萊鋼再制造項(xiàng)目研究與實(shí)踐

高 峰

（萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司設(shè)備檢修中心，山東萊蕪 271100）

0 前言

再制造是指將機(jī)電產(chǎn)品運(yùn)用高科技進(jìn)行專業(yè)化修復(fù)或升級(jí)改造，使其恢復(fù)到像新品一樣或優(yōu)于新品的批量化制造過(guò)程。其重要特征是再制造產(chǎn)品的質(zhì)量和性能不低于新品，與新品相比，節(jié)約成本50%，節(jié)能60%，節(jié)材70%，對(duì)環(huán)境的不良影響與制造新品相比顯著降低。我國(guó)的再制造是在維修工程、表面工程基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，主要基于復(fù)合表面工程技術(shù)、納米表面工程技術(shù)和自動(dòng)化表面工程技術(shù)。這些先進(jìn)的表面工程技術(shù)是國(guó)外再制造時(shí)尚未采用的，為發(fā)展我國(guó)現(xiàn)代化生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)增加了新的內(nèi)容。

目前，冶金設(shè)備檢修只是簡(jiǎn)單的以更換備件、實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行為目標(biāo)。這樣的檢修因?yàn)闆]有分析設(shè)備故障的原因、沒有針對(duì)故障原因進(jìn)行備件升級(jí)、未制定相關(guān)的設(shè)備運(yùn)行保養(yǎng)維護(hù)制度，因此設(shè)備故障會(huì)重復(fù)發(fā)生，造成檢修惡性循環(huán)直至設(shè)備完全損壞。

1 生產(chǎn)線故障原因分析

萊鋼設(shè)備檢修中心主要負(fù)責(zé)10余個(gè)生產(chǎn)單位主體設(shè)備的檢修工作。成立的第一年，共進(jìn)行十萬(wàn)余次檢修，發(fā)生檢修費(fèi)用13 000余萬(wàn)元。

自2012年7月份統(tǒng)計(jì)開始至2012年11月份，共統(tǒng)計(jì)故障停機(jī)次數(shù)555次，因機(jī)械故障停機(jī)423次，因電氣故障停機(jī)132次。在各生產(chǎn)線發(fā)生故障后，各單位按要求組織開展設(shè)備檢修，檢修只停留在設(shè)備故障消除和備件更換。在檢修過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，同一設(shè)備同一備件重復(fù)檢修率在70%以上，其中50%以上是由于設(shè)備備件原因?qū)е隆?/p>

針對(duì)萊鋼設(shè)備檢修特點(diǎn)和開展再制造項(xiàng)目的優(yōu)勢(shì)，檢修中心不斷探索將再制造技術(shù)應(yīng)用于檢修過(guò)程中，不斷提升設(shè)備檢修效率，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。

2 導(dǎo)衛(wèi)件、軋輥堆焊再制造

2.1 項(xiàng)目背景

軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)裝置是安裝在軋鋼機(jī)械的入口和出口處，輔助軋件按既定方向和狀態(tài)準(zhǔn)確穩(wěn)定進(jìn)入和導(dǎo)出的軋鋼專用設(shè)備。導(dǎo)衛(wèi)裝置對(duì)軋鋼生產(chǎn)線的正常運(yùn)轉(zhuǎn)非常重要，能防止纏輥、堵鋼、飛鋼、倒鋼等事故發(fā)生，保證軋制順利進(jìn)行，是提高鋼材質(zhì)量、增加產(chǎn)量、提高成材率、節(jié)約能源的保障。特別是對(duì)于長(zhǎng)材（如線材、棒材、型材）來(lái)說(shuō)，導(dǎo)衛(wèi)裝置對(duì)于保證產(chǎn)品的公差和屈服強(qiáng)度起到了主要作用。

萊鋼集團(tuán)下屬各軋鋼廠共有17條軋材生產(chǎn)線，其中板材有4條生產(chǎn)線，分別是窄帶鋼、中寬帶、寬厚板、冷軋薄板；棒材有4條生產(chǎn)線，分別是中小型、一軋、二軋、小型；750粗軋機(jī)改造的大圓鋼生產(chǎn)線1條，水壓機(jī)—大鍛件生產(chǎn)線1條，專業(yè)生產(chǎn)螺紋鋼筋、圓鋼、鍛件及錨桿鋼等產(chǎn)品；特鋼生產(chǎn)線3條，分別是大型、中型、小型；特大圓鋼生產(chǎn)線1條；H形鋼有大型、中型、小型3條生產(chǎn)線。17條生產(chǎn)線具備年產(chǎn)1400萬(wàn)t鋼材的產(chǎn)能，按實(shí)際軋制1000萬(wàn)t鋼計(jì)算，年消耗導(dǎo)衛(wèi)件3000多噸，導(dǎo)衛(wèi)的失效形式主要有表面磨損、R角磨損，以及安裝、連接部位變形。

