金属针布齿条淬火油烟处理方法

姜晓晶,朱玉飞,黄若愚

(金轮针布(江苏)有限公司,江苏 南通 226143)

0 引言

金属针布齿条在线退火和淬火是提高产品内在质量和性能的关键工序,但会造成较大的油烟污染。随着企业对工人职业健康卫生的重视以及国家环保要求的提高,油烟问题变得越来越突出。金属针布齿条热处理工艺为:在线退火→在线淬火→快速光亮淬火油冷却。其中淬火油为单机台供应,体积为0.5 m3,金属针布齿条进入淬火油后油温达100 ℃以上,会产生大量油烟,通常采用传统油烟处理方式(见图1)进行处理。由于吸烟罩为敞开式,吸风面积较大、吸烟效果差,故造成大量油烟弥漫车间,且吸收的油烟只能排放在车间外。据有关文献[1-2]报道,油烟中含有大量的苯并笓等致癌物,会影响操作工的身心健康,此外油烟直排大气中会造成严重的环境污染,因此亟需对金属针布齿条淬火油烟的治理方法进行探索。

1—敞开式吸烟罩;2—单机台淬火油;3—风机。图1 传统油烟处理方式

1 油烟产生原因

1.1 在线退火产生油烟

金属针布齿条在冲切过程中需要用大量的冲齿油润滑,经高压空气表面吹扫后齿条表面仍含有少量冲齿油,带油齿条在高频退火处理过程中会产生油烟。

1.2 淬火油槽产生油烟

由于淬火油槽油温较高、齿条运行速度快、油池长度不足,齿条未能得到有效冷却,造成齿条表面油挥发,产生大量油烟。

1.3 排烟密封罩密封性差

机台上的排油烟罩吸风面积过大,整体无密封设计,无法有效地将产生的油烟送入排油烟总管内,造成整个风机系统的排油烟效果较差。

2 治理措施

2.1 针布齿条清洗装置

对于需要热处理加热的金属针布齿条,使用压缩空气和风嘴结合吹扫,以减少齿条表面含油量,从而减少油烟的产生。风嘴由外套和内圈组成(见图2),内圈的张口设计为圆锥面以提高进气量,圆锥面上开有若干个吹风口对齿条表面进行全方位吹扫;外套表面开有压缩空气进气口,外套的内圈与内圈圆锥面形成封闭型腔便于空气压缩,加大其碰撞频率、增大压强,从而改善齿条的清洗效果。

1—外套;2—内圈。图2 风嘴结构示意

2.2 降低针布齿条温度

2.2.1 热传导

金属针布齿条经淬火油池冷却,首先进入沸腾阶段,在针布齿条表面形成一层保护膜,此时冷却较慢,齿条温度相对稳定;齿条继续经过油池,表面的保护膜破裂,冷却速度大大提高,齿条温度急剧下降;最后进入平稳期,冷却能力降低,针布齿条温度基本无下降趋势。

根据热传导的基本公式:

Q=C·ΔT

(1)

式中:

Q——热传导热量;

C——热传导率;

ΔT——热传导时间。

在相同条件下,ΔT越大,热传导热量越大,针布齿条温度越低;在针布齿条运行速度一定的条件下,增加油冷时间即淬火油池长度,可加快针布齿条冷却速度、降低齿条温度。

2.2.2 降低油温

图3为油温与针布齿条温度关系曲线。由图3可知,在相同条件下,油温越高,针布齿条的温度越高。需将油温控制为低于60 ℃,针布齿条温度才能保持低于80 ℃,油烟可大大降低。

图3 油温与针布齿条温度关系曲线

采用集中供油,集成油箱体积为6 m3,供油管道长度为60 m,可大大提高油循环、加快热传递,使油温从100 ℃降至60 ℃。集中供油系统包括供油和回油2个主系统,其中供油系统包括供油管道、供油油箱以及配套泵组,回油系统包括回油管道、回油油箱和配套泵组等;供油管道和回油管道全部安装在地沟内,回油油箱和供油油箱全部安装在地坑内。同时,可增加油槽搅拌系统,其中包括安装在支撑架上的筒体、转轴、电机及搅拌叶片,随着搅拌叶片的高速旋转,油液与空气充分接触、快速进行热交换,可达到降温的作用。

