陳 華，費(fèi)軍輝，張 軻

（寧波韻升股份有限公司，浙江 寧波 315800）

在磁性材料加工技術(shù)領(lǐng)域，磨削是廣泛使用的機(jī)械加工手段。磨削后的產(chǎn)品需要進(jìn)行超聲波清洗，清洗設(shè)備一般每周需要更換一次清洗液以保證產(chǎn)品表面的清潔度[1]。磨削加工和清洗過(guò)程中，液壓油、皂化液及各種漂浮固體顆粒不可避免地進(jìn)入磨削液系統(tǒng)和清洗系統(tǒng)。微生物滋生是造成液體變質(zhì)的主要原因，若不對(duì)切削液中有機(jī)物的總量加以控制，不僅會(huì)造成切削性能下降，還會(huì)影響操作員工的身體健康。

永磁材料經(jīng)磨削加工后的磨屑（磁材行業(yè)俗稱磁泥）主要為砂輪和磁材粉末的混合物。磁材含有大量鏑、鋱、鈥等稀土成分，一個(gè)磨床車間一般每月可產(chǎn)出約20 t干磁泥，每月回收磁泥的經(jīng)濟(jì)價(jià)值為120萬(wàn)～140萬(wàn)元，因此具有較高的經(jīng)濟(jì)回收利用價(jià)值。磁泥在供液池中自然沉淀，如不及時(shí)清淤，沉淀在底層的磁泥會(huì)逐漸脫水硬化成石塊狀，給人工清淤造成極大困難。人工下池收集磁泥（清淤）不僅具有一定的工作風(fēng)險(xiǎn)（封閉空間作業(yè)），而且人員勞動(dòng)強(qiáng)度極大，工作環(huán)境惡劣。因此，將磁泥從磨削液中分離出來(lái)的同時(shí)降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善工作環(huán)境，盡可能地減少磨削液的損耗是一項(xiàng)重要的技術(shù)課題。

1 技術(shù)方案的選擇

1.1 除油殺菌技術(shù)方案的選擇

液面浮油收集的物理技術(shù)手段主要有浮動(dòng)式浮油收集器、刮油器等。浮動(dòng)式浮油收集器采用“浮球+堰式收集口”的形式，采用氣動(dòng)隔膜泵為動(dòng)力將液面的浮油收集到專用的油水分離設(shè)備中。刮油器則通過(guò)不銹鋼帶或收油管在水面上將浮油和雜質(zhì)帶出，然后用刮片將鋼帶或收油管上的浮油刮除。經(jīng)對(duì)比試驗(yàn)，浮動(dòng)式浮油收集器由于堰式收集口的孔徑較小，因此容易被液面上漂浮的固體顆粒堵塞，導(dǎo)致除油工作失效，而刮油器對(duì)水體漂浮顆粒不敏感，既能收集液面浮油又能清除液面漂浮的微小顆粒固體雜質(zhì)。因此，優(yōu)先采用刮油器處理供液池水體表面的浮油和雜質(zhì)。

磨削液的水體消毒主要有紫外線消毒和臭氧消毒等技術(shù)手段[2]。紫外線消毒是一種利用低壓汞燈發(fā)出紫外線殺死病毒和細(xì)菌的一種方法。它屬于一種物理方法，不用向水中添加任何物質(zhì)，也不會(huì)殘留任何物質(zhì)。只要磨削液水體透光率較好，就可以使用紫外線消毒的方式。臭氧消毒是一種強(qiáng)氧化劑，以氧原子的氧化作用破壞微生物膜的結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)殺菌作用。磨床車間的集中供液系統(tǒng)一般需同時(shí)向20～30臺(tái)磨床提供磨削液，每小時(shí)的流量需求為80～100 m3，在流量較大的集中供液系統(tǒng)中，過(guò)流式紫外線消毒設(shè)備一次性投資成本較低且占地面積相對(duì)較小，性價(jià)比較高。因此，優(yōu)先采用過(guò)流式紫外線消毒工藝。

