大型铸造工厂除尘系统设计与应用探究

在大型铸造工厂的生产过程中，其熔炼、造型、落砂等环节会产生大量粉尘，而这些粉尘不仅含有金属氧化物、石英砂等有害物质，还会对车间空气质量、设备运行效率及操作人员的身体健康造成严重影响 [1]。尤其是当前国家对工业环保要求不断提升的背景下，通过合理设计一套高效、稳定的除尘系统，对推动大型铸造工厂朝着可持续性方向发展具有重要的意义。

一、大型铸造工厂除尘系统设计

（一）整体工位的划分

大型铸造工厂生产流程复杂，涉及多个产尘环节，所以需根据不同工艺特点进行整体工位划分，为除尘系统设计奠定坚实的基础。通常可划分为以下几类工位： ① 熔炼工位。熔炼工位主要涉及冲天炉、电弧炉和中频炉等设备所在区域，而在金属熔炼过程中会产生大量高温烟尘，烟尘成分复杂，含金属氧化物等有害物质。 ② 造型制芯工位。该区域在砂型制作、型芯成型过程中，会因砂料搬运、混合、造型等操作产生大量硅砂粉尘，粉尘颗粒较细，易扩散。 ③ 落砂清理工位。铸件从砂型中取出后，需进行落砂、打磨、清理等处理，此过程会产生大量砂尘和金属碎屑粉尘，粉尘浓度较高 [2]。 ④ 打磨抛光工位。通常在铸件表面进行打磨、抛光的过程中会产生大量的金属粉尘，且粉尘的颗粒细小，具有较强的吸附性。因此，通过明确工位划分，再有针对性地设计除尘方案，这样便能够确保每个产尘环节都得到有效控制。

（二）产尘点位捕集量设计

产尘点位捕集量设计是除尘系统高效运行的关键，需根据各工位产尘特点、粉尘性质及产尘量等综合确定。首先，由于烟尘温度高、产量大，所以可合理采用伞形集气罩、移动捕集罩、旋转捕集罩和固定罩等进行捕集，再根据熔炼设备的吨位和产尘速率来计算捕集量容积和设计吸口位置等。例如，10 吨冲天炉每小时产尘量约为 20-30kg ，而集气罩的捕集量需达到每小时 3000-5000m³，这样才能够有效保证烟尘被有效捕集，以此防止扩散的情况；其次，再针对砂料处理设备的产尘点，合理设置局部密闭罩，如混砂机、砂箱运输机等部位。同时，还应该根据设备的处理能力计算捕集量，即一台每小时处理 50 吨砂料的混砂机，其产尘点位的捕集量需达到每小时1500-2000m³ ；再次，由于落砂机、清理滚筒等设备的产尘集中且浓度高，所以便需要合理采用侧吸罩与密闭罩结合的方式，并根据设备规格来确定捕集量，如直径 2 米的落砂机，其捕集量需达到每小时 4000-6000m³ ；最后，再根据打磨工具的类型和数量在操作点设置可移动吸气臂，而每个吸气臂的捕集量一般为每小时 800-1200m³ ，这样便能够保证粉尘在扩散前被有效捕集 [3]。

（三）除尘系统风量分配

在分配除尘系统风量的时候，需根据各个工位的捕集量和管道的布局情况来确定每个产尘点位都能够获得足够的风量，以此避免发生风量浪费的情况。首先，应根据各产程点位的设计捕集量来计算系统的总风量，再统筹考虑各个管道的漏风损失情况。其次；再通过合理设计管道的管径和坡度来确定各个支管的风量。其中，可在主管道与支管连接的位置设置风阀，再合理调节风阀的开度，这样便能够均衡分配风量。例如，对于熔炼工位和落砂清理工位等大风量需求区域，需保证主管道管径足够大，避免风速过低导致粉尘沉积；而对于打磨抛光等小风量需求工位，可采用较小管径的支管，并通过风阀调节确保风量稳定 。最后，还需要保证管道内的风速合理，即一般输送粉尘的管道风速控制在 12-20m/s ，这样便能够防止粉尘在管道内发生沉积堵塞的情况。同时，还需要针对不同性质的粉尘来合理调整风速，如硅砂粉尘的风速需较高，约18-20m/s，而金属粉尘风速可稍低，约 12-15m/s 。

（四）除尘风机站区域大小确定

除尘风机站是除尘系统的核心设备所在区域，其大小需根据风机、除尘器等设备的规格、数量及安装维护要求确定。其中，应该根据系统总风量和系统阻力，选择合适的风机型号和除尘器类型。例如，总风量为 500000m³/h 的系统，可选用两台型号为 4-72-11No.12C 的离心风机（一用一备），单台风机风量为55000m³/h，配套的布袋除尘器处理风量需不小于 50000m³ /h。同时，还应该根据设备的外形尺寸，规划设备安装空间。通常在风机与除尘器之间需预留足够的连接管道空间，一般不小于 1.5 米；设备与墙壁、设备与设备之间需预留检修通道，宽度不小于 1.2 米，以便设备维护和检修。此外，还需考虑风机的减震、降噪措施所需空间，以及除尘器灰斗的卸灰装置和储灰场地。通常，一个处理风量为 50000m³ /h 的除尘风机站，其占地面积约为50-80 平方米。

