李玉鐲，姚 冬，馬一波

(共享鑄鋼有限公司，寧夏銀川 750021)

1 背景

鑄造車間后續(xù)生產(chǎn)主要涉及氣刨、焊接及打磨等工序，焊接產(chǎn)生的煙塵和氣刨、打磨產(chǎn)生的粉塵都屬于作業(yè)過程中不可避免的伴生物。如果沒有合適的除塵設(shè)備或方法措施，產(chǎn)生的煙塵及粉塵就會(huì)無組織的漂浮在車間內(nèi)，不僅造成車間內(nèi)的空氣質(zhì)量差，導(dǎo)致工作環(huán)境更加惡劣，同時(shí)也對(duì)員工的身體健康有著嚴(yán)重的損害。

一般在此類車間會(huì)設(shè)有單個(gè)或數(shù)個(gè)除塵室體用于捕集工作過程中產(chǎn)生的煙塵及粉塵，通過除塵設(shè)備來改善現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境。但是由于除塵器濾袋的過濾效果隨著使用時(shí)間的增加而逐漸降低，從而導(dǎo)致除塵器的自身能力下降，無法起到應(yīng)有的效果。室體內(nèi)的煙塵及粉塵如果無法及時(shí)被除塵器所收集，就會(huì)隨著除塵室體的邊沿及門簾處溢出，溢出的煙塵及粉塵隨著空氣的流動(dòng)漂浮至整個(gè)車間。隨著溢出的煙塵及粉塵越來越多，最終導(dǎo)致整個(gè)車間內(nèi)的環(huán)境以及空氣質(zhì)量變得越來越差。

同時(shí)由于除塵室體空間有限，大型鑄件放入室體內(nèi)，會(huì)將整個(gè)室體占滿，從而導(dǎo)致最外沿離除塵門口很近。此時(shí)對(duì)除塵門口附近的鑄件進(jìn)行氣刨、焊接等作業(yè)時(shí)，由于該位置遠(yuǎn)離吸塵口，除塵器產(chǎn)生的吸力很難將該部位產(chǎn)生的煙塵吸走。而且因?yàn)榭諝饬鲃?dòng)的關(guān)系，除塵室體內(nèi)外也有一部分壓差，當(dāng)除塵器無法以較強(qiáng)的能力將煙塵帶走，在壓差作用下煙塵也會(huì)向室體外流動(dòng)，最終溢出室體。這部分未被捕集的煙塵及粉塵同樣在空氣流動(dòng)的作用下充滿整個(gè)車間，污染了車間環(huán)境。

2 技術(shù)方案設(shè)計(jì)

通過對(duì)上述問題的分析，解決此類情況需要從兩個(gè)方向著手，進(jìn)行空氣定向流動(dòng)的設(shè)計(jì)。首先是除塵室體，常規(guī)的除塵室體設(shè)計(jì)方式都是伸縮式，收回時(shí)不占用空間，展開之后的整體空間比較大。而吸塵口大部分集中在后墻部位，當(dāng)除塵器開始工作時(shí)，后墻處的空氣能被快速吸走，在此處形成較大的壓差，所以后墻處的吸力最大。而距離后墻越遠(yuǎn)的地方，被吸走的空氣速度沒有那么快，形成的壓差就小了很多，吸力也逐漸減小。針對(duì)這種情況，我們?cè)诓桓膭?dòng)除塵主體的前提下，需要將遠(yuǎn)離后墻部位的煙塵盡快“送”到除塵口處，使其可以被快速吸走，避免溢出室體。

其次是整個(gè)車間內(nèi)的粉塵，當(dāng)產(chǎn)生的粉塵及煙塵無法及時(shí)被捕集，免不了會(huì)逸散出除塵室體。在空氣無序的流動(dòng)下，粉塵會(huì)擴(kuò)散到整個(gè)車間，因此如果將車間內(nèi)空氣流動(dòng)的方向進(jìn)行控制，使其按照我們?cè)O(shè)定的方向進(jìn)行流動(dòng)，那么便可以讓這部分粉塵及煙塵流動(dòng)到我們預(yù)想的部位。當(dāng)這部分粉塵及煙塵到達(dá)預(yù)定位置后，利用在此處設(shè)置集塵降塵裝置，將其控制住，從而達(dá)到除塵的目的。

