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铁路车辆车体抛丸机废料回收系统

文章出处:www.sdpaowanji.com人气:125发表时间:2018-12-05

  摘要:文章介绍了一种铁路货车检修新型抛丸废料回收系统, 该系统主要由丸砂分离器、振动多级筛选装置、多级磁选装置和辅助除尘装置四部分组成。其中, 丸砂分离器主要从抛丸废料中分离出含有钢丸的丸料;振动多级筛选装置用于将丸料筛选为不同目数的钢丸和含铁废料;多级磁选装置用于从含铁废料中磁选出铁粉;除尘装置用于对筛选后的有害粉尘进行收集。利用上述分选系统, 抛丸废料中的含铁物质将被分离出来, 达到固体废物再次利用的目的, 同时利用除尘装置对危险废物进行收集, 达到了环保要求。

  1、研究背景:

  抛丸废料是一种含铁量较高的固体废弃物, 主要产生于金属表面除锈、抛光处理等工艺过程, 由于其和铁锈、油漆等混合在一起, 按照国家环境保护法的规定, 被列为危险废物。随着国家环保政策日益严格, 危险废物排放需要逐步降低, 如何更好地利用含铁废料, 减少环境污染, 已成为企业必须面临的重要课题。由于抛丸废料的组成和特性, 因生产工艺不同差别较大, 所以如何将铁与危险废物 (粉尘) 分离, 实现再利用, 国内各行业都在探究, 但是方法迥然不同。据调查, 在我国目前铁路车辆检修行业中, 还未对此项课题进行有效的研究, 也没有较好的方式。从现有抛丸设备使用功能来看, 钢丸在规格范围内可以循环再利用, 但是回用的比例不是很高, 有很多可再利用的钢丸不能最大限度的回收, 都随着尘砂一并处理掉, 这样在废料处理和金属回收上都造成了很大浪费。

  在铁路货车检修行业中, 《铁路货车厂修规程》里规定“在车辆检修工艺中需要对铁路货车车体及其他车辆配件进行抛丸处理, 以满足后续探伤、喷漆等工艺要求”[1]。抛丸是一种机械方面的表面处理工艺, 是一个冷处理过程, 分为抛丸清理和抛丸强化。抛丸清理是为了去除表面氧化皮等杂质并提高外观质量, 抛丸强化是利用高速运动的弹丸 (60~110m/s) 流连续冲击强化工件表面, 提高使用性能。在生产实际过程中, 对车辆车体或车辆配件进行抛丸处理时, 会产生大量的废料, 这些废料一部分来自车辆或配件本身, 例如表面脱落的铁锈、油漆和煤渣等, 一部分来自钢丸表面磨损的钢屑和直径不满足要求 (例如直径0.8mm以下) 的废钢丸, 还有少量来自抛丸除锈产生的粉尘。按照《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》及《国家危险废物名录》中的规定, 该粉尘被定义为HW-17类表面处理废物 (废物代码346-099-17) 。依据固废法及环境管理部门的具体要求的规定, 这些包含铁锈、废钢丸、粉尘的废料全部作为危险固体废弃物处理[2]。

  在神华铁路货车运输有限责任公司榆林车辆维修分公司 (以下简称榆林分公司) 实际生产及环境保护工作中, 这些废料处理流程复杂、费用高、成本大。同时, 这些废料中含有的钢铁等可回收利用资源也被当作垃圾处理掉, 造成很大的资源浪费。榆林分公司近4年抛丸废料处理费用情况如表1所示。

  表1 榆林分公司2012-2014年抛丸废料处理

  表1 榆林分公司2012-2014年抛丸废料处理

  从上述数据可以看出, 抛丸废料的处理给企业增加了很大的成本, 也对环境保护增添了负担。为了节约成本, 保护环境, 该公司根据实际生产情况, 决定研制抛丸废料回收分选系统。

  2、抛丸废料回收系统:

  针对生产实际要求, 需要对抛丸废料进行分离、提纯, 将废料中的有用组分和粉尘杂物进行分离, 使危险废物达到最小化, 降低废弃物处理的成本。将分离出的有用组分进行再次提纯, 实现资源化重复利用。此抛丸废料回收系统主要由斗式提升机、丸砂分离器、振动筛选装置、磁选装置、废料回收槽和铁粉回收箱等部分组成, 由辅助装置将上述几部分连接成一个自动化的抛丸废料回收系统, 结构如图1所示。辅助装置包括提升机、料管、料斗、平台、除尘器、电器控制柜等[3]。

