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埋弧焊钢管焊剂回收系统应用现状及发展
发布时间:2009.11.17 浏览次数:
 

(李军 华油钢管有限公司)   (王光凯 淄博彤熙工程机械有限公司)

摘要:针对国内外埋弧焊钢管生产中焊剂回收系统的类型逐一进行了研究,并就各类型焊剂回收装置在应用中存在的问题进行了分析,结合生产实际,提出了一种全新的解决方案。实践证明,采用随收随放这种方式回收处理焊剂,应为目前国内外最为先进合理的一种方式,它将彻底解决回收焊剂的颗粒度选择和磁选难题,从而保证回收焊剂的质量和消除焊接过程中由焊剂原因引起的夹渣气孔等缺陷,大幅提高埋弧焊管焊接质量。

关键字:埋弧焊钢管;焊剂回收;卸料器; 磁选

Application and development of welding  flux recycling system for SAWH steel pipe

Li Jun  Wang Guangkai   Mu Xinhua  Sun Aibin   Li Gang  Wang Jinguo

Abstract: This essay researches all types of welding flux recycling system for SAWH steel pipe in domestic and overseas pipe mills and analyses their disadvantages in application. Combining with production practice, it put forward a new resolving method for welding flux recycling system. Through application, it is proved that this application mode, viz. releasing and recycling simultaneously, is the most advanced and reasonable mode. It completely resolves the difficulties for the flux size selection and magnetic selection so as to assure the quality of recycled flux and decrease the occurrence rate of defects, such as slag inclusions and gas pockets, which are resulted from the problem of flux during welding. In a word, this recycling method enhances SAWH steel pipe welding quality greatly.

Key word: SAWH steel pipe   flux recycling   segregator   magnetic selection

前言:埋弧焊是利用电弧作为热源的一种焊接方法,焊接时电弧是在一层颗粒状的可融化焊剂覆盖下燃烧,必须保证电弧不外露。因此,不论直缝埋弧焊还是螺旋埋弧焊钢管在生产中都要消耗大量的焊剂,对这些焊剂进行及时回收,是非常有必要的。焊剂回收的方式可分为人工离线清理和自动在线清理两种。人工清理需离线清理,焊剂中参杂了大量的带钢轧制氧化铁锈等磁性金属及焊药皮,对这些物质进行筛分和磁选,实际操作起来非常困难,焊剂质量很难得到保证,且利用率不高,现在已很少有厂家采用这种方式。采用焊剂在线自动回收清理方式时,由于带钢在成型过程中,在焊点周围落下大量的轧制氧化皮,不可避免地混入到回收的焊剂中,因此,必须对回收的焊剂进行筛分和磁选处理,才能继续使用。

总体而言,用在埋弧焊机组上的焊剂回收系统由于钢管生产现场使用状况不同,对设备的高度、维修是否方便有不同的要求,如埋弧焊螺旋钢管,回收的焊剂一般采用重力输送,且焊剂回收系统一般安装在成型器和扶正器上部,其设备本身高度已达3m多,回收系统就不能作的太高,至多2.5m高左右,否则给设备维修,焊剂加料,天车运行的安全带来很多问题,而在直缝埋弧焊机组上,由于其工艺布局中各工序相对独立,且采用单根间歇焊接生产方式,内外焊焊剂回收系统一般设有单独的安装平台,因此对设备净高要求不限。焊剂自动清理方式经过国内外几十年的不断发展与改进,出现了不同的类型,下面就这些类型逐一介绍。

1 射吸、定时放料方式

此方式是应用在埋弧焊螺旋机组上一种较为落后的焊剂回收方式,它以压缩空气为气源,通过压缩空气的高速喷射,在密闭的箱体内产生负压,焊剂通过连接负压腔的吸嘴吸到负压腔箱体内,经过挡板的碰撞和负压腔内流速的降低、压力减小,焊剂沉降到负压腔箱体底部。这种回收方式工作时,一般间隔一段时间,大概5~8分钟左右,采用自动或人工方法,打开翻板阀一次,进行下放焊剂,这时由于负压腔与大气相通,焊剂回收工作停止,不能回收。焊剂放完后,当翻板阀在平衡块的重力下自动复位后,焊剂回收工作继续进行。

               

图1射吸回收焊剂方式原理图

此套装置结构特点:

此方式最大的优点是结构简单,无须另配焊剂回收动力系统,缺点有如下几方面:

1.1电能消耗大

由于以压缩空气为动力,且用气量大,需使空压机长时间不停机工作。埋弧焊钢管制造行业用的大型空压机的单台功率普遍都在55kw以上,因此,若有数条生产线,仅焊剂回收系统消耗的用气量就需一台135kw以上的空压机长时供气。当然,即使只有一条生产线,也得开机。

