Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Современное состояние условий труда в литейных цехах II
1.1. Характеристика санитарно-гигиенических условии труда и профессиональных заболеваний в литейных цехах ,..*.. II
1.2. Исследование условий труда в литейном производстве Челябинского тракторного заЕОда 14
1.2.1. Исследование микроклимата 14
1.2.2. Производственный шум І ; 16
1.2.3. Исследование состава воздуха 17
1.2.4. Исследование запыленности воздуха 18
1.2.5. Эффективность пылеудавливавдих устройств и загрязненность воздуха над территорией литейного производства . 18
1.2.6. Исследование травматизма и профессиональной заболеваемости , , . 20
1.3. Состояние научных исследований, направленных на улучшение условий труда в литейных цехах . 21
1.4. Цель и задачи исследования 31
ГЛАВА П. Оценка сшшкозоопасности литейного производства (на примере челябинских заводов тракторного и дорошых машин) ' 34
2.1, Методика исследований 34
2.2, Исследование запыленности воздуха в чугуно- и сталелитейных цехах (концентрация дали, ее дисперсный, минеральный и химический составы) , 36
2.3, Исследование заболеваемости силикозом в зависямости запыленности воздуха и стажа работа , , 54
2.4. Выводы 6?
ГЛАВА III. Тюрешеские и экспериментальные исследования интенсивности пшшобразования и пьшевыделения 69
3.1, Основные факторы, влияющие на образование шли и ее поступление в воздух рабочей зова 69
3.2, Исследование факторов, влияющих на шлесодержание формовочных песков , 71
3,2,1, Исследование исходного пылесодеркавия в формовочных песках . 71
3.2.2. Экспериментальные исследования и теоретическое обоснование фазовых превращений кремнезема в условиях литейного производства 76
3.2.3. Влияние динамического воздействия на пнлесодер-жание формовочных песков 95
3.3. Исследование влияния технологических и микро
климатических факторов на процесс шлевнделений 99
3.3.1. Методика исследований 101
3.3.2, Результаты исследовании 103
3.4. Выводы...;...,.. 108
ГЛАВА ІУ. Разработка методов сншшшя запыленности воздуха в литейном производстве 110
4.1. Применение электрофизического способа обработки
леска для снижения пылесодержания .;.; НО
4.1.1. Теоретическое обоснование возможности отделения пылевидных фракции песка путем электрической сепарации НО
4.1.2. Экспериментальная и промышленная установки для сепарации песка, методика и результаты исследований ,- 126
4.2. Исследование возыокности СНИЕЄНИЯ силикозоопас-НОСЇИ шли путем замены кварцевых песков оливи-новыми 132
4.3. Совершенствование средств очистки воздуха от мелкодисперсной кварцевой шли 136
4.3.1. Разработка конструкции электрофильтра ІЗЙ
4.3.2. Разработка экспериментальной установки электрофильтра, методика и результаты исследований 138
4.4. Рекомендации по практическому использованию полученных в работе результатов исследования 146
4.5. Выводы.; 149
5.1. Методика определения санитарно-гигиенического, социального и экономического эффектов проведения противошлевых мероприятий 152
5.2. Результаты определения социального и экономического эффектов от внедрения предлагаемых
средств борьбы с пылью 154
5.3. Выводы... * . 158
Заключение ... 159
Список основной использованной литературы
- Исследование условий труда в литейном производстве Челябинского тракторного заЕОда
- Исследование запыленности воздуха в чугуно- и сталелитейных цехах (концентрация дали, ее дисперсный, минеральный и химический составы)
- Исследование факторов, влияющих на шлесодержание формовочных песков
- Теоретическое обоснование возможности отделения пылевидных фракции песка путем электрической сепарации
Введение к работе
Улучшение и оздоровление условий труда, устранение причин травматизма и профессиональных заболеваний рассматривается в Советском Союзе как государственная задача. Забота государства об улучшении условий и совершенствовании охраны труда рабочего человека нашла всестороннее отражение во многих статьях новой Конституции СССР, С кавдым годом растут государственные ассигнования на улучшение условий и охраны труда. В результате осуществления комплекса мероприятий, направленных на эти цели, во всех отраслях народного хозяйства снижается количество несчастных случаев и профессиональных заболеваний. Только за девятую пятилетку производственный травматизм в стране снижен на 15 %9 а уровень профессиональной заболеваемости - на 24 %. На осуществление комплексных планов улучшения условий и охраны труда и санитарно-оздоровительных мероприятий, впервые разработанных по единой методике, утвержденной Госпланом СССР, Госкомтруда СССР и ВЦСПС, в десятой пятилетке затрачено 25 миллиардов рублей. За годы десятой пятилетки с^чаи производственного травматизма сократились еще на 24 %f а профессиональных заболеваний -на 23 %.
В основных направлениях экономического и социального развитая СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года [l^| намечено предусмотреть создание наиболее благоприятных условий для высокопроизводительного труда. В литейном производстве,где занято свыше 600 тысяч рабочих, производительность труда должна повыситься на 31-35 %> С целью охраны атмосферного воздуха намечено увеличить выпуск высокоэффективных газопылеулавливаицих
аппаратов. Общие расходы на охрану труда и атмосферы планируется увеличить в полтора раза.
Несмотря на значительную работу по улучшению условий и охраны труда, проделанную за последние годы, в литейных цехах большинства машиностроительных заводов все еще приходится сталкиваться со случаями производственного травматизма и профессиональных заболеваний, особенно силикозом.
Заболевание силикозом является одним из наиболее распространенных в литейных цехах машиностроительных и металлургических заводов, а также в горнорудной и угольной промышленности. Ущерб в связи с каждым случаем заболевания силикозом, возникающим на медных рудниках, составляет около 7000 рублей [й] *
В настоящее время 80 % отливок изготавливается в песчаных формах разового пользования, В дальнейшем преимущественное количество отливок будет также изготавливаться в совершенствующихся разовых формах Гз] . Применение разовых песчаных форм приводит к значительной запыленности воздуха в процессе приготовления формовочной смеси, при выбивке, обрубке отливок. Борьба с пылью ведется в основном лишь после ее образования и выделения в воздух, то есть в направлении герметизации технологического оборудования, создания рациональных схем вентиляции, отсоса, увлажнения и очистки загрязненного воздуха, совершенствования индивидуальных средств защиты органов дыхания. Однако мелкодисперсная пыль (до 10 мкм), представляющая наибольшую опасность для организма работающего, недостаточно эффективно задерживается в респираторах и улавливается очистными установками. Такая пыль вторично попадает в производственные помещения - через систему приточной вентиляции.
Для решения проблеш уменьшения запыленности воздуха на рабочих местах необходимо применить комплексный подход, то есть сочетать способы борьбы с пылью на этапах ее образования, выделения, улавливания еытяшшми устройствами и очистки воздуха перед выбросом в атмосферу. В июне 1980 года принят Закон СССР "Об охране атмосферного воздуха1', который онязывает предприятия усилить меры по уменьшению вредных ЕЫбросов в атмосферу. Отсюда борьба с пылеобразованием в источнике возникновения:, установление путей уменьшения пылевыделевий, а также разработка эффективных средств очистки воздуха являются ванными задачами в области оздоровления условий труда в литейных цехах.
