薄板预处理线的方案设计

薄板预处理线的方案设计

郑泽洪 林小飞

广船国际有限公司， 广东 广州 511462

摘 要：钢材预处理是复杂的船舶制造工程的第一道工序。钢材在下料加工前进行表面抛丸除锈，并涂上一层保护底漆，可以提高金属构件的抗腐蚀能力，延长其使用寿命，同时还可以优化钢材表面状态，有利于钢材零件制造过程的生产管理。此外，由于加工前钢材形状比较规则，有利于机械化作业，提高清理工作的效率，减少工人的劳动强度和对环境的污染。因此，钢材预处理线是船舶制造企业的核心加工设备之一。

钢材预处理线主要由上料辊道、下料辊道、辊道输送、预热室、抛丸机、自动喷漆系统、烘干室、除尘系统、漆雾过滤系统和有机废气治理系统、电控系统等所组成。按用途有钢板预处理线、型材预处理线和板材型材两用的预处理线。本文叙述的钢材预处理线，是广船国际有限公司为了克服6mm以下薄钢板预处理难题而特别设计的。

关键词：薄板预处理线、方案设计

1 概述

1.1 建设目的

根据广船国际的建设规划，新建了一条板材和型材两用的钢材预处理线，除了补充原有的钢材预处理产能不足外，还需要填补了6mm以下薄板的预处理能力的空白。

1.2 建设纲领

薄板预处理线的建设纲领，按两班制作业，每班作业时间8小时，每年工作日250天；处理材料为船用A、B、C、D、E、 AH32、AH36、DH32、DH36、EH36等级钢材；最大处理宽度为3500mm；钢板最大厚度为25mm，钢板最小厚度为4mm，单张钢板最大重量为12t；处理型钢最大高度为200 mm；钢板最大处理速度为6m/min；钢板处理能力为 20000张/年，型钢处理能力为40000根/年。

2 薄板预处理线的设计方案

2.1 薄板预处理线的主要技术参数：

2.2 方案计算

据船舶设计资料统计，豪华客滚船所使用的钢材，钢板平均尺寸为14m×2.6m，型钢平均长度14 m，对角线平均长度180 mm。

按建设纲领，每年需要处理钢板面积为：

20000张×14m×2.6m×2 =1456000m²；

每年需要处理型钢40000根，折合面积为：

40000根×14m×0.2m×2 =224000m²。

每年需要处理钢材面积合计1680000 m²。

按本薄板预处理线的处理速度，年处理量为：

250×8×60 min×4 m/min×2.6m×2 =2496000m²。

按设备利用率为70%计算，实际年处理量为：

2496000m²×65%=1747200m²，>1680000 m²。

结论：薄板预处理线的运行速度和宽度，可满足生产的要求。

2.3 抛丸器的选择

本设计采用原装进口德国维尔贝莱特的抛丸器，按该抛丸器的技术参数，当处理B级板时， 所需抛丸量约为120 kg/m²，钢板时辊道运行速度最快为6m/min，钢板宽度为3.5m，则：

钢板除锈速度为3.5 m×2×6m/min =42 m²/min

除锈所需弹丸量为120 kg/m²×42 m²/min=5040 kg/min

弹丸利用率按90%计算，实际弹丸消耗量为：5040 kg/min÷90%=5600kg/min

抛丸室上、下两面按各布置8台抛丸器计算，每个抛丸器的抛丸量为：

5600kg/min÷16=350 kg/min

因此选用Turbine7.x-EM抛丸器，最大抛丸量为370 kg/min。16台抛丸器需要分为两组，即前后两个抛丸室，每个抛丸室上、下各装4台抛丸器。每个抛丸室有独立的丸料处理系统、除尘系统等，更有利于预处理线适用于各种不同的工况。