1.2 固液分離技術(shù)方案的選擇

目前，固液分離的技術(shù)手段主要分為磁性分離、離心沉降過(guò)濾、壓濾[3]。刮板式磁性分離器在磁材機(jī)械加工中廣泛使用。一般串接在磨床和水箱之間，磨削液經(jīng)磁性分離后流入水箱多級(jí)沉淀，再經(jīng)水泵抽回機(jī)床。經(jīng)測(cè)試，刮板式磁性分離器的有效分離率為50%～60%，剩余的40%～50%磁泥會(huì)流入水箱沉淀。測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 磁性分離器有效分離率

臥螺式離心機(jī)設(shè)備的原理是利用高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力將比重較大的顆粒沉積在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上，與轉(zhuǎn)鼓做相對(duì)運(yùn)動(dòng)的螺旋葉片將沉積在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁的固相刮下，并推出排渣口[4]。該設(shè)備產(chǎn)出的固相含水率和液相的濁度兩項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)是相互制約的，具體表現(xiàn)如下：①當(dāng)取水口設(shè)定靠近軸心時(shí)，液相相對(duì)較清，但是固相含水率較高；②當(dāng)取水口設(shè)定靠近轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁時(shí)，液相相對(duì)較渾濁，但是固相含水率較低。

經(jīng)試驗(yàn)，在不采用絮凝劑的情況下，離心沉降工藝正常工況下所獲得的水質(zhì)，從肉眼觀察較為渾濁（過(guò)濾后的磨削液含有較多磁泥）。壓濾的工作原理是通過(guò)壓力泵將泥漿壓入相鄰兩濾板形成的密閉濾室中，使濾布兩面形成壓力差，從而實(shí)現(xiàn)固液分離。磨削液的濁度主要取決于濾布的目數(shù)，分離過(guò)濾后的濾餅（固相產(chǎn)物）含水率一般在25%～40%。

綜上，如果將磁性分離器安裝在集中供液系統(tǒng)的地溝和沉淀池之間，則依然會(huì)有部分比例的磁泥流入沉淀池，造成池底磁泥淤積[4]。由于車間設(shè)備多，每臺(tái)機(jī)床配置磁性分離器不僅投資成本高，維修頻率和費(fèi)用也會(huì)增加，因此磁性分離器不宜用于集中供液系統(tǒng)。臥螺式離心機(jī)如果不采用絮凝劑，分離后的磨削液較為渾濁，無(wú)法滿足磨削加工的要求，而采用絮凝劑會(huì)提高使用成本（藥粉添加）且可能會(huì)改變磨削液的配比濃度，進(jìn)而影響加工工藝。壓濾工藝分離后的磨削液較為清澈明亮，可直接用于磨削加工的冷卻和潤(rùn)滑，并且濾餅（固體產(chǎn)物）的含水率較低，因此磨削液的固液分離優(yōu)先采用壓濾工藝。

2 集中供液系統(tǒng)

永磁材料磨削和清洗的集中供液系統(tǒng)工藝路線如圖1所示。供液系統(tǒng)劃分為兩個(gè)工作模塊，分別為內(nèi)循環(huán)工作模塊和固液分離工作模塊。具體功能見(jiàn)表2。

圖1 工藝路線圖

表2 工作模塊功能表

2.1 內(nèi)循環(huán)工作模塊

清洗烘干線使用的清洗液使用一定周期后，廢液排入回流地溝進(jìn)入集中供液系統(tǒng)。由于壓濾后的磁泥含有30%的水分率，因此清洗廢液可以補(bǔ)償該部分的切削液流失，使沉淀池內(nèi)的切削液的總水量基本保持在一個(gè)平衡不變的狀態(tài)。內(nèi)循環(huán)工作模塊主要由回流地溝1、一級(jí)沉淀池2、二級(jí)沉淀池3、熱泵冷卻系統(tǒng)4、主水泵機(jī)組5、油水分離系統(tǒng)6、消毒殺菌系統(tǒng)7組成。下面結(jié)合圖2介紹集中供液系統(tǒng)工作原理。

