钢板表面除锈机设计

高财禄，李小波，李洪臣

（1.中油宝世顺（秦皇岛）钢管有限公司，河北 秦皇岛066206;2.中国石油技术开发公司 管道分公司，北京100028）

钢板表面除锈机设计

高财禄1，李小波2，李洪臣1

（1.中油宝世顺（秦皇岛）钢管有限公司，河北 秦皇岛066206;2.中国石油技术开发公司 管道分公司，北京100028）

为了防止钢板表面杂质在钢管焊接时落入焊缝中产生气孔、夹渣等焊接缺陷，保证钢管焊接质量，设计开发了一种钢板表面除锈机，该除锈机安装在上料工序后和板探工序前，采用钢丝碗刷机械除锈，并加装封闭除尘设备，实现了生产线全自动控制。应用结果表明，该除锈机除锈效率高，成本低，操作简单，对周围环境污染较小，改善了作业环境，可广泛应用于埋弧焊管生产线。

焊管；钢板；除锈机；钢丝碗刷

Abstract:In order to prevent the impurities in steel plate surface falling into the weld during steel pipe welding,cause some welding defects such as stoma,slag inclusion and so on,ensure steel pipe welding quality,a kind of steel plate surface deruster was designed and developed.The deruster was installed after the loading process and before steel plate detection.Adopting steel wire brush to conduct mechanical descaling,and equipped with closed dust removal device,realized automatic control of the production line.The application results indicated that the deruster possessed some advantages,such as high rust removal efficiency,low cost,simple operation,less pollution to environment,improved the working environment,can be widely used in submerged arc welded pipe production line.

Key words:welded pipe;steel plate;deruster;steel wire brush

在高压油气输送管道中，油气输送焊接钢管占比越来越高。特别是近几年我国油气工业的快速发展，对输送钢管质量的要求也不断提高[1-2]。为保证钢管焊接质量，只在铣边工序后安装板边除锈装置，远远不能满足客户越来越高的质量和安全环保要求。因此，出于提高焊管质量的长远考虑，笔者进行了钢板表面除锈设备和提高除锈质量的研究。

1 钢板表面除锈机的设计及结构

1.1 除锈机的设计

钢板表面除锈机是用外力连续地将钢板表面的有害杂物进行清除，使钢板表面达到满足后续加工工艺技术要求的清洁程度。从清理过程是否含水可分为干式处理法、半湿式处理法和湿式处理法3种。从除锈方法上可分为机械除锈和化学除锈两大类[3]。一般常见的除锈方法有抛丸法、喷砂法、钢丝刷等工具除锈法、高压水冲洗法、酸洗法、火焰法等[4-7]。由于直缝生产线整体布局限制，采用高压水冲洗和喷砂、喷丸法都没有足够的设备安装空间，从具体生产特点来看，采用钢丝碗刷配合除尘器的工艺方案是除锈机设计的首选方案[8]。该方法为干式处理法，制造成本低，运行维护费用少，广泛应用于直缝和螺旋埋弧焊管生产中。

除锈机清除的对象主要是钢板表面粘附的易于清理的铁锈、泥土及其他附着物，包括氧化皮等粘附极其牢固的污物，避免其在钢管焊接时落入焊缝中产生气孔、夹渣等焊接缺陷。同时，减少在预弯、成型等后续生产过程中产生粉尘等污染。该设备设计安装在上料工序后和板探工序前，这样可以减少对钢板探伤设备的磨损。除锈机电机为Y100L2-4型，每台电机最多带6个钢丝碗刷，每个碗刷负载5 kg，电机和钢丝碗刷以及钢丝碗刷之间使用同步带传动。设计参数见表1。

