莱钢再制造项目研究与实践

高 峰

（莱芜钢铁集团有限公司设备检修中心，山东莱芜 271100）

0 前言

再制造是指将机电产品运用高科技进行专业化修复或升级改造，使其恢复到像新品一样或优于新品的批量化制造过程。其重要特征是再制造产品的质量和性能不低于新品，与新品相比，节约成本50%，节能60%，节材70%，对环境的不良影响与制造新品相比显著降低。我国的再制造是在维修工程、表面工程基础上发展起来的，主要基于复合表面工程技术、纳米表面工程技术和自动化表面工程技术。这些先进的表面工程技术是国外再制造时尚未采用的，为发展我国现代化生产性服务业增加了新的内容。

目前，冶金设备检修只是简单的以更换备件、实现设备运行为目标。这样的检修因为没有分析设备故障的原因、没有针对故障原因进行备件升级、未制定相关的设备运行保养维护制度，因此设备故障会重复发生，造成检修恶性循环直至设备完全损坏。

1 生产线故障原因分析

莱钢设备检修中心主要负责10余个生产单位主体设备的检修工作。成立的第一年，共进行十万余次检修，发生检修费用13 000余万元。

自2012年7月份统计开始至2012年11月份，共统计故障停机次数555次，因机械故障停机423次，因电气故障停机132次。在各生产线发生故障后，各单位按要求组织开展设备检修，检修只停留在设备故障消除和备件更换。在检修过程中发现，同一设备同一备件重复检修率在70%以上，其中50%以上是由于设备备件原因导致。

针对莱钢设备检修特点和开展再制造项目的优势，检修中心不断探索将再制造技术应用于检修过程中，不断提升设备检修效率，延长设备使用寿命。

2 导卫件、轧辊堆焊再制造

2.1 项目背景

轧机导卫装置是安装在轧钢机械的入口和出口处，辅助轧件按既定方向和状态准确稳定进入和导出的轧钢专用设备。导卫装置对轧钢生产线的正常运转非常重要，能防止缠辊、堵钢、飞钢、倒钢等事故发生，保证轧制顺利进行，是提高钢材质量、增加产量、提高成材率、节约能源的保障。特别是对于长材（如线材、棒材、型材）来说，导卫装置对于保证产品的公差和屈服强度起到了主要作用。

莱钢集团下属各轧钢厂共有17条轧材生产线，其中板材有4条生产线，分别是窄带钢、中宽带、宽厚板、冷轧薄板；棒材有4条生产线，分别是中小型、一轧、二轧、小型；750粗轧机改造的大圆钢生产线1条，水压机—大锻件生产线1条，专业生产螺纹钢筋、圆钢、锻件及锚杆钢等产品；特钢生产线3条，分别是大型、中型、小型；特大圆钢生产线1条；H形钢有大型、中型、小型3条生产线。17条生产线具备年产1400万t钢材的产能，按实际轧制1000万t钢计算，年消耗导卫件3000多吨，导卫的失效形式主要有表面磨损、R角磨损，以及安装、连接部位变形。

2.2 再制造过程

2.2.1 导卫失效原因分析

以大H形钢串列轧钢导卫为例（图1）。失效位置主要在图示1安装孔，主要表现为安装孔润滑不良、变形超差，造成导卫安装精度降低。图示2位置磨损过度，造成导卫与轧辊间距增大，生产过程中易出现跑钢等生产事故。

图1 大H形钢串列轧钢导卫安装示意

图示1位置安装孔润滑主要依靠装配前涂抹黄油。钢材轧制过程中，安装孔受红钢辐射热长时间烘烤，黄油变质失效，造成安装孔与安装销轴硬接触而产生机械磨损，导致安装孔失效。