圖2 集中供液系統(tǒng)原理圖

清洗廢液排入回流地溝1與磨削液在地溝內(nèi)混合后一起回流至一級(jí)沉淀池2。沉淀池入口裝有吊籃式濾網(wǎng)粗濾水體中較大顆粒的雜物。一、二級(jí)沉淀池之間臨近水面處有圓孔貫通。二級(jí)沉淀池內(nèi)安裝有熱泵冷卻系統(tǒng)4。熱泵冷卻系統(tǒng)4由熱泵機(jī)組41和冷媒盤(pán)管42組成。為防止主水泵機(jī)組5吸真空，在進(jìn)口總管路的末端安裝有止回閥52。同時(shí)，在進(jìn)口管路的中段安裝有止回閥53。當(dāng)管路末端的止回閥52因意外失效，管路內(nèi)進(jìn)入空氣時(shí)，可打開(kāi)止回閥53，自來(lái)水進(jìn)入管路排出空氣后，離心水泵即可正常啟動(dòng)。油水分離系統(tǒng)6安裝在二級(jí)沉淀池3上方，包含刮油機(jī)61和過(guò)濾水箱62。如圖3所示，刮油機(jī)鋼帶將液面的浮油、漂浮固體顆粒一起刮入接油盒64中。接油盒底部以軟管接入到過(guò)濾水箱62。過(guò)濾水箱箱體以密封隔板為界分左右兩層，底部相通。右側(cè)上部安裝有一層濾網(wǎng)65，用于分離固體顆粒。浮油比重較輕，漂浮在水箱右側(cè)的上表面，而左側(cè)的水箱內(nèi)則全部為切削液。定期打開(kāi)閥67，即可將切削液回流至沉淀池內(nèi)。浮油則通過(guò)打開(kāi)放油閥68，排至油壺。消毒殺菌系統(tǒng)7接于主水泵機(jī)組5出口端，如消毒器需要維修，可關(guān)閉過(guò)流式紫外線消毒器進(jìn)、出口的截止閥72、73，同時(shí)開(kāi)啟三通管路上的旁通截止閥74，切削液直接進(jìn)入給水管路8，則維修工作不會(huì)影響車間正常生產(chǎn)（如圖4所示）。

圖3 油水分離系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖4 主水泵機(jī)組、紫外線消毒系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

化學(xué)需氧量COD指標(biāo)通過(guò)測(cè)試水中有機(jī)物的含量評(píng)估水體受污染的程度。操作人員每月分別在沉淀池的排水口和消毒器出口兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)取樣進(jìn)行化學(xué)需氧量COD測(cè)試。通過(guò)將切削液稀釋20倍后，將20 mL稀釋液與COD試劑混合后消解處理2 h，測(cè)定COD參數(shù)。5個(gè)月的監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)如圖5所示。

圖5 化學(xué)需氧量COD指標(biāo)

由圖5可見(jiàn)，排入沉淀池的切削液COD指數(shù)始終穩(wěn)定在2 100～2 700 mg/L，經(jīng)過(guò)紫外線消毒后的切削液COD指數(shù)有明顯下降的趨勢(shì)，但穩(wěn)定在1 500 mg/L左右。水體中有機(jī)物的含量得到有效控制。

2.2 固液分離工作模塊

固液分離工作模塊由給水管路系統(tǒng)8、壓濾系統(tǒng)9、隔膜泵進(jìn)口管路沖洗清淤系統(tǒng)10組成。為提高固液分離效率，壓濾作業(yè)僅需針對(duì)沉淀池底部的泥漿進(jìn)行固液分離。為避免自吸泵85將水池底部的泥漿抽入備用水池，一、二級(jí)沉淀池均采用圖6所示的浮球式吸水口的結(jié)構(gòu)。

