0 引言
铜冶炼采用闪速熔炼/吹炼，冶炼过程中需要氧气由两套制氧装置提供，一套是杭氧KDON－30000/30000深冷空气分离机组；另一套是HX-35000Nm³/h型VPSA制富氧装置；深冷空气分离机组投资高，系统操控性强，出现问题不便于检修，VPSA制富氧装置投资低，四套系统能跟踪冶炼过程需要氧量及时调整，较为灵活，日常隐患便于处置。
1、工艺流程
空气经过过滤器进行预处理，再由风机增压直接进入由2台吸附塔组成的VPSA制富氧装置（其中1台始终处于吸附状态），在多种吸附剂组成的复合吸附床的依次选择吸附下，除去空气的水、二氧化碳和绝大部分氮气，获得纯度大于85%的产品富氧。纯度低于产品要求的富氧气体则通过均压阀KV103，由于吸附塔T1101A/T1101B内的压力差作用，富氧气体由正压的吸附塔进入负压的吸附塔进行再次吸附处理，从而实现氧气的有效回收。吸附饱和后的吸附剂则通过真空泵抽真空的作用得以再生，再生出的富氮气体直接排入大气。
真空泵设备信息：型号：2BEC130；电机功率：1250KW；转速：124r/min；极限压力：160HPa；最大抽速：1050m3/min。此泵是国内目前最大的水环式真空泵，设备重量：75000kg ，两端泵轴直径320mm，泵轴材质：45#钢调质处理。
2、水环式真空泵工作原理：
水环式真空泵泵缸内注入一定量的水，星形叶轮偏心地装在泵缸内，当叶轮旋转时，水受离心力作用被甩向四周而形成一个相对于叶轮为偏心的封闭水环。水环式真空泵中被抽吸的气体沿吸气管及接头由吸气孔进入水环与叶轮之间的空间，右边月牙形部分，由于叶轮的旋转，这个空间容积由小逐渐增大，因而产生真空抽吸气体。水环式真空泵随着叶轮的旋转，气体进入左边月牙形部分。因叶轮是偏心旋转的，此空间逐渐缩小，气体逐渐受到压缩升压，气与水便由排气孔经接头沿排气管进入水箱中，自动分离后再由放气管放出。水环式真空泵中废弃的水和空气一起被排到水箱里。
3、真空泵常见故障及原因分析
3.1轴封泄漏
目前真空泵采用填料密封，材质为芳纶或四氟，配合轴封水进行密封保证。目前设备在运行一段时间后，因水环式真空泵为变负荷运行，每次启动时，水位上升过程中，泵体后侧的溢流阀无法及时将水及时排出，在轴封位置都会有不同程度的溢流，而随着变负荷的持续运行，会对轴封填料、填料轴套造成磨损，需根据密封情况对其进行周期更换维护。
3.2轴承损坏
轴承损坏主要因素有轴承自身质量问题；轴承装配方式；润滑脂的补充、维护；设备自身的变负荷运行；等都是其主要因素。自设备使用以来，轴承的问题一直存在，一方面水环式真空泵在设计上单纯的放大，并没有针对设备的高产能作深层次的技术革新。而承载较高质量的轴承成为问题凸显的表象。其主要劣化表现为：偏载，点蚀；内排偏载；外圈开裂；滚珠点蚀。轴承的偏载：首当其冲的，为轴承质量问题。
3.3主轴磨损
因VPSA工艺特性，气流变化较大，对真空泵负载造成一定冲击，轴承使用过程中受承载力频繁变化易发生磨损损坏，从而导致主轴的磨损；主轴逐渐磨损而使尺寸超出公差范围，失去装配基准，不能满足更换轴承检修需求，需要进行修复。
4、主轴修复方案
4.1、电刷镀
真空泵主轴磨损修复采取电刷镀方式主要阶段为2012年至2016年期间实施。
4.1.1电刷镀技术的基本原理
电刷镀技术是采用电化学原理。工作时，专用直流电刷镀电源的负极接工件，正极接镀笔，电刷镀时，包裹的阳极与工件欲刷镀表面接触并作相对运动，含有需镀金属离子的电刷镀专用镀液不断供送到阳极与工件之间的需刷镀的表面处，在电场力的作用下，溶液中金属离子定向迁移到工件表面沉积形成镀层，镀层随着时间增厚直至所需要厚度。
