大型钢结构件表面抛丸除锈设备的设计

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大型钢结构件的表面防腐手段, 多年来主要采用表面涂漆的方式, 对涂漆前的除锈工序要求并不严格, 且主要是靠手工清除, 所以漆膜附着力很差, 因而, 在后来的使用维护过程中, 不得不缩短涂漆周期, 特别是高大结构的桥梁高压输电线塔电视广播塔煤矿井架等, 不但给以后的维护造成很大困难, 而且也缩短了钢结构件的使用寿命, 造成不必要的经济损失

对于大型钢结构件的涂漆处理在国外比较重视, 当前国际上对钢材除锈后的表面质量标准普遍采用瑞典标准, 一般要求表面洁净度达到 Sa2.5, 这对于手工除锈来说无疑是不可能达到的但随着国际间交流不断加深, 国际标准逐渐被引用, 大型钢结构件的除锈问题摆在了各生产厂家的面前当前在国内除锈设备均为厂家自制, 都存有一定的局限性, 如一些厂家采用的巷道式抛丸除锈房占地大, 投资多而喷枪式喷砂除锈工人劳动强度大, 环境污染严重, 不适合在市区生产, 因此我们设计了通过式抛丸除锈设备, 并在山东煤矿泰安机械厂投入使用

  1. 抛丸除锈设备的主要系统设计   

该除锈设备包括 8 个系统:抛丸系统;给丸系统;清扫系统;回收系统;除尘系统;送料系统;抛丸室;控制系统图 1 抛丸除锈工艺布置它们的工作程序, 统一由控制系统控制工艺过程总体布置如图 1

1.1 抛丸系统

对于抛丸系统的设计, 主要是抛丸器的选型及其布置, 我们选用了铸造清砂用 Q305 型抛丸器, 此抛丸器电机功率为 10Kw, 叶轮转速 2200r/min, 抛射量 100kg/min, 弹丸射速 67m/s,

 

该抛丸器可随意转动定向套窗口来变更弹丸的抛出方向, 且窗口的角度大小, 决定弹丸的径向散射角, 一般径向散射角比定向套窗口角度大 10°左右, 弹丸的轴向散射角约 8°, 弹丸的定位角约 130°, 弹丸的射角约 40°定向套口为 50°时弹丸运动轨迹如图 2, 抛射带密度如图 3

图 2  弹丸运动轨迹          图 3  弹丸抛射密度

  根据抛丸器弹丸抛射密度理论和试验分析, 距抛丸器500~ 1000mm 范围内弹丸分布密度和抛射效果较好所以, 我们设定抛丸器中心距送料轨道平面为 1.25m, 根据处理板材最大宽度配置上下六台抛丸器, 如图 4

1.2 给丸系统

给丸系统主要是为六台抛丸器提供足够的钢丸, 并做到等量分配和供需平衡, Q305 型抛丸器每台抛丸量为 6t/h, 六台每小时抛丸量为 36t, 钢丸抛出后因自重作用落入机体下部, 为循环使用在下部设置了输送量为 40t/h LX400 型螺旋输送机, 将钢丸输送给 D200 型斗式提升机, 提升量为 45t/h 钢丸被提升到一定高度后, 经分料管道分送给六台抛丸器, 多余部分经溢流管

流回提升机下部在设计选型中选择螺旋输送机的输         图 4  六台抛丸器布置

送能力略大于六台抛丸器的抛丸量, 提升机的提升能力略大于螺旋输送机的输送能力, 主要是保证钢丸的供需平衡, 且防止螺旋输送机和提升机因超载而卡死为了等量分配, 在各送丸管道设计调节闸门, 根据需要调节给丸量

1.3 清扫系统

清扫系统的设计主要应完成的功能是:一是钢丸的回收, 二是经抛丸处理后钢材上存留有大量的钢丸和被击碎的铁锈粉尘, 应该清理干净, 以便下道工序喷漆, 并要防止钢丸带出室外

