鑄件清理車間的環境改善方法及應用

（共享鑄鋼有限公司，寧夏 銀川 750021）

我國是傳統的制造業大國，相較于全球其他制造國家，我國的工業基礎非常薄弱，設備設施簡陋，防塵設備也很簡單，勞動條件非常的惡劣；生產工人的身體狀況受到嚴重威脅，許多人因此得了職業病，嚴重者甚至失去了生命。隨著人們生活水平的提高和國家對環境保護的嚴格規定，工業行業必須有一套比較完整的綜合防塵措施，來降低生產過程中產生的煙塵，用以實現企業的良性發展。

2018 年，國家環保部門針對鑄造企業制定了《鑄造工業大氣污染物排放標準》，規定了鑄造工業大氣污染物排放限值、監測和監督管理要求。主要適用于現有鑄造企業以及含鑄造工序的企業大氣污染物排放管理，以及鑄造工業建設項目的環境影響評價、環境保護設施設計、竣工環境保護驗收、排污許可證核發及其投產后的大氣污染物排放管理。在標準的第4.2.1.8 條關于落砂、清理、舊砂回用、廢砂再生工序作出明確規定：應設置固定工位、采取隔離除塵措施。落砂、清理包括去除澆冒口、鏟飛邊毛刺等。同時第4.4.1 條也對生產廠房門窗、屋頂、氣樓等排放出的相關要求作出明確規定，如表1 所示。

1 現狀測量

傳統鑄造企業在生產大型鑄鋼件時，清理工序主要包含焊接、氣刨、鏟磨三項作業，主要作業流程為鑄件檢測過程發現缺陷，進行氣刨-鏟磨-焊接-鏟磨作業，若檢測不合格，將再次進行氣刨-鏟磨-焊接-鏟磨作業。其中氣刨作業主要分為平面氣刨和缺陷氣刨，多肉氣刨產生的煙塵量大，主要通過大型固定式布袋除塵器收集，排放達標。存在問題的主要為缺陷氣刨、焊接及鏟磨作業，其中，缺陷氣刨時間短，需要的除塵風量高，焊接作業穩定，需求風量中等，鏟磨作業頻次大，需求風量少。

表1 鑄造行業大氣污染物排放限值

經測量統計發現，未實施改造前，我公司清理工序焊接、氣刨、鏟磨作業區的部分除塵措施未達到標準要求，排放濃度也超出了鑄造行業大氣污染物排放限值。實際監測值如表2 所示。

表2 清理工序大氣污染物實測值

焊接、氣刨、鏟磨工序在生產過程中會產生大量的粉塵和煙塵，若無匹配的除塵設備或降塵措施，將會對車間環境造成極大的污染，惡化工人的作業環境，對員工身體健康造成極大的危害。同時，焊接、氣刨、鏟磨工序產生的粉塵多為金屬粉塵，這些粉塵沉降在電器元件、氣動閥門、旋轉軸上時，很容易造成一些電氣事故的發生，大幅縮短設備使用壽命且損壞設備。因此，改善現場作業環境，減少因環境污染造成的社會不良影響，達到國家關于環境保護以及粉塵排放的相關要求，是傳統鑄造企業發展必須要實施的工作。

2 焊刨磨一體化除塵系統的應用

由于焊接、氣刨（缺陷）、鏟磨作業融合交叉性高，分步除塵會大幅增加轉運量，且投資巨大，經討論，焊接作業穩定，持續時間長，而且焊接作業時，氣刨和鏟磨不工作，因此，需要設計焊刨磨一體化除塵系統，即在同一工位上分別進行焊接、氣刨（缺陷）、鏟磨作業，在此工位上安裝除塵設備，用以控制焊接、氣刨（缺陷）、鏟磨作業產生的粉塵。由于不同于一般除塵系統，因此需要從多個方面考慮，研發焊刨磨一體化除塵系統。

2.1 清理工序產塵點梳理

首先，需要對清理工序各粉塵產塵點進行梳理。通過統計發現，清理工序主要產塵點主要分布在焊接、氣刨、鏟磨作業中，其中氣刨（平面）作業主要通過大型固定式布袋除塵器收集粉塵。

2.2 焊接、氣刨現場工作情況統計

其次，需要對清理工序設備運行情況進行梳理，考慮到缺陷氣刨時間短，需要的除塵風量高，焊接作業穩定，需求風量中等，鏟磨作業頻次大，需求風量少，主要參考焊機和氣刨機的開機情況。通過統計發現，清理工序共計有焊機76 臺，這些焊機基本按班組均勻分布在清理工序三跨，但是這些焊機并不是同時工作，焊機開機率見表3，氣刨機開機率見表4.所以在對除塵器風量進行選型時，焊機/氣刨機的開機率有著極其重要的參考價值，在滿足生產的同時可以避免不必要的能源浪費。