2.2 再制造過(guò)程

2.2.1 導(dǎo)衛(wèi)失效原因分析

以大H形鋼串列軋鋼導(dǎo)衛(wèi)為例（圖1）。失效位置主要在圖示1安裝孔，主要表現(xiàn)為安裝孔潤(rùn)滑不良、變形超差，造成導(dǎo)衛(wèi)安裝精度降低。圖示2位置磨損過(guò)度，造成導(dǎo)衛(wèi)與軋輥間距增大，生產(chǎn)過(guò)程中易出現(xiàn)跑鋼等生產(chǎn)事故。

圖1 大H形鋼串列軋鋼導(dǎo)衛(wèi)安裝示意

圖示1位置安裝孔潤(rùn)滑主要依靠裝配前涂抹黃油。鋼材軋制過(guò)程中，安裝孔受紅鋼輻射熱長(zhǎng)時(shí)間烘烤，黃油變質(zhì)失效，造成安裝孔與安裝銷軸硬接觸而產(chǎn)生機(jī)械磨損，導(dǎo)致安裝孔失效。

圖示2位置按照設(shè)備理論安裝標(biāo)準(zhǔn)，需要與軋輥保持5 mm左右間隙，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，因設(shè)備結(jié)構(gòu)變形導(dǎo)致裝配精度下降、鋼材軋制過(guò)程中導(dǎo)衛(wèi)件振動(dòng)等原因制約，5 mm間隙無(wú)法保證，導(dǎo)致導(dǎo)衛(wèi)與軋輥硬接觸而發(fā)生磨損，當(dāng)導(dǎo)衛(wèi)磨損量達(dá)到15 mm左右時(shí)，導(dǎo)衛(wèi)就因不能滿足鋼材軋制需要而報(bào)廢。

2.2.2 導(dǎo)衛(wèi)失效后的處理措施

導(dǎo)衛(wèi)安裝孔失效時(shí)，各單位基本不采取修復(fù)措施，只對(duì)表面磨損部分進(jìn)行簡(jiǎn)單處理。一般采用的方法為補(bǔ)焊，即：將磨損部位切割打磨后，視磨損量補(bǔ)焊一定長(zhǎng)度的鋼板。這種處理方法一方面不能保持或提高導(dǎo)衛(wèi)件的安裝精度，另一方面在對(duì)磨損部位進(jìn)行切割時(shí)，浪費(fèi)了部件材料，提高了設(shè)備修復(fù)成本。同時(shí)，補(bǔ)焊鋼板為一般材料鋼板，不具備提升修復(fù)件本身質(zhì)量從而延長(zhǎng)使用壽命的性能。

依據(jù)再制造“兩型產(chǎn)品、五六七”的工作特征（再制造產(chǎn)品的質(zhì)量和性能達(dá)到或超過(guò)原型新品，成本不超過(guò)原型新品的50%，節(jié)能60%、節(jié)材70%，對(duì)環(huán)境的不良影響顯著降低，有力促進(jìn)了資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的建設(shè)），提出以下4種導(dǎo)衛(wèi)修復(fù)再制造措施。

（1）耐磨材料表面堆焊。導(dǎo)衛(wèi)件的表面磨損主要是因?yàn)榕c軋輥接觸摩擦造成。如果整體提高導(dǎo)衛(wèi)件耐磨性，在提高使用壽命的同時(shí)，也大幅增加了備件成本。采用在主要磨損表面堆焊厚10 mm的耐磨層，低于軋輥表面硬度，使用過(guò)程中不會(huì)對(duì)軋輥表面產(chǎn)生劃傷而降低軋輥使用壽命。此種表面堆焊方法已經(jīng)實(shí)施，經(jīng)過(guò)后期硬度測(cè)試，完全達(dá)到目標(biāo)要求。本方法不僅可以在廢舊導(dǎo)衛(wèi)件實(shí)施，在新件制作時(shí)，同樣可以在磨損部分提前堆焊耐磨層，在本質(zhì)上提高導(dǎo)衛(wèi)件的使用壽命。