Анализ литературных данных показал, что е производстве строительных материалов, в металлургии, в горнорудной и угольной прошшленности борьбе с пылью посвящено большое количество научных исследований, В то ке время многие вопросы, связанные с образованием и выделением пыли, с уменьшением запыленности воздуха при изготовлении отливок в машиностроении, изучены и решены недостаточно или не изучены и не решены совсем* К ним относятся:
механизм пылеобразования и выделения пыли, а также способы регулирования этими цроиессами на основных технологических операциях изготовления отливок;
- методы сникения пылеобразования при подготовке формовочных материалов, приготовлении смесей, выбивке форм, обрубке и очистке отливок, а такж,е уменьшении силикозоопасности выделяющейся пыли;
— совершенствование очистки воздуха от мелкодисперсной литейной пыли перед выбросом его в атмосферу.
Проблема сикненин запыленности воздуха в литейном производстве до предельно допустимой концентрации остается нерешенной. В связи с изложенным на защиту выносятся:
Результаты исследований параметров запыленности воздуха в чугуно-и сталелитейных цехах,
Результаты исследований степени зависимости заболеваемости силикозом от запыленности воздуха и стажа работы,
Результаты исследований по раскрытию механизма дылеобра-эования в зернах кремнезема пооле заливки формы металлом,
Результаты исследований зависимости процесса шлевыделе-ний от технологических и микроклиматических условий.
Результаты исследований по содерканию пыли, образующейся вследствие механического действия на формовочный песок.
Способ и режимы обеспыливания формовочных песков.
Конструкция электрофильтра.
Диссерташш состоит из пяти глав.
В первой глаье рассмотрено современное состояние условий труда и научных исследований, направленных ва их улучшение в литейных цехах, определена цель работы и сформулированы задачи исследований.
Во второй главе описана методика и изложены результаты исследований концентрации шли, ее дисперсного, минерального и химического составов. Это позволило определить еиликозоопасность технологических операций и предположить причины ее различия для дальнейшего раскрытия механизма шлеобразования. Выявлена степень зависимости заболеваемости силикозом от запыленности воздуха и стака работы, что позволяет прогнозировать уровень заболеваемости.
В третьей главе освещены теоретические и экспериментальные исследования интенсивности преобразования и пылевыделения. Раскрыт механизм пндеобразования б формовочных песках, заключающийся в разрушении его зерен вследствие полиморфных превращений кремнезема после нагрева. Установлена роль метакристобалита как адсорбента вредных элементов, диффундирующих из расплавленного металла, и как их носителя в кремнеземистой шли. Теоретический анализ и экспериментальные исследования по кинетике полиморфных превращений показали зависимость отих превращений от температуры и длительности нагрева формовочного песка и размера его зерен. Описаны методики, по которым экспериментально определены исходное и приобретенное пылееодержання песков, а такие зависимость пылевыделений от шлесодержания и влажности песка, от влажности и скорости движения воздуха. Полученные результаты послужили основой для разработки методов снижения силикозоопасности в литейном производстве.
Четвертая глава посвящена разработке мероприятий по борьбе с пылью. Теоретические, экспериментальные и прошшленные исследования метода обеспыливания формовочных песков путем электросепарации показали возможность уменьшения запыленности как при непосредственном шлевыделенин из исходного песка, так и за счет предотвращения измельчения леска при нагреве, которое усиливается для зерен малых размеров. По результатам экспериментальных исследований показана целесообразность использования песков, сохраняющих фазовую стабильность при нагреве.
Описана конструкция электрофильтра для эффективной высокопроизводительной очистки воздуха, от мелкодисперсной литейной шли.
В пятой главе приведены методика и результати определения санитарно-гигиенического, сошіального и экономического эффектов противодылевых мероприятий.
На Павлодарском тракторном заводе им. В,И.Ленина внедрен способ обеспыливания песка перед подачей его е производство с помощью электросепаратора , что привело к уменьшению пылевидных фракций (частий размером менее 50 мкм) в формовочном песке в 2-7 раз. Запыленность воздуха уменьшилась до предельно допустимой концентрации на рабочих местах зеыледелов, формовщиков и стерженщиков. Внедрение инженерно-организационных мероприятий на Челябинском тракторном заводе им. В.И.Ленина уменьшало запыленность воздуха в среднем на 10 %л Суммарный экономический эффект составил около 50 тысяч рублей в год.
Работа выполнена на кафедре охраны труда Челябинского политехнического института им. Ленинского комсомола.
Основная часть материалов, изложенных в диссертации, опубликована в открытой печати (15 статей), защищена авторским свидетельством, а также докладывалась на всесоюзных, республиканских и областных конференциях.
Г Л А 13 А I
современное состапш уожміі труда и лмтіліх
І.І. ларактеристика санитарно-гигиенических условий труда л профессиональных заболеваний в литейных цехах
Сущность литерного производства сводится к получению разнообразных отливок пз расплавленного металла путем заливки его преимущественно "? разрушаемые земляные формы, в меньшей степени - е металлические (кокиль)я оболочковые и т.д. Основными . процессами в литейном производстве яеляются подготовка шихты и добавок, загрузка их в плавильные лечи, планка металла, выпуск металла и заливка в формы, подготовка формовочной и стер-пневой смесей, приготовление форм и стержней, выбивка отливок из форм, обрубка и очистка литья, его термообработка, заварка брака, окраска.
К неблагоприятным факторам в литошюм производстве относятся: пыль, высокая температура воздуха, лучистая энергия, токсические газы, шум и вибрапия. Степень выраженности воздействия перечисленных факторов при различных технологических процессах изготовления отливок неодинакова.
ІЗ литейном производстве сдвой пз основных производственных вредностей является запыленность воздуха* Большинство операций изготовления отливок сопровождаемся выделением пили, концентрация которой в несколько раз превышает предельно допустимую. К таким операциям относятся, в частности, просеивание песка и от-
работанной смеси, приготовление формовочной смени, выбивка отливок из форм и их очистка [4J . Обследование состояния воз-душной среды в 28 основных литейных пехах предприятий Министерства тракторного и сельскохозяйственного машиностроения СССР показало, что на плавильних участках ряда литейных пехот? ссдер-/канпе пыли в 20-30 раз превышает предельно допустише концентрации, на формовочных участках - я 100, на стерневых - в І2-Ї5 раз [б] . В зоне дыхания рабочего доля частиц с размером до I мкм составляет около 80 % Гб1 .
Зоздуиная среда литейных цехов загрязнена комплексом газообразных химических веществ: окисью углерода, акролеином, непредельными углеводородами, фенолом, формальдегидом, окислами азота, озоном [?] Например, конпентрешш окиси углерода на основных пропзводствешшх участках в 2-8 раз висте нормы [б] , Ышфоклимат::ческие условия характеризуются неблагоприятными параметрами (высокая температура и воздействие лучистого тепла) при плавке и заливко металла. Б меньшей степени оказывает влияние на микроклимат сушка степеней и форм и выбивка остывающих отливок. Производственный шум и в::браппя характерны для формовочных, сбрубшх и очистных отделений. Очистные барабаны создают шум до 90-100 дб, выбивные решетки - до 86-90 дБ.
Из-за отсутствия герметизапии меищу отделениями перечисленные вредности распространяются по зданию и оказывают влияние б той пли иной степени на всех рабочих литейного производства. Исследованиями соеєтсхшх и зарубежных специалистов установлено m , что рабочие литейных цехов за восьмичасовую смену затрачивают более 2000 ккал энергии. Ото в несколько раз больше энергии, которая расходуется рабочими механообрабатыва-
ющих иехов. Таким образом, тя&эль;й физический і рул я литейном производстве сочетается с неблагоприятными саиггтарно-гигисни-ческшш условиями, что обусловливает различные профессиональ-ные заболевания. Согласно данные [б] , в литейных исхах Горь-ковского автомобильного завода на пылевые болезни приходится 56,7 %, на вибрационную болезнь - 20,5 и на хронические бронхи: ты - 14,6 % от -всех профессиональных заболеваний.