该系统采用刮板清理后再利用强气流进行吹扫, 一方面能清理钢丸同时也可以使钢丸和粉尘处于飞腾状态, 以便由引风机将粉尘排入除尘器进行除尘

根据设定处理钢板宽度, 把吹风嘴按 3排设置在 2m 宽的可升降刮丸支架上, 高度可根据所处理材料的尺寸进行调整吹风嘴总出风截面:S =0.2m2, 设定出风口风速:V =20m/s, 第 2 期       李瑞超等:大型钢结构件表面抛丸除锈设备的设计        171

通风量:Q =V·S=20m/s ×0.2m2 =14400m3/h

据此, 我们选用了通风量为 14000~ 18000m3/h 的轴流式通风机, 并把进风口设置在抛丸室上部出料口端, 使风流在室内形成循环, 避免了吹扫风机对除尘系统引风量的影响

1.4 回收系统

为了回收钢丸, 把抛丸室的底部设计成倒梯形, 并在下部装设螺旋输送机, 输送机把抛丸室下部的钢丸送给提升机, 从而形成了钢丸的提升———抛丸———回收———提升的整个循环

1.5 除尘系统

在抛丸除锈的过程中, 钢丸以 67m/s 的初速度喷射在钢材表面, 钢材表面的氧化皮和锈层被击碎脱落, 形成粉尘, 钢丸本身也将有一部分破碎形成碎块和微粒在清扫过程中高压风流的吹扫, 加剧了粉尘飞扬, 为了降低粉尘, 我们主要采取了以下措施:

1) 采用引风机将抛丸室内混浊气体引出, 经螺旋除尘器, 布袋除尘器后排出室外, 因抛丸室内形成相对室外的一定负压避免了粉尘外溢;2) 对抛丸室除进料口和出料口外, 全部进行封闭, 避免粉尘外溢, 并用橡胶帘把抛丸室分成抛丸区和清扫区;3) 对回收后再次进入抛丸器的钢丸进行筛选和粉尘分离, 粉尘分离方法仍采用气流分离, 利用风机把质量较小的粉尘吸入除尘器干净的钢丸则进入抛丸器

对于除尘设备和通风管道的设计, 首先应确定总引风量, 根据工作情况设定:总引风量 Q 等于抛丸室引风量 Q1 和各吸尘风口引风量 Q2 之和

抛丸室两进出料口有效通风截面积为:S1 =( 2 ×0.4) ×2=1 .6m2, 其它各吸尘风口总断面S2 =0.7m2 设定进出料口和各引风口风速 V =2.5m/s 所以:Q =Q1 +Q2 =V·S1 +V·S2 =

2.5×3600×( 1 .6+0.7) =21060m3/h

根据总引风量我们选定了 4 -72 -11 型离心式通风机

根据通风量和工作现场对粉尘浓度的要求, 选定了由螺旋除尘器第一步除尘后再进入布袋除尘器进行第二步除尘的两级除尘方式螺旋除尘为 CV T/A -4X, 流量为 18000

24000m3/h 布袋式除尘为 70 , 流量为 24000m3/h

在前面的设计中设定进出料口和各进风口进风风速不小于 2.5m/s, 是为了避免抛丸室和其它部位粉尘外溢但为了能使具有一定质量的粉尘随风流输送到除尘器, 必须使各引风管道内风速达到一定大的数值, 并同时满足螺旋除尘器对工作介质的流速要求根据这一要求, 我们设定引风管道内风速不小于 7m/s, 由于引风机最小流量为 20100m3/h, 则引风管道总通流面积应为:S ≤Q/V =20100/( 7×3600) =0.8m2, 各分支引风管道截面尺寸则根据设置部位粉尘气体容量分配, 但总通流截面不大于 0.8m2

按此设计投入使用后, 抛丸室外基本达到了无粉尘外溢, 排风口处粉尘排放浓度符合标准

1.6 送料系统

对送料系统的设计要求主要是承载能力以及可靠性, 送料速度的可调性和平稳性

由于托辊两端轴承间距较大( 2.3m) , 所以对托辊系统的设计主要是考虑了托辊的刚性和托辊挠性变形对两端轴承的影响, 故采用空心托辊两端选用调心轴承支承。( 设计计算略)