2.4 丸料循环系统的计算

每个抛丸室的总抛丸量为370 kg/min×60×8= 177.6t/h，为保证丸料的正常运转，斗式提升机、螺旋输送器、丸尘分离器等，均采用Q=200 t/h。

2.5 烘干室长度的计算

烘干室温度一般在65℃左右，漆膜在烘干室要达到指干状态，大约需要2.5分钟。因此可确定烘干室的长度为：6m/min×2.5 min=15m

2.6 抛丸除尘器风量的计算

主抛丸室除尘风量计算L=a₁a₂ =4×1× =679 （m³/min）

式中：L 每分钟的排风量

a₁ 通过式为3.5~5.0

a₂去氧化皮为1.0

V为室体容积，约 80 m³

N为抛丸器总公率，45 Kw×8台

Q=60L=40740 （m³/h）

尾吹风机9-19NO6.3A 22Kw ，约4600 m³/h

尾吹风机9-19 NO6.3A 18.5Kw， 约3900 m³/h

丸尘分离器的除尘风量约3500 m³/h

除尘器总除尘风量：40740+4600+3900+3500＝52740 （m³/h）

除尘器管道设计总长度约30 m，按照管道8Pa/m阻力，除尘器阻力1400pa，旋风体的阻力800pa，总阻力损失约为2440pa。

根据以上计算可得，选用80滤筒的滤筒式除尘器，除尘风量53000 m³/h。配用4-72№12C风机，风量为53978m³/h，全压为2746Pa，配用电机型号为Y280S-4，功率为75Kw。

2.7 喷漆小车的选择

根据美国固瑞克喷漆枪的技术参数，配合预处理线的宽度和生产速度，上下喷漆小车各安装2把固瑞克206513喷漆枪，配用XHD821喷嘴。喷嘴高度400mm,雾幅宽度400mm, 喷漆小车行程5000mm，漆膜幅宽约600mm。

喷漆方式“喷1停1”，则每分钟小车应覆盖面积3.5×6=21（m²）;

每分钟小车往返次数21÷（0.6×3.5）×2=20（次/分）

则小车线速度为：20×5 m =100m

选定小车变频调速，调速范围30～120 m/min

在生产中可根据不同的工况，选择不同的喷漆枪流量、不同的雾幅宽度的喷嘴、不同的小车速度和不同的喷漆方式，达到调整漆膜厚度的目的。

2.8 喷漆泵的选择

每把固瑞克206513喷漆枪，配用XHD821喷嘴，油漆的流量2.15L/min。每次4把枪喷漆同时工作时，油漆的流量2.15×4＝8.6（ L/min）。

考虑其他综合因素，故选择漆泵型号为：XM50 (流量11.4 L/min)。

2.9 漆雾处理排风量的计算

喷漆室的体积约37m³，每分钟换气次数约5次，风量Q₁＝37×5×60＝11100 （m³/h）

烘干室的体积132m³，每分钟换气次数约1.5次，风量Q₂＝132×1.5×60＝11880（ m³/h）

漆雾处理排风量Q＝ Q₁+Q₂＝11100+11880＝22980（m

³/h）

2.10 有机废气处理装置的改进

在此之前，广船国际所有钢材预处理线的有机废气处理装置，都使用活性炭吸附和催化燃烧的处理工艺。由于本预处理线生产速度比较快，同时使用的喷枪数量也较多，产生的有机废气浓度比较高，瞬间可超过2500mg/ m³。有机废气浓度越高，使用吸附工艺的可靠性越低，因此，本装置选用RTO处理工艺。RTO处理风量为25000 m³/h。

2.11 除尘工艺的改进

滤筒除尘器在清理行业使用非常普遍，但是有成本高的缺点。2011年在中山公司钢材预处理线上，我们首创地在滤筒除尘器前端串联了一套旋风除尘器，经过多年实践验证，达到降本的目的。因此本设计继续使用这种组合，选用性能更优旋风除尘器并优化管路。

在漆雾过滤环节，为了延长RTO蓄热体的使用寿命，除了在喷漆室使用过滤棉、优化了气流组织外，在RTO前端使用了两级滤筒除尘器，增加了两级过滤，过滤精度为0.3μm。

3 结束语

本薄板预处理线于2019年9月底验收合格，同年10月交付使用。根据生产部门的统计，2021年全年度预处理钢板、型钢合计2012928 m²，超过了项目的建设纲领，但仍未达到最大的产能，仍然有比较大的产能储备。

结论：本薄板预处理线的设计是合理的、成功的。

参考文献

[1] 祝燮权 《实用五金手册》 第六版 上海科学技术出版社 2000年3月

[2] 蔡春源 《机械零件设计手册》 第二版 东北工学院 1979年12月

[3] 闻邦椿 《机械设计手册》 第六版 机械工业出版社 2017年 12月

[4] 王纯 《除尘工程与系统设计及设备改造应用手册》 化学工业出版社 2013年 3月

[5] 李洋 《现代涂装设备及车间工艺设计手册》 化学工业出版社 2016年 1月