1.2回收效果不好,焊剂浪费严重

以压缩空气为动力的回收方式,由于现场设备用气量不稳定,受供气压力波动的影响,回收效果不好。压力高,则焊剂流失,压力低,则焊剂吸不上来。由于自身结构设计不合理问题,焊剂在回收过程中破损严重,即使在挡板上加了橡胶垫,效果也不是太好。工作时,翻板阀的打开,使负压腔与大气相通,焊剂回收系统无法工作,因此放焊剂时间就是停止回收工作时间,浪费许多焊剂。放焊剂的同时在周围扬起大量粉尘,污染环境,损害员工身体健康。

1.3磁选效果非常不好

连续回收时间长,积攒焊剂量多,放焊剂时因焊剂流量大,造成磁选效果非常不好。

2 采用旋涡气泵为动力,焊剂随收随放方式

此种方式采用两套独立的真空泵为动力进行回收,一般用在对质量要求不高,间断生产的埋弧焊场合。基本原理是通过焊剂回收时在储存筒下方的透明胶管中积存起一定的高度的焊剂,利用焊剂自身的重量,在一定高度内形成压力,与负压气源产生的负压相互平衡。

当焊剂层产生的压力与旋涡气泵产生的负压相等就达到了密封的目的,此时储存筒沉降箱处于负压状态。当钢管旋转时,打开阀门,补充焊剂筒中和回收的焊剂同时流下,在这种动态平衡的状态下,实现焊剂的随收随放功能。从现场应用来看,存在以下一些技术问题。

              
图2  采用旋涡气泵,焊剂随收随放方式原理图

此套装置结构特点:

优点是:投资小,结构简单方便。

不足之处有以下三点:

2.1整体设备垂直高度较大,且无磁选机,在使用空间较低时不宜采用,且无法保证回收焊剂的质量。

2.2旋涡气泵寿命短,故障率高,不适合在24小时连续生产的埋弧焊焊管机组使用。

2.3此套装置实际操作中需要随时观查透明管的焊剂积存净高度,否则就会出现明弧,这将严重影响钢管的焊接质量,即使出现几次,也将得不偿失。

3 采用增压风机为动力,焊剂定时定量放料方式

这种回收方式为国外引进的一种应用在直缝埋弧焊上的焊剂回收处理方式。国内也有采用旋涡气泵方式为动力的。国外采用此方式时,使用级数为二级的电机,首先经皮带轮增速1倍,再经二级风机增压。除尘采用布袋方式,手工定时振动除尘。焊剂回收部分,采用了可更换旋转分离头设计,实现焊剂的沉降,分离头下部连有一个方箱,在箱体上安装有两个物位传感器,用以检测回收焊剂的物料高度。整个系统工作时,首先通过焊剂回收时在储存筒下方的钢管内储存起一定高度的焊剂,利用其自身重量产生的压力来达到储料箱气密性要求,实现与大气隔离。工作时,先在长钢管下方插上插板,焊剂不停的回收,当物位传感器一检测到焊剂回收量的上限时,则给振动筛信号,振动筛启动,焊剂则进行落料,完成筛选、磁选分离工作。当储料罐的焊剂下降到物位传感器二高度时,则振动筛停止工作,继续储料,周而复始,从而实现焊剂的连续回收放料。这种结构方式可实现焊剂定时定量放料功能。



图3 用增压风机为动力,焊剂定时定量放料方式原理图

此套装置结构优点:

3.1焊剂除尘动力除尘系统设备性能可靠、外观小巧,噪音小,占地空间少,吸力大;

3.2焊剂分离头回收部分设计先进合理,实现了储料与放料、磁选的自动化,同时分离头内衬橡胶板,减少了焊剂破损。

3.3由于采用定时匀速少量放料方式,因此磁选效果好。

缺点是焊剂回收部分设备太高,且必须停机卸灰,结构较复杂,用在直缝埋弧焊钢管生产线较为适宜,不适合应用在埋弧焊螺旋钢管机组上。

4 采用高压离心风机为动力,双箱结构,定时放料磁选方式

这种焊剂回收结构方式,可应用在螺旋和直缝埋弧焊机组上。整个系统可分为焊剂回收处理和动力两部分。它以高压离心风机为动力,在箱体内形成负压,工作时通过电磁阀或二位三通单气控截止式换向阀控制放料箱的闭气与进气,从而实现焊剂的连续回收,定时放料功能。

图4 焊剂处理部分工作原理图



图5  动力系统部分工作原理图

此套装置结构特点:

这种方式的焊剂回收处理部分结构紧凑,可实现内外焊焊剂的单独回收,由于采用两极除尘,降低了粉尘排放。不足之处有三点:

4.1采用双箱结构形式,虽可以实现连续回收,但由于双箱不能频繁打开,需间隔一段时间才能放焊剂,往往几分钟,就积存了2~6公斤焊剂,因此,焊剂瞬时下落的流量很大,由于无法实现对下落焊剂的流量控制,几公斤焊剂在短短几秒钟就已完成磁选过程,磁选效果不十分理想。但相比前面介绍的第一种方式,已经解决了焊剂浪费问题,从而,每班可节约焊剂1/8左右,焊剂的磁选效率可提高20%以上。

