前言
金屬表面熱鍍鋅防腐處理工藝已經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展, 熱鍍鋅工業得以大規模發展, 同時也因為這種大規模的發展帶來了行業內競爭的日趨激烈, 用工成本的增加、環境保護的壓力等因素, 都成為企業發展的巨大困擾。近年來隨著工業4.0高科技戰略計劃的提出, 傳統型工業受到的沖擊愈來愈巨大, 改革已迫在眉睫。我們作為從業者, 依據節能減排的宗旨, 肩負保護環境的重任, 通過先進的自動化技術, 對傳統熱鍍鋅行業進行了技術改革。
1 國內熱鍍鋅行業的現狀概述
國內的鍍鋅廠, 目前基本處于相對低端的生產作業, 沒有自動化設備, 甚至有的鍍鋅廠沒有環保設備, 或者為了應付環保局做了一些環保設備, 但大多數也只是擺設, 嚴重污染空氣和地下水, 請看下圖。
這是一間典型的傳統鍍鋅車間, 設備陳舊, 工人勞動強度大;生產中產生的酸霧、白煙不僅污染大氣、腐蝕設備和廠房, 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, 不僅設備落后, 鋅耗能耗高, 更無環保設備控制污染, 像打井一樣在地上鉆孔, 把鍍鋅廢酸液直接排入“井”中, 嚴重污染土壤及地下水, 貽害子孫后代, 有鑒于此, 環保部門關停不少這樣的鍍鋅廠。
2 歐洲的熱鍍鋅現狀及發展
歐洲在幾年前, 車間鍍鋅生產線還沒有實現自動化操作, 但現在歐洲的很多鍍鋅企業已經完成了自動化生產線的改造, 正在使用自動化高架和地面運輸系統進行熱鍍鋅生產, 并且獲得巨大的經濟效益。跳汰領域鍍鋅生產線取得了很大的進步, 將來依然是發展的強勢領域。機械化升降站、貨架緩沖區、地面叉車、升降臺、手搖臂等越來越多設備將用于自動化生產線中, 大大降低生產線上操作工人的勞動強度。酸洗封閉間、鍍鋅收集罩的使用, 改善了操作工人的勞動環境。生產線的起重能力也將大幅提升, 新的鍍鋅生產線將依據起重大小劃分規模, 從5T+5T到15T+15T不等, 甚至更大, 提高了生產效率。自動化技術的應用給鍍鋅行業帶來了巨大的進步:
(1) 保證了設備的運行周期可靠性;
(2) 實現更優越的生產和運輸計劃;
(3) 鍍鋅質量提高到了更高的標準;
(4) 設備的損壞維修率大幅度降低;
(5) 實現了過程的控制和數據記憶;
(6) 利用軟件進行便捷的自動和手動轉換操作;
(7) 自動化的程度大幅度提高;
(8) 環境保護方面, 實現零排放。
3 綠色環保型自動生產線的組成模塊
熱鍍鋅自動生產線包括如下幾部分:
3.1 物料的計量與轉運系統
物料傳輸系統主要設備是稱重單軌行車組, 旨在使整條熱鍍鋅生產線的黑件和白件傳輸更加暢通, 以達到高效率、高產能。根據整條熱鍍鋅線的布局不同, 物料傳輸方案也有調整。自動化鍍鋅生產線是在黑件區把黑件掛在掛具上, 直到掛滿或到額定載荷為止, 然后經過酸洗、漂洗、助鍍、烘干、鍍鋅、鈍化、冷卻等工藝, 最后在白件區卸料。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200萬分度, PLC根據稱重模塊采集到的數據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, 而且節能降耗。
3.2 酸霧的收集與處理系統
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, 為整個系統和外界形成并保持一定的負壓。該系統防止了酸霧氣體逸出, 延長了廠房和設備的使用壽命, 降低了設備的維修成本;實現自動化酸洗, 既節省了人力成本, 又降低工人的勞動強度。
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。當水中酸濃度達到一定值后, 直接將其回收到酸洗槽中進行重復利用, 實現了酸霧的零排放。
3.3 鋅煙的收集與處理系統
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, 它由原來晶體狀態下的極易溶于水變為不易溶解于水, 懸浮于空氣中不易下沉, 吸濕性強又具有極強的腐蝕性, 這些決定了氯化銨煙塵不能用常規的除塵器進行處理。綜合現有鋅煙收集系統的優缺點并結合國內市場具體現狀, 我公司研制開發出端側面任意進出式固定罩收集及組合式除塵系統, 該系統實現了工件任意方向進出、方便打灰、降低了集氣裝置的通風量, 鋅煙收集率可達99%。
