陶 瑋，鄒新長(zhǎng)，曹躍朋，段永輝

（岳陽(yáng)大陸激光技術(shù)有限公司，湖南岳陽(yáng) 414000）

0 前言

短應(yīng)力線(xiàn)軋機(jī)是鋼鐵冶金行業(yè)棒、線(xiàn)材生產(chǎn)中大規(guī)模使用的最重要的機(jī)電一體化軋制設(shè)備，在工作過(guò)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(dòng)磨損和腐蝕現(xiàn)象，隨著時(shí)間累積導(dǎo)致軋機(jī)系統(tǒng)在線(xiàn)軋制精度的降低和喪失。

我國(guó)的短應(yīng)力線(xiàn)軋機(jī)市場(chǎng)保有量在2016 年已超過(guò)6 萬(wàn)臺(tái)，大多數(shù)鋼企為了深度挖掘短應(yīng)力線(xiàn)軋機(jī)潛力，會(huì)將軋制精度降低后的軋機(jī)從精軋架次向粗中軋架次調(diào)整，從新機(jī)上線(xiàn)服役直至用到完全沒(méi)有可用性后才下線(xiàn)。按照設(shè)計(jì)高精度使用壽命3 年、每年16%報(bào)廢淘汰率計(jì)算，粗中軋區(qū)積累了大批量已處于使用壽命邊緣的軋機(jī)。目前每年將有近1 萬(wàn)臺(tái)短應(yīng)力線(xiàn)軋機(jī)面臨報(bào)廢、技術(shù)性或功能性淘汰局面，損失的經(jīng)濟(jì)規(guī)模每年達(dá)到3 億元[1]，造成了國(guó)家和鋼企巨大的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。

推動(dòng)鋼鐵行業(yè)盤(pán)活這些大量廢舊退伇的短應(yīng)力線(xiàn)軋機(jī)，加快應(yīng)用廢舊短應(yīng)力線(xiàn)軋機(jī)提高并長(zhǎng)效保持在線(xiàn)軋制精度能力的整機(jī)再制造技術(shù)，能從根本上解決軋機(jī)使用過(guò)程中的現(xiàn)存問(wèn)題，將為眾多棒、線(xiàn)材生產(chǎn)企業(yè)提供一個(gè)將廢舊短應(yīng)力線(xiàn)軋機(jī)變廢為寶的有益思路。

1 短應(yīng)力線(xiàn)軋機(jī)失效的主要原因

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

2 整機(jī)再制造的主要內(nèi)容

（1）對(duì)軋機(jī)的拉桿、立柱、輥箱、機(jī)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(jī)座的配合面。

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

（3）對(duì)軋機(jī)外置平衡機(jī)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(jī)構(gòu)工作的穩(wěn)定性和可靠性。

（4）加裝軋機(jī)軸向止推裝置，將原設(shè)計(jì)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(dòng)更順暢；

3 整機(jī)再制造實(shí)施工藝

3.1 軋機(jī)本體解體

解體時(shí)做好廢油的隔離清理，并對(duì)解體后的壓下箱體、輥箱、立柱、機(jī)座表面進(jìn)行吹砂，除配合面外的其他部位還應(yīng)再?lài)娝⒎冷P底漆。

3.2 主要部件功能面的激光熔覆

對(duì)拉桿與立柱、輥箱配合的密封軸頸（圖1）、立柱與機(jī)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(jī)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(jiàn)表1。激光熔覆前對(duì)熔覆區(qū)粗加工見(jiàn)光，作PT 檢測(cè)應(yīng)無(wú)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(jī)座

3.3 零部件的設(shè)計(jì)改造

3.3.1 拉桿密封結(jié)構(gòu)改造

原設(shè)計(jì)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(jī)本體拆分，損壞后如不及時(shí)更換會(huì)造成軋機(jī)在使用中進(jìn)水和粉塵，而拉桿的密封失效是造成軋機(jī)報(bào)廢的一個(gè)很重要的原因。改成石墨纖維的片狀疊層結(jié)構(gòu)的盤(pán)根密封后，既可以實(shí)現(xiàn)在更換軋輥時(shí)在線(xiàn)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(pán)根密封

3.3.2 外置平衡機(jī)構(gòu)改造

原軋機(jī)采用外置平衡機(jī)構(gòu)如圖6。由于其所采用的彈性阻尼體機(jī)構(gòu)在工況條件下使用極易失效，導(dǎo)致軋機(jī)工作失穩(wěn)、彈跳超差，影響產(chǎn)品質(zhì)量。在再制造加工時(shí)，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(qiáng)、小變形可承受大載荷等優(yōu)點(diǎn)[2]，以增加平衡裝置在軋制時(shí)工作的穩(wěn)定性和可靠性。

圖6 原外置平衡彈性阻尼體機(jī)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(jì)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(dòng)更順暢（圖8）。

圖8 改造后的軸向止推裝置

3.3.4 機(jī)座底部緩沖襯板改造

由原尼綸板材改為高強(qiáng)度鋁合金襯板，以增強(qiáng)在軋制過(guò)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(duì)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(jī)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(jī)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(guò)原型新機(jī)設(shè)計(jì)指標(biāo)。

圖10 立柱、拉桿回裝

4 上線(xiàn)試驗(yàn)情況

2019 年2 月至2020年5 月，應(yīng)用了整機(jī)再制造技術(shù)的POMINI400 型短應(yīng)力線(xiàn)軋機(jī)，在湖南某鋼企高線(xiàn)廠盤(pán)卷線(xiàn)上線(xiàn)試用15 個(gè)月，上線(xiàn)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(jī)型故障。下線(xiàn)檢測(cè)軋機(jī)徑向彈跳<0.3 mm，軸向竄動(dòng)＜0.2 mm。從現(xiàn)場(chǎng)使用情況看，整機(jī)再制造樣機(jī)使用性能穩(wěn)定、故障率低，符合現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)要求，軋制的產(chǎn)品尺寸滿(mǎn)足工藝控制要求。

5 結(jié)論

以傳統(tǒng)替換和簡(jiǎn)單維修恢復(fù)原軋機(jī)，其性能指標(biāo)遠(yuǎn)低于新機(jī)，其修復(fù)價(jià)值低只能報(bào)廢，不符合國(guó)家綠色經(jīng)濟(jì)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)的政策發(fā)展方向。如果直接購(gòu)置新機(jī)，又無(wú)法回避原型軋機(jī)使用過(guò)程中現(xiàn)存的主要問(wèn)題。應(yīng)用整機(jī)再制造技術(shù)，其費(fèi)用與新機(jī)采購(gòu)價(jià)接近，但核心部件經(jīng)過(guò)激光表面改性加工以及對(duì)原軋機(jī)設(shè)計(jì)上的缺陷進(jìn)行優(yōu)化創(chuàng)新改造后，能具有比原型新機(jī)提高5～10 倍的長(zhǎng)周期在線(xiàn)軋制精度保持能力，而其保持長(zhǎng)周期在線(xiàn)軋制精度能力的好壞，對(duì)軋鋼生產(chǎn)過(guò)程和產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性有直接影響。經(jīng)整機(jī)再制造的軋機(jī)具有“高精度、高性?xún)r(jià)比、高綠色化率”的新一代軋機(jī)特點(diǎn)。