3 技術(shù)方案實(shí)施

針對(duì)除塵室體內(nèi)的定向流動(dòng)，如圖1 所示，在伸縮式除塵室體的門頭位置，根據(jù)室體大小安裝一臺(tái)或多臺(tái)小型風(fēng)機(jī)，調(diào)整機(jī)頭的位置使其朝向吸塵口。當(dāng)室體內(nèi)無焊接、氣刨等工作或工作量較小產(chǎn)生的煙塵不大時(shí)，風(fēng)機(jī)不啟動(dòng)，靠除塵自身的能力進(jìn)行吸塵。當(dāng)室體內(nèi)產(chǎn)生較多的煙塵時(shí)，除塵器無法快速吸走，門頭處的煙霧傳感器檢測(cè)到較高濃度的煙塵，將信號(hào)傳遞至PLC，PLC 控制風(fēng)機(jī)自行啟動(dòng)，將門頭及室體靠近門頭部分的煙塵向吸塵口吹，幫助煙塵快速到達(dá)吸塵口，從而起到加速除塵的效果。當(dāng)門頭處的煙霧傳感器檢測(cè)到煙塵濃度低于設(shè)定值后，則停止向PLC 輸出信號(hào)，風(fēng)機(jī)自動(dòng)停止。

圖1 除塵方案

而對(duì)于車間內(nèi)的定向流動(dòng)，則需根據(jù)車間的具體情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先選擇合適的集塵降塵區(qū)位置，該區(qū)域需處于空氣定向流動(dòng)的末端，根據(jù)該部位的設(shè)備分布情況，可以采用水霧進(jìn)行降塵，也可以引一根除塵管道在該處進(jìn)行粉塵的捕集。選定位置以后就可以設(shè)計(jì)空氣流動(dòng)的方向，可以是同向也可以是對(duì)向，使粉塵向著集塵降塵區(qū)流動(dòng)。然后就是定向設(shè)備的選擇，在保證有效推動(dòng)空氣運(yùn)動(dòng)的同時(shí)也不能占用現(xiàn)場(chǎng)空間，通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)多款風(fēng)機(jī)設(shè)備，推薦使用小型軸流風(fēng)機(jī)，功率在4.5 kW 左右即可。此款軸流風(fēng)機(jī)在起到空氣定向流動(dòng)作用的同時(shí)，電耗也比較低，不會(huì)造成大的能耗損失。為保證效果更好可將風(fēng)機(jī)安裝在車間兩側(cè)的墻面或立柱上，朝向根據(jù)選定的集塵降塵區(qū)調(diào)整。至于風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)和停止，可以采用傳感器+PLC 的方式，也可以并通過時(shí)控開關(guān)進(jìn)行控制，都可以達(dá)到目的。

4 具體操作流程

4.1 除塵室體內(nèi)定向流動(dòng)

當(dāng)除塵室體內(nèi)開始工作產(chǎn)生煙塵后，由于煙塵較輕，在熱量的帶動(dòng)下煙塵會(huì)向室體頂部流動(dòng)。煙塵在到達(dá)吸塵口的位置后能夠被快速的吸走，遠(yuǎn)離吸塵口的位置則會(huì)在室體內(nèi)短暫聚集，聚集的煙塵逐漸飄散至煙霧傳感器處。煙霧傳感器實(shí)時(shí)將檢測(cè)到的煙塵濃度以4～20 mA 的模擬量信號(hào)傳遞至PLC，PLC 在內(nèi)部通過換算，將傳遞過來的模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，通過數(shù)值的對(duì)比來判斷是否達(dá)到超標(biāo)值。當(dāng)煙塵濃度超標(biāo)時(shí)，PLC 會(huì)輸出一個(gè)開關(guān)量控制繼電器吸合，繼電器吸合后電路接通，風(fēng)機(jī)得電自動(dòng)啟動(dòng)，開始向吸塵口吹風(fēng)。煙塵在風(fēng)機(jī)的帶動(dòng)下向除塵口流動(dòng)，最終達(dá)到除塵口附近，由于該處吸力較大，煙塵會(huì)輕松被吸走。在風(fēng)機(jī)持續(xù)工作一段時(shí)間后，將大部分煙塵送到吸塵口從而被吸走，除塵室體內(nèi)的煙塵濃度也隨之下降。此時(shí)通過煙霧傳感器傳遞至PLC 的數(shù)值低于超標(biāo)值，在延時(shí)1 min 內(nèi)PLC 不再輸出信號(hào)，繼電器失電斷開，則風(fēng)機(jī)停止工作。當(dāng)煙霧傳感器檢測(cè)到煙塵濃度再次超標(biāo)后，重復(fù)以上步驟，通過智能控制避免了操作人員頻繁進(jìn)行開關(guān)，間接地提高了工作效率。

4.2 車間內(nèi)定向流動(dòng)

