工作提出了較高要求。

TotalProductive Maintenance（簡稱TPM），可譯為“全面生產(chǎn)維護”“全員生產(chǎn)維修體制”“全員生產(chǎn)性保全活動”等，是日本企業(yè)結(jié)合自身設(shè)備管理經(jīng)驗，同時，借鑒美國設(shè)備后勤學(xué)管理、英國設(shè)備綜合工程學(xué)等理念，于1975年后形成的先進設(shè)備管理與維修體系。TPM的總體目標是通過全員性保全活動，達到設(shè)備的最高效益，以現(xiàn)場現(xiàn)物為基礎(chǔ)，爭取實現(xiàn)零災(zāi)害、零不良、零故障、零浪費，營造“綠色工廠。將TPM設(shè)備管理方法引入真空自耗熔煉設(shè)備管理工作，可以有效提高設(shè)備管理水平，滿足企業(yè)對設(shè)備管理的需求。

1 鈦合金真空自耗熔煉設(shè)備管理現(xiàn)狀及存在問題

1.1 鈦合金真空自耗熔煉設(shè)備工況特點

（1）設(shè)備負荷率高。高品質(zhì)鈦合金鑄錠普遍采用三次自耗熔煉工藝。以1臺標準3噸真空自耗熔煉1支3噸級鈦合金鑄錠為例，可選用“4-1-1”“2-1-1”“1-1-1”等三次自耗熔煉工藝。綜合考慮設(shè)備極限尺寸、廠房條件、設(shè)備價格等因素，一般鈦合金熔煉企業(yè)普遍采用“4-2-1”三次自耗熔煉工藝，工藝原理見圖1。熔煉一支3噸級鈦合金鑄錠設(shè)備總運行時間超過52小時，如果按照8小時工作制，一年僅能熔煉40支3噸鈦合金鑄錠，產(chǎn)能較低。為了提高單臺設(shè)備的產(chǎn)能和效率，通常采用倒班制和單熔煉電源雙熔煉工位等方式保證“人停設(shè)備不?！薄＜幢闳绱?，熔煉工序通常為鈦合金企業(yè)的“瓶頸”工序，設(shè)備基本均處于滿負荷運行狀態(tài)。

圖1 “4-2-1”工藝三次自耗熔煉工藝原理

（2）事故風險高。國內(nèi)外多次出現(xiàn)真空自耗熔煉設(shè)備本體或者油增壓泵在鈦合金熔煉過程中發(fā)生爆炸的生產(chǎn)事故，其爆炸威力巨大，對設(shè)備結(jié)構(gòu)、配套設(shè)施、廠房建筑等均造成了重大破壞，甚至出現(xiàn)了人員傷亡事故。由于工藝特殊性，目前，鈦合金真空自耗熔煉過程中的爆炸風險無法徹底消除或避免，只能通過設(shè)備安全功能、操作人員規(guī)范操作及應(yīng)急處置等手段降低爆炸風險。

（3）故障種類多。真空自耗熔煉設(shè)備主要包括爐體結(jié)構(gòu)、真空系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)等部分。由于鈦合金熔煉中會產(chǎn)生高溫（鈦合金熔池溫度可達1750℃以上），形成大量易揮發(fā)性雜質(zhì)和腐蝕性氣體，將顯著影響設(shè)備結(jié)構(gòu)和零部件的壽命和可靠性，從而容易引起設(shè)備各部位故障。從圖2中可知，真空自耗熔煉爐設(shè)備工況條件下故障種類較多，給設(shè)備的管理和維保工作帶來了較大的壓力。