При длительное ид-іхашти запыленного воздуха у работающих возникает профессиональное заболевание легких - силикоз, являющееся одним из разновидностей пневмокоииоза. Во многих странах мира это заболевание остается самым распространенным. Анализ материалов профессиональной заболеваемости в СССР [э] по-казняаот, что в 1975 году на долю ппевмокоииозов приходилось 27,7 %9 Причем с годами не всегда происходит снижение заболеваний. Так, в Италии [ю] в 1965 году выявлено 22318, а в 1974 роду зафиксировано 30799 заболеваний. Незначительное уменьшение случаев возникновения пневмокониозов за пять лет 1972 -IS77 гг.) отмечено в ФРГ (с 1122 до 1027). Смертность от пнев-мокониозов за тот ;:;е период уменьшилась в чЯТ с 2136 до 1777 случаев, а в Великобритании с 714 до 615 [ill , По данным страховых объединении р^ботаЕЭДих, в IS75 году число пенсий, выплз-чиваешх больным силикозом в ФРГ составило 3577Э, или 49,8 % от общего числа пенсий для страдающих профессиональными заболеваниями [l2] . В ГДР среда профессиональных заболеваний органов дыхания силикоз имеет наибольший удельный вес ( 66,4 %), Так, за I969-IS75 годы зарегистрировано 5475 случаев заболевании силикозом [із] .
В литейных цехах действие кварцевой пъ'ли на органист человека различно. Многие авторы отмечают, что в цехах стального литья это действие значительно сильнее, чем в чугунолитейных 4, 141 . Средний стаж работа до заболевания составляет: у тоннельщиков - 6 лет, у обрубщиков - 12,7 года, у выбнвщиков - 13,2» у эемледелоЕ - 13,8, у формовщиков - 13,2, у стерженщиков -21,7 года [4, 14] .
Таким образом, согласно литературным данным, в чшітейном производстве многие параметры условий труда не соответствуют нормативным значениям, особенно запыленность воздуха. Наиболее распространенным профессиональным заболеванием среда рабочих литейных иехов является силикоз.
1,2, Исследование условий труда в ллтейном производстве Челябинского тракторного завода
Исследование вредных факторов, влияющих па условия труда, проведено нами не Челябинском тракторном заводе (ЧТЗ) в чугупо-п сталелитейных иехах,
1,2.1. Исследование микроклимата
При исследовании параметров микроклимата использована следующие приборы:
1. Термометр лабораторный - для измерения температуры воз
духа.
Гигрометр - для измерения относительней влажности воздуха.
Анемометр тепловоз - для измерения скорости движения
воздуха менее 0,3 м/с.
4. Анемометр крыльчатъзм - для измерения скорости движения воздуха более 0,3 м/с.
Результата исследования и допустимые значения параметров микроклимата по ГОСТу 12.1,005-78 [іб] , с учетом категории т-полняемых работ по тяжести, приведенії в табл. 1-І.
Таблица ІЛ. },йкрок:шмат на основных рабочих местах литейного производства ЧТЗ
ПРИМЕЧАНИЕ: В этой и последующих таблхаах раздела приведены усредненные значения измеряемых величин в числителе - для чугунолитейных, а в знаменателе -для сталелитеііпкх цехов.
Анализ табл. ІЛ. показывает, 1по параметры ликроклншта на рабочих местах в осноеном соответствуют допустишь значениям.
1,2.2. Производственный шум
Исследование шума производили с помоцью прибора PS3 20.2.00001 фнрш RFT (ГДР).
Результаты исследования шума и допустимые значения уровня звукового дарения по ГОСТу 12.1.003-76 |isj приведень: в
табл. 1,2.
Таблгша 1.2.
Уровень звукового давления на осноешх рабочих
местах литейного производства ЧТЗ
Анализ табл. 1.2 показывает, что туп на фор:ловке, шбпв-ке п обрубке отливок превышает допустимые уровни.
Ї.2.З. Исследование состава воздуха
Содержание окиси углерода, формальдегида т: фенола в возду-хе рабочих мест определяли в соответствии с |I7j . Результаты исоледованин приведеш в табл. 1.3.
Таблица 1.3
Содернан::е основных вредных газов в воздухе литейного производства ЧТЗ
Из табл. 1.3 следует, что содержание окиси углерода выше предельно допустимой коноентрашш при изготовлении стержней, Н заливке, а формальдегида и фенола - при смессприготсвленгш, па
сооршЕке, при изготовлении стер;:-пей :: па залшже*
1.2,4. Исследование запыленности воздуха
Концентрация пыли в воздухе чугуио- и сталелитейных пехсв определялась стандартним еєсовим методом по ГОСТу 12.І.005-7Є Гіо] . Результати исследования представлена в табл. 1.4.
Таблица 1.4
концентрация шли на основних раиочих .местах литейного плопзеодстез ЧТЗ
Анализ табл. 1.4 показывает, что на всех рабочих местах запыленность Еоздуха в 10 раз и более ?лте предельно допустимой концентрации.
1.2.5, Эффективность пылеулавливающих устройств и загрязненность воздуха над территорией литейного производства
Запыленность з литейных иэхах являемся следствием пе только пылсвыделеиия от внутренних источников. Мелкодисперсная пыль, характерная для: литейного производства, недостаточно эффективно задерживается очистными установками. Замеры, произведенные па
Челябинских заводах тракторном и доро&ных машин показали, что степень очистки Еоадуха о помощью циклонов колеблется от 40 до 70 /Ї, Количество выбрасываемой в атмосферу пыли часто превышает 100 мг/м3 (см. табл. 1.5).
Таблица 1.5 Количество пыли, выбрасываемой в атмосферу
Рабочие места» от которых производится аспирация
Производительность вытяшюй вентиляции,
м3/ч
Запыленность воздуха,выбрасываемого в атмосферу после очистки, мг/м3
Количество выбрасываемой в атмосферу шли, кг/ч
Смвседриг отопление
Обрубка и очистка
Выбивка
hi 7,0
6,9
1Л 3,4
Всего: 34,9 кг/ч
Около 60 % выбрасываемой пыли имеет размер до 5 мкм. Загрязнение атмосферы на промышленных площадках приводит к вторичному попаданию пыли в производственные помещения через систему приточной вентиляции, а также через неорганизованный воздухообмен, особенно в летний период. Концентрация шли в зоне забора воздуха системой приточной вентиляции едва достигает нормативного значения для производственных помещений (2 мг/м3), вследствие чего приточная вентиляция не обеспечивает желаемого освежения воздуха на рабочих местах. Поэтому очистка воздуха от литейной шли с помощью циклонов эффективна лишь в качестве первой ступени.
I.2.6, Исследование травматизма и профессиональной
заболеваемости
Исследование произведено на осноєе статистических данных за пять лет (1975-1979 гг.) о несчастных случаях и профессиональных заболеваниях. Средние величины коэффициентов частоты и тяжести несчастных случаев, происшедших за год, а также распределение профессиональных заболеваний по их разновидностям представлены в табл. 1.6.
