鑄造車間煙塵和粉塵的收集及除塵方案設(shè)計(jì)

田學(xué)智，萬(wàn)曉慧

（共享智能鑄造產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心有限公司，寧夏 銀川 750021）

隨著鑄造3D 打印的逐步推廣，鑄造車間落砂和砂處理過(guò)程中產(chǎn)生的粉塵、電爐熔煉以及鑄件澆注和冷卻的過(guò)程產(chǎn)生的煙塵成為治理難點(diǎn)。隨著環(huán)保壓力的不斷提升，鑄造車間的粉塵和煙塵治理不僅僅是環(huán)保的需要，更是為工人創(chuàng)造良好作業(yè)環(huán)境的實(shí)際需求，也是為良好的產(chǎn)品質(zhì)量保駕護(hù)航不可缺少的一環(huán)。要做好鑄造車間的除塵系統(tǒng)，必須做好兩件事，一是各揚(yáng)塵點(diǎn)的粉塵收集和各煙塵點(diǎn)的煙塵收集，二是用除塵器處理并達(dá)標(biāo)排放。因此，需結(jié)合項(xiàng)目的實(shí)際境況，設(shè)計(jì)好揚(yáng)塵點(diǎn)和煙塵點(diǎn)的捕捉是重中之重。本論文結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目介紹揚(yáng)塵點(diǎn)和煙塵點(diǎn)的捕捉設(shè)計(jì)，并根據(jù)實(shí)際工況設(shè)計(jì)除塵器以達(dá)到節(jié)約投資和占地的功能。

1 項(xiàng)目工況介紹

1.1 工藝流程介紹

本案例采用3D 打印砂芯、組芯后澆注的工藝。砂芯在標(biāo)準(zhǔn)托盤上自動(dòng)組芯后由AGV（移載機(jī)器人）轉(zhuǎn)運(yùn)；澆注時(shí)由設(shè)計(jì)的專用壓箱機(jī)構(gòu)將芯包壓住以防止抬箱；采用全自動(dòng)澆注機(jī)完成爐前接鐵水、球化處理、扒渣和澆注的過(guò)程；采用抓件機(jī)械手完成將鑄件從落砂機(jī)取出、拋丸吊鉤上下件、澆冒口掰除、鑄件放置托盤等一系列動(dòng)作。

如圖1 所示，按照生產(chǎn)澆注計(jì)劃，AGV 將已經(jīng)放置在周轉(zhuǎn)工位的待澆注芯包轉(zhuǎn)運(yùn)至澆注工位等待澆注；澆注機(jī)運(yùn)行至烤包器工位接到已經(jīng)完成烤包工作的鐵水包后，運(yùn)行至爐前接鐵水；接完鐵水運(yùn)行至球化站（如需要），通過(guò)輥道對(duì)接將鐵水包輸送至球化站內(nèi)完成球化；球化后運(yùn)行至扒渣工位，通過(guò)澆注機(jī)后傾進(jìn)行扒渣操作；扒渣后澆注機(jī)按照澆注計(jì)劃依次對(duì)芯包進(jìn)行自動(dòng)澆注；澆注后的芯包達(dá)到工藝設(shè)定的凝固時(shí)間后由AGV 轉(zhuǎn)運(yùn)至冷卻區(qū)冷卻；可以打箱的芯包由AGV 轉(zhuǎn)運(yùn)至落砂機(jī)前通過(guò)翻箱機(jī)將芯包翻倒至落砂機(jī)進(jìn)行落砂，空托盤由AGV 轉(zhuǎn)回；抓件機(jī)械手將鑄件從落砂機(jī)抓取并掛至拋丸吊鉤上，完成拋丸后再?gòu)牡蹉^上取下，在清理托盤內(nèi)掰掉澆冒口后放置在鑄件轉(zhuǎn)運(yùn)托盤上，由叉車轉(zhuǎn)運(yùn)至清理工序。