圖2 某企業(yè)單臺3噸真空自耗熔煉設(shè)備一段時期內(nèi)故障類型和數(shù)量統(tǒng)計

（4）產(chǎn)品價值高。一方面，海綿鈦、中間合金等原材料成本較高。海綿鈦的市場價格約為6～10萬元/噸；鋁鈮、鋁釩、鋁鉬等中間合金的市場價格可達數(shù)十萬元/噸。另一方面，鈦合金鑄錠制備工藝較長。從原材料入庫后，要經(jīng)歷篩選、烘干、混布料、電極塊壓制、電極焊接、三次熔煉、機加平頭、取樣、理化檢驗、探傷等數(shù)十道工序，才能制備出1支鈦合金鑄錠成品。據(jù)估算，1支3噸級鈦合金鑄錠的成本可達幾十萬元。一旦出現(xiàn)漏氣或設(shè)備故障引起的停機，該爐次鑄錠就會報廢，損失巨大。

1.2 鈦合金真空自耗熔煉設(shè)備管理現(xiàn)狀及不足

（1）設(shè)備操作、維修、管理“三崗分立”，缺乏全員意識?？紤]到鈦合金熔煉工藝的保密性、專業(yè)性、高風險性等特點，對于鈦合金熔煉車間每個班組通常僅配備1名專職的設(shè)備操作人員（熔煉工）和若干名熔煉輔助人員，班組人員缺乏設(shè)備維修、管理專業(yè)知識；設(shè)備維修人員通常按照電工、機修、水暖等專業(yè)劃分，僅負責設(shè)備故障報修后的本專業(yè)的維修，且維修人員缺乏對設(shè)備整體情況、運行工況、綜合性能等情況的了解；設(shè)備管理人員通常負責現(xiàn)場多臺設(shè)備的管理，無法深入了解單臺設(shè)備的使用、維保情況。操作人員、維修人員、管理人員三者之間缺乏信息溝通和協(xié)作配合，設(shè)備管理容易出現(xiàn)疏漏和空白。

（2）設(shè)備管理缺乏系統(tǒng)化。鈦合金熔煉僅作為鈦合金制造工序中的一道工序，通常無配置專門的設(shè)備管理與保障團隊，設(shè)備管理工作主要針對設(shè)備運行階段的維修和保養(yǎng)，以“點”為主，缺乏對論證、采購、安裝、使用、維修等設(shè)備全生命周期的系統(tǒng)管理；缺乏對設(shè)備最終用戶、采購、制造、管理、維保、庫房等設(shè)備管理全流程部門的系統(tǒng)管理；缺乏對設(shè)備密切相關(guān)的現(xiàn)場環(huán)境、標準化、可視化、備品備件、人員素養(yǎng)、制度體系等設(shè)備全生態(tài)環(huán)境的系統(tǒng)管理。

（3）設(shè)備維保滯后，無法實現(xiàn)全效率?，F(xiàn)行設(shè)備管理工作主要分為日常清潔、定期保養(yǎng)和故障維修。日常清潔和定期保養(yǎng)通常不能有效結(jié)合設(shè)備運行工況計劃、實施，且各級保養(yǎng)也不能完全落到實處；故障維修以事后維修為主，由于故障的突發(fā)性和設(shè)備的復(fù)雜性，導(dǎo)致專業(yè)維修人員、維修工具、備品備件無法及時到位，經(jīng)常出現(xiàn)故障停機數(shù)天甚至數(shù)周，嚴重影響正常生產(chǎn)。

2 TPM理論在鈦合金真空自耗熔煉設(shè)備管理的應(yīng)用實踐

TPM作為一種先進的設(shè)備管理工具，其十分適應(yīng)建設(shè)體系規(guī)劃較大但是設(shè)備科學(xué)管理性、規(guī)范性不足的企業(yè)，這點十分迎合我國的國情與工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展現(xiàn)狀。TPM的特征主要在于“全系統(tǒng)、全效率、全員參加”。全系統(tǒng)是指包含預(yù)防維修、改善維護和故障維修等生產(chǎn)維護保養(yǎng)系統(tǒng)的各個方面；全效率是指保障設(shè)備正常運行狀態(tài)，實現(xiàn)設(shè)備生產(chǎn)效率最大化；全員參與是指企業(yè)決策者、相關(guān)部門管理者、設(shè)備使用維護者等從上到下的所有人員都必須參與其中，通過小組自主活動推進TPM工作。利用TPM管理工具可針對性改善鈦合金真空自耗熔煉設(shè)備的管理問題，提升設(shè)備管理水平，產(chǎn)生較高經(jīng)濟效益和社會效益。在長期的TPM體系建設(shè)中總結(jié)形成了TPM管理“九步法”。以此為指導(dǎo)，具體實施鈦合金真空自耗熔煉設(shè)備的TPM推進工作。