Таблица 1.6. Показатели травматизма и профессиональные заболевания в литейном производстве ЧТЗ
Вследствие неблагоприятных условий труда в литейном производстве показатели травматизма, приведенные в табл. 1.6, выше, чем в других цехах завода. Наибольший удельный вес у рабочих составляют профессиональные заболевания, связанные с воздействием шли.
1,3, Состояние научных исследований, направленных на улучшение условий труда в литейных цехах
Улучшение условий труда в литейных цехах осуществляется:
X. Воздействием на источник возникновения шли, вредных газов, шума, вибрации. Так, организованное дожигание и очистка газов, отходящих от плавильных печей и сушильных агрегатов снижают содержание окиси углерода до предельно допустимой концентрации [їв] , Уменьшение свободного формальдегида, фенола в воздухе достигается различными добавками к связующим - мочевины, аммиачной воды, аминоэдоксидной смолы. Расход феноло-форыальдегидной, фенодо-фуравовой смол сокращается за счет модифицирования их силанами [19J , Для уменьшения шума при изготовлении литейных форм рекомендуется высокоскоростное прессование. Снижение шума от очистных (галтовочных) барабанов достигается установкой резиновых прокладок или изолирующих оболочек [20І ,' Црименение нового' метода изготовления форм из сыпучих песков, упрочняемых перепадом давления воздуха, почти полностью исключает шум в зеылеприготовительном, формовочном, выбивном и обрубном отделениях І7І . Использование новой техники (литье под давлением) приводит к ликвидации работ с формовочной землей.' Применение химических методов очистки литья исключает операции, связанные с пылеобразованием,
2, Изоляцией от рабочих мест источника вредных выделений.
На состояние воздушной среды большое влияние оказывает етепень изоляции технологического оборудования: литейных кон-
вейеров в местах разлива металла в формы, выбивных устройств, смесителей, мест пересыпки в системах ленточных транспортеров, подающих отработанные формовочные смеси, горизонтальных и вертикальных конвейерных сушил в зонах сушки стержней. Так, при наличии на выбивных решетках только бортовых отсосов с производительностью вентиляционной системы 17000 м3/ч концентрация пыли е воздухе рабочего места в 28 раз выше предельно допустимой концентрации [51 . При полном укрытии выбивных решеток и производительности вентиляционной системы 33200 м3/ч отношение запыленности воздуха к предельно допустимой концентрации уменьшается до трех.
3. Удалением'из рабочей зовы загрязненного воздуха и последующей очисткой его перед выбросом в атмосферу.
К одному из основных мероприятий улучшения условий труда относится обеспыливание воздуха в литейных цехах. Это является сложной проблемой, включающей в себя, наряду с техническими вопросами, гигиеническую оценку свойсте пыли, содержащих двуокись кремния, а также особенности ее действия на организм. Решенишданной проблемы занимаются инженеры, медики, гигиенисты.
Уменьшение запыленности воздуха относится к инженерный задачам и достигается в ряде случаев применением прогрессивной технологии: электрогидравлической вы6иеки стержней, гидравлической, электрогидравлической и электрохимической очистки отливок І2І] , использованием электродуговой резки прибылей вместо обработки отливок пневматическим инструментом и др.
Инженерные разработки, направленные на борьбу с выделением пыли в воздух рабочей зоны, сводятся в основном к герметизации оборудования* Так, в земледриготовительных отделениях использование смесителей закрытого типа с централизованной системой раздачи сыпучих материалов с помощью пневмотранспорта в процессах приготовления формовочных и стеркневых смесей позволило значительно снизить содержание пыли [21] . К недостаткам пневмотранспорта относятся Еысояая энергоемкость, а также увеличение мелкой фракции пыли вследствие боя песка, что ухудшает качество смеси. Установлено, что подача песка со скоростью до 79 м/с приводит к приросту мелкой фракции до 13 % [22] . При наличии мощных источников пылеобразования возможность герметизации ограничивается еысокой динамичностью технологических процессов и выделением мелкодисперсной пыли. Для большинства технологических операций (формовка, заливка, выбивка, очистка отливок) рациональные способы предупреждения шлевыделений все еще не найдены, а применяемые - малоэффективны.
Технологический процесс в литейном производстве предусматривает использование высококачественных кварцевых песков со стабильными технологическими свойствами, получаемых обогащением природных песков [23 ] # По ГОСТу 2138-74 [24] содеркавие глинистой составляющей (частиц с размером менее 22 мкм) в обогащенных кварцевых песках класса 06IK не должно превышать 0,2; класса 062К - 0,5 и класса ОбЗК - I %. В ближайшие годы объем . производства таких песков намечено существенно увеличить [25І Применение обогащенных песков вероятнее всего в определенной степени снизит запыленность воздуха. Однако работы, связанные с исследованием влияния обогащения песков на запыленность воз-
духа, Е литературе отсутствуют.
Существуют различные метода улучшения фракционного состава песка и уменьшения пылевидных частиц. К ним, в частности, относятся гидрообработка и сепарация. Отмечают некоторое снижение шлеЕлдных частиц после обработки песка в кипящем слое [2б] . При этом возможна очистка поверхности частиц песка, но в весьма ограниченных пределах, так как повышение скоростей, связанное с увеличением подачи газа, снинает коэффициент полезного действия установки.
В цементной промышленности имеется практика обеспыливания зернистых материалоЕ путем удаления из них пылящих фракций воздушной сепарацией Г27І . Это улучшает некоторые технологические свойства материалов: сыпучесть и газопроницаемость. Наряду с положительными сторонами такой способ обеспыливания приводит к существенной потере более крупных фракций, так как из потока материала удаляются частицы размером до 500 мкм.
Кроме указанных мер, для очистки воздуха применяют также подавление шли водой [зв] , воздушно-механической пеной [29, 30, 31J . Эти меры приводят к значительному снижению запыленности воздуха, но требуют большого количества установок.
Для разработки эффективных способов снижения запыленности воздуха необходимо знать факторы, влияющие на образование пыли и ее выделение в воздух. Исследованиями, проведенными при производстве строительных материалов, в металлургии, в горнорудной и угольной промышленности, установлено, что на пылевы-деление влияют прежде всего крупность, влажность, прочность, трещиноватость продуктов измельчения [32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 411 , тип и производительность оборудования |39,
42, 43 J , направление и скорость потоков [39, 42 J . Отмечается, что увлажнение пылящих материалов снижает интенсивность пылевыделения в интервале увлажнения от ОД до 1,5 % [Зб] , дальнейшее увлажнение изменяет пылевыделение незначительно, В работе [40] указывается, что яри изменении относительной влажности воздуха от 50 до 95 % запыленность воздуха уменьшается в пять раз.
В указанных работах для характеристики процессов, приводящих к запыленности воздуха, Еведены понятия: интенсивность пыле-образования, пылеобразующая способность, удельные пылевыделения и получены ряд закономерностей [44] . Использование этих закономерностей для изучения процессов, приводящих к запыленности воздуха в литейном производстве, не представляется возможным ввиду специфических особенностей производственных процессов и физико-химических свойств пыли. Следует также отметить, что научные исследования процессов пылеобразования и пылевыделения при подготовке формовочных материалов, приготовлении смесей, на заливке, выбивке, обрубке отливок практически отсутствуют, В имеющихся работах [її, 33, 45] указывается лишь, что основным фактором, определяющим шление отработанных формЬвочных смесей, является высокая температура металла.
