铸件清理车间的环境改善方法及应用

（共享铸钢有限公司，宁夏 银川 750021）

我国是传统的制造业大国，相较于全球其他制造国家，我国的工业基础非常薄弱，设备设施简陋，防尘设备也很简单，劳动条件非常的恶劣；生产工人的身体状况受到严重威胁，许多人因此得了职业病，严重者甚至失去了生命。随着人们生活水平的提高和国家对环境保护的严格规定，工业行业必须有一套比较完整的综合防尘措施，来降低生产过程中产生的烟尘，用以实现企业的良性发展。

2018 年，国家环保部门针对铸造企业制定了《铸造工业大气污染物排放标准》，规定了铸造工业大气污染物排放限值、监测和监督管理要求。主要适用于现有铸造企业以及含铸造工序的企业大气污染物排放管理，以及铸造工业建设项目的环境影响评价、环境保护设施设计、竣工环境保护验收、排污许可证核发及其投产后的大气污染物排放管理。在标准的第4.2.1.8 条关于落砂、清理、旧砂回用、废砂再生工序作出明确规定：应设置固定工位、采取隔离除尘措施。落砂、清理包括去除浇冒口、铲飞边毛刺等。同时第4.4.1 条也对生产厂房门窗、屋顶、气楼等排放出的相关要求作出明确规定，如表1 所示。

1 现状测量

传统铸造企业在生产大型铸钢件时，清理工序主要包含焊接、气刨、铲磨三项作业，主要作业流程为铸件检测过程发现缺陷，进行气刨-铲磨-焊接-铲磨作业，若检测不合格，将再次进行气刨-铲磨-焊接-铲磨作业。其中气刨作业主要分为平面气刨和缺陷气刨，多肉气刨产生的烟尘量大，主要通过大型固定式布袋除尘器收集，排放达标。存在问题的主要为缺陷气刨、焊接及铲磨作业，其中，缺陷气刨时间短，需要的除尘风量高，焊接作业稳定，需求风量中等，铲磨作业频次大，需求风量少。

表1 铸造行业大气污染物排放限值

经测量统计发现，未实施改造前，我公司清理工序焊接、气刨、铲磨作业区的部分除尘措施未达到标准要求，排放浓度也超出了铸造行业大气污染物排放限值。实际监测值如表2 所示。

表2 清理工序大气污染物实测值

焊接、气刨、铲磨工序在生产过程中会产生大量的粉尘和烟尘，若无匹配的除尘设备或降尘措施，将会对车间环境造成极大的污染，恶化工人的作业环境，对员工身体健康造成极大的危害。同时，焊接、气刨、铲磨工序产生的粉尘多为金属粉尘，这些粉尘沉降在电器元件、气动阀门、旋转轴上时，很容易造成一些电气事故的发生，大幅缩短设备使用寿命且损坏设备。因此，改善现场作业环境，减少因环境污染造成的社会不良影响，达到国家关于环境保护以及粉尘排放的相关要求，是传统铸造企业发展必须要实施的工作。

2 焊刨磨一体化除尘系统的应用

由于焊接、气刨（缺陷）、铲磨作业融合交叉性高，分步除尘会大幅增加转运量，且投资巨大，经讨论，焊接作业稳定，持续时间长，而且焊接作业时，气刨和铲磨不工作，因此，需要设计焊刨磨一体化除尘系统，即在同一工位上分别进行焊接、气刨（缺陷）、铲磨作业，在此工位上安装除尘设备，用以控制焊接、气刨（缺陷）、铲磨作业产生的粉尘。由于不同于一般除尘系统，因此需要从多个方面考虑，研发焊刨磨一体化除尘系统。

2.1 清理工序产尘点梳理

首先，需要对清理工序各粉尘产尘点进行梳理。通过统计发现，清理工序主要产尘点主要分布在焊接、气刨、铲磨作业中，其中气刨（平面）作业主要通过大型固定式布袋除尘器收集粉尘。

2.2 焊接、气刨现场工作情况统计

其次，需要对清理工序设备运行情况进行梳理，考虑到缺陷气刨时间短，需要的除尘风量高，焊接作业稳定，需求风量中等，铲磨作业频次大，需求风量少，主要参考焊机和气刨机的开机情况。通过统计发现，清理工序共计有焊机76 台，这些焊机基本按班组均匀分布在清理工序三跨，但是这些焊机并不是同时工作，焊机开机率见表3，气刨机开机率见表4.所以在对除尘器风量进行选型时，焊机/气刨机的开机率有着极其重要的参考价值，在满足生产的同时可以避免不必要的能源浪费。