  图1 抛丸废料回收系统结构示意图

  图1 抛丸废料回收系统结构示意图

  1-斗式提升机;2-丸砂分离器;3-振动筛选装置;4-磁选装置;5-废料回收槽;6-铁粉回收箱

  2.1、丸砂分离器:

  丸砂分离器利用风选原理, 将轻质废料 (如车辆及配件表面脱落的铁锈、铁粉、油漆和砂尘等) 和重质废料 (如不同直径的钢丸及破碎钢丸) 分离。其中油漆和灰尘等轻质废料被抽到除尘器中, 分离出的含铁废料如砂粒和铁粉 (含氧化铁) 等重质废料进入下一筛选环节。

  丸砂分离器为流幕式分离器, 包括壳体、滚筒筛和风选装置三部分。滚筒筛设置在壳体内, 包含内筛筒和外筛筒。内筛筒内设置有内螺旋叶片, 内、外筛筒之间设有外螺旋叶片;风选装置用于在壳体内对从外筛筒流出的流幕式物料提供抽吸力。丸砂分离器设有四个进出口, 分别为用于向滚筒筛的一端入料的入口、用于从滚筒筛的另一端导出大颗粒物的溢流口、位于滚筒筛下方的丸料出口及用于导出抽吸的轻质废料出口。

  丸砂混合物由提升机送至螺旋输送机内, 再由螺旋输送机送到滚筒筛内, 滚筒筛内螺旋使用混合物边筛边向前运动。大于筛孔的杂物, 从滚筒筛的末端废物口里排出, 小于筛孔的丸砂混合物通过筛孔筛落至底弯板上, 在滚筒筛的外螺旋作用下, 供丸砂混合物沿整个分离区均匀布料, 丸砂经可调节的控流板流出, 形成一个约20mm厚的丸砂流幕, 由水平方向进入的气流经过丸砂幕进行丸砂分离。因为弹丸和破碎的弹丸及砂粒的质量互不相同, 被气流吹过后, 质量大的弹丸及杂物偏离距离小, 落入格筛进一步分离出大的杂物, 较完整的弹丸以格筛漏入贮丸斗继续使用, 砂粒和破碎的小颗粒弹丸偏离距离较大, 落入废料斗内被排出, 粉尘则经除尘管排出[4]。

  本抛丸废料筛选系统选用的提升机为TDQ225带式提升机, 主要参数:提升量20t/h;斗宽225 mm;斗距400mm;带速1.25m/s;电机功率2.2k W;分离风速2~4m/s;分离区长度2000mm;分离器通风量4500m³/h;料斗贮丸量8t[5]。

  在实际操作使用过程中还可以通过调整控流板的螺栓, 对分离量进行适当的调节调, 以此满足生产要求。 (1) 使用中若弹丸中的杂物超过1%时, 可将装在风管处的闸门适当调大, 即加大风量, 使分离区风速适当加大, 以减少弹丸中的杂物, 直至调到理想风速。 (2) 使用中若落入废料斗中的弹丸较多时, 说明分离区的风速过大, 这时可将闸门调小, 以减少分离区的风速。同时也可适当将阻尼板调正, 以阻挡随风流流出的弹丸, 使分离效果进一步提高。

  2.2、振动筛选装置:

  振动输送筛分机是利用振动电机作振源来实现物料输送、筛分的一种输送机械, 属于中、短距离的输送设备。通过多级振动筛选形式, 将丸料筛分离为0.8~1.4mm、1.4~1.8mm、1.8~2.5mm三个直径等级的钢丸和其他含铁废料。其中直径1.8~2.5mm的弹丸直接回用, 0.8~1.4mm、1.4~1.8mm弹丸通过专用容器回收以供其他小型抛丸装置上使用, 含铁废料则通过输送装置进入下一环节。

  振动输送筛分机电机是由相对对称的两台振动电机直接驱动, 两台振动电机固定在机体上, 与槽体形成一定的角度安装, 并且两振动电机同步反向旋转, 电机两端各有一对偏心块, 偏心块回转时产生离心力, 其离心力在机体的横断面方向相互抵消。而在纵断面方面相互合成, 合成后的激振力使物料在槽体上跳跃前进, 完成物料的输送筛分功能。调整两支偏心块的夹角, 即可改变电机的激振力及振幅的大小, 从而达到某一特定生产率所需要的激振力及振幅。

  振动输送机的组要结构结构如图2所示, 它由槽体、筛板、筛网、弹簧和振动电机组成, 整体框架全部采用钢结构焊接而成。槽体做成全封闭结构, 以便在输送过程中密闭抽尘。