Уменьшению силикозоопасности шли способствует применение формовочных материалов с низким содержанием SiOz . К таким материалам относятся хромитовые, оливиновые пески, которые применяются EO многих странах [21, 4б] несмотря на то, что они в три раза дороже кварцевых. В нашей стране имеется несколько месторождений оливиновых песков, но разработка их пока не производится-
В отечественной [46, 47» 48] и зарубежной [49, 50, 51J литературе, посвященной использованию оливинового песка взамен кварцевого» рассматриваются в основном технологические стороны вопроса. Вывод об отсутствии силикозоопасности оливиновых песков делается лишь на то основе, что в составе их нет свободной двуокиси кремния [47J . В работе [50]отыечается значительное снижение запыленности воздуха при использовании оливиновых песков: концентрация шли в процессе приготовления формовочной смеси в бегунах уменьшается с 4,85 до 0,65 мг/м3, на формовке -с 5,0 до 0,85, на выбивке - с 6,8 до 0,7 мг/м3. Причиной снижения концентрации пыли считают то обстоятельство, что оливи-новне пески имеют более низкое (почти в два раза) по сравнению с кварцевыми песками термическое расширение, вследствие чего устраняется растрескивание зерен [si] .
Запыленность е литейных цехах образуется не только от внутренних источников. Из различных аспектов охраны окружающей природной среды самую тесную связь с производственной средой имеет защита воздушного бассейна от загрязнений [52] * Эта связь двусторонняя, так как воздушные пространства цехов предприятий и их промышленных площадок объединяются в единую аэро-и газопылединамическую систему устройствами для естественной, искусственной или смешанной вентиляции промышленных зданий. Вследствие этого загрязняющие воздух на рабочих местах Ередные вещества с вентиляционными выбросами поступают в атмосферу промышленных площадок* Загрязненный этими выбросами воздух используют для вентиляшти цехов. Такой кругооборот значительно осложняет возможность обеспечения нормального состава Еоздушной среды .на рабочих местах средствами вентиляции. Нарушение санитарно-
гигиенических требований к составу воздуха на прошшленшах площадках в местах расположения воздухозаборных устройств происходит вследствие неэффективности существующих способов очистки Еоздуха от мелкодисперсной шли. Очистка воздуха от такой пыли с помощью широко распространенных циклонов эффективна лишь е качестве первой ступени 53, 54І Так, фактическая эффективность работы пиклоное составляет 70-80 %* Особенно малый эффект дают циклоны при очистке аспирационяого воздуха от выбивных решеток, галтовочных барабанов, смесительных бегунов и перегрузочных устройств землеприготоЕительных отделений литейных цехов. Основная причина этого - высокий процент мелких (менее 5 мкм) фракций пыли j_55j . Применение циклонов ЦН-І5 НИИогаз для очистки воздуха от выбросов пыли из печей сушки песка уменьшает ее количество с 2,53 до 0,79 кг/ч, из обрубного отделения - с 564,58 до 97,46, а циклоны с обратным конусом уменьшают с 89,39 до 27,76 кг/ч. Валовые выбросы пыли после очистки воздуха с помощью одной ступени лишь по одному литейному цеху составляют 701,15 кг/ч [56] .
Эффективность осадительных камер, инерционных пылеуловителей не превышает 30-85 % [57] . Мокрые пылеочистители (трубы Вевтури) обеспечивают очистку от пыли до 90 %, но при большом расходе воды, что связано с последующей очисткой сильно загрязненных стоков [58] ,
Наиболее рациональным способом очистки воздуха, до мнению ряда авторов, является двухступенчатое обеспыливание. В качестве второй ступени очистки хорошо зарекомендовали себя электрофильтры, которые обеспечивают Еысокую степень очистки воздуха
(до 99 %) от мелкодисперсной шли (менее 10 мкм). Однако при уменьшении размера шли до I мкм, эффективность ее улавливания электрофильтром снижается на 20 % [59] Кроме того» недостатками существующих конструкций электрофильтров являются больше габариты, малая удельная производительность, сложность удаления накопившейся шли с осаднтельного электрода» отсутствие регулировки воздушных потоков, которая необходима при различных концентрациях шли и ее качествах.
Значительный интерес представляют исследования, проводимые медиками и гигиенистами, которые направлены на раскрытие механизма повреждающего действия кремнезема на легкие человека, на отыскание методов эффективного лечения силикоза.
Ряд авторов [бО, 61, 62 J считает, что в основе фиброгенно-го действия SlQz и способности ее частиц к задержке в легких и лимфоузлах лежит повреждение макрофага-цитотоксичвость. Между цитотоксичностью различных форм ScOz и степенью их фиброген-ности существует прямая связь. Химическая природа фиброгенного фактора не вияснена. Предполагав^ [бЗ, 64] , что цихотоксичность минеральных частиц связана с наличием на их поверхности химически активных центров, а особая питотоксичность SLQ& , в частности, - с наличием силаиольных групп, в первую очередь свободных. Поверхность частицы вступает с компонентами клетки в элек-троннообменные взаимодействия с образованием преимущественно водородных связей. При этом нарушается избирательная проницаемость клеточных мембран, что приводит к нарушению обменных процессов, в том числе к диффузии гидролитических ферментов из лизосом в цитоплазму. Этим и объясняется гибель пылевой клетки в легких человека.
Ранее предполагалось, что способность развития силикоза вызывалась специфическим свойством не всякой модификации кремнезема, а только кварца. Это свойство связывали с особой структурой кристаллической решетки кварца. Однако в последующие годы на опытах с животными доказано, что тяжесть и скорость развития экспериментального силикоза ниже всего как раз при воздействии кварца (по сравнению с тридимитоы и кристобалитом) I 65,66,67 , 68] . Так, при введении в культуру макрофагов мелкодисперсных взвесей ( и = 2 мкы) оказалось, что степень повреждающего действия тридимита в пять раз, а кристобалита в полтора раза более сильнее кварца. Те же авторы высказывают различные соображения о причинах неодинаковой фиброгенности модификаций кремнезема.К одной из них относят различия в коллоидных свойствах поверхное** ти кремнезема: коллоидная пленка на поверхности одних частиц оказывается более плотной, чем на других I61J . Авторы работы Г69І связывают особую активность поверхности тридимита и кристобалита с особенностями строения кристаллов, что имеет значение как для растворимости, так и для реакций, протекающих на поверхности кристаллов в биологической среде.
В работах 70,71 опытным путем доказано, что биологическое действие кварца может быть весьма различным в зависимости от его происхождения, характера размельчения и обработки. Кварцевая пыль наиболее активна сразу после образования [4, 14 J I Авторы I 70,71 I объясняют это различной структурой поверхности частиц пыли. Вновь образованная поверхность кварца в биологической среде покрывается двойным электрическим слоем, появление
которого приводит к переходам электронов и ионов, что вызывает изменение биохимических реакций клетки.
Авторы работ 60,72,73 придерживаются мнения, что на агрессивность пыли могут влиять механические, химические и термические воздействия, которым подвергался пылеобразующий материал, а также характер и количество примесей в кристаллической решетке и на поверхности частиц. В связи с этим выдвигаются различные пути 74,75,76,77,78 снижения силикозоопасности кремнезема зэ счет блокирования фиброгенно-активных центров поверхности кремнеземосодержащих пылей катионами металлов. Так, при адсорбции Gd(0H)z на энергетически активных местах поверхности кремнезема уменьшается его, фиброгенность, в результате чего происходит снижение повреждающего действия. Предполагают 61I, что любая металлическая примесь к кварцу, препятствуя образованию свободных силанольных групп, тормозит развитие силикоза. Установлено также, что ингибитором развития процесса являются примеси, содержащиеся в песке (частицы других минералов), которые фиксируются на поверхности зерен кварца, снижая его токсичность
[ 79,80] .