（2）安裝成品耐磨件。按照粉末成形的產(chǎn)品制造原理，以石墨基等自潤(rùn)滑材料作為耐磨基質(zhì)，通過(guò)其他材料配比后壓制成成品的耐磨件，與廢舊導(dǎo)衛(wèi)件通過(guò)焊接、螺栓連接等方式連接，達(dá)到修復(fù)再制造的目的。因?yàn)槭淖詽?rùn)滑特性，修復(fù)的導(dǎo)衛(wèi)件表面摩擦系數(shù)降低，在降低導(dǎo)衛(wèi)本身磨損量、提高導(dǎo)衛(wèi)使用壽命的同時(shí)，可以大幅降低對(duì)軋輥的磨損，提高軋輥的使用壽命。本方法已具備成熟的生產(chǎn)工藝。

（3）導(dǎo)衛(wèi)表面貼膜法。在導(dǎo)衛(wèi)修復(fù)時(shí)，可使用該種太空紡織布，采用膠接方法與導(dǎo)衛(wèi)連接，作為導(dǎo)衛(wèi)表面的耐磨層與軋輥接觸。鋼材軋制過(guò)程中，軋輥表面在冷卻水作用下，溫度較低，不會(huì)對(duì)紡織布產(chǎn)生熱損傷。導(dǎo)衛(wèi)下線后，在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)即可實(shí)現(xiàn)紡織布的更換，方便快捷。

（4）對(duì)安裝孔鑲嵌自潤(rùn)滑銅套。導(dǎo)衛(wèi)安裝孔經(jīng)過(guò)擴(kuò)徑后，鑲嵌含石墨基的銅套，提高潤(rùn)滑性能，降低因磨損導(dǎo)致的安裝孔損壞。

2.3 實(shí)施效果

（1）恢復(fù)并提高了導(dǎo)衛(wèi)件的性能，延長(zhǎng)了導(dǎo)衛(wèi)的使用壽命，降低了生產(chǎn)成本。

（2）進(jìn)行導(dǎo)衛(wèi)件的修復(fù)再制造研究，設(shè)備檢修中心可以逐步介入到設(shè)備再制造領(lǐng)域。通過(guò)多種設(shè)備再制造研究的積累，獲得地方相關(guān)部門的認(rèn)可，獲得國(guó)家政策和資金支持，在提高中心核心競(jìng)爭(zhēng)力的同時(shí)，為中心創(chuàng)造可觀的效益。

（3）設(shè)備檢修中心在2013年可實(shí)現(xiàn)輥道修復(fù)產(chǎn)值600萬(wàn)元以上，有效降低萊鋼輥道修復(fù)的外委費(fèi)用。目前正在開拓行車、冶金車輛車輪修復(fù)等大量潛在的堆焊市場(chǎng)，經(jīng)濟(jì)效益前景廣闊。

3 電機(jī)修復(fù)再制造

3.1 項(xiàng)目背景

2012年萊鋼主業(yè)外委電機(jī)修理費(fèi)用約600萬(wàn)元，且存在維修質(zhì)量不高的現(xiàn)象。部分進(jìn)口電機(jī)需返廠維修，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的高壓電機(jī)也需委托有維修資質(zhì)的電機(jī)維修廠家進(jìn)行維修，這種電機(jī)維修方式導(dǎo)致維修費(fèi)用較高，同時(shí)造成電機(jī)維修時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，經(jīng)常出現(xiàn)影響主業(yè)生產(chǎn)線正常運(yùn)行的情況。

設(shè)備檢修中心成立了電機(jī)修復(fù)再制造基地，基地內(nèi)具有豐富的人力資源和先進(jìn)的設(shè)備資源，有較強(qiáng)的電機(jī)修復(fù)再制造能力。

3.2 再制造過(guò)程

（1）對(duì)損壞電機(jī)進(jìn)行編號(hào)登記，通過(guò)故障表現(xiàn)初步判斷故障原因。

（2）對(duì)損壞電機(jī)進(jìn)行拆檢，對(duì)故障原因進(jìn)行詳細(xì)分析，制定再制造方案。

（3）對(duì)電機(jī)損壞部位進(jìn)行升級(jí)改造，提高電機(jī)的使用性能。

3.3 項(xiàng)目效益分析

設(shè)備檢修中心從2013年5月至2013年12月實(shí)現(xiàn)電機(jī)維修產(chǎn)值300萬(wàn)元以上，通過(guò)再制造完成的電機(jī)在各生產(chǎn)線使用壽命明顯延長(zhǎng)，適應(yīng)環(huán)境能力大幅提高。