（1）成立團隊。團隊成員包括設(shè)備主操作人員、設(shè)備輔助作業(yè)人員、工段長、工藝人員、維修人員、安全管理人員、條件保障管理人員等。通過團隊共同推進實施TPM工作，既可以提升各崗位人員的協(xié)作能力，又可以全面溝通交流設(shè)備操作、工藝、安全、維修等方面的業(yè)務(wù)知識，提升設(shè)備管理工作的全面性。

（2）設(shè)備清掃。鈦合金真空自耗熔煉設(shè)備的循環(huán)水冷卻系統(tǒng)、液壓部件和系統(tǒng)、真空系統(tǒng)等部分容易出現(xiàn)“跑冒滴漏”，設(shè)備排放的大量含有雜質(zhì)、腐蝕性氣體的廢煙也會加重設(shè)備積灰。定期針對設(shè)備本體、真空泵組、熔煉電源系統(tǒng)、電氣控制柜、管路、閥體等主要部位開展清理清掃，可及時發(fā)現(xiàn)并處理“跑冒滴漏”問題，降低出現(xiàn)氣動閥體卡死、電氣元件短路等由灰塵異物引發(fā)的設(shè)備故障風險。

（3）維修改善。針對清掃中發(fā)現(xiàn)的“跑冒滴漏”問題及其故障源進行維修，確保設(shè)備各系統(tǒng)狀態(tài)完好；對設(shè)備及現(xiàn)場不合理、不規(guī)范的地方進行改善，提升工作效率和現(xiàn)場管理水平。

（4）可視化。針對設(shè)備冷卻系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)等與運行安全緊密相關(guān)的復(fù)雜系統(tǒng)完善管路流向、閥門狀態(tài)、液位限位等設(shè)備標識；針對高壓熔煉電源區(qū)、熔煉工位區(qū)、真空泵區(qū)等重點區(qū)域完善區(qū)域安全標識；針對設(shè)備狀態(tài)、人員情況、TPM管理狀態(tài)等方面完善設(shè)備管理可視化。

（5）設(shè)備檔案。建立鈦合金真空自耗熔煉設(shè)備檔案，主要包括設(shè)備信息檔案和運行維護檔案兩部分。設(shè)備信息檔案應(yīng)包括設(shè)備技術(shù)協(xié)議、設(shè)計變更記錄、安裝調(diào)試記錄、驗收記錄等采購資料，總體裝配圖、機械液壓電氣循環(huán)水氣動系統(tǒng)圖、易損件加工圖、易損件清單、設(shè)備說明書、維護保養(yǎng)指導(dǎo)書等出廠資料；設(shè)備運行維護檔案應(yīng)包括設(shè)備作業(yè)指導(dǎo)書、自主維護點檢指導(dǎo)書、應(yīng)急操作規(guī)范、標準維保手冊、安全系統(tǒng)測試指導(dǎo)書等作業(yè)指導(dǎo)類文件，點檢、維保、使用工時、改善記錄表單等設(shè)備狀態(tài)記錄資料。

（6）日常維護。按照設(shè)備自主維護點檢指導(dǎo)書進行每班/日/周/月/年等不同頻率的點檢工作，及時發(fā)現(xiàn)故障并立即解決；認真完成班前班后的一級保養(yǎng)、日常清掃工作，保證設(shè)備的清潔及其周邊工作環(huán)境的整潔；定期進行設(shè)備的二、三級保養(yǎng)及預(yù)防性維護；按照既定的設(shè)備故障維修流程進行設(shè)備維修管理，提高現(xiàn)場的設(shè)備維護保障效率。

