磨料選擇與船舶除銹質(zhì)量及成本分析

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(泰州口岸船舶有限公司，江蘇 泰州 225321)

噴砂除銹是一種以磨料為介質(zhì)的清理作業(yè)。經(jīng)過100多年的發(fā)展，噴砂清理技術(shù)取得了很大的發(fā)展，特別是PSPC標準的實施，推動了各大船廠對船舶除銹的重視，磨料也由最初天然礦砂發(fā)展到如今的幾百種。

1 典型磨料

常用鋼結(jié)構(gòu)表面除銹磨料根據(jù)其來源和材質(zhì)可分為三大類：天然磨料、人造磨料及爐渣磨料。各類磨料常見品種見表1[1]。

表1 常見磨料品種

1.1 石英砂

石英砂硬度高，經(jīng)久耐用，價格低廉，獲取方便。在過去100多年來一直在全世界噴砂除銹行業(yè)廣泛應(yīng)用，甚至“噴砂”一詞也由此而得名。但近20年來，石英砂幾乎完全退出行業(yè)，因為它帶來的負面影響很明顯。除了對環(huán)境造成嚴重的粉塵污染以外，致命的矽肺與長期吸入矽塵有關(guān)，還會誘發(fā)肺癌。世界各國已經(jīng)明令禁止使用石英砂，包括禁止用石英砂作磨料噴砂除銹作業(yè)。

1.2 爐渣磨料

爐渣磨料是工業(yè)性熔煉的廢料，屬于硅酸鋁一類，含鐵高還含有多種堿性金屬。與石英砂相比，其含塵量和游離硅含量較低，對人體和環(huán)境影響較小，一段時期內(nèi)是石英砂很好的代替品。但爐渣脆性很大，容易破碎，作為磨料仍然會產(chǎn)生很大的粉塵，而且除銹效率相對比較低。在PSPC新標準下的灰塵清潔要求遠遠不能保證，一定程度上會加大清潔表面的含鹽份量。根據(jù)相關(guān)權(quán)威性報道和研究報告，爐渣中很有可能含有重金屬和放射性元素，這類物質(zhì)將在施工中對工人產(chǎn)生極大的身體傷害，目前除了少數(shù)露天除銹作業(yè)使用外，已經(jīng)很少有船廠還在使用此類磨料。

1.3 鋼砂

鋼砂是眾多品種的共同稱謂：鑄鋼砂、鋼丸砂、合金鋼砂等，由于硬度相對適中、韌性強、顆粒均勻、顆粒的形狀和大小可以根據(jù)需求選擇，更為重要的是可連續(xù)反復(fù)使用，壽命較長，除銹效率高，重復(fù)使用的磨料的除銹效率和新磨料一樣好。在現(xiàn)代室內(nèi)噴砂作業(yè)中的優(yōu)點更加突出。PSPC新涂層標準下又應(yīng)運而生了一批高性能、高性價比的專用合金鋼砂，它無論從材質(zhì)、工藝、損耗及涂裝效果等方面都更加適應(yīng)新標準的要求，各大船舶企業(yè)為保證新標準的順利實施都先后對鋼板預(yù)處理和噴砂房用砂進行了更換。

2 磨料選擇對船舶除銹質(zhì)量及成本的影響

上述磨料中很大一部分材料已經(jīng)退出歷史舞臺，鋼砂成為現(xiàn)代船舶工業(yè)磨料的主角。在目前還在使用的銅礦砂的除銹清潔過程中，磨料消耗在清理成本中所占的比例在60%～70%之間。由于鋼砂回收利用率高，其消耗在清理成本中所占比率在20%～30%之間，其經(jīng)濟性十分明顯。按照PSPC標準中鋼板表面二次處理后質(zhì)量要求，就目前船舶企業(yè)廣泛使用的鋼砂和銅礦砂的除銹質(zhì)量及成本做一個對比分析試驗。

2.1 試驗條件

①銅礦砂價格，400元/t。

②合金鋼砂價格，5 000元/t。

③電價，1.5元/(kW·h)。

④人工費，100元/d。

⑤設(shè)備磨耗，200元/(臺·d-1)。

⑥噴砂清潔要求，PSPC標準中壓載艙部位二次除銹要求。

⑦其它試驗條件及試驗標準等同。

2.2 除銹清理試驗結(jié)果的主要成本組成

說明：電耗、人工費、設(shè)備磨損假設(shè)試驗時間內(nèi)等同，只計算平均值，回收篩選工時費、場地清理費用、磨料運輸費等其它費用等不計入成本。試驗結(jié)果如下。