4.2吸焊剂箱采用的挡板设计直接撞击沉降方式对焊剂颗粒度的完整性有一定的的破坏作用,且吸焊剂箱对回收焊剂中的粉尘颗粒度无法精确调节,容易出现吸走焊剂或回收的焊剂中粉末太多现象。

4.3此套装置在粉尘的卸料部分采用了星型卸料阀结构,从生产实践来看,这种卸料结构方式存在焊剂易将叶轮磨损,失去密封能力、星型卸料阀内部轴承密封不可靠,寿命短,故障率高问题,经现场多次验证,不适合对焊剂这种硬颗粒物质的间歇放料。

5 采用高压离心风机为动力,单箱结构,焊剂随收随放形式

新设计的焊剂回收装置如图一所示。该装置主要由动力除尘系统、内外焊回收及加料系统组成。各部分工作原理下面逐一介绍:                            

5.1动力除尘系统

该系统由高压离心风机、旋风与脉冲滤筒除尘器三合一集成。



图6  动力除尘系统部分工作原理图

高压离心风机选用国内质量可靠厂家制造,可保证常年24小时不停机运转无故障,在噪音控制方面,优化了风道设计,室内噪音远低于80分贝。

在除尘器的设计上,我们进行了多处创新。首先我们根据埋弧焊螺旋钢管焊接工序现场周围空间位置较狭窄的客观条件,采用紧凑结构布局设计,将传统的旋风除尘器与脉冲除尘器、高压离心风机分别独立安装,改为合三为一设计,不仅除尘效果好,而且解决了进风口与出风口位置位置高低相差大不好布置的难题。整体外观结构紧凑,占地空间小,只有图5所示安装尺寸的1/2长。在粉尘的放料回收方面,我们在除尘器下方设计了封闭的箱体结构,内置储灰筒,避免了焊剂粉末卸料时的扬尘,从而保持现场环境清洁。

5.2内外焊焊剂回收系统

 在焊剂回收系统方面,我们主要应用了两项先进的卸料技术。一为借鉴了旋风分离技术,二为应用了旋转卸料技术。通过对回收的焊剂采用旋风分离技术代替传统的隔板分离法。由于焊剂进入分离头时,沿分离头客体内侧切线进入,焊剂因此避免了采用传统的挡板结构挡料对焊剂颗粒度的破坏。通过调节分离头进气量,可实现对焊剂中不同目数以上的颗粒及粉尘进行处理,直接吸到除尘系统中进行沉降。在卸料器结构方面,我们开发了先进的旋转卸料器,它通过中间转动盘的旋转,将上腔中落下的焊剂转运到下腔中,在此过程中,上下腔是隔离不通气的,保证了上腔始终处于负压状态,从而实现了焊剂的随收随放。并且,由于焊剂下落时,量少、均匀,且呈圆形扇面散开,从而使焊剂的磁选达到了最佳效果,因此,大幅提高了回收焊剂的质量。此套设备相比双箱结构形式,高度至少降低了500mm左右。在对焊剂分离出的渣皮和氧化铁物质的处理上,我们设置了几个独立的吸口,定时吸入到除尘中进行沉降分离。



图十  焊剂回收旋转卸料器结构图



图十一  旋转卸料器工作原理图



图十二  焊剂回收处理系统工作原理图

5.3内外焊焊剂加料系统

 传统的焊剂加料系统需人工使用天车加料。由于人员需登高和占用天车,因此存在一定的危险性,加料时也容易扬尘。制管行业的天车在停车时是非常繁忙的,需完成粗精铣4个铣刀盘的拆旧换新、焊丝准备、添加焊剂、设备故障处理等工作。而采用自动加料系统,则可解决添加焊剂时占用天车时间问题,节省了非生产时间。并且,由于新焊剂放在双层保温箱中,可保持焊剂的干燥。通过料位传感器的报警,可实现焊剂随用随加,避免了实际生产中焊剂必须冷却到一定温度才能添加使用的缺点。焊剂由于在地面添加,采用负压输送,人员不必登高作业,消除了安全隐患。

5.4此套回收系统优点

(1)该套系统自动化集成度高,可实现螺旋焊管内外焊焊剂回收系统的回收上料完全自动化。

(3)该套系统动力部分设备运转噪音小,无粉尘污染、 风机出口处大气可实现室内排放,环保性好。

(4)蜗壳卸料器设计先进,故障率低,寿命长。由于旋转卸料器的成功应用,使整个设备回收系统高度非常低,非常适合埋弧焊钢管现场使用,。

(5)回收焊剂的颗粒度保持良好,且磁选效果好,磁选效率可达95%以上,彻底了解决了由于回收焊剂质量问题引起的夹渣气孔等焊接缺陷问题的发生。

6 结语:

该装置已于2009年8月用于生产,在使用中整套设备运转良好,经现场验证,磁选效果可达95%以上,螺旋焊管的一次通过率提高了10%以上。

作者简介:第一作者:李军,男,1972年7月出生,学历,本科。主要从事埋弧焊管生产工艺及设备的维修工作。

          联系地址:河北青县渤海物装华油钢管有限公司生产技术室

           电话:0317-2572451      手机13582736543

 
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