圖6 浮動(dòng)式吸水口

吸水口固定在三角板上，三角板依靠3個(gè)金屬浮球漂浮在水平面上。吸水口末端位于水平面以下約0．5 m處，吸水口的另一端與自吸泵的管路相連。在壓濾作業(yè)前，將主水泵機(jī)組5停機(jī)（內(nèi)循環(huán)模塊停止工作），調(diào)整給水系統(tǒng)三通閥組位置，然后啟動(dòng)自吸泵85將沉淀池的水體抽至備用水池86中。待沉淀池底部磁泥基本快露出水面時(shí)，自吸泵停機(jī)，開(kāi)始?jí)簽V作業(yè)。壓濾系統(tǒng)由氣動(dòng)隔膜泵91和板框式壓濾機(jī)92組成。隔膜泵將沉淀池底部的泥漿抽入板框式壓濾機(jī)98的濾室中，切削液穿過(guò)濾布流入清水池11，磁泥則被留在壓濾機(jī)濾室中。壓濾工藝針對(duì)濾渣壓縮性大或接近不可壓縮的懸浮液都能適用，但是不能對(duì)發(fā)硬結(jié)塊的磁泥進(jìn)行壓濾。因此，壓濾作業(yè)須在磁泥尚處于泥漿（懸浮液）形態(tài)時(shí)定期（每月2次）進(jìn)行。氣動(dòng)隔膜泵的自吸能力較強(qiáng)，壓濾過(guò)程中進(jìn)口管路的支路充滿了泥漿。壓濾作業(yè)結(jié)束后如不及時(shí)清理進(jìn)口管路，管路極易被干涸的泥漿堵塞。自吸泵13出口并聯(lián)閥14和閥15。打開(kāi)閥14，關(guān)閉閥15和隔膜泵進(jìn)口閥93、94，可分別沖洗一級(jí)、二級(jí)沉淀池和備用水池中的隔膜泵進(jìn)口管路。打開(kāi)閥15，關(guān)閉閥14，可將清水泵送至沉淀池。為防止因壓濾清水池抽干導(dǎo)致水泵燒毀，在水泵控制回路中采用重錘+浮球控制其自動(dòng)停機(jī)。隔膜泵進(jìn)口管路沖洗清淤系統(tǒng)有兩個(gè)作用：①將固液分離后所得的清水從壓濾清水池11傳輸?shù)匠恋沓刂?；②沖洗氣動(dòng)隔膜泵進(jìn)口管路中的支路，預(yù)防管路堵塞。

通過(guò)采用真空烘箱高溫250°、4 h的烘烤后，稱取干、濕磁泥質(zhì)量變化，對(duì)人工清淤和壓濾作業(yè)磁泥的含水率進(jìn)行對(duì)比[5]，數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 2種工藝的磁泥含水率（單位：%）

壓濾后的磁泥相對(duì)于人工清淤的磁泥含水率下降約10%，切削液損耗下降明顯。

3 結(jié)論

磨削液循環(huán)系統(tǒng)主要采用了以下4項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

（1）采用集中式供液系統(tǒng)回用清洗廢液的方法，解決清洗廢液環(huán)保處理的問(wèn)題。

（2）采用油水分離和紫外線消毒的方法，消除了切削液因水體變質(zhì)生成膠質(zhì)黏稠物的條件，從根本上解決了膠質(zhì)黏稠物堵塞壓濾機(jī)濾布造成壓濾作業(yè)失效的工藝難題。

（3）通過(guò)在刮油器接油盒底部串接具備二次油水分離功能（重力沉降原理）的過(guò)濾水箱，解決了刮油器在油水分離過(guò)程中切削液損耗較大的工藝難題。

（4）通過(guò)定期壓濾使操作人員不需要進(jìn)入池底的密閉空間對(duì)沉淀池的磁泥進(jìn)行清淤，只需要將濾餅從設(shè)備中取出、轉(zhuǎn)運(yùn)即可，從而降低清淤勞動(dòng)強(qiáng)度、提高工作效率和生產(chǎn)安全性。

集中供液系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了加工過(guò)程的污水零排放，同時(shí)采用了一種行之有效的固液分離工藝，員工不再需要進(jìn)行高強(qiáng)度的下池清淤，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率和生產(chǎn)安全性。切削液COD指標(biāo)得到了有效控制，再未發(fā)現(xiàn)車間操作員工的裸露皮膚有因?yàn)檎慈厩邢饕喊l(fā)生過(guò)敏的問(wèn)題。