（五）自动化、智能化控制

为提高除尘系统的运行效率和稳定性，需采用自动化、智能化控制技术。其中，系统可通过设置在各产尘点位的粉尘浓度传感器，实时监测粉尘浓度。尤其是当浓度超过设定阈值（如 3-5g/m³ ）时，则会自动启动相应区域的除尘设备；当浓度低于阈值时，自动降低设备运行功率或停机，实现按需运行。同时，还应该做好风机、阀门等设备的变频控制，再借助 PLC 或者 DCS 控制系统来保证设备联动运行。

例如，当启动熔炼工位时，系统则可自动打开相应的风阀，再合理调整风机转速，以此达到所需风量的目标。尤其是当多个工位同时工作时，其系统则可根据总风量得需求来自动调节风机运行状态。此外，还应该构建中央监控平台，实时显示各设备的运行参数（如风量、风压、温度、除尘器压差、颗粒物排放浓度、风机电机轴承温度和振动），全面记录设备运行数据和故障信息。这样当设备出现故障的时，系统则会自动报警，并显示故障位置和原因，以便能够及时维修。

（六）变频调速节能降耗

变频调速技术在除尘系统中的应用，可有效实现节能降耗。通常除尘系统的风机为恒速运行，而实际生产中各工位的产尘量会随生产负荷变化而波动。采用变频调速技术后，可根据实际风量需求调节风机转速，使风机输出功率与负载相匹配。例如，当只有部分工位工作时，风机转速降低，功率消耗大幅减少，相比恒速运行可节能 30%-50%c 。同时，变频调速还可实现风机的软启动，避免启动时的电流冲击，以此延长设备的使用寿命。此外，还可以通过平滑调节风速，从而有效减少管道的振动和噪声，真正达到改善工作环境的目标。

二、大型铸造工厂除尘系统的优化应用途径

（一）智能控制系统升级

在现有自动化控制基础上，进一步升级智能控制系统。引入人工智能算法，通过分析历史运行数据和实时生产数据，预测各工位的产尘量变化，提前调整除尘系统运行参数，实现精准除尘。例如，根据铸造生产的订单计划和设备运行周期，预测未来几小时内的产尘高峰，提前提高风机转速和风量，避免粉尘浓度超标。同时，将除尘系统与工厂的 MES 系统（制造执行系统）对接，实现信息共享和协同控制。MES 系统可将生产计划、设备状态等信息传递给除尘系统，除尘系统根据这些信息优化运行策略；反之，除尘系统的运行数据也可反馈给MES 系统，为生产调度提供参考。

（二）新型滤材应用

传统的滤材如普通针刺毡，在过滤效率和使用寿命方面存在不足。采用新型滤材可提高除尘效果，降低运行成本。其中，可合理采用表面光滑，不易粘尘，过滤效率高（对 0.3μm 以上粉尘过滤效率可达 99.99% ）的PTFE 覆膜滤材，这种材料具有耐温、耐化学腐蚀的性能，适用于铸造工厂高温、高湿、含腐蚀性气体的环境。同时，还可以合理应用纳米技术来进行滤材改性，让滤材具有更好的透气性和过滤性能，这样才能够在保证过滤效率的同时降低滤材的阻力，以此减少风机的能耗作用。例如，纳米复合滤材的阻力可比普通滤材降低 20%-30% ，从而使风机功率消耗减少 15%-25%. 。

（三）余热回收设计

铸造工厂的熔炼设备会产生大量的高温烟气，且其中蕴含的余热可通过除尘系统进行回收利用。因此，可在除尘器前设置余热锅炉或换热器，再充分利用高温烟尘来进行水或空气加热。其中，加热后的热水可用于工厂的供暖、职工洗浴等；加热后的空气可作为车间的补充新风或用于烘干砂型，从而真正实现能源的梯级利用。同时，通过全面分析烟尘温度对滤材的影响时，可在余热回收设备与除尘器之间设置温控装置，确保进入除尘器的烟尘温度在滤材允许范围内（如 PTFE 覆膜滤材耐温可达 260^∘C ）。然后，再通过利用余热回收系统来降低工厂的能源消耗，这样便能够有效降低煤的使用量。

三、总结

总之，大型铸造工厂除尘系统的设计需综合考虑整体工位划分、产尘点位捕集量、风量分配、风机站区域确定、自动化控制及变频调速等因素，以确保系统高效运行，有效控制粉尘污染。通过智能控制系统升级、新型滤材应用和余热回收设计等优化途径，可进一步提高除尘系统的性能，实现节能减排目标。

参考文献：

[1] 刘青 . 钢铁厂一次除尘超低排放技术应用与实践 [J]. 河南冶金，2025,33(01):54-56.

[2] 刘瑞 , 李伟 . 钢铁厂含铁除尘灰的基本特性及应用 [J]. 河南冶金，2024,32(02):16-20+40.

[3] 梅焘, 曹春刚, 刘邈, 等. 现代平板玻璃工厂除尘设计探析[J]. 玻璃，2024,51(01):57-62.

[4] 冯志明 , 张涛 , 牛志杰 . 某绿色铸造工厂的铸造车间通风空调设计方案 [J]. 中国铸造装备与技术 ,2021,56(01):74-77.