淺談焊接接頭打磨除塵的重要性及改造

王相悅 李庚茂

（濟(jì)南鐵路局濟(jì)南工務(wù)機(jī)械段，山東 濟(jì)南 250022）

0 引言

在長(zhǎng)鋼軌焊接接頭打磨過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的細(xì)金屬顆粒和少量混合氣體，如果不進(jìn)行全面的處理，任其在空氣內(nèi)容彌散，長(zhǎng)期從事該項(xiàng)作業(yè)的職工吸入體內(nèi)后，對(duì)會(huì)身體健康產(chǎn)生不良影響，甚至造成塵肺等職業(yè)病，損害職工健康。為此，加強(qiáng)鋼軌焊接接頭打磨除塵成保障職工健康的重要工作。

1 焊接接頭打磨產(chǎn)生的金屬顆粒物及混合氣體分析

以U71Mn、U75V 60kg/m 牌號(hào)鋼軌的化學(xué)成分為例分析，在鋼軌接焊接頭打磨過程中，產(chǎn)生的金屬顆粒物及混合氣體，除鐵元素外，主要化學(xué)成分見表1

表1 鋼牌號(hào)和化學(xué)成分（熔煉分析）%

砂輪打磨鋼軌產(chǎn)生的飛濺顆粒物主要為三氧化二鋁顆粒物以及少量高溫火花燃燒鐵、碳、錳、磷、硫等氧化物的金屬混合氣體。長(zhǎng)期從事打磨作業(yè)的人員將含有金屬微顆粒的有害氣體吸入體內(nèi)容后，會(huì)對(duì)肺部產(chǎn)生危害，容易形成矽肺，嚴(yán)重影響身體健康。因此，必須對(duì)產(chǎn)生金屬顆粒物及有害混合氣體進(jìn)行收集處理，避免在周圍空氣中擴(kuò)散，保持車間空氣的潔凈，最大限度地減少作業(yè)人員對(duì)有害氣體的吸入。

2 塵肺的危害

塵肺是一種典型的職業(yè)病，從事鋼軌打磨除銹等工作的人員在防護(hù)設(shè)施不完備的情況下，極易得這個(gè)病。塵肺是由于長(zhǎng)期吸入粉塵，且粉塵在肺內(nèi)潴留，導(dǎo)致肺組織纖維化（如圖1 所示），失去交換氧氣的功能，使呼吸系統(tǒng)的清除和防御機(jī)能受到嚴(yán)重?fù)p害，患者的抵抗力明顯減低。塵肺病是頭號(hào)職業(yè)病，占所有職業(yè)病的80%以上，目前我國有塵肺病人近百萬人，死亡率極高，大部分是呼吸衰竭而死，部分塵肺病人死于并發(fā)疾病。

圖1 塵肺（左）與正常肺部（右）對(duì)比

3 除塵器的組成和工作原理

除塵器由筒體、錐體、進(jìn)氣管、排氣管和排灰口等組成，如圖2 所示

圖2 降塵器的組成和內(nèi)部氣體

當(dāng)含塵氣體由切向進(jìn)氣口進(jìn)入除塵器時(shí)，氣流由直線運(yùn)動(dòng)變?yōu)閳A周運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)氣流的絕大部分沿除塵器壁呈螺旋形向下、朝向錐體流動(dòng)，通常稱此為外旋氣流。含塵氣體在旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生離心力，將相對(duì)密度大于氣體的粉塵粒子甩向除塵器壁面。粉塵粒子一旦與除塵器壁面接觸，便失去原因運(yùn)動(dòng)方式，靠重力沿壁面下落，進(jìn)入排灰管。旋轉(zhuǎn)下降的外旋氣流到達(dá)錐體時(shí)，因圓錐體的收縮而向除塵器中心靠攏。根據(jù)旋矩不變?cè)?，其切向速度不斷提高，粉塵粒子所受離心力也不斷加強(qiáng)。當(dāng)氣流到達(dá)錐體下端某位置時(shí)，即以同樣的旋轉(zhuǎn)方向從除塵器中部由下反轉(zhuǎn)向上，繼續(xù)做螺旋式運(yùn)轉(zhuǎn)，構(gòu)成內(nèi)旋氣流。最后，凈化氣體經(jīng)排氣管排出，小部分未被捕集的粉塵粒子也隨之排出。

自進(jìn)氣管流入的另一小部分氣體則向除塵器頂蓋流動(dòng)，然后沿排氣管外側(cè)向下流動(dòng)。當(dāng)?shù)竭_(dá)排氣管下端時(shí)，即反轉(zhuǎn)向上、隨上升的內(nèi)旋氣流一同從排氣管排出。分散在這一部分氣流中粉塵粒子也隨同被帶走。利用旋轉(zhuǎn)氣流所生產(chǎn)的離心力將塵粒從合塵氣流中分離出來的除塵方法，較適合鋼軌焊接接頭打磨作業(yè)產(chǎn)生的金屬顆粒物及混合氣體吸收排放。圖3 所示

