前言
金屬表面熱鍍鋅防腐處理工藝已經(jīng)存在一百七十多年的歷史了, 近三十年來, 伴隨著冷軋帶鋼的飛速發(fā)展, 熱鍍鋅工業(yè)得以大規(guī)模發(fā)展, 同時也因為這種大規(guī)模的發(fā)展帶來了行業(yè)內(nèi)競爭的日趨激烈, 用工成本的增加、環(huán)境保護(hù)的壓力等因素, 都成為企業(yè)發(fā)展的巨大困擾。近年來隨著工業(yè)4.0高科技戰(zhàn)略計劃的提出, 傳統(tǒng)型工業(yè)受到的沖擊愈來愈巨大, 改革已迫在眉睫。我們作為從業(yè)者, 依據(jù)節(jié)能減排的宗旨, 肩負(fù)保護(hù)環(huán)境的重任, 通過先進(jìn)的自動化技術(shù), 對傳統(tǒng)熱鍍鋅行業(yè)進(jìn)行了技術(shù)改革。
1 國內(nèi)熱鍍鋅行業(yè)的現(xiàn)狀概述
國內(nèi)的鍍鋅廠, 目前基本處于相對低端的生產(chǎn)作業(yè), 沒有自動化設(shè)備, 甚至有的鍍鋅廠沒有環(huán)保設(shè)備, 或者為了應(yīng)付環(huán)保局做了一些環(huán)保設(shè)備, 但大多數(shù)也只是擺設(shè), 嚴(yán)重污染空氣和地下水, 請看下圖。
這是一間典型的傳統(tǒng)鍍鋅車間, 設(shè)備陳舊, 工人勞動強(qiáng)度大;生產(chǎn)中產(chǎn)生的酸霧、白煙不僅污染大氣、腐蝕設(shè)備和廠房, 而且也侵害操作者的身體健康;廢酸的滲漏, 污染地下水;更有一些不法小廠, 不僅設(shè)備落后, 鋅耗能耗高, 更無環(huán)保設(shè)備控制污染, 像打井一樣在地上鉆孔, 把鍍鋅廢酸液直接排入“井”中, 嚴(yán)重污染土壤及地下水, 貽害子孫后代, 有鑒于此, 環(huán)保部門關(guān)停不少這樣的鍍鋅廠。
2 歐洲的熱鍍鋅現(xiàn)狀及發(fā)展
歐洲在幾年前, 車間鍍鋅生產(chǎn)線還沒有實現(xiàn)自動化操作, 但現(xiàn)在歐洲的很多鍍鋅企業(yè)已經(jīng)完成了自動化生產(chǎn)線的改造, 正在使用自動化高架和地面運輸系統(tǒng)進(jìn)行熱鍍鋅生產(chǎn), 并且獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益。跳汰領(lǐng)域鍍鋅生產(chǎn)線取得了很大的進(jìn)步, 將來依然是發(fā)展的強(qiáng)勢領(lǐng)域。機(jī)械化升降站、貨架緩沖區(qū)、地面叉車、升降臺、手搖臂等越來越多設(shè)備將用于自動化生產(chǎn)線中, 大大降低生產(chǎn)線上操作工人的勞動強(qiáng)度。酸洗封閉間、鍍鋅收集罩的使用, 改善了操作工人的勞動環(huán)境。生產(chǎn)線的起重能力也將大幅提升, 新的鍍鋅生產(chǎn)線將依據(jù)起重大小劃分規(guī)模, 從5T+5T到15T+15T不等, 甚至更大, 提高了生產(chǎn)效率。自動化技術(shù)的應(yīng)用給鍍鋅行業(yè)帶來了巨大的進(jìn)步:
(1) 保證了設(shè)備的運行周期可靠性;
(2) 實現(xiàn)更優(yōu)越的生產(chǎn)和運輸計劃;
(3) 鍍鋅質(zhì)量提高到了更高的標(biāo)準(zhǔn);
(4) 設(shè)備的損壞維修率大幅度降低;
(5) 實現(xiàn)了過程的控制和數(shù)據(jù)記憶;
(6) 利用軟件進(jìn)行便捷的自動和手動轉(zhuǎn)換操作;
(7) 自動化的程度大幅度提高;
(8) 環(huán)境保護(hù)方面, 實現(xiàn)零排放。
3 綠色環(huán)保型自動生產(chǎn)線的組成模塊
熱鍍鋅自動生產(chǎn)線包括如下幾部分:
3.1 物料的計量與轉(zhuǎn)運系統(tǒng)