所谓送料速度的可调性和平稳性要求是因为钢材在进入抛丸室前和抛丸结束后运送速度应比在抛丸室内快一些, 以便提高效率, 而在抛丸过程中, 由于钢材表面锈蚀程度不同, 所需抛           172    山 东 矿 业 学 院 学 报         第 16卷

丸时间则不同, 故运料速度应可调因此, 我们把送料系统分成了上料出料抛丸三部分进行分别控制每部分均采用无级变速传动, 速度调节范围 0 ~ 12m/min。

1.7 抛丸室

抛丸室本身就是一个机架, 它首先应有支承各系统的功能, 同时应具有密闭粉尘和钢丸, 完成钢丸回收, 避免钢丸飞出伤人的功能在抛丸室内钢丸以 67m/s 的初速度弹射在钢板上, 反弹后则有部分弹射在室壁上, 室壁经钢丸长时间弹射很可能被击穿, 造成钢丸外射伤人

所以, 在抛丸区的室壁内侧我们设置了耐磨衬板并要求定时检查和更换

1.8 控制系统

因为本套设备系统较为复杂, 共配置电机 16 , 各系统动作要求相互协调, 做到能单动能联动且有程序动作的要求所以我们把整个控制系统分成三大部分:一是清扫除尘控制系统;二是给丸抛丸回收循环系统;三是送料控制系统, 并设置一中央控制台进行系统控制

( 控制系统图从略)

2 社会及经济效益

该抛丸除锈设备每小时可处理δ4-δ50 钢板 200 ~ 400m2, 1989 年投入使用后已累计处理各种钢材万余吨, 处理后的钢材表面洁净度均达到了瑞典 Sa21/2 标准, 产品质量得到了有效的保证, 经抛丸除锈后喷漆防护的钢结构件漆膜与钢材本体的结合强度大大提高, 1mm2 划痕试验无脱落, 比手工除锈后喷漆防护的钢结构件在室外漆膜寿命长十倍以上, 首批处理的山西常村矿钢结构件漆膜六年来仍相当完好, 近年来利用该设备的优势先后与德国 PWH 公司日本日晖株式会社德国 KHD 公司, 美国的派克公司卡那公司英国 M MD 公司签定了多项合作协义其中包括潞安局常村矿副井箱式井架, 大秦铁路线燕子山四台沟大型万吨列车装车站;准噶尔大型双轨万吨列车装车站;大柳塔装车站;石臼所水煤桨厂大型钢结构厂房;内蒙古准噶尔和山西东曲选煤厂 30m2 大型跳汰机以及大型破碎机站, 并承担了号称亚洲第一塔高度 40m 的准南谢桥矿大型箱形井架等工程的表面防护处理

通过几年的工业试验证明, 该设备完全可以取代国外同类型设备, 且成本投入只有国外同型号设备的 40%, 它适合于处理宽度在 2m 以内高度 400mm 以内的各种钢板和型材

参考文献

  1. .表面处理工艺手册, 上海科学技术出版社 1991.
  2. .涂装前钢材表面除锈标准, 瑞典 SIS055900 -1967

The Design of Ball-throwing Rust-remover for

Heavy Steel Structure Products

                                   Li Ruichao                               Zhang Aimei                Sun Liancheng

( Shandong Institute of Mining and Tecnology)  ( TaiAn.Country and Town College)  ( TaiAn Mining Factory)

ABSTRACT  This paper introduces surface protection method of heavy steel structure products and design process of new ball-throwing rust-remorer.Automatic control is adopted in the whole rust-removing process .It is practical and advanced , and also the idealest rust-removing device in the country nowadays.

KEYWORDS spotlessness ;ball-throwing ;rust-removing

2020年5月14日 17:27
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