凯发官网地址 大型鋼結構件表面拋丸除銹設備的設計

摘 要： 介紹了大型鋼結構件的表面防護方法和新型拋丸除銹設備的設計過程,該設備從上料、除銹、清掃、除塵到下料,均采用自動控制,既有實用性、又具有先進性,是當前國內較理想的除銹設備。本文由 吊鉤式拋丸機 生產廠家青島淳九整理，提供各類高品質拋丸機。

關鍵詞： 潔凈度;拋丸;除銹

大型鋼結構件的表面防腐手段,多年來主要采用表面涂漆的方式,對涂漆前的除銹工序要求并不嚴格,且主要是靠手工清除,所以漆膜附著力很差,因而,在后來的使用維護過程中,不得不縮短涂漆周期,特別是高大結構的橋梁、高壓輸電線塔、電視廣播塔、煤礦井架等,不但給以后的維護造成很大困難,而且也縮短了鋼結構件的使用壽命,造成不必要的經濟損失。
對于大型鋼結構件的涂漆處理在國外比較重視,當前國際上對鋼材除銹后的表面質量標準普遍采用瑞典標準,一般要求表面潔凈度達到Sa2.5級,這對于手工除銹來說無疑是不可能達到的。但隨著國際間交流不斷加深,國際標準逐漸被引用,大型鋼結構件的除銹問題擺在了各生產廠家的面前。當前在國內除銹設備均為廠家自制,都存有一定的局限性,如一些廠家采用的巷道式拋丸除銹房占地大,投資多。而噴槍式噴砂除銹工人勞動強度大,環境污染嚴重,不適合在市區生產,因此我們設計了通過式拋丸除銹設備,并在山東煤礦泰安機械廠投入使用。

圖1 拋丸除銹工藝布置

1 拋丸除銹設備的主要系統設計
該除銹設備包括8個系統:拋丸系統;給丸系統;清掃系統;回收系統;除塵系統;送料系統;拋丸室;控制系統。它們的工作程序,統一由控制系統控制。工藝過程總體布置如圖1。
1.1 拋丸系統

 對于拋丸系統的設計,主要是拋丸器的選型及其布置,我們選用了鑄造清砂用Q305型拋丸器,此拋丸器電機功率為10Kw,葉輪轉速2200r/min,拋射量100kg/min,彈丸射速67m/s,該拋丸器可隨意轉動定向套窗口來變更彈丸的拋出方向,且窗口的角度大小,決定彈丸的徑向散射角,一般徑向散射角比定向套窗口角度大10°左右,彈丸的軸向散射角約8°,彈丸的定位角約130°,彈丸的射角約40°。定向套口為50°時彈丸運動軌跡如圖2,拋射帶密度如圖3。

圖2 彈丸運動軌跡

圖3 彈丸拋射密度

圖4 六臺拋丸器布置

根據拋丸器彈丸拋射密度理論和試驗分析,距拋丸器500～1000mm范圍內彈丸分布密度圖4 六臺拋丸器布置和拋射效果較好。所以,我們設定拋丸器中心距送料軌道平面為1.25m,根據處理板材較大寬度配置上下六臺拋丸器,如圖4

1.2 給丸系統給丸系統主要是為六臺拋丸器提供足夠的鋼丸,并做到等量分配和供需平衡,Q305型拋丸器每臺拋丸量為6t/h,六臺每小時拋丸量為36t,鋼丸拋出后因自重作用落入機體下部,為循環使用在下部設置了輸送量為40t/h的LX400型螺旋輸送機,將鋼丸輸送給D200型斗式提升機,提升量為45t/h。鋼丸被提升到一定高度后,經分料管道分送給六臺拋丸器,多余部分經溢流管流回提升機下部。在設計選型中選擇螺旋輸送機的輸
送能力略大于六臺拋丸器的拋丸量,提升機的提升能力略大于螺旋輸送機的輸送能力,主要是保證鋼丸的供需平衡,且防止螺旋輸送機和提升機因超載而卡死。為了等量分配,在各送丸管道設計調節閘門,根據需要調節給丸量。
1.3 清掃系統

清掃系統的設計主要應完成的功能是:一是鋼丸的回收,二是經拋丸處理后鋼材上存留有大量的鋼丸和被擊碎的鐵銹粉塵,應該清理干凈,以便下道工序噴漆,并要防止鋼丸帶出室外。該系統采用刮板清理后再利用強氣流進行吹掃,一方面能清理鋼丸同時也可以使鋼丸和粉塵處于飛騰狀態,以便由引風機將粉塵排入除塵器進行除塵。
根據設定處理鋼板寬度,把吹風嘴按3排設置在2m寬的可升降刮丸支架上,高度可根據所處理材料的尺寸進行調整。吹風嘴總出風截面:S=0.2m2,設定出風口風速:V=20m/s,則通風量:Q=V・S=20m/s×0.2m2=14400m3/h
據此,我們選用了通風量為14000～18000m3/h的軸流式通風機,并把進風口設置在拋丸室上部出料口端,使風流在室內形成循環,避免了吹掃風機對除塵系統引風量的影響。
1.4 回收系統
為了回收鋼丸,把拋丸室的底部設計成倒梯形,并在下部裝設螺旋輸送機,輸送機把拋丸室下部的鋼丸送給提升機,從而形成了鋼丸的提升———拋丸———回收———提升的整個循環。
1.5 除塵系統