物料傳輸系統(tǒng)主要設(shè)備是稱重單軌行車組, 旨在使整條熱鍍鋅生產(chǎn)線的黑件和白件傳輸更加暢通, 以達(dá)到高效率、高產(chǎn)能。根據(jù)整條熱鍍鋅線的布局不同, 物料傳輸方案也有調(diào)整。自動化鍍鋅生產(chǎn)線是在黑件區(qū)把黑件掛在掛具上, 直到掛滿或到額定載荷為止, 然后經(jīng)過酸洗、漂洗、助鍍、烘干、鍍鋅、鈍化、冷卻等工藝, 最后在白件區(qū)卸料。每組單軌行車作為一個站點, 使用西門子SP接口模塊控制, 內(nèi)置一組NB-A (2t) 稱重傳感器, 使用西門子WP321稱重模塊實時采集傳感器的信號, 該模塊的分辨率是高達(dá)200萬分度, PLC根據(jù)稱重模塊采集到的數(shù)據(jù)精確的計算下部載荷的重量, 在不同工位可以做到掛件超額提醒、掉件提醒、鋅耗計算、班/批次生產(chǎn)量等等, 通過程序控制單軌行車組不僅可以合理、自動的傳輸物料, 還能提高工作效率, 而且節(jié)能降耗。
3.2 酸霧的收集與處理系統(tǒng)
酸霧收集采用全封閉罩式酸霧收集方式, 即將酸洗池通過耐酸非金屬材料封閉, 組成一個相對封閉的酸收集系統(tǒng), 為整個系統(tǒng)和外界形成并保持一定的負(fù)壓。該系統(tǒng)防止了酸霧氣體逸出, 延長了廠房和設(shè)備的使用壽命, 降低了設(shè)備的維修成本;實現(xiàn)自動化酸洗, 既節(jié)省了人力成本, 又降低工人的勞動強(qiáng)度。
酸霧處理是利用洗滌塔, 采用噴淋水浴方式將收集后酸霧中的有害氣體 (鹽酸) 溶解到水中。當(dāng)水中酸濃度達(dá)到一定值后, 直接將其回收到酸洗槽中進(jìn)行重復(fù)利用, 實現(xiàn)了酸霧的零排放。
3.3 鋅煙的收集與處理系統(tǒng)
長期以來, 對煙塵的處理均采用各式除塵器 (布袋除塵器、濕式除塵器、高壓靜電除塵器等) , 而鋅煙氯化銨煙塵具有其他煙塵不同的特性, 它由原來晶體狀態(tài)下的極易溶于水變?yōu)椴灰兹芙庥谒? 懸浮于空氣中不易下沉, 吸濕性強(qiáng)又具有極強(qiáng)的腐蝕性, 這些決定了氯化銨煙塵不能用常規(guī)的除塵器進(jìn)行處理。綜合現(xiàn)有鋅煙收集系統(tǒng)的優(yōu)缺點并結(jié)合國內(nèi)市場具體現(xiàn)狀, 我公司研制開發(fā)出端側(cè)面任意進(jìn)出式固定罩收集及組合式除塵系統(tǒng), 該系統(tǒng)實現(xiàn)了工件任意方向進(jìn)出、方便打灰、降低了集氣裝置的通風(fēng)量, 鋅煙收集率可達(dá)99%。
3.4 燃料燃燒產(chǎn)生的廢氣收集與處理系統(tǒng)
本加熱系統(tǒng)是以天然氣為燃料, 采用高頻脈沖燃燒器加熱。所以燃燒后尾氣中無污染氣體, 但是尾氣的溫度較高 (200℃) , 亦不能直接排放。本系統(tǒng)采用多層換熱設(shè)計, 充分利用燃燒尾氣給烘干室、助鍍劑和酸池加熱, 實現(xiàn)余熱充分利用。
3.5 廢酸的處理系統(tǒng)
為除去待鍍件表面鐵的氧化物 (鐵銹) , 防止因鐵的氧化物存在而阻止基體與鋅的反應(yīng), 造成漏鍍?nèi)毕? 酸洗處理為待鍍件獲得完好的鍍鋅層做準(zhǔn)備。酸洗之后產(chǎn)生的含鐵廢液通過封閉管道從酸洗池輸送到廢酸儲槽, 在常溫、常壓并機(jī)械攪拌1~3小時后進(jìn)行分組濃度調(diào)整, 調(diào)整后的含鐵廢水再通過管道有泵送入反應(yīng)釜, 往反應(yīng)釜中按一定加料順序、一定配比分別加入氧化劑 (氯酸鈉) 、鹽酸。在常溫、常壓并連續(xù)攪拌的條件下反應(yīng)釜中經(jīng)歷亞鐵鹽的氧化、水解、聚合三個連續(xù)的反應(yīng)過程, 反應(yīng)時間持續(xù)0.5~3個小時, 最后經(jīng)出料泵輸送出液體聚鐵產(chǎn)品, 儲存于產(chǎn)品儲罐內(nèi)。
3.6 廢水的處理系統(tǒng)
廢水循環(huán)處理系統(tǒng)是先將廢水中的還原性物質(zhì)氧化, 再加入液堿 (或石灰) , 調(diào)節(jié)PH值, 進(jìn)行中和沉淀。處理后的水約95%以上用于生產(chǎn)水洗工序, 5%左右通過活性炭過濾器過濾后經(jīng)化驗達(dá)標(biāo)后排放。