4 焦罐底部結(jié)構(gòu)與襯板形狀再制造

以焦罐襯板改造為例，焦罐故障主要體現(xiàn)為襯板損壞，經(jīng)過(guò)改造和襯板材料的選用，2#襯板使已經(jīng)相對(duì)穩(wěn)定，現(xiàn)階段主要問(wèn)題集中在4#襯板損壞、4#襯板基礎(chǔ)板變形等問(wèn)題上，尤其表現(xiàn)在底部閘門兩頂弧頂位置的襯板經(jīng)常性損壞。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)次故障檢查發(fā)現(xiàn)：在底閘門、4#襯板及4#襯板基礎(chǔ)板組成一個(gè)相對(duì)密封的三角形，當(dāng)滿載紅焦的焦罐在干熄焦裝焦口放焦時(shí)，有些焦炭會(huì)積存這個(gè)三角形區(qū)域內(nèi)，當(dāng)?shù)撞块l門關(guān)閉時(shí)，此處存留部分焦炭就會(huì)阻礙底部閘門的關(guān)閉，最終在最大的力量作用下，引起基礎(chǔ)板和襯板變形，襯板掛鉤和螺絲斷裂并最終導(dǎo)致襯板脫落。

4.1 焦罐底部襯板損壞原因（圖2）

4#襯板下半部分開裂、變形等損壞，主要是由于焦罐底閘門開關(guān)過(guò)程中焦炭進(jìn)入了由閘門底板、基礎(chǔ)板和4#襯板下部所組成的相對(duì)密封的區(qū)域，當(dāng)?shù)组l門在關(guān)閉時(shí)如有粘罐現(xiàn)象會(huì)造成閘門底板、基礎(chǔ)板和4#襯板相互擠壓，巨大的作用力會(huì)導(dǎo)致底閘門弧頂?shù)?#襯板、基礎(chǔ)板和底部6#襯板變形開裂，甚至造成襯板脫落。

4.2 再制造措施

圖2 焦罐底部襯板損壞原因

針對(duì)這種情況，攻關(guān)小組成員經(jīng)過(guò)仔細(xì)的分析、論證，最終決定對(duì)現(xiàn)有焦罐進(jìn)行改造，以達(dá)到減少甚至避免夾焦現(xiàn)象發(fā)生的目的（圖3）。該結(jié)構(gòu)包括4#A襯板、4#B襯板、加強(qiáng)筋、螺栓緊固套筒。4#A襯板、4#B襯板分別用螺栓、掛鉤、圓柱銷固定在基礎(chǔ)板上，基礎(chǔ)板呈直角梯形，內(nèi)部由加強(qiáng)筋加固，并用石棉隔熱材料填充。

結(jié)合以上幾種情況，提出將4#襯板改為斜板與立板的形式：每一組4#襯板由一塊斜板與一塊立板組成，由于立板的存在減少底部基礎(chǔ)板的寬度，減小下部基礎(chǔ)板的寬度，由原來(lái)的350 mm減少到現(xiàn)在的220 mm。這樣可以大大降低夾焦的機(jī)率。

此外，襯板下部的基礎(chǔ)板內(nèi)用25 mm鋼板做成加強(qiáng)筋，防止基礎(chǔ)板變形；采用石棉材料將基礎(chǔ)板內(nèi)部空間填實(shí)，減少基礎(chǔ)板由于受熱發(fā)生變形；用50 mm鋼管做成固定螺栓的通道，方便襯板、螺栓的固定；在設(shè)計(jì)的過(guò)程中將4#襯板的立板增加倒角形成切削刃，可以切碎夾焦，減少大塊焦炭對(duì)襯板的損壞。

4.3 實(shí)施效果

此種改造是在現(xiàn)有焦罐2塊4#襯板改造的基礎(chǔ)上進(jìn)行，可以有效保護(hù)4#襯板。改造后的4#立板尺寸更小，即使在特殊情況下脫落也不會(huì)影響干熄焦?fàn)t的正常生產(chǎn)。由于采用加強(qiáng)筋及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，焦罐的原有結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及容量均不會(huì)受影響。改造完成后，實(shí)際使用的反饋結(jié)果表明，焦罐易損壞襯板使用壽命明顯增強(qiáng)，4#襯板易損壞的問(wèn)題得到了解決。

圖3 焦罐底部改造立體圖

5 結(jié)語(yǔ)

修復(fù)再制造技術(shù)以優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能、節(jié)材、環(huán)保為主要目標(biāo)，是企業(yè)降低運(yùn)行成本、提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的主要手段。萊鋼設(shè)備檢修中心開展設(shè)備再制造業(yè)務(wù)以來(lái)，依靠檢修資源，充分發(fā)揮再制造項(xiàng)目的性能優(yōu)勢(shì)，不斷提升設(shè)備檢修水平，設(shè)備故障率呈現(xiàn)逐步下降趨勢(shì)，對(duì)冶金檢修行業(yè)的再制造業(yè)務(wù)具有指導(dǎo)意義。