短应力线轧机长效保持轧制精度的再制造应用

陶 玮，邹新长，曹跃朋，段永辉

（岳阳大陆激光技术有限公司，湖南岳阳 414000）

0 前言

短应力线轧机是钢铁冶金行业棒、线材生产中大规模使用的最重要的机电一体化轧制设备，在工作过程中受到高温环境下冷却水与金属氧化物粉尘的共同作用，产生不同程度的微动磨损和腐蚀现象，随着时间累积导致轧机系统在线轧制精度的降低和丧失。

我国的短应力线轧机市场保有量在2016 年已超过6 万台，大多数钢企为了深度挖掘短应力线轧机潜力，会将轧制精度降低后的轧机从精轧架次向粗中轧架次调整，从新机上线服役直至用到完全没有可用性后才下线。按照设计高精度使用寿命3 年、每年16%报废淘汰率计算，粗中轧区积累了大批量已处于使用寿命边缘的轧机。目前每年将有近1 万台短应力线轧机面临报废、技术性或功能性淘汰局面，损失的经济规模每年达到3 亿元[1]，造成了国家和钢企巨大的资源浪费和环境污染。

推动钢铁行业盘活这些大量废旧退伇的短应力线轧机，加快应用废旧短应力线轧机提高并长效保持在线轧制精度能力的整机再制造技术，能从根本上解决轧机使用过程中的现存问题，将为众多棒、线材生产企业提供一个将废旧短应力线轧机变废为宝的有益思路。

1 短应力线轧机失效的主要原因

在高温高湿的工况环境下，轧机核心部件的功能表面受微动磨损影响，使得轧机工作面配合尺寸超出精度范围，导致轧机部件失效降低寿命。在轧机密封效果不好且损坏后不能在线更换，粉尘异物黏着继而造成轧机立柱、拉杆和平衡机构的磨损、卡死、断裂。

2 整机再制造的主要内容

（1）对轧机的拉杆、立柱、辊箱、机座四大核心部件功能面进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拉杆的密封轴颈；②立柱的配合面；③辊箱的配合面；④机座的配合面。

（2）对轧机拉杆密封结构进行改造，将橡胶密封更改为石墨盘根密封，密封效果更好，并可在线更换密封。

（3）对轧机外置平衡机构及所采用的弹性阻尼体，改造成采用碟簧的内置平衡装置，以增加机构工作的稳定性和可靠性。

（4）加装轧机轴向止推装置，将原设计中使用顶块方式改造成可调球面垫可调装置，使改进后的装置调整更方便、滑动更顺畅；

3 整机再制造实施工艺

3.1 轧机本体解体

解体时做好废油的隔离清理，并对解体后的压下箱体、辊箱、立柱、机座表面进行吹砂，除配合面外的其他部位还应再喷刷防锈底漆。

3.2 主要部件功能面的激光熔覆

对拉杆与立柱、辊箱配合的密封轴颈（图1）、立柱与机座、辊箱的配合面（图2）、辊箱的轴承安装内孔和两侧配合面（图3）、机座的底板装配面以及与立柱的配合面（图4）。使用5 kW CO2气体激光器进行激光熔覆加工，熔覆参数设置为功率P=3000～4000 W，激光束直径D=3 mm，扫描速度v=800 mm/min，搭接宽度1 mm,有效熔覆层厚度2 mm。熔覆用合金粉各元素含量见表1。激光熔覆前对熔覆区粗加工见光，作PT 检测应无裂纹等超标缺陷。精加工到成形尺寸后，清理螺丝孔去边角毛刺待组装。

表1 熔覆用合金元素成份

图1 拉杆

图2 立柱

图3 辊箱

图4 机座

3.3 零部件的设计改造

3.3.1 拉杆密封结构改造

原设计中的拉杆密封使用的是O 形圈橡胶密封，如要更换须将轧机本体拆分，损坏后如不及时更换会造成轧机在使用中进水和粉尘，而拉杆的密封失效是造成轧机报废的一个很重要的原因。改成石墨纤维的片状叠层结构的盘根密封后，既可以实现在更换轧辊时在线更换密封，又比橡胶密封提高了材料的抗老化性能（图5）。

图5 改造后的盘根密封

3.3.2 外置平衡机构改造

原轧机采用外置平衡机构如图6。由于其所采用的弹性阻尼体机构在工况条件下使用极易失效，导致轧机工作失稳、弹跳超差，影响产品质量。在再制造加工时，改造成采用碟簧的内置平衡装置（图7）。碟簧具有刚度大、缓冲吸震能力强、小变形可承受大载荷等优点[2]，以增加平衡装置在轧制时工作的稳定性和可靠性。

图6 原外置平衡弹性阻尼体机构

图7 改造后的内置平衡装置

3.3.3 轴向止推装置改造

将原设计中使用顶块方式改造成球面垫可调装置，使改进后的装置调整更方便、滑动更顺畅（图8）。

图8 改造后的轴向止推装置

3.3.4 机座底部缓冲衬板改造

由原尼纶板材改为高强度铝合金衬板，以增强在轧制过程中的抗振性和使用寿命（图9）。

图9 改造后使用铝材衬板

3.4 零部件的更换、修复

对所有铜套、轴承、螺栓等易损部件；压下装置腔体内蜗轮、蜗杆、齿轮；机座立柱定位键等进行修复或更换标准新件、制造成品件（图10）。整机组装后进行厂内调试，确保其性能全面达到和超过原型新机设计指标。

图10 立柱、拉杆回装

4 上线试验情况

2019 年2 月至2020年5 月，应用了整机再制造技术的POMINI400 型短应力线轧机，在湖南某钢企高线厂盘卷线上线试用15 个月，上线轧制13 轮，期间未出现烧辊事故，未出现张力柱抱死等传统机型故障。下线检测轧机径向弹跳<0.3 mm，轴向窜动＜0.2 mm。从现场使用情况看，整机再制造样机使用性能稳定、故障率低，符合现场生产要求，轧制的产品尺寸满足工艺控制要求。

5 结论

以传统替换和简单维修恢复原轧机，其性能指标远低于新机，其修复价值低只能报废，不符合国家绿色经济、循环经济的政策发展方向。如果直接购置新机，又无法回避原型轧机使用过程中现存的主要问题。应用整机再制造技术，其费用与新机采购价接近，但核心部件经过激光表面改性加工以及对原轧机设计上的缺陷进行优化创新改造后，能具有比原型新机提高5～10 倍的长周期在线轧制精度保持能力，而其保持长周期在线轧制精度能力的好坏，对轧钢生产过程和产品质量的稳定性有直接影响。经整机再制造的轧机具有“高精度、高性价比、高绿色化率”的新一代轧机特点。