图示2位置按照设备理论安装标准，需要与轧辊保持5 mm左右间隙，实际生产过程中，因设备结构变形导致装配精度下降、钢材轧制过程中导卫件振动等原因制约，5 mm间隙无法保证，导致导卫与轧辊硬接触而发生磨损，当导卫磨损量达到15 mm左右时，导卫就因不能满足钢材轧制需要而报废。

2.2.2 导卫失效后的处理措施

导卫安装孔失效时，各单位基本不采取修复措施，只对表面磨损部分进行简单处理。一般采用的方法为补焊，即：将磨损部位切割打磨后，视磨损量补焊一定长度的钢板。这种处理方法一方面不能保持或提高导卫件的安装精度，另一方面在对磨损部位进行切割时，浪费了部件材料，提高了设备修复成本。同时，补焊钢板为一般材料钢板，不具备提升修复件本身质量从而延长使用寿命的性能。

依据再制造“两型产品、五六七”的工作特征（再制造产品的质量和性能达到或超过原型新品，成本不超过原型新品的50%，节能60%、节材70%，对环境的不良影响显著降低，有力促进了资源节约型、环境友好型社会的建设），提出以下4种导卫修复再制造措施。

（1）耐磨材料表面堆焊。导卫件的表面磨损主要是因为与轧辊接触摩擦造成。如果整体提高导卫件耐磨性，在提高使用寿命的同时，也大幅增加了备件成本。采用在主要磨损表面堆焊厚10 mm的耐磨层，低于轧辊表面硬度，使用过程中不会对轧辊表面产生划伤而降低轧辊使用寿命。此种表面堆焊方法已经实施，经过后期硬度测试，完全达到目标要求。本方法不仅可以在废旧导卫件实施，在新件制作时，同样可以在磨损部分提前堆焊耐磨层，在本质上提高导卫件的使用寿命。

（2）安装成品耐磨件。按照粉末成形的产品制造原理，以石墨基等自润滑材料作为耐磨基质，通过其他材料配比后压制成成品的耐磨件，与废旧导卫件通过焊接、螺栓连接等方式连接，达到修复再制造的目的。因为石墨基的自润滑特性，修复的导卫件表面摩擦系数降低，在降低导卫本身磨损量、提高导卫使用寿命的同时，可以大幅降低对轧辊的磨损，提高轧辊的使用寿命。本方法已具备成熟的生产工艺。

（3）导卫表面贴膜法。在导卫修复时，可使用该种太空纺织布，采用胶接方法与导卫连接，作为导卫表面的耐磨层与轧辊接触。钢材轧制过程中，轧辊表面在冷却水作用下，温度较低，不会对纺织布产生热损伤。导卫下线后，在生产现场即可实现纺织布的更换，方便快捷。

（4）对安装孔镶嵌自润滑铜套。导卫安装孔经过扩径后，镶嵌含石墨基的铜套，提高润滑性能，降低因磨损导致的安装孔损坏。

2.3 实施效果

（1）恢复并提高了导卫件的性能，延长了导卫的使用寿命，降低了生产成本。

（2）进行导卫件的修复再制造研究，设备检修中心可以逐步介入到设备再制造领域。通过多种设备再制造研究的积累，获得地方相关部门的认可，获得国家政策和资金支持，在提高中心核心竞争力的同时，为中心创造可观的效益。

（3）设备检修中心在2013年可实现辊道修复产值600万元以上，有效降低莱钢辊道修复的外委费用。目前正在开拓行车、冶金车辆车轮修复等大量潜在的堆焊市场，经济效益前景广阔。

3 电机修复再制造

3.1 项目背景

2012年莱钢主业外委电机修理费用约600万元，且存在维修质量不高的现象。部分进口电机需返厂维修，国内生产的高压电机也需委托有维修资质的电机维修厂家进行维修，这种电机维修方式导致维修费用较高，同时造成电机维修时间过长，经常出现影响主业生产线正常运行的情况。