表1 钢板除锈机设计参数

1.2 除锈机结构组成

钢板表面除锈机由立柱、顶梁、上横梁、下横梁、底梁、端梁、除尘器以及升降油缸等液压元件组成，如图1所示。顶梁、底梁和上、下横梁均采用焊接结构，组成一个有足够强度和刚度的框架。上、下横梁装有钢丝碗刷，每个横梁上各布置2排钢丝碗刷，共41个，上横梁结构如图2所示。靠近电机侧的21个为固定式钢丝碗刷，其余20个为涨紧式钢丝碗刷，碗刷的安装方向同钢板前进方向垂直。每个横梁有7台电机，中间的一台电机控制5个碗刷，其余的控制6个碗刷[9-10]。钢丝碗刷由电机经过同步带驱动进行旋转，钢丝碗刷的压下量可以通过仿形辊进行调整。工作时，上、下横梁同时接触钢板，钢板在辊道上以匀速直线运动，钢丝碗刷在油缸作用下始终保持5 kg的压力与钢板接触，以达到最佳的除锈效果，刷掉的锈粉被除尘器吸走。

图1 钢板表面除锈机结构

图2 钢板表面除锈机上横梁结构

2 除锈机控制方式

电气控制要求有自动、手动两种控制方式。手动用于设备检修或调试，自动应用于生产。自动控制方式工作过程为：当除锈机入口的传感器检测到钢板时，上、下横梁的电机启动，钢丝碗刷开始旋转，同时除尘器启动，然后上下横梁在油缸的驱动下降落或上升至工作位置[11]。当钢丝碗刷接触到钢板时，开始除锈工作。随着钢板的行进，当钢板尾端通过除锈机出口的传感器时，上、下横梁后退到上下限位，钢丝碗刷停止转动，除尘器延时1 min停止吸尘，同时发出除锈完成信号[12]。除锈机电气控制流程如图3所示。

图3 除锈机电气控制流程

3 除锈机技术特点及创新点

（1）设计制作的钢板表面除锈机具有以下技术特点：结构简单、自动化程度高，钢丝碗刷成本低，使用寿命长，除锈效果好。除锈机采用变频电机，其控制流程如图4所示。在生产中可以根据不同批次钢管的锈蚀情况进行转速调节，以达到最佳除锈效果。同步带轮采用楔形涨紧机构，通过调整涨紧楔块的位置来保证同步带处于良好工作状态。

图4 钢板除锈机调速机构、带轮涨紧机构示意图

（2）使用仿形轮装置，降低液压系统和电气系统的成本，如图5所示。上、下横梁各对称安装4个仿形轮，一是可以简化液压控制系统和电气控制系统的复杂程度，大大降低设备的投资；二是根据钢丝碗刷的磨损程度，很容易进行补偿调节，使钢丝碗刷与钢板的接触力始终保持不变。

（3）配套全封闭除尘设备，钢管除锈过程的粉尘统一收集，极大减少对周围环境的污染。

图5 钢板除锈机仿形轮示意图

4 现场应用

对设计的除锈机进行现场应用，现场应用照片如图6所示。可以彻底清除钢板表面附着的铁锈等污物，钢板表面较为整洁，清除的锈粉、氧化皮等污物由除尘设备吸走，不对后续工序产生粉尘污染，对周围环境无影响。

图6 钢板表面除锈机现场应用照片

5 结 论

（1）从现场应用情况看，设计的钢板表面除锈机具有除锈效率高、结构紧凑、维修方便、操作简单、投资和使用成本低等优点，适用直缝和螺旋埋弧焊管生产线上的钢板或钢卷除锈，具有较好的推广价值。

（2）钢板表面除锈机提高了进入生产线钢板的表面质量，为后续工序提供良好的工况，保障了钢管的焊接质量。该钢板表面除锈机代替人工除锈，提高了除锈效率。

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Steel Plate Surface Deruster Design

GAO Cailu,LI Xiaobo,LI Hongchen
（1.Zhongyou BSS(Qinhuangdao)Petro-pipe Co.,Ltd.,Qinhuangdao 066206,Hebei,China;2.Pipeline Branch,China Petroleum Technology&Development Corporation,Beijing 100028,China）

TG441.1

A

10.19291/j.cnki.1001-3938.2017.06.009

2016-10-25

编辑：李 超

高财禄（1982—），男，硕士，机械工程师，主要从事直缝埋弧焊管生产线的设备管理工作。