1)銅礦砂消耗量：60 kg/m2(平均可回收35%后的消耗量)。

2)合金鋼砂消耗量：0.3 kg/m2(平均可回收99.8%后的消耗量)。

3)材料：銅礦砂，400×60/1 000=24元/m2。

合金鋼砂，5 000×0.3/1 000=1.5元/m2。

4)電耗：5.9元/m2。

5)人工費：1.5元/m2。

6)設(shè)備磨耗：2.1元/m2。

2.3 清理成本比較

銅礦砂：24+5.9+1.5+2.1=33.5元/m2。

合金鋼砂： 1.5+5.9+1.5+2.1=11.0元/m2。

兩種磨料單位面積成本比：33.5/11.0≈3倍。

2.4 清潔質(zhì)量效率比較

清潔質(zhì)量效率比較見表2。

表2 清潔質(zhì)量效率比較

2.5 結(jié)論

根據(jù)上面的分析實驗，采用銅礦砂磨料清理的實際成本是合金鋼砂磨料的3倍。如果考慮到PSPC新涂裝標準對表面清潔質(zhì)量的要求，銅礦砂作磨料的清潔表面的表面清潔度和粗糙度等都達不到規(guī)定要求，某些情況下也可能增加了清潔表面的鹽分而達不到PSPC含可溶性鹽小于等于50 mg/m2的要求[2]。而且銅礦砂廢棄物較多，回收成本比購買相同數(shù)量的新磨料還要貴。如果將運輸成本、噴砂效率等成本因數(shù)考慮在內(nèi)，相關(guān)數(shù)據(jù)比表明，兩種類型磨料的平均實際綜合成本相比，銅礦砂磨料的清潔成本是合金鋼砂的5倍還要多。

3 金屬磨料消耗性對比試驗

為應(yīng)對PSPC標準實施，需要進行鋼砂置換，現(xiàn)針對不同置換方式對3個砂房內(nèi)的鋼砂在鋼砂、鋼丸相同配比下，在同等條件下進行3種鋼砂的實際消耗性試驗，可以看出不同品質(zhì)的鋼砂磨料差距也很大。

3種鋼砂分別為：軸承合金鋼砂(甲鋼砂)；普通鑄鋼鋼砂(乙鋼砂)；回爐處理鋼砂(丙鋼砂)。

將200kg試驗用磨料放在一間專門設(shè)計的密閉試驗室內(nèi)進行試驗，保證試驗過程中磨料和試驗生成物不會減少。噴砂機內(nèi)磨料完全噴出，結(jié)束第一次試驗。將試驗室內(nèi)的磨料和試驗生成物全部收集起來再進行第二次試驗。相同試驗進行10次，將不同顆粒大小的磨料分離出來，試驗結(jié)果見表3。

表3 消耗性試驗

由表3可見，不同種類的磨料品質(zhì)差異也很大，鋼砂的消耗量比鋼丸高出3倍左右。其實從各種金屬磨料的狀態(tài)分析，試驗結(jié)果是很顯然的。軸承合金鋼砂組織狀態(tài)為煅態(tài)，機械性能高，棱角形，耐磨性好；鑄鋼砂為鑄態(tài)，帶有球形面，密度低下；而回爐處理的鋼砂，由于在破碎過程中擠壓而在內(nèi)部形成許多微裂紋，回爐鋼砂內(nèi)部實際含有雜質(zhì)相對較多，都將使得它的機械性能大大降低而易破碎。對照PSPC標準規(guī)范要求，從清潔成本以及達到表面清潔效果看，應(yīng)該選擇鋼丸。從粗糙度要求考慮，鋼砂又優(yōu)于鋼丸。因此，在砂房配置鋼砂過程中合理的鋼砂、鋼丸比更加重要。

4 結(jié)論

1)磨料的種類對噴砂清理成本和質(zhì)量的影響很大，PSPC專用磨料的選擇對該標準完成至關(guān)重要。

2)應(yīng)該選擇品質(zhì)好的磨料，不能只看價格，只有好品質(zhì)磨料才能從長遠角度降低清潔成本。

3)提高噴砂清理效率、降低成本的有效方法有以下幾點[3]。

① 選擇合適、優(yōu)性能的噴砂工具。

② 保證足夠的壓縮空氣和通風(fēng)除塵效果。

③ 選擇機械性能好的合金鋼砂。

④ 提高工人和管理人員的整體素質(zhì)。

[1] 沈國良.磨料選擇和鋼結(jié)構(gòu)噴丸清理成本分析[J].分析檢測,2006,6(1):25-27.

[2] 楊清林,劉永安.鋼丸粒度對鑄件拋丸清理效率和表面粗糙度的影響[J].試驗研究,2002,31(6):10-14.

[3] 曾兆民.實用金屬防銹[M].上海:新時代出版社,1997.