圖1 工藝流程示意圖

1.2 工況介紹

按照實(shí)際生產(chǎn)的需要，熔煉澆注在夜班（20：00-7：00）進(jìn)行，落砂和砂處理在白班（8：00-17：00）進(jìn)行；冷卻區(qū)需24 h 進(jìn)行冷卻，且冷卻過(guò)程中需做煙塵收集處理。爐前出鐵、澆注和轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程物流全部由澆注機(jī)和AGV 在地面進(jìn)行，落砂的過(guò)程由AGV、翻箱機(jī)和抓件機(jī)械手完成，不使用吊車，更便于除塵罩設(shè)計(jì)，有利于粉塵和煙塵的收集。

2 除塵方案設(shè)計(jì)

2.1 各除塵點(diǎn)基本情況梳理

表1 所示為上述熔煉、澆注、冷卻煙塵收集點(diǎn)及落砂、砂處理粉塵收集點(diǎn)的基本情況。

2.2 除塵方案設(shè)計(jì)

按照?qǐng)D1 工藝流程和表1 各粉塵和煙塵收集點(diǎn)基本情況，除塵方案設(shè)計(jì)時(shí)需要統(tǒng)籌考慮不同工作時(shí)段對(duì)除塵的需要；同時(shí)對(duì)于煙塵/粉塵產(chǎn)生量大的點(diǎn)有針對(duì)性地設(shè)計(jì)收集方案，采用重點(diǎn)產(chǎn)生點(diǎn)及時(shí)收集和對(duì)污染程度高的點(diǎn)做封閉處理等原則，對(duì)于污染程度高的點(diǎn)力爭(zhēng)做到100%的收集。

如圖2 所示，設(shè)計(jì)了一套除塵設(shè)備，除塵管路通過(guò)閥門實(shí)現(xiàn)白班和夜班使用時(shí)切換。白班工作時(shí)，除塵設(shè)備啟動(dòng)，閥門1 和閥門3 關(guān)閉，閥門2 和閥門4 打開(kāi)，對(duì)冷卻區(qū)和砂處理區(qū)域除塵處理；夜班工作時(shí)，除塵設(shè)備啟動(dòng)，閥門2 和閥門4 關(guān)閉，閥門1 和閥門3 打開(kāi)，對(duì)冷卻區(qū)和熔煉澆注區(qū)域除塵處理。除塵設(shè)備采用變頻控制設(shè)計(jì)，以滿足各煙塵點(diǎn)和粉塵點(diǎn)的捕捉和收集的同時(shí)節(jié)約電能。

圖2 除塵方案設(shè)計(jì)

根據(jù)煙塵/粉塵產(chǎn)生的具體工況和除塵方案設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)分配了如表2 所示的各除塵點(diǎn)的風(fēng)量和風(fēng)壓。白班工作時(shí)，所需的總除塵風(fēng)量為82 800 Am3/h；夜班工作時(shí)，所需的總除塵風(fēng)量為84 500 Am3/h；電爐除塵所需的風(fēng)壓為1 500 Pa，遠(yuǎn)高于其他粉塵和煙塵收集點(diǎn)300 Pa 的風(fēng)壓要求。

3 各工部煙塵及粉塵收集方案設(shè)計(jì)

3.1 熔煉及澆注過(guò)程煙塵收集方案設(shè)計(jì)

電爐除塵采用“旋風(fēng)除塵罩+頂吸罩”的組合形式，旋風(fēng)除塵罩可以確保電爐內(nèi)超過(guò)90%的煙塵能夠被及時(shí)有效的收集，頂吸罩可以確保電爐加料等工況下?tīng)t罩開(kāi)啟狀態(tài)時(shí)未能及時(shí)被旋風(fēng)除塵罩收集的煙塵的處理，以確保電爐煙塵收集達(dá)最佳狀態(tài)。

扒渣、澆注等過(guò)程中鐵水包內(nèi)持續(xù)有煙塵溢出，因此，設(shè)計(jì)時(shí)考慮采用如圖3 所示的大除塵罩，將爐前、澆注機(jī)、7 個(gè)澆注工位、扒渣工位等全部覆蓋。