3.4 燃料燃燒產生的廢氣收集與處理系統
本加熱系統是以天然氣為燃料, 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。本系統采用多層換熱設計, 充分利用燃燒尾氣給烘干室、助鍍劑和酸池加熱, 實現余熱充分利用。
3.5 廢酸的處理系統
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, 造成漏鍍缺陷, 酸洗處理為待鍍件獲得完好的鍍鋅層做準備。酸洗之后產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、常壓并機械攪拌1~3小時后進行分組濃度調整, 調整后的含鐵廢水再通過管道有泵送入反應釜, 往反應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、常壓并連續攪拌的條件下反應釜中經歷亞鐵鹽的氧化、水解、聚合三個連續的反應過程, 反應時間持續0.5~3個小時, 最后經出料泵輸送出液體聚鐵產品, 儲存于產品儲罐內。
3.6 廢水的處理系統
廢水循環處理系統是先將廢水中的還原性物質氧化, 再加入液堿 (或石灰) , 調節PH值, 進行中和沉淀。處理后的水約95%以上用于生產水洗工序, 5%左右通過活性炭過濾器過濾后經化驗達標后排放。
4 綠色環保型自動生產線的實現工藝
自動化控制系統將整個區域分為三塊:掛件區、生產區、卸料區, 正常生產過程中, 只有掛件區、卸料區和生產區的鋅鍋打灰需要人員參與, 其余生產過程實現自動化及電腦控制, 系統主要技術特點:
4.1 系統配電
整套系統采用統一配市電加備用發電方式, 總配電回路具有故障超負荷預警和峰谷電量計數、通信等功能, 可移動設備采用滑觸不間斷供電技術, 確保設備供電穩定。
4.2 過程控制
對于移動設備的過程控制, 采用西門子CPU1516-3 PN/DP集中運算處理, 分布式IO協調工作、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速控制, 配合精確定位傳感器, 實現運動控制平穩可靠, 定位精確的使用要求。
4.3 配方控制
本系統中, 配方的自動調取和使用是控制的核心部分, 針對不同的產品設定科學的工藝數據, 共同組成工藝配方數據庫, 通過減少人工干預的方式, 提高生產質量的穩定性。配方控制主要包含排隊等待控制, 預處理流程控制, 進出鋅鍋動作控制, 酸洗時間控制, 自動掛具控制等。
4.4 傳感檢測
傳感檢測技術的應用, 是本系統能夠連續自動運行的保障, 本系統所涉及的主要檢測技術包括重量信號值檢測, 行走精確定位, 升降精確定位, 旋轉精確定位, 三維外形尺寸檢測, 酸洗液強度檢測等。
4.5 信息通訊
移動設備與主控制器之間采用漏波電纜無線通訊技術, 解決了廠房內信號干擾和無縫銜接問題, 固定設備之間通過工業以太網實現信息傳遞。
4.6 環境治理
密閉房酸霧收集過程中的微負壓控制;水洗水循環中和、過濾凈化過程自動控制;助劑在線中和、凈化、補充過程自動控制;鋅煙收集除塵自動控制。
4.7 計算機網絡系統
控制中心通過工控機實時讀取現場的數據并在顯示器顯示, 保證控制室操作員及時準確和全面地了解現場的作業情況, 可以通過工控機下達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用。此外, 集成的腳本編程包含了C翻譯器和大量的ANSI-C標準函數。生成過程存檔, 組態曲線, 表格, 以及依據存檔數據所做的報表。
結束語
熱鍍鋅行業是污染行業, 政府在控制污染方面的力度很大, 關停很多重度污染鍍鋅廠, 而且提倡環保型熱鍍鋅技術及設備并給予支持。隨著市民對污染的容忍度越來越小, 政府對污染企業的監管措施會更加嚴厲。歐美發達國家在設備自動化、環保方面已經走在了前面, 這也證明了中國的熱鍍鋅行業最終也會走向高效、節能、環保型熱鍍鋅。