浅谈焊接接头打磨除尘的重要性及改造

王相悦 李庚茂

（济南铁路局济南工务机械段，山东 济南 250022）

0 引言

在长钢轨焊接接头打磨过程中，会产生大量的细金属颗粒和少量混合气体，如果不进行全面的处理，任其在空气内容弥散，长期从事该项作业的职工吸入体内后，对会身体健康产生不良影响，甚至造成尘肺等职业病，损害职工健康。为此，加强钢轨焊接接头打磨除尘成保障职工健康的重要工作。

1 焊接接头打磨产生的金属颗粒物及混合气体分析

以U71Mn、U75V 60kg/m 牌号钢轨的化学成分为例分析，在钢轨接焊接头打磨过程中，产生的金属颗粒物及混合气体，除铁元素外，主要化学成分见表1

表1 钢牌号和化学成分（熔炼分析）%

砂轮打磨钢轨产生的飞溅颗粒物主要为三氧化二铝颗粒物以及少量高温火花燃烧铁、碳、锰、磷、硫等氧化物的金属混合气体。长期从事打磨作业的人员将含有金属微颗粒的有害气体吸入体内容后，会对肺部产生危害，容易形成矽肺，严重影响身体健康。因此，必须对产生金属颗粒物及有害混合气体进行收集处理，避免在周围空气中扩散，保持车间空气的洁净，最大限度地减少作业人员对有害气体的吸入。

2 尘肺的危害

尘肺是一种典型的职业病，从事钢轨打磨除锈等工作的人员在防护设施不完备的情况下，极易得这个病。尘肺是由于长期吸入粉尘，且粉尘在肺内潴留，导致肺组织纤维化（如图1 所示），失去交换氧气的功能，使呼吸系统的清除和防御机能受到严重损害，患者的抵抗力明显减低。尘肺病是头号职业病，占所有职业病的80%以上，目前我国有尘肺病人近百万人，死亡率极高，大部分是呼吸衰竭而死，部分尘肺病人死于并发疾病。

图1 尘肺（左）与正常肺部（右）对比

3 除尘器的组成和工作原理

除尘器由筒体、锥体、进气管、排气管和排灰口等组成，如图2 所示

图2 降尘器的组成和内部气体

当含尘气体由切向进气口进入除尘器时，气流由直线运动变为圆周运动，旋转气流的绝大部分沿除尘器壁呈螺旋形向下、朝向锥体流动，通常称此为外旋气流。含尘气体在旋转过程中产生离心力，将相对密度大于气体的粉尘粒子甩向除尘器壁面。粉尘粒子一旦与除尘器壁面接触，便失去原因运动方式，靠重力沿壁面下落，进入排灰管。旋转下降的外旋气流到达锥体时，因圆锥体的收缩而向除尘器中心靠拢。根据旋矩不变原理，其切向速度不断提高，粉尘粒子所受离心力也不断加强。当气流到达锥体下端某位置时，即以同样的旋转方向从除尘器中部由下反转向上，继续做螺旋式运转，构成内旋气流。最后，净化气体经排气管排出，小部分未被捕集的粉尘粒子也随之排出。

自进气管流入的另一小部分气体则向除尘器顶盖流动，然后沿排气管外侧向下流动。当到达排气管下端时，即反转向上、随上升的内旋气流一同从排气管排出。分散在这一部分气流中粉尘粒子也随同被带走。利用旋转气流所生产的离心力将尘粒从合尘气流中分离出来的除尘方法，较适合钢轨焊接接头打磨作业产生的金属颗粒物及混合气体吸收排放。图3 所示

图3 降尘器的改造结果

4 烛接接头打磨粉尘收集器的改造

4.1 金属颗粒粉尘收集器改造思路

4.1.1 打磨作业现有情况

打磨作业人员使用手提砂轮机，采用在钢轨焊接接头两侧站立，顺长轨方向左右打磨。打磨部位为钢轨焊接接头的轨顶面、轨侧面工作边，非工作边、轨底角及周边。作业空间左右为0.5m、上下为0.4m。因此，收集器前后两侧必须留出0.5m×0.4m 的开口，以提供足够的手提砂轮机作业空间。

4.1.2 打磨作业产生的金属颗粒粉尘飞溅方式

由于手提砂轮机顺长轨方向打磨，飞溅物沿手提砂轮机旋转呈切线飞溅，因而打磨过程中产生的金属颗粒物具有没长轨方向向两边呈放射性发散的特点。金属颗粒飞溅初速的大小及方向与操作者手提砂轮同钢轨接触力大小、切入角度有关。用力越大，飞溅越远。飞溅物落点通常在1～2m 范围内容。

4.2 打磨金属颗粒粉尘收集器的改造

4.2.1 收集器的改造思路

依据钢轨焊接接头打磨格金属飞溅物发散的特点，将钢轨打磨金属粉尘收集器设计成中间高，两边窄的椭圆形，焊接接头打磨点位于椭圆形中间最高点，使得打磨人员的操作空间最大。椭圆形前后相对于焊接接头两边各开1个椭圆形的打磨要作业口，使作业人员可以顺利地对轨顶、工作边、非工作边、轨底角及周边进行打磨作业。椭圆形两端尖角处分别开1个可以允许75kg/m 钢轨通过的钢轨断面仿行孔，使用60kg/m、75kg/m 钢轨在收集器中顺利穿过。两端收窄的改造可以更好的收集金属颗粒粉尘，防止粉尘溢出，最大限度地收集粉尘。

4.2.2 椭圆形收集品的结构改造

椭圆形钢轨金属粉尘收集器分成上、下两个部分，上、下扣装，这样改造和安装都相对简单。上部采用透明有机玻璃钢材料，使作业人员可以直接观察焊接接头打磨情况，避免收集器影响焊接接头外观打磨质量。下部采用不锈钢板材料，底部留有除尘器的进气收集孔，位于靠近钢发进出口侧，分别距离椭圆形收集器两头钢轨进出仿行口1/4处，2个进气孔均与除尘器连接。

4.2.3 椭圆形收集品的改造图形

椭圆形金属颗粒粉尘收集器最大净高1m，以钢轨水平中心线分割，上、下各0.5m。长度为2m，以焊接接头中心线分割，左、右各1m。底部收集口中心线距两端0.4m，口径0.2m。椭圆开金属粉尘收集器如图4 所示。

图4

4.3 椭圆形金属颗粒粉尘收集器收集方法

打磨过程产生的金属颗粒飞溅物及高温火花燃烧气化物，沿钢轨方向向收集器两头飞溅。收集器分别从位于收集器底部的粉尘收集口吸入空气，同时将金属飞溅物吸入除尘器。金属颗粒物飞溅速度较快的大部分金属颗粒打到收集器两端器壁上折返，极少量到达钢轨仿形出口处即将溢出时，被倒吸的空气拉回；飞溅速度较慢的部分金属颗粒受重力影响自然溅落到底部器臂上，随空气进入除尘器。

［1］TB/T 2344-2003 43kg/m～75kg/m 热轧钢轨订货技术条件[S].

［2］刘云兴，陈建新，李顺品，卢明章.攀枝花市主要职业病及其危害因素分析[J].职业卫生与病伤，2014(3).