表3 焊机开机率统计表

表4 气刨机开机率统计表

2.3 除尘风量测算

为了更准确地预估整套除尘系统所需的总风量，就必须对单台焊机的除尘风量进行详细测算。在试验过程中，将目前使用的除尘器利用变频器频率控制，改变除尘风量，用风量测试仪对当前状态下的风量进行测试并记录，然后观看吸风口对焊接烟尘的吸收效果。如果吸收效果较好，则适当调小风量，测试当前风量并继续观看吸收效果；如果吸收效果不好，则适当调大风量并继续观察。直到找到最佳的临界点后，更换一台焊机继续按照此方法进行试验。最终取三台焊机测试后的平均值，即为单台焊机除尘所需的风量。经过试验得出，单台焊机所需的除尘风量为3 000 m3/h，参考现场设备开机率，测算各个区域焊接作业对除尘风量的需求，结果见表5.

使用同样的方法对气刨作业进行测量，结果显示，一把气刨枪进行缺陷气刨时所需除尘风量为10 000 m3/h，由于气刨机同时工作只有1 台，因此总风量测算主要参考焊接作业对除尘风量的需求。

表5 焊刨磨检一体化除尘风量

2.4 除尘罩尺寸及布局

在气刨、焊接、铲磨工序作业中，经常需要将铸件从一个工序吊往另一个工序，这就要求整套除尘系统的安装不能影响铸件的吊运。综合考虑后，采取安装伸缩式除尘室的方案，在铸件吊进或吊出除尘室时，可以将除尘布帘升起并将整个除尘室进行收缩，从而不影响铸件的吊运。

同时为了使焊刨磨检一体化除尘系统的应用效果达到最好，对现场部分班组进行整合，并将作业区域和作业设备实现固定，以实现集中除尘的目的。由于每个班组处理铸件的大小各有差异，所以每个班组对除尘罩的大小要求也各不相同。

2.5 焊刨磨检一体化除尘的智能控制

为了使现有焊刨磨检一体化除尘系统的应用效果最大化，需对各个除尘室体内的实际风量根据室体内使用设备的数量及类型进行合理化分配。通过实验得出现有除尘室内设备工作数量与除尘风量的详细关系，根据对应关系在PLC 控制系统中对除尘室的工作状态进行编程和控制。同时对现有焊刨磨检一体化除尘系统进行联动运行改造，通过增加“焊接”、“气刨”、“停止”三个按钮，输入信号接入PLC 来实现按需控制，具体流程图如图1 所示。当点击焊接时，系统先会进行判断其他室体内有无气刨工作，如果此时其他除尘室体内有气刨，则该室体不允许焊接，即点击不响应；如果当前没有除尘室进行气刨工作，则进行下一判断条件，如果此时焊接室体已达到上限则无响应，如果没有，则该室体的电磁翻板阀会选择对应的开启度开启并开始工作。从而实现根据除尘罩不同的工作状态以及实时工作的数量，程序自动运行选择开启状态以及电磁阀的开启度。避免了有些除尘室不用而风量却很大，有些除尘室烟尘很大却无风量的情况出现。

图1 过程控制流程图

3 焊刨磨一体化除尘系统的优势

随着“工业4.0”和“中国制造2025”的提出，传统制造业要想实现持续发展，数字化、智能化转型势在必行。但由于能耗高，排放不达标，很多铸造企业面临关门的巨大风险，而传统的除尘系统投资大，运行成本高，实施的可行性不足。我公司所设计的焊刨磨一体化除尘系统，通过将三道工序融合，使用一套除尘系统解决粉尘控制的难题，同时通过自动化控制实现精细化管理，不仅实现了粉尘的达标排放，而且能耗最低，运行成本最低，是当前传统铸造企业面临环保压力下的很好选择。

4 结论

焊刨磨一体化除尘系统的应用，有效改善了公司清理工序的作业环境和粉尘排放，其中颗粒物排放、烟尘等排放值均达到国家标准、行业标准和《铸造工业大气污染物排放标准》的限制值，环境和空气得到有效改善；相关检测值如表6 所示。

表6 清理工厂大气污染物实测值

国内铸造企业经过多年的野蛮发展，实力层次不齐，很多铸造企业在环保投入方面严重不足，但国家发展绿色经济，环保经济的决心不会改变，传统铸造企业转型升级，达标排放的要求不会改变。本文以传统大型铸钢企业生产作业为例，深入研究了铸钢件清理车间气刨、焊接、铲磨工序的粉尘控制方法。通过新增焊刨磨一体化式移动除尘罩，解决制约企业多年的排放难题，使铸造车间的排放达到《铸造工业大气污染物排放标准》中清理工序作业的相关要求，改善清理工序环境和空气，减少粉尘对工人健康造成的危害，减少职业病的发生，最终推动企业向绿色铸造发展。