По мнению других авторов [б, 81,82,83,84 J токсические вещества, находящиеся в пыли, могут оказать существенное влияние на ускорение возникновения и развития пневмокониозов. Предполагают возможным потенцирующее действие хрома [_8lJ , меди [82 J» вольфрама и молибдена Гбз] » свинца и марганца І84І на усиление опасности силикоза и отягощение его течения. Тормозящее влияние железа и его окиси на силикотический фиброгенез вполне возможно, но не всегда достаточно для смягчения вредного действия промышленных пылей 84 і усиленного по каким-либо иным,причиним, например, вследствие кристобалитизации кремнезема 60 -
Исследований, которые развили бы данную теорию применительно к технологии литейного производства, проведено очень мало. Так, Кутедов 68, 85 J изучал в опытах на животных действие пыли пригара стальной и чугунной отливок и пришел к выводу» что наиболее интенсивное развитие силикоза вызвала пыль стального литья. Считают, что наиболее тяжелые формы заболеваний силикозом связаны с воздействием кристобалита, составляющего большой процент в шли, образующейся дри обрубке и очистке отливок [86,87j. Причины, приводящие к появлению различной по силикозоопасвости пыли, при изготовлении чугунных и стальных отливок в указанных работах не выяснены. Отмеченная в работе Гбо]особая агрессивность тридимита не объясняет факта преимущественного заболевания силикозом в сталелитейных цехах по сравнению с чугунолитейными, в которых образование тридимита также вполне возмошзо.
При исследовании запыленности воздушной среда исследуются, как правило, концентрация пыли, стедень ее дисперсности, содержание SLOz. Вопросы минерального и химического составов пыли, характеризующих ее силикозопасность на различных этапах изготовления отливок, в литературе освещены недостаточно.
Из изложенного следует, что проблема уменьшения запыленности воздуха в литейных цехах до предельно допустимой концентрации остается не решенной, в результате чего заболеваемость силикозом является одним из наиболее распространенных профессиональных заболеваний,
1.4, Цель и задачи исследования
Обзор опубликованных работ, посвященных характеристике условий труда в литейном производстве, а также проведенное нами
3'2
исследование условий труда в чугуно- и сталелитейных цехах Челябинского тракторного завода» позволили сделать вывод, что наиболее неблагоприятным фактором условий труда в литейном производстве является высокая закаленность воздуха на всех рабочих местах.
Анализ опубликованных работ, посвященных теории и практике борьбы с пылью, позволил выявить малоизученные и совсем не изученные аспекте рассматриваемой проблемы применительно к современным условиям литейного производства. В частности;
а) не установлен механизм дылеобразования в формовочном
песке при различных воздействиях на него, характерных для ли
тейного производства;
б) не изучены факторы, определяющие процесс лылевыделений
на основных этапах изготовления отливок;
в) недостаточно разработаны методы уменьшения количества
пылевидных частиц в формовочном песке;
г) не исследованы методы снижения силикозоопасности выде
ляющейся пыли;
д) устройства для очистки воздуха перед выбросом его в ат
мосферу, применяемые в литейном производстве, не обеспечивают
необходимую степень очистки.
Исследованию указанных вопросов, играющих первостепенную роль при разработке способов защиты от силикоза, посвящена данная работа.
Целью работы яеляєтся снижение запыленности воздуха в производственных помещениях и в атмосфере путем исследования механизма пылеобразования и совершенствования средств и методов борьбы с пылью в литейном производстве. Для достижения постав-
ленной цели необходимо решить следующие задачи;
Установить наиболее силикозоопасвае технологические операции на основе анализа заболеваемости силикозов и исследования; запыленности воздуха на рабочих местах;
Исследовать процессы образования и выделения шли на наиболее силикозоодасных этапах изготовления отливок;
Изучить влияние на шле образование фазовых превращений при нагреве песка, фазового состава песка и возможности его ре-гулирования;
Исследовать способ электросепаратш леска с целью отделения пылевидных частиц перед подачей песка в производство;
Исследовать уменьшение силикозоопасности пыли при замене кварцевого песка оливиновым;
Разработать конструкцию электрофильтра для эффективной высокопроизводительной очистки воздуха от мелкодисперсной пыли.
Исследование условий труда в литейном производстве Челябинского тракторного заЕОда
Исследование вредных факторов, влияющих па условия труда, проведено нами НЕ Челябинском тракторном заводе (ЧТЗ) в чугупо-п сталелитейных иехах,
При исследовании параметров микроклимата использована следующие приборы: 1. Термометр лабораторный - для измерения температуры воз духа. 2. Гигрометр - для измерения относительней влажности воздуха. 3. Анемометр тепловоз - для измерения скорости движения воздуха менее 0,3 м/с. 4. Анемометр крыльчатъзм - для измерения скорости движения воздуха более 0,3 м/с.
Результата исследования и допустимые значения параметров микроклимата по ГОСТу 12.1,005-78 [іб] , с учетом категории т-полняемых работ по тяжести, приведенії В табл. 1-І.
Анализ табл. ІЛ. показывает, 1по параметры ликроклншта на рабочих местах в ОСНОЕНОМ соответствуют допустишь значениям.
Производственный шум Исследование шума производили с помоцью прибора PS3 20.2.00001 фнрш RFT (ГДР). Результаты исследования шума и допустимые значения уровня звукового дарения по ГОСТу 12.1.003-76 isj приведень: в табл. 1,2.
Исследование произведено на осноєе статистических данных за пять лет (1975-1979 гг.) о несчастных случаях и профессиональных заболеваниях. Средние величины коэффициентов частоты и тяжести несчастных случаев, происшедших за год, а также распределение профессиональных заболеваний по их разновидностям представлены в табл. 1.6.
Вследствие неблагоприятных условий труда в литейном производстве показатели травматизма, приведенные в табл. 1.6, выше, чем в других цехах завода. Наибольший удельный вес у рабочих составляют профессиональные заболевания, связанные с воздействием шли.
Улучшение условий труда в литейных цехах осуществляется: X. Воздействием на источник возникновения шли, вредных газов, шума, вибрации. Так, организованное дожигание и очистка газов, отходящих от плавильных печей и сушильных агрегатов снижают содержание окиси углерода до предельно допустимой концентрации [їв] , Уменьшение свободного формальдегида, фенола в воздухе достигается различными добавками к связующим - мочевины, аммиачной воды, аминоэдоксидной смолы. Расход феноло-форыальдегидной, фенодо-фуравовой смол сокращается за счет модифицирования их силанами [19J , Для уменьшения шума при изготовлении литейных форм рекомендуется высокоскоростное прессование. Снижение шума от очистных (галтовочных) барабанов достигается установкой резиновых прокладок или изолирующих оболочек [20І , Црименение нового метода изготовления форм из сыпучих песков, упрочняемых перепадом давления воздуха, почти полностью исключает шум в зеылеприготовительном, формовочном, выбивном и обрубном отделениях І7І . Использование новой техники (литье под давлением) приводит к ликвидации работ с формовочной землей. Применение химических методов очистки литья исключает операции, связанные с пылеобразованием, 2, Изоляцией от рабочих мест источника вредных выделений.