设备检修中心成立了电机修复再制造基地，基地内具有丰富的人力资源和先进的设备资源，有较强的电机修复再制造能力。

3.2 再制造过程

（1）对损坏电机进行编号登记，通过故障表现初步判断故障原因。

（2）对损坏电机进行拆检，对故障原因进行详细分析，制定再制造方案。

（3）对电机损坏部位进行升级改造，提高电机的使用性能。

3.3 项目效益分析

设备检修中心从2013年5月至2013年12月实现电机维修产值300万元以上，通过再制造完成的电机在各生产线使用寿命明显延长，适应环境能力大幅提高。

4 焦罐底部结构与衬板形状再制造

以焦罐衬板改造为例，焦罐故障主要体现为衬板损坏，经过改造和衬板材料的选用，2#衬板使已经相对稳定，现阶段主要问题集中在4#衬板损坏、4#衬板基础板变形等问题上，尤其表现在底部闸门两顶弧顶位置的衬板经常性损坏。通过现场次故障检查发现：在底闸门、4#衬板及4#衬板基础板组成一个相对密封的三角形，当满载红焦的焦罐在干熄焦装焦口放焦时，有些焦炭会积存这个三角形区域内，当底部闸门关闭时，此处存留部分焦炭就会阻碍底部闸门的关闭，最终在最大的力量作用下，引起基础板和衬板变形，衬板挂钩和螺丝断裂并最终导致衬板脱落。

4.1 焦罐底部衬板损坏原因（图2）

4#衬板下半部分开裂、变形等损坏，主要是由于焦罐底闸门开关过程中焦炭进入了由闸门底板、基础板和4#衬板下部所组成的相对密封的区域，当底闸门在关闭时如有粘罐现象会造成闸门底板、基础板和4#衬板相互挤压，巨大的作用力会导致底闸门弧顶的4#衬板、基础板和底部6#衬板变形开裂，甚至造成衬板脱落。

4.2 再制造措施

图2 焦罐底部衬板损坏原因

针对这种情况，攻关小组成员经过仔细的分析、论证，最终决定对现有焦罐进行改造，以达到减少甚至避免夹焦现象发生的目的（图3）。该结构包括4#A衬板、4#B衬板、加强筋、螺栓紧固套筒。4#A衬板、4#B衬板分别用螺栓、挂钩、圆柱销固定在基础板上，基础板呈直角梯形，内部由加强筋加固，并用石棉隔热材料填充。

结合以上几种情况，提出将4#衬板改为斜板与立板的形式：每一组4#衬板由一块斜板与一块立板组成，由于立板的存在减少底部基础板的宽度，减小下部基础板的宽度，由原来的350 mm减少到现在的220 mm。这样可以大大降低夹焦的机率。

此外，衬板下部的基础板内用25 mm钢板做成加强筋，防止基础板变形；采用石棉材料将基础板内部空间填实，减少基础板由于受热发生变形；用50 mm钢管做成固定螺栓的通道，方便衬板、螺栓的固定；在设计的过程中将4#衬板的立板增加倒角形成切削刃，可以切碎夹焦，减少大块焦炭对衬板的损坏。

4.3 实施效果

此种改造是在现有焦罐2块4#衬板改造的基础上进行，可以有效保护4#衬板。改造后的4#立板尺寸更小，即使在特殊情况下脱落也不会影响干熄焦炉的正常生产。由于采用加强筋及结构设计，焦罐的原有结构强度及容量均不会受影响。改造完成后，实际使用的反馈结果表明，焦罐易损坏衬板使用寿命明显增强，4#衬板易损坏的问题得到了解决。

图3 焦罐底部改造立体图

5 结语

修复再制造技术以优质、高效、节能、节材、环保为主要目标，是企业降低运行成本、提高市场竞争力的主要手段。莱钢设备检修中心开展设备再制造业务以来，依靠检修资源，充分发挥再制造项目的性能优势，不断提升设备检修水平，设备故障率呈现逐步下降趋势，对冶金检修行业的再制造业务具有指导意义。