表3 焊機開機率統計表

表4 氣刨機開機率統計表

2.3 除塵風量測算

為了更準確地預估整套除塵系統所需的總風量，就必須對單臺焊機的除塵風量進行詳細測算。在試驗過程中，將目前使用的除塵器利用變頻器頻率控制，改變除塵風量，用風量測試儀對當前狀態下的風量進行測試并記錄，然后觀看吸風口對焊接煙塵的吸收效果。如果吸收效果較好，則適當調小風量，測試當前風量并繼續觀看吸收效果；如果吸收效果不好，則適當調大風量并繼續觀察。直到找到最佳的臨界點后，更換一臺焊機繼續按照此方法進行試驗。最終取三臺焊機測試后的平均值，即為單臺焊機除塵所需的風量。經過試驗得出，單臺焊機所需的除塵風量為3 000 m3/h，參考現場設備開機率，測算各個區域焊接作業對除塵風量的需求，結果見表5.

使用同樣的方法對氣刨作業進行測量，結果顯示，一把氣刨槍進行缺陷氣刨時所需除塵風量為10 000 m3/h，由于氣刨機同時工作只有1 臺，因此總風量測算主要參考焊接作業對除塵風量的需求。

表5 焊刨磨檢一體化除塵風量

2.4 除塵罩尺寸及布局

在氣刨、焊接、鏟磨工序作業中，經常需要將鑄件從一個工序吊往另一個工序，這就要求整套除塵系統的安裝不能影響鑄件的吊運。綜合考慮后，采取安裝伸縮式除塵室的方案，在鑄件吊進或吊出除塵室時，可以將除塵布簾升起并將整個除塵室進行收縮，從而不影響鑄件的吊運。

同時為了使焊刨磨檢一體化除塵系統的應用效果達到最好，對現場部分班組進行整合，并將作業區域和作業設備實現固定，以實現集中除塵的目的。由于每個班組處理鑄件的大小各有差異，所以每個班組對除塵罩的大小要求也各不相同。

2.5 焊刨磨檢一體化除塵的智能控制

為了使現有焊刨磨檢一體化除塵系統的應用效果最大化，需對各個除塵室體內的實際風量根據室體內使用設備的數量及類型進行合理化分配。通過實驗得出現有除塵室內設備工作數量與除塵風量的詳細關系，根據對應關系在PLC 控制系統中對除塵室的工作狀態進行編程和控制。同時對現有焊刨磨檢一體化除塵系統進行聯動運行改造，通過增加“焊接”、“氣刨”、“停止”三個按鈕，輸入信號接入PLC 來實現按需控制，具體流程圖如圖1 所示。當點擊焊接時，系統先會進行判斷其他室體內有無氣刨工作，如果此時其他除塵室體內有氣刨，則該室體不允許焊接，即點擊不響應；如果當前沒有除塵室進行氣刨工作，則進行下一判斷條件，如果此時焊接室體已達到上限則無響應，如果沒有，則該室體的電磁翻板閥會選擇對應的開啟度開啟并開始工作。從而實現根據除塵罩不同的工作狀態以及實時工作的數量，程序自動運行選擇開啟狀態以及電磁閥的開啟度。避免了有些除塵室不用而風量卻很大，有些除塵室煙塵很大卻無風量的情況出現。

圖1 過程控制流程圖

3 焊刨磨一體化除塵系統的優勢

隨著“工業4.0”和“中國制造2025”的提出，傳統制造業要想實現持續發展，數字化、智能化轉型勢在必行。但由于能耗高，排放不達標，很多鑄造企業面臨關門的巨大風險，而傳統的除塵系統投資大，運行成本高，實施的可行性不足。我公司所設計的焊刨磨一體化除塵系統，通過將三道工序融合，使用一套除塵系統解決粉塵控制的難題，同時通過自動化控制實現精細化管理，不僅實現了粉塵的達標排放，而且能耗最低，運行成本最低，是當前傳統鑄造企業面臨環保壓力下的很好選擇。

4 結論

焊刨磨一體化除塵系統的應用，有效改善了公司清理工序的作業環境和粉塵排放，其中顆粒物排放、煙塵等排放值均達到國家標準、行業標準和《鑄造工業大氣污染物排放標準》的限制值，環境和空氣得到有效改善；相關檢測值如表6 所示。

表6 清理工廠大氣污染物實測值

國內鑄造企業經過多年的野蠻發展，實力層次不齊，很多鑄造企業在環保投入方面嚴重不足，但國家發展綠色經濟，環保經濟的決心不會改變，傳統鑄造企業轉型升級，達標排放的要求不會改變。本文以傳統大型鑄鋼企業生產作業為例，深入研究了鑄鋼件清理車間氣刨、焊接、鏟磨工序的粉塵控制方法。通過新增焊刨磨一體化式移動除塵罩，解決制約企業多年的排放難題，使鑄造車間的排放達到《鑄造工業大氣污染物排放標準》中清理工序作業的相關要求，改善清理工序環境和空氣，減少粉塵對工人健康造成的危害，減少職業病的發生，最終推動企業向綠色鑄造發展。