На состояние воздушной среды большое влияние оказывает етепень изоляции технологического оборудования: литейных кон вейеров в местах разлива металла в формы, выбивных устройств, смесителей, мест пересыпки в системах ленточных транспортеров, подающих отработанные формовочные смеси, горизонтальных и вертикальных конвейерных сушил в зонах сушки стержней. Так, при наличии на выбивных решетках только бортовых отсосов с производительностью вентиляционной системы 17000 м3/ч концентрация пыли Е воздухе рабочего места в 28 раз выше предельно допустимой концентрации [51 . При полном укрытии выбивных решеток и производительности вентиляционной системы 33200 м3/ч отношение запыленности воздуха к предельно допустимой концентрации уменьшается до трех.
3. Удалением из рабочей зовы загрязненного воздуха и последующей очисткой его перед выбросом в атмосферу.
К одному из основных мероприятий улучшения условий труда относится обеспыливание воздуха в литейных цехах. Это является сложной проблемой, включающей в себя, наряду с техническими вопросами, гигиеническую оценку СВОЙСТЕ пыли, содержащих двуокись кремния, а также особенности ее действия на организм. Решенишданной проблемы занимаются инженеры, медики, гигиенисты.
Уменьшение запыленности воздуха относится к инженерный задачам и достигается в ряде случаев применением прогрессивной технологии: электрогидравлической ВЫ6ИЕКИ стержней, гидравлической, электрогидравлической и электрохимической очистки отливок І2І] , использованием электродуговой резки прибылей вместо обработки отливок пневматическим инструментом и др.
Исследование запыленности воздуха в чугуно- и сталелитейных цехах (концентрация дали, ее дисперсный, минеральный и химический составы)
Весовая концентрация пыли в воздухе является основным, но не единственным показателем, который характеризует запыленность и влияет на заболеваемость силикозом. Результаты исследования концентрации пыли представлены в табл. 2-2. Благодаря природным защитным свойствам организма человека в его альвеолы проникает лишь около 3 % вдыхаемых пылевых частиц, в основном мелкодисперсных (менее 5 мкм). Более крупные частицы задерживаются в верхних дахательных путях и вызывают бронхиты. Дисперсный состав пыли представлен в табл. 2.3.
Содержание кремнеземе (табл. 2.2) характеризует фиброген-ную опасность пыли, а различные модификации кремнезема - степень активности этой опасности. На агрессивность пыли влияют характер и количество примесей в кристаллической решетке кремнезема и на его поверхности (табл. 2.4).
При анализе данных, представленных в таблицах 2.2, 2.3 и 2.4 целесообразно рассмотреть характер использования песка на каждой технологической операции. Привезенный песок поступает на склад, где ведется его подготовка (дробление комков, сушка, просеивание и т.д.). На операции подготовки формовочных песков наблюдается наибольшая запыленность воздуха (84-390 мг/м3). Следует отметить, что процессы здесь механизированы и не требуют постоянного присутствия рабочего в местах максимальной запыленности воздух Со склада песок доставляется в смесеприготовительные от деления стале-и чугунолитейных цехов, где он смешивается в заданной пропорции с отработанной формовочной смесью, глиной, перемешивается в сухом состоянии в течение 0,5-2 мин, после чего в смесь добавляют жидкую составляющую (воду, глинистую суспензию), перемешивание с которой длится 1-3 мин Максимальные пыле-шделения во время этой операции происходят при сухом перемешивании компонентов в бегунах, а последующее добавление жидкой составляющей подавляет выделение пыли. Следовательно, изучению процесса пылевыделения при сухом перемешивании следует уделить особое внимание, так как концентрация пыли на этой операции (табл. 2.2) значительно превышает предельно допустимую, причем в сталелитейных цехах обоих заводов она несколько выше, чем в чугунолитейных. Такое различие отмечается постоянно из года в год. Поскольку количество свежего песка в смеси в сравниваемых цехах примерно одинаково, то повышенную концентрацию пыли в сталелитейных цехах можно, вероятно, объяснить большей пылеобразу-ющей способностью отработанной формовочной смеси после изготовления стальных отливок, чем после изготовления чугунных.
С участка приготовления смесь доставляется в формовочное отделение, где формы изготавливаются либо с помощью встряхивающих или пескометных машин, либо вручную. Некоторое превышение запыленности воздуха на этих участках в сталелитейном цехе, по сравнению с чугунолитейным, можно объяснить, с одной стороны, уясе отмеченной большей пылеобразующей способностью отработанной формовочной смеси, а с другой - переносом пыли с соседних участков.
При заливке металла в форму происходит высыхание формы. Вместе с парами воды в воздух поднимаются и частицы пыли. Процесс выделения пыли здесь неинтенсивен. Концентрация пыли на заливке и в чугунолитейных и сталелитейных цехах обоих заводов примерно одинакова.
Для операции выбивки затвердевшей отливки характерно очень интенсивное пылевыделение. При разрушении формы на выбивной решетке отработанная земля падает в туннель на конвейер. Выделение пыли происходит как при ударе формы о решетку, так и при падении отработанной земли на ленту конвейера. Нужно отметить, что степень разрушения различных слоев формы неодинакова. Наружные слои разрушаются вплоть до выделения отдельных песчинок или их групп, соединенных связующим, тогда как слои, примыкающие к отливке, представляют собой спекшуюся массу. Следовало ожидать, что концентрация пыли окажется больше при выбивке стальных отливок, чем при выбивке чугунных. Однако такое предположение подтвердилось не полностью. На заводе дорожных машин они или равны, или концентрация пыли в сталелитейном цехе несколько выше, а на тракторном заводе концентрация пыли при выбивке больше в чугунолитейном цехе, чем в сталелитейном. Это объясняется тем, что вследствие большей заболеваемости работающих в сталелитейном цехе ЧТЗ силикозом, особенно среди выбивщиков и обрубщиков, здесь приняты меры по обеспыливанию на выбивке, усилена вытяжная вентиляция и др.
Исследование факторов, влияющих на шлесодержание формовочных песков
Основным источником пыли в литейных цехах являются формовочные материалы: песок, глина и другие, в которых имеются пылевидные частшы. Пески, применяемые Е литейном производстве, Е зависимости от месторождения и класса, отличаются по своему зерновому составу, а следовательно, содержание пылевидных частиц в них неодинаково. В соответствии с ГОСТом 2138-74 кварцевые пески содержат глинистую состаЕЛящую (частицы размером 22 мкм и менее) - до 2 %, а тощие - от 2 до 10 %. Доля таких частиц в песке может изменяться после некоторых воздействий. В литейном производстве характерны механические и температурные воздействия. При различных технологических операциях (пересыпка, перемещение по транспортеру, ЕЫбивка ОТЛИЕОК) указанные частицы Еыделяются из общей массы и удержиЕаются в воздухе.
Для описания процессов, приводящих к запыленности воздуха, приняты следующие понятия[і04І: Исходное пыле.содержание - доля в формовочном леске частиц, способных находиться Е воздухе ВО ЕЗБЄШЄННОМ состоянии. Приобретенное пылесодержание - доля в формовочном песке частиц, появившихся после различных воздействий и способных находиться в воздухе во взвешенном состоянии. Пылеобразование - процесс, приводящий к диспергированию частиц кремнезема. Пылевыделение - процесс, приводящий к загрязнению воздуха пылью, содержащейся в материале в исходном состоянии и приобретенной в результате его обработки. Показатель удельных пылевыделений - параметр, характеризующий процесс пылевыделений.