每個(gè)公司的車間廠房大小不一樣，對(duì)于小一點(diǎn)的廠房，可以按照除塵室體內(nèi)定向流動(dòng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，適當(dāng)?shù)脑黾语L(fēng)機(jī)的數(shù)量，方式還是煙霧傳感器+PLC。而對(duì)于面積較大的廠房，產(chǎn)生煙塵點(diǎn)的位置不固定，可直接按照有粉塵的狀態(tài)進(jìn)行策劃，采用時(shí)控開關(guān)對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行控制。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際工作時(shí)間，設(shè)定時(shí)控開關(guān)的開啟關(guān)閉時(shí)段，以德力西KG316T 為例，可以設(shè)置16 個(gè)時(shí)間段。如果現(xiàn)場(chǎng)粉塵量不是很大，可以設(shè)置開啟30 min，停止15 min 的方式，在保證空氣定向流動(dòng)將粉塵帶到集塵降塵區(qū)的同時(shí)，減少風(fēng)機(jī)電能的損耗。如果現(xiàn)場(chǎng)粉塵量很大，則設(shè)置為工作時(shí)間常開，下班及休息時(shí)間關(guān)閉，保持車間內(nèi)空氣的持續(xù)定向流動(dòng)。使用前調(diào)整時(shí)控開關(guān)面板上的時(shí)間，所有時(shí)控開關(guān)的時(shí)間相差要控制在30 s 以內(nèi)，保證所有風(fēng)機(jī)同時(shí)啟動(dòng)及關(guān)閉，避免出現(xiàn)個(gè)別風(fēng)機(jī)啟動(dòng)較晚導(dǎo)致空氣流向紊亂。空氣流動(dòng)終端的集塵降塵區(qū)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況調(diào)整實(shí)施方式，如果除塵器離該處較近，可引一根除塵管道至該處，制作一個(gè)較大的捕集罩，使粉塵通過管道可以順利被帶走。如果現(xiàn)場(chǎng)條件不允許安裝除塵管道，則可以采用水霧降塵，將水管及氣管引至該處，通過水霧噴頭將水打散成霧狀，霧狀的水自身重量極輕，也可在空氣中漂浮，當(dāng)空氣中的煙塵與水霧碰撞后，煙塵與水膜表面接觸，使得粉塵迅速增濕、凝聚、增重，從而快速降落，達(dá)到除塵的目的。而且市面上出售的水霧噴頭可進(jìn)行調(diào)節(jié)，控制噴出的水霧可以是扇形也可以是長(zhǎng)條形，根據(jù)集塵降塵區(qū)的大小調(diào)整噴出的水霧，避免多余的水霧飄散至配電柜或精密儀器等位置造成設(shè)備損壞。

5 效果驗(yàn)證

通過對(duì)設(shè)計(jì)方案現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用情況的跟蹤統(tǒng)計(jì)，除塵室體內(nèi)焊接工況下產(chǎn)生的煙塵未打開風(fēng)機(jī)時(shí)完全吸盡需要15～20 s，打開風(fēng)機(jī)后完全吸盡耗時(shí)10 s，較改造之前提高5～10 s。氣刨工況下產(chǎn)生的煙塵未打開風(fēng)機(jī)時(shí)完全吸盡需要30 s，且有部分煙塵溢出除塵室體外，而打開風(fēng)機(jī)后完全吸盡耗時(shí)20 s，較改造之前提高10 s，且無煙塵外溢。車間內(nèi)的粉塵無法直接通過肉眼判斷，需借助粉塵濃度檢測(cè)儀進(jìn)行測(cè)量。首先關(guān)閉所有的風(fēng)機(jī)，安排10 把角磨機(jī)同時(shí)進(jìn)行鏟磨工作，打磨時(shí)間1 h，明顯可以看到現(xiàn)場(chǎng)的粉塵在漂浮。這個(gè)時(shí)候利用粉塵濃度檢測(cè)儀開始測(cè)量，持續(xù)時(shí)間30 min，檢測(cè)結(jié)束后對(duì)比測(cè)量試紙與標(biāo)準(zhǔn)板，測(cè)得現(xiàn)場(chǎng)粉塵濃度為12.73 mg/m3。由于測(cè)量的這段時(shí)間有部分粉塵在自身的重量下落到地面，所以在相同部位重新進(jìn)行1 h 的打磨作業(yè)。待打磨作業(yè)結(jié)束后，打開風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)15 min 后，在原處再進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)得粉塵濃度為4.4 mg/m3，低于國(guó)標(biāo)的8 mg/m3。通過實(shí)驗(yàn)及數(shù)據(jù)不難發(fā)現(xiàn)，兩種方式最終都驗(yàn)證有效。

6 結(jié)論

空氣定向流動(dòng)作為一項(xiàng)簡(jiǎn)單廉價(jià)的改造方式，可以有效的解決鑄造行業(yè)的車間煙塵及粉塵處理問題，同時(shí)不會(huì)為企業(yè)增加過多的資金壓力。雖然只是簡(jiǎn)單的部件組裝，但相比市面上常用的成套除塵設(shè)備，在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上可根據(jù)自身的需要添加更多的功能，更具有靈活性與可塑性。下一步可以在這項(xiàng)工作的基礎(chǔ)上，增加一些智能控制、數(shù)據(jù)采集等相關(guān)功能，形成一套完整的采集、分析、處理的閉環(huán)模式，實(shí)現(xiàn)更高等級(jí)的自動(dòng)化與智能化。