（7）備件管理。由于鈦合金真空自耗熔煉設(shè)備備件種類多、規(guī)格多，部分易損備件通用性差，為了縮短維修周期，同時降低備件庫存成本，科學(xué)、有效開展設(shè)備備件管理非常必要。建立設(shè)備備件清單，按照是否屬于易損件、是否非標、采購或加工周期長短等要素將備件分類管理，將爐體密封圈、電纜水冷橡膠管等非標、易損、采購周期長的備件作為關(guān)鍵備件重點管理和監(jiān)控。根據(jù)備件清單建立備件存放區(qū)，專人管理，對備件明確存量并按照排、架、層、位（四號點位原則）進行定置管理。

（8）狀態(tài)跟蹤。通過對設(shè)備工時記錄、故障記錄、維修保養(yǎng)記錄、冷卻水流量/溫度/壓力等設(shè)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的監(jiān)測與收集，分析設(shè)備及重要部件的運行狀態(tài)和規(guī)律，并結(jié)合設(shè)備排產(chǎn)實際，針對真空泵、電極桿動密封、氣動擋板閥、冷卻水管路等重要部位制定預(yù)防性檢查、維保計劃，降低由設(shè)備故障引起的經(jīng)濟損失和安全事故風險。

（9）持續(xù)改進。鈦合金真空自耗熔煉設(shè)備的持續(xù)改進應(yīng)重點圍繞安全和效率兩方面。如利用遠程監(jiān)控報警系統(tǒng)實現(xiàn)對設(shè)備循環(huán)水壓力、溫度、流量的監(jiān)控和報警、利用實時測量氣動卡頭氣壓或微電阻等方式監(jiān)測氣動卡頭與輔助電極桿間隙、增加雙冗余電極桿觸底限位等持續(xù)改進措施，有效提升設(shè)備的安全性，減低事故風險；通過增加扭矩扳手規(guī)范坩堝與底墊緊固螺栓扭緊作業(yè)、設(shè)計并采用鑄錠裝出爐專用工裝等改進措施，有效提高人員作業(yè)效率。

3 工作效果

通過對鈦合金真空自耗熔煉設(shè)備開展TPM管理工作，取得了積極的效果。一方面，顯著改善了設(shè)備的管理指標。2018～2020年，設(shè)備年均故障率降低6.7%、設(shè)備年均故障停機率降低7%、年均維修費率降低12.4%。另一方面，有效提升了設(shè)備現(xiàn)場管理水平。設(shè)備達到“漆見本色鐵見光”；現(xiàn)場物料和文件資料定制化管理；設(shè)備自動化和智能化水平不斷提升；團隊人員分工合理、合作高效；故障維修響應(yīng)及時，預(yù)防性維護科學(xué)合理；生產(chǎn)效率和設(shè)備穩(wěn)定性不斷提升。

4 結(jié)語

針對鈦合金真空自耗熔煉設(shè)備等重要設(shè)備開展TPM管理工作，具有較強的實操性和較高的企業(yè)價值。在具體實施過程中，要持續(xù)強化員工理念，培養(yǎng)員工自主學(xué)習和改善的意識、能力；不斷總結(jié)階段成果，讓員工嘗到“甜頭”增強信心；以現(xiàn)場實際需求和問題為導(dǎo)向，選擇適合的內(nèi)容“為我所用”，簡化流程、減少表單，通過信息化、自動化手段減少現(xiàn)場人員的工作量；建立適當?shù)目己酥贫群图钍侄?，激發(fā)員工的主動性和創(chuàng)造性。只有將TPM管理理念與企業(yè)管理實際相結(jié)合，才能碰撞出火花，產(chǎn)生最大效益。