4 綠色環(huán)保型自動生產(chǎn)線的實現(xiàn)工藝
自動化控制系統(tǒng)將整個區(qū)域分為三塊:掛件區(qū)、生產(chǎn)區(qū)、卸料區(qū), 正常生產(chǎn)過程中, 只有掛件區(qū)、卸料區(qū)和生產(chǎn)區(qū)的鋅鍋打灰需要人員參與, 其余生產(chǎn)過程實現(xiàn)自動化及電腦控制, 系統(tǒng)主要技術(shù)特點:
4.1 系統(tǒng)配電
整套系統(tǒng)采用統(tǒng)一配市電加備用發(fā)電方式, 總配電回路具有故障超負(fù)荷預(yù)警和峰谷電量計數(shù)、通信等功能, 可移動設(shè)備采用滑觸不間斷供電技術(shù), 確保設(shè)備供電穩(wěn)定。
4.2 過程控制
對于移動設(shè)備的過程控制, 采用西門子CPU1516-3 PN/DP集中運算處理, 分布式IO協(xié)調(diào)工作、PROFINET通信的模式, 模式框圖如下圖所示。
小車行走和掛件升降控制采用變頻調(diào)速控制, 配合精確定位傳感器, 實現(xiàn)運動控制平穩(wěn)可靠, 定位精確的使用要求。
4.3 配方控制
本系統(tǒng)中, 配方的自動調(diào)取和使用是控制的核心部分, 針對不同的產(chǎn)品設(shè)定科學(xué)的工藝數(shù)據(jù), 共同組成工藝配方數(shù)據(jù)庫, 通過減少人工干預(yù)的方式, 提高生產(chǎn)質(zhì)量的穩(wěn)定性。配方控制主要包含排隊等待控制, 預(yù)處理流程控制, 進(jìn)出鋅鍋動作控制, 酸洗時間控制, 自動掛具控制等。
4.4 傳感檢測
傳感檢測技術(shù)的應(yīng)用, 是本系統(tǒng)能夠連續(xù)自動運行的保障, 本系統(tǒng)所涉及的主要檢測技術(shù)包括重量信號值檢測, 行走精確定位, 升降精確定位, 旋轉(zhuǎn)精確定位, 三維外形尺寸檢測, 酸洗液強(qiáng)度檢測等。
4.5 信息通訊
移動設(shè)備與主控制器之間采用漏波電纜無線通訊技術(shù), 解決了廠房內(nèi)信號干擾和無縫銜接問題, 固定設(shè)備之間通過工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)信息傳遞。
4.6 環(huán)境治理
密閉房酸霧收集過程中的微負(fù)壓控制;水洗水循環(huán)中和、過濾凈化過程自動控制;助劑在線中和、凈化、補(bǔ)充過程自動控制;鋅煙收集除塵自動控制。
4.7 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)
控制中心通過工控機(jī)實時讀取現(xiàn)場的數(shù)據(jù)并在顯示器顯示, 保證控制室操作員及時準(zhǔn)確和全面地了解現(xiàn)場的作業(yè)情況, 可以通過工控機(jī)下達(dá)各種控制指令并打印所需報表、故障記錄等。控制中心軟件具有強(qiáng)大的腳本編程范圍, 包括從圖形對象上單個的動作到完整的功能以及獨立于單個組件的全局動作腳本。甚至于Windows API功能均可以在動作腳本中被調(diào)用。此外, 集成的腳本編程包含了C翻譯器和大量的ANSI-C標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)。生成過程存檔, 組態(tài)曲線, 表格, 以及依據(jù)存檔數(shù)據(jù)所做的報表。
結(jié)束語
熱鍍鋅行業(yè)是污染行業(yè), 政府在控制污染方面的力度很大, 關(guān)停很多重度污染鍍鋅廠, 而且提倡環(huán)保型熱鍍鋅技術(shù)及設(shè)備并給予支持。隨著市民對污染的容忍度越來越小, 政府對污染企業(yè)的監(jiān)管措施會更加嚴(yán)厲。歐美發(fā)達(dá)國家在設(shè)備自動化、環(huán)保方面已經(jīng)走在了前面, 這也證明了中國的熱鍍鋅行業(yè)最終也會走向高效、節(jié)能、環(huán)保型熱鍍鋅。