在设计时需要注意以下方面。

a) 保证供油管道压力和流量。设计时需确保末端管径越细越好,保证整个供油总管的压力和流量满足正常使用。

b) 考虑维修便利性。在每机台处加装球阀,以便关闭单独机台的阀门,利于管道维修;同时采用两组供油泵系统,若一组泵组损坏和保养时可随时切换备用泵,方便实时维修。

c) 机台淬火油流量的稳定性。首先需通过理论计算,确保供油流量大于实际需求流量,避免供油不足的情况发生;其次需通过溢流阀对流量进行实时调整。

2.2.3 增加淬火油池长度

在油温、针布齿条运行速度一定的情况下,通过相关试验,得到油池长度与针布齿条温度的对应关系,见表1。

表1 油池长度与针布齿条温度的变化关系

由表1可知,油池长度越长,针布齿条出口的温度就越低。

2.2.4 提高油的洁净度

针布齿条经过热处理后,暴露在空气中的表面会形成易脱落的氧化皮。当氧化皮超过一定量时会使淬火油的粘度上升,导致油的冷却能力下降,故需引进油过滤设备对淬火油进行在线过滤,提高油的洁净度。

笔者公司引进全自动排渣离心净油机,其原理为待过滤油通过输油泵送入油过滤设备,当油进入分离转子内,在强大离心力作用下,油内所含杂质径向移动到转子内部表面,油及其中的油泥杂质被压缩为厚厚的一层,由于离心力作用的不同,油顺着回流槽回流到中转槽内,油泥杂质则被吸附到分离机表面逐渐凝固,进而达到油泥杂质和油分离的效果,油泥被自动排出,油的清洁度不断提高。过滤后的干净油经软管回流至油箱,实现油的在线过滤。离心净油机的布置示意见图4。

图4 离心净油机布置示意

目前国内还未有油洁净度(颗粒度或污染度)的指标,一直引用国外标准,故参照美国飞机工业协会(ALA)、美国材料试验协会(ASTM)、美国汽车工程师协会(SAE)1961年联合提出的MOOG(SAE—6D)标准(见表2)。考虑到目前车间使用的淬火油主要起冷却作用,对油内杂质的要求并不高,故采用MOOG(SAE—6D)等级中的5级与6级即可。

表2 MOOG(SAE—6D)标准 单位:个/(100 mL)

2.3 排烟装置

为有效收集高频及淬火油槽处产生的油烟,设计了密封的高频烟罩及淬火油槽盖(见图5),油烟通过排烟管道分支汇入总管,在风机的作用下排出。为降低管道压力损失,须采用减小管道长度、减少分支、减少或杜绝弯头、保证管道直线等方式,使风机吸力最大化。

1—高频淬火密封罩;2—排烟支管;3—排烟总管;4—风机。图5 排烟装置示意

2.4 油烟净化

油烟的工业处理方法一般包括机械过滤法、湿式净化法和静电净化法等[3]。

a) 机械过滤法

为达到去除油烟的目的,采用活性炭过滤海绵或不锈钢钢丝网多层过滤和吸附油烟。该方法的优点为设备结构简单、价格便宜;缺点为油烟中含有大量杂质、过滤材料容易堵塞,清理和维护的成本高。

b) 湿式净化法

湿式净化法是采用水或其他碱性液体,利用喷淋雾喷头形成水膜、水雾来吸收油烟。该方法设备占地空间大、电能消耗高、处理效率低,且处理后的液体排放会产生二次污染。

c) 静电净化法

静电净化法是在高电压及电场作用力下,淬火油烟因雾极化带电,带电颗粒物在电场作用下产生电极运动,最终在重力作用下逐渐富集,统一流入油收集器。该方法因设备安装体积小、便捷易操作、净化效率高(>90%)、管路风压损失小、维修方便且成本低而被广泛应用。

综合考虑上述3种处理方法的优缺点,笔者公司采用高压静电型油烟净化设备,安装于风机后端,并在其后端安装排气筒装置(见图6)。风机处理风量为11 979 m3/h,净化设备的选型须与风机处理风量相匹配,理论上风机处理风量须大于油烟净化风量的5%。

图6 风机、净化及排气筒设备安装示意

2.5 排气筒设置

环保管理部门对涉及废气企业的废气排放有相应的检查规范,根据江苏省DB 32/4041—2021《大气污染物综合排放标准》(见表3),有组织排放源的排气筒高度不应低于15 m,要求高出周围100 m直径范围内最高建筑物3 m。从标准和规范角度分析,排气筒高度可高于环评报告及批复要求,不能低于高度要求。

表3 废气污染物排放标准

3 结语

配置清洗装置减少了针布齿条表面含油量,集中供油降低了油温,增加淬火油池长度提高了针布齿条的冷却能力,引进油过滤设备提高了油的洁净度,排烟装置的密封设计及应用也使油烟得到有效收集。通过实施以上措施,车间内部油烟减少,工作环境大幅改善;车间外油烟经过净化、排气处理后符合油烟排放标准。