如圖4 所示，球化和烤包做了封閉的除塵罩，確保球化和烤包過(guò)程中煙塵的完全收集；爐前設(shè)計(jì)出鐵及澆注除塵罩，其上設(shè)六個(gè)吸煙口，吸煙口分別設(shè)置在爐頂、扒渣工位及澆注工位上方，以確保煙塵能夠被快速收集，澆注機(jī)運(yùn)行過(guò)程溢出的煙塵可在除塵罩內(nèi)最終通過(guò)六個(gè)吸煙口收集。同時(shí)，除塵罩設(shè)計(jì)時(shí)只留了必要的物流進(jìn)出位置，其余位置全部封閉，確保了收集罩內(nèi)的煙塵可被100%收集。

由于旋風(fēng)除塵罩所需風(fēng)壓（1 500 Pa）遠(yuǎn)大于主管路除塵風(fēng)壓（300 Pa），設(shè)計(jì)時(shí)增加了如圖5 所示的增壓風(fēng)機(jī)，除塵運(yùn)行時(shí)通過(guò)增壓風(fēng)機(jī)抽旋風(fēng)除塵罩收集的煙塵抽進(jìn)主除塵管路。

表1 各粉塵和煙塵收集點(diǎn)基本情況

圖3 爐前除塵罩

3.2 冷卻區(qū)除塵方案設(shè)計(jì)

如圖6 和圖7 所示，將冷卻區(qū)單獨(dú)設(shè)計(jì)為封閉式的空間，由于轉(zhuǎn)運(yùn)是由AGV 進(jìn)行，冷卻區(qū)高度設(shè)計(jì)為4 m，吸塵管路沿著冷卻芯包排列的方向布置，并預(yù)留多個(gè)吸塵點(diǎn)。冷卻區(qū)為全封閉的空間，并無(wú)需人員進(jìn)入。封閉且盡可能小的空間設(shè)計(jì)，確保了煙塵不外溢，所產(chǎn)生的煙塵全部在封閉的空間內(nèi)并最終被100%收集處理，同時(shí)也降低了收集煙塵的風(fēng)量，達(dá)到降低能耗的作用。

圖4 爐前煙塵收集方案

表2 各除塵點(diǎn)風(fēng)量及風(fēng)壓設(shè)計(jì)

圖5 增壓風(fēng)機(jī)方案

3.3 落砂及砂處理除塵方案設(shè)計(jì)

如圖8 和圖9 所示，將落砂機(jī)、抓件機(jī)械手、清理托盤和拋丸上下件區(qū)域都設(shè)計(jì)在除塵罩內(nèi)，設(shè)置兩個(gè)吸塵口，其中落砂吸塵口配置大風(fēng)量，確保落砂機(jī)上方粉塵被及時(shí)有效收集。除塵罩四周除必要的通道外全部封閉，以確保粉塵能100%被收集。

砂處理提升機(jī)、破碎機(jī)、砂庫(kù)等除塵和常規(guī)設(shè)計(jì)一樣，在此不做詳細(xì)介紹。

本除塵方案已在實(shí)際項(xiàng)目中投入使用，由一套除塵設(shè)備解決鑄造工廠熔煉澆注、鑄件冷卻區(qū)及砂處理的除塵，效果良好。按照本方案的設(shè)計(jì)實(shí)施，各除塵點(diǎn)的粉塵捕捉和煙塵捕捉可以達(dá)到98%以上，做到不漏揚(yáng)塵點(diǎn)和煙塵點(diǎn)，除塵的實(shí)際粉塵排放濃度≤5 mg/m2，遠(yuǎn)低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)20 mg/m2.本項(xiàng)目可為相似工況下的鑄造工廠除塵方案設(shè)計(jì)實(shí)施提供參考和借鑒。

圖6 冷卻區(qū)及除塵方案俯視圖

圖7 冷卻區(qū)及除塵方案主視圖

圖8 落砂機(jī)砂處理除塵方案俯視圖

圖9 落砂機(jī)砂處理除塵方案主視圖

4 總結(jié)

在環(huán)保要求和工作環(huán)境亟待改善的雙重壓力下，對(duì)鑄造除塵的設(shè)計(jì)提出了更高的要求，做好除塵設(shè)備的選型和煙塵粉塵點(diǎn)的收集是除塵設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。根據(jù)不同的使用工況，設(shè)計(jì)成本最優(yōu)的方案,將對(duì)項(xiàng)目投資控制和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用的控制都有益。