在拋丸除銹的過程中,鋼丸以67m/s的初速度噴射在鋼材表面,鋼材表面的氧化皮和銹層被擊碎脫落,形成粉塵,鋼丸本身也將有一部分破碎形成碎塊和微粒。在清掃過程中高壓風流的吹掃,加劇了粉塵飛揚,為了降低粉塵,我們主要采取了以下措施:
1)采用引風機將拋丸室內混濁氣體引出,經螺旋除塵器,布袋除塵器后排出室外,因拋丸室內形成相對室外的一定負壓。避免了粉塵外溢;2)對拋丸室除進料口和出料口外,全部進行封閉,避免粉塵外溢,并用橡膠簾把拋丸室分成拋丸區和清掃區;3)對回收后再次進入拋丸器的鋼丸進行篩選和粉塵分離,粉塵分離方法仍采用氣流分離,利用風機把質量較小的粉塵吸入除塵器。干凈的鋼丸則進入拋丸器。
對于除塵設備和通風管道的設計,首先應確定總引風量,根據工作情況設定:總引風量Q等于拋丸室引風量Q1和各吸塵風口引風量Q2之和。
拋丸室兩進出料口有效通風截面積為:S1=(2×0.4)×2=1.6m2,其它各吸塵風口總斷面S2=0.7m2。設定進出料口和各引風口風速V=2.5m/s所以:Q=Q1+Q2=V・S1+V・S2=2.5×3600×(1.6+0.7)=21060m3/h。
根據總引風量我們選定了4-72-11型離心式通風機。
根據通風量和工作現場對粉塵濃度的要求,選定了由螺旋除塵器第一步除塵后再進入布袋除塵器進行第二步除塵的兩級除塵方式。螺旋除塵為CVT/A-4X,流量為18000～24000m3/h布袋式除塵為70袋,流量為24000m3/h。
在前面的設計中設定進出料口和各進風口進風風速不小于2.5m/s,是為了避免拋丸室和其它部位粉塵外溢。但為了能使具有一定質量的粉塵隨風流輸送到除塵器,必須使各引風管道內風速達到一定大的數值,并同時滿足螺旋除塵器對工作介質的流速要求。根據這一要求,我們設定引風管道內風速不小于7m/s,由于引風機較小流量為20100m3/h,則引風管道總通流面積應為:S≤Q/V=20100/(7×3600)=0.8m2,各分支引風管道截面尺寸則根據設置部位粉塵氣體容量分配,但總通流截面不大于0.8m2。
按此設計投入使用后,拋丸室外基本達到了無粉塵外溢,排風口處粉塵排放濃度符合標準。
1.6 送料系統

對送料系統的設計要求主要是承載能力以及可靠性,送料速度的可調性和平穩性。
由于托輥兩端軸承間距較大(2.3m),所以對托輥系統的設計主要是考慮了托輥的剛性和托輥撓性變形對兩端軸承的影響,故采用空心托輥兩端選用調心軸承支承。(設計計算略)所謂送料速度的可調性和平穩性要求是因為鋼材在進入拋丸室前和拋丸結束后運送速度應比在拋丸室內快一些,以便提高效率,而在拋丸過程中,由于鋼材表面銹蝕程度不同,所需拋丸時間則不同,故運料速度應可調。因此,我們把送料系統分成了上料、出料、拋丸三部分進行分別控制。每部分均采用無級變速傳動,速度調節范圍0～12m/min。
1.7 拋丸室

拋丸室本身就是一個機架,它首先應有支承各系統的功能,同時應具有密閉粉塵和鋼丸,完成鋼丸回收,避免鋼丸飛出傷人的功能。在拋丸室內鋼丸以67m/s的初速度彈射在鋼板上,反彈后則有部分彈射在室壁上,室壁經鋼丸長時間彈射很可能被擊穿,造成鋼丸外射傷人。所以,在拋丸區的室壁內側我們設置了耐磨襯板并要求定時檢查和更換。
1.8 控制系統

因為本套設備系統較為復雜,共配置電機16臺,各系統動作要求相互協調,做到能單動、能聯動且有程序動作的要求。所以我們把整個控制系統分成三大部分:一是清掃除塵控制系統;二是給丸、拋丸、回收、循環系統;三是送料控制系統,并設置一中央控制臺進行系統控制。(控制系統圖從略)
2 社會及經濟效益
該拋丸除銹設備每小時可處理δ4-δ50鋼板200～400m2,自1989年投入使用后已累計處理各種鋼材萬余噸,處理后的鋼材表面潔凈度均達到了瑞典Sa21/2標準,產品質量得到了有效的保證,經拋丸除銹后噴漆防護的鋼結構件漆膜與鋼材本體的結合強度大大提高,經1mm2劃痕試驗無脫落,比手工除銹后噴漆防護的鋼結構件在室外漆膜壽命長十倍以上,一批處理的山西常村礦鋼結構件漆膜六年來仍相當完好,近年來利用該設備的優勢先后與德國PWH公司。日本日暉株式會社、德國KHD公司,美國的派克公司、卡那公司、英國MMD公司簽定了多項合作協義。其中包括潞安局常村礦副井箱式井架,大秦鐵路線燕子山、四臺溝大型萬噸列車裝車站;準噶爾大型雙軌萬噸列車裝車站;大柳塔裝車站;石臼所水煤槳廠大型鋼結構廠房;內蒙古準噶爾和山西東曲選煤廠30m2大型跳汰機以及大型破碎機站,并承擔了號稱亞洲第一塔、高度40余m的準南謝橋礦大型箱形井架等工程的表面防護處理。
通過幾年的工業試驗證明,該設備完全可以取代國外同類型設備,且成本投入只有國外同型號設備的40%,它適合于處理寬度在2m以內高度400mm以內的各種鋼板和型材。

參考文獻

1.表面處理工藝手冊,上海科學技術出版社1991.
2.涂裝前鋼材表面除銹標準,瑞典SIS055900-1967