4.1.2检修费用
按照厂家提供的报价,修复轴的价格是以每平方厘米镀层厚度0.01mm价格为1.2元，如按泵轴最大磨损厚度为0.30mm，轴头直径：320mm；轴头磨损长度：160mm；总面积为：1607.68平方厘米。此轴修复完毕需花费：57876.48元。
4.1.3电刷镀应用考量
设备简单， 结合强度高：镀层与基体结合为原子吸附或键连接，结合强度≥70Mpa；镀层厚度可以控制，控制精度为±10%。检修修复时间长、操作精度要求高且全程人工操作、易疲劳、电镀精度不易控制、易出现椭圆；对操作人员要求较高的操作经验；工件及现场清洁程度要求高，如进入灰尘及杂质会出现镀层剥落。
4.2、高分子复合材料
修复适用范围广，磨损量及磨损均匀程度无要求；磨具的外形及尺寸受轴的外形、尺寸影响较大；对于修复较大型的轴，磨具加工相对比较困难；修复时必须要有定位尺寸，定位基准明确；修复过程中受温度影响比较大。
4.3、焊接车削
4.3.1在线焊接车削：
自制专用车削工装（一套简易传动车削装置），主要工序顺序为清理清洁主轴-手工焊补-安装车削装置-粗找同心度-精找同心度-车削-表面处理。
(1)主轴堆焊，转子主轴材质为45#钢，焊接用THQ-50C焊丝，采用手工气体保护焊焊接，堆焊前预热轴径磨损处，减少温差，降低焊接热应力（加热至150°左右），最大程度减少焊接应力采取小电流间断焊接，期间小锤均匀敲击焊层，消除应力，并对轴头进行热处理。
（2）车削装置的装配（找正），同心度找正非常关键，也是整个检修过程难点，径向偏差与轴向跳动均要保证较高的精确度，否则会导致轴承不易安装或轴承安装后容易损坏等问题；通过粗找及精找来来实现最小偏差。
（3）车削时刀具进给量约0.5mm左右，并保留0.2mm的磨削余量；加工过程中对主轴尺寸、弯曲度和表面粗糙度进行动态测量。
4.3.2修复技术要求如下：
修复轴颈外径尺寸为320(+0.12+0.07)（轴承为H7配合精度）；修复轴颈圆跳动控制在0.03mm内，总差最高控制在0.05mm内；轴颈与轴肩垂直度，轴肩外圆侧控制在0.05mm以内；修复轴颈回转精度控制在0.10-0.15mm；修复后表面粗糙度需满足Ra≤3.2μm；加工后硬度检测需不低于HRC40。
4.3.3技术应用
焊接后轴头表面硬度高，不易剥落，使用周期长；整体检修时间短（2天）能快速回复系统生产。中心找正比较麻烦，车削设备安装要求精度高，焊补工艺要求水平高，车削操作经验高。真空泵主轴磨损修复采取 “在线焊接车削”方式主要阶段从2023年开始尝试，此方法对于主轴深度磨损（超5mm以上磨损量）情况较为适合，磨损处通过焊补方式填充能使焊材与轴承充分熔合，车削后表面强度较高，不易脱落。
5、结论
表5-1 主轴修复数据对比表
针对三种不同修复工艺特性，根据维修时间、现场可操作性、经济效益、修复质量等，主轴磨损量≤0.3mm建议使用高分子复合材料方式修复，经济快捷；主轴磨损量0.3mm-2mm之间的建议使用电刷镀方式修复；主轴磨损量＞3mm的建议采取在线焊补车削方式，修复强度高不易剥落，能保证修复质量。以上修复方式可在冶金系统大型设备主轴修复中借鉴使用。
第一作者信息：许书国，男，机修钳工高级技师，机械电气助理工程师，专科学历，毕业于山东科技大学;2005年11月至今，在阳谷祥光铜业有限公司从事设备维护及管理工作。