  图2 抛丸废料回收系统震动输送机示意图

  图2 抛丸废料回收系统震动输送机示意图

  1-震动电机;2-槽体;3-筛网;4-筛板;5-弹簧

  抛丸废料筛选系统选用DSZ80300振动输筛分机, 主要参数:生产率20t/h;槽体宽800mm, 长3000mm;电机功率0.75k W×2。考虑到筛板及筛网为易损件, 在设计制造时, 将振动电机安装于槽体两侧, 对拆卸、维修均很方便, 运行可靠且寿命长, 所以该机具有结构简单、操作容易、维修方便等特点, 可保证在劳动条件较为恶劣的环境下正常运行。

  2.3、磁选装置:

  磁选装置主要用于回收含铁废料中的含铁资源, 即铁粉 (主要来自是废钢丸磨损、车体抛丸作用下的铁粉) 。其中, 磁选装置的设计相对比较灵活, 只要能够利用铁粉的磁性实施分选即可。本系统中, 磁选装置采用的是永磁滚筒皮带机, 当含铁废料随皮带输送到头部滚筒时, 铁粉能够因头部滚筒的磁力吸附在皮带上并随皮带移动到回程部, 最终在皮带离开头部滚筒处卸料到弹丸槽中, 其他渣料则在皮带回程处卸料到回收槽中。

  磁选装置为四级永磁滚筒皮带机。第一级利用磁力将废料分为含Fe量高的废料和含Fe量低的废料 (主要有铁锈、少量铁粉、油漆和砂尘) ;第二级利用磁力将含Fe量高的废料进一步提纯。以此类推, 在经过第三级、第四级磁选、提纯, 最终得到含Fe量非常高的废料 (主要有铁粉及细碎的铁屑) , 该铁粉可用于外销, 达到间接回收利用的目的。

  2.4、除尘装置:

  当含尘气体进入除尘器灰斗后, 由于气流断面突然扩大及气流分布板作用, 气流中一部分粗大颗粒在动和惯性力作用下沉降在灰斗;粒度细、密度小的尘粒进入滤尘室后, 通过布朗扩散和筛滤等组合效应, 使粉尘沉积在滤料表面上, 净化后的气体进入净气室由排气管经风机排出。滤筒式除尘器的阻力随滤料表面粉尘层厚度的增加而增大, 阻力达到某一规定值时进行清灰。此时PLC程序控制脉冲阀的启闭, 首先一分室提升阀关闭, 将过滤气流截断, 然后电磁脉冲阀开启, 压缩空气以及短的时间在上箱体内迅速膨胀, 涌入滤筒, 使滤筒膨胀变形产生振动, 并在逆向气流冲刷的作用下, 附着在滤袋外表面上的粉尘被剥离落入灰斗中。清灰完毕后, 电磁脉冲阀关闭, 提升阀打开, 该室又恢复过滤状态。清灰各室依次进行, 从第一室清灰开始至下一次清灰开始为一个清灰周期。脱落的粉尘掉入灰斗内通过缷灰阀排出。

  本抛丸废料筛选系统采用的是滤筒除尘器, 主要技术参数:处理风量15000~20000m³/h;过滤风速0.8~1.2m/min;过滤面积200m²;主风机功率15k W;滤筒数量16个[6]。

  3、使用效果:

  为验证实际效果, 在投入使用后对每个过程都进行了实际称重测算, 具体数据如表2所示。弹丸市场价格为3000元/t, 铁粉500元/t, 直接收益38.71万元, 间接效益是节约危险废料处理费用的3.3倍, 降低环境污染, 由此实现经济效益、社会效益双受益。

  4、结论:

  榆林分公司在对抛丸废料成分和结构综合分析的基础上, 研究开发的三级抛丸废料回收分选系统, 采取新技术、新材料, 使其达到结构简单、动作精度高、稳定性好、操作方便、维修简单、净化工作环境的效果。在投入使用后, 调控准确, 每小时可分离抛丸废物3t, 可得到能够再次利用的弹丸约1t, 其他无害废料1.2t, 大大减少了危险废物的产生, 起到净化环境的作用, 完全响应了国家倡导的保护环境、降低能耗、循环经济、资源可再利用的号召。

表2抛丸废料回收系统实际数据统计表

  通过以上对比分析, 给企业节省了大笔开支, 保护了环境, 具有很高的环保、应用价值, 适用于所有抛丸废料以及相似废料构成的废弃物的回收, 具有非常广泛的市场推广前景。