Для установления связи мезвду запыленностью воздуха и факторами, от которых она зависит, предположим, что в среднем масса пыли ГПц » которая удаляется в единицу времени из рассматриваемого пространства через систему вытяжной вентиляции, равна мае-се пыли ГЛП , поступающей в это же пространство при выполнении технологического процесса, то есть: m rho 3.1) где В - производительность вытяжной вентиляции, м3/с; К - концентрация пыли в удаляемом воздухе, мг/м3. В то же время thn =ПёР 3.3 где Пі - показатель удельного пылевыделенвд при выполнении определенного технологического процесса, мг/кг; р - расход формовочных материалов (песка, глины, отработанной смеси), кг/с. Приравнивая уравнения (3.2) и (3-3), получаем ТІ
При соблюдении условия (3.4} запыленность воздуха на рабочем месте должна быть равна нулю. Возрастание левой части уравнения ЕЄДЄТ к нерациональному использованию системы вентиляции. Уменьшение левой части уравнения приведет к увеличению запыленности воздуха на рабочем месте, которая определится по формуле v (піР-шг сз 5) где Z - продолжительность времени, Е течение которого запыленность воздуха непрерывно возрастает; V - объем Еоздуха в зоне распространения пыли. Таким образом, установлена взаимосвязь факторов, влияющих на запыленность воздуха Е литейных цехах. Она позволяет: 1) прогнозировать запыленность воздуха; 2) определять пути снижения запыленности воздуха.
В соответствии с вышеизложенным, под исходным пылесодерка-нием Пс0 следует понимать долю частиц в материале, способных находиться в воздухе во взвешенном состоянии. ВЗЕЄШЄВНОЄ состояние частиц одинаковой плотности зависит Е основном от двух факторов: массы пылевой частицы, а следовательно, от ее размера и скорости движения воздуха. Для того, чтобы частица пыли находилась в Еоздухе во ЕЗЕЄШЄННОМ состоянии (витала), необходимо равенство силы тяжести и силы ЕЯЗКОСТИ воздушной среды.
Скорость движения воздуха, при которой сила тяжести частицы будет уравновешиваться силой напора набегающего на нее вертикального воздушного потока, называется скоростью витания данной частицы. Аналитически это условие выражается известной формулой Ньютона; в которой G- - сила тяжести частицы; F - площадь лобового сечения частини; f - коэффициент аэродинамического сопротивления; р& - плотность воздуха; 1/е - скорость витания. Для сферической частицы: e- V F-f- : t-0,w[/05]; Mr- М&0- , где d - размер частицы; О - ускорение свободного падения; рм - плотность материала частицы. Учитывая, что плотность материала рм = 2,65»Ю3 кг/м3, а плотность воздуха f& = 1,293 кг/м3, построена кривая зависимости размера частиц, способных витать в воздухе, от скорости его движения (рис. 3.1).
Исследование частиц песка размером более 40 мям проводили стандартным ситовым методом по ГОСТу 2138-74. На верхнее сито насыпали 0,05 кг песка и подвергали его вибрации в течение 15 мин, после чего взвешивали остаток на каждом сите. Для исследования подситовых фракции песка (менее 40 мкм) использовали седиментационннй анализ с помощью метода весовых проб на приборе с подъемной пипеткой Гэо] . Результаты ситового и седи-ментационного анализов песков различных месторовдений и классов представлены в табл. 3.1.
Теоретическое обоснование возможности отделения пылевидных фракции песка путем электрической сепарации
Все частица под действием кулоновской силы будут получать ускорение. Но приобрести большую радиальную скорость удаления от поверхности барабана могут только крупные частицы, мелкие тормозятся силой трения о воздух.
Отношение кулоновской силы (формула 4,23) к силе тяжести (формула 4.18) частицы радиусом 1 = 3 1(Г4 м,даже при уменьшенной до Е - 4 106 В/м почти в пять раз напряженности поля барабана, равно - 100.
Отскща видно, что кулоновская сила намного больше силы тяжести для частиц радиусом более 3-Ю"4 м. Под действием этой силы крупные фракции песка отталкиваются от поверхности барабана и образуют над зоной 2 взвесь в виде веера, хорошо наблюдаемого во время работы сепаратора. Большая часть песка из этой взвеси попадает затем в бункер для крупных фракций.
Заряженная частица, находясь вблизи поверхности барабана, взаимодействует с этой поверхностью с силой электрического изображения [іЗІ, I32J , которая независимо от знака заряда является силой притяжения к барабану
Отношение этой сила к силе тяжести частицы оценили, используя формулу (4.21). Если дане частица радиусом Ъ = Ю"4 м полу чила заряд Q в поле с максимальной напряженностью = I07 В/м, отношение « 0f3 при X = 10 м. Для поля с меньшей напряженностью, сила электрического изображения мала для всех частиц, находящихся на расстоянии X 10" ы от поверхности барабана.
Следовательно, движение частиц песка в зоне 2 в радиальном направлении будет происходить следувдим образом. Сначала, под действием силы тяжести и пондермоторной силы, частицы будут приближаться к барабану. Крупные частицы быстро достигают поверхности, касаются ее, снимают положительный заряд, отталкиваются и попадают в бункер для крупных фракций. Частицы меньшего размера не успеют коснуться поверхности барабана, будут увлечены потоком воздуха, а возникающие кулоновская и центробежная силы изменяют скорость их движения к барабану на обратную. Однако, скорость эта не может стать большой и мелкие частицы тонким слоем втягиваются в зону отрицательной короны, образованной электродом П. Около этого электрода существует большой градиент напряженности поля. Поэтому на частицы средних фракций, протекающие вблизи электрода, действует большая пондермоторная сила, направленная к электроду. К этой силе добавляется кулоновская сила притяжения к электроду положительно заряженных частиц и центробежная сила. Под действием этих сил, средние фракции песка приобретают большую скорость в направлении от барабана, разряжаются отрицательными ионами короны и сбрасываются в бункер.
Таким образом, процесс сепарации песка оказывается практически завершен - от общей массы отделены крупная, средняя и только мелкая фракция остается вблизи поверхности барабана. Рассмотрим силы, действующие на частицы пылевидной фракции в зоне 3 отрицательной короны.
Радиальная составляющая веса Е ЭТОЙ зове, в среднем, равна нулю, Пондерьшторная сила здесь имеет две составляющие - к барабану и к коронирующему электроду. Мокно считать, что оуша их также равна нулю. Частицы деска, попадая в область короны, быстро заряжаются отрицательно. Процесс идет быстрее, чем в зоне 2, так как в области короны, стекающей с электрода П, содержится большая концентрация НОВОЕ. При этом какдая частица получит максимальный заряд, который определяется формулой (4.21). Возникающая кулоноЕСкая сила FK такке имеет дне составляющие, обе направлены в одну сторону: протяжение - к барабану-и отталкивание от заряжающего электрода. Б этой зоне, оставшиеся мелкие и средние фракции деска находятся вблизи поверхности барабана или на самой поверхности. Вследствие этого, сильно возрастает электрическая сила изображения F$ .
В результате доведение частицы деска Е поле короны определяется балансом трех основных сил Fx+FakFn - (4.25)
При этом электрические силы (кулоновская F t и сила электрического изображения Fa ) удерживают частицу на барабане, а центробежная Рц отрывает ее. Поэтому частицы больше некоторого критического радиуса Z будут сброшены с барабана, а меньше - удержатся на поверхности барабана.
В зоне 4 находятся заземленные электроды ІУ и У, которые способствуют снятию заряда со слоя частиц песка и с поверхности барабана и отделению средних фракций.