圖3 降塵器的改造結(jié)果

4 燭接接頭打磨粉塵收集器的改造

4.1 金屬顆粒粉塵收集器改造思路

4.1.1 打磨作業(yè)現(xiàn)有情況

打磨作業(yè)人員使用手提砂輪機(jī)，采用在鋼軌焊接接頭兩側(cè)站立，順長(zhǎng)軌方向左右打磨。打磨部位為鋼軌焊接接頭的軌頂面、軌側(cè)面工作邊，非工作邊、軌底角及周邊。作業(yè)空間左右為0.5m、上下為0.4m。因此，收集器前后兩側(cè)必須留出0.5m×0.4m 的開口，以提供足夠的手提砂輪機(jī)作業(yè)空間。

4.1.2 打磨作業(yè)產(chǎn)生的金屬顆粒粉塵飛濺方式

由于手提砂輪機(jī)順長(zhǎng)軌方向打磨，飛濺物沿手提砂輪機(jī)旋轉(zhuǎn)呈切線飛濺，因而打磨過程中產(chǎn)生的金屬顆粒物具有沒長(zhǎng)軌方向向兩邊呈放射性發(fā)散的特點(diǎn)。金屬顆粒飛濺初速的大小及方向與操作者手提砂輪同鋼軌接觸力大小、切入角度有關(guān)。用力越大，飛濺越遠(yuǎn)。飛濺物落點(diǎn)通常在1～2m 范圍內(nèi)容。

4.2 打磨金屬顆粒粉塵收集器的改造

4.2.1 收集器的改造思路

依據(jù)鋼軌焊接接頭打磨格金屬飛濺物發(fā)散的特點(diǎn)，將鋼軌打磨金屬粉塵收集器設(shè)計(jì)成中間高，兩邊窄的橢圓形，焊接接頭打磨點(diǎn)位于橢圓形中間最高點(diǎn)，使得打磨人員的操作空間最大。橢圓形前后相對(duì)于焊接接頭兩邊各開1個(gè)橢圓形的打磨要作業(yè)口，使作業(yè)人員可以順利地對(duì)軌頂、工作邊、非工作邊、軌底角及周邊進(jìn)行打磨作業(yè)。橢圓形兩端尖角處分別開1個(gè)可以允許75kg/m 鋼軌通過的鋼軌斷面仿行孔，使用60kg/m、75kg/m 鋼軌在收集器中順利穿過。兩端收窄的改造可以更好的收集金屬顆粒粉塵，防止粉塵溢出，最大限度地收集粉塵。

4.2.2 橢圓形收集品的結(jié)構(gòu)改造

橢圓形鋼軌金屬粉塵收集器分成上、下兩個(gè)部分，上、下扣裝，這樣改造和安裝都相對(duì)簡(jiǎn)單。上部采用透明有機(jī)玻璃鋼材料，使作業(yè)人員可以直接觀察焊接接頭打磨情況，避免收集器影響焊接接頭外觀打磨質(zhì)量。下部采用不銹鋼板材料，底部留有除塵器的進(jìn)氣收集孔，位于靠近鋼發(fā)進(jìn)出口側(cè)，分別距離橢圓形收集器兩頭鋼軌進(jìn)出仿行口1/4處，2個(gè)進(jìn)氣孔均與除塵器連接。

4.2.3 橢圓形收集品的改造圖形

橢圓形金屬顆粒粉塵收集器最大凈高1m，以鋼軌水平中心線分割，上、下各0.5m。長(zhǎng)度為2m，以焊接接頭中心線分割，左、右各1m。底部收集口中心線距兩端0.4m，口徑0.2m。橢圓開金屬粉塵收集器如圖4 所示。

圖4

4.3 橢圓形金屬顆粒粉塵收集器收集方法

打磨過程產(chǎn)生的金屬顆粒飛濺物及高溫火花燃燒氣化物，沿鋼軌方向向收集器兩頭飛濺。收集器分別從位于收集器底部的粉塵收集口吸入空氣，同時(shí)將金屬飛濺物吸入除塵器。金屬顆粒物飛濺速度較快的大部分金屬顆粒打到收集器兩端器壁上折返，極少量到達(dá)鋼軌仿形出口處即將溢出時(shí)，被倒吸的空氣拉回；飛濺速度較慢的部分金屬顆粒受重力影響自然濺落到底部器臂上，隨空氣進(jìn)入除塵器。

［1］TB/T 2344-2003 43kg/m～75kg/m 熱軋鋼軌訂貨技術(shù)條件[S].

［2］劉云興，陳建新，李順品，盧明章.攀枝花市主要職業(yè)病及其危害因素分析[J].職業(yè)衛(wèi)生與病傷，2014(3).