VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016
МЕТОДИКА АНАЛИЗА ДИСПЕРСНОГО СОСТАВА ПЫЛИ УЧАСТКА ЧЕРНОГО ЛИТЬЯ
КомментарииПолная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Литейное производство характеризуется выбросами следующих ингредиентов: пыль сырья, пыль, отходящая от технологических процессов приготовления литейных форм и их разрушения в процессе освобождения литья от формовочной смеси, а также топочных оксидантов в зависимости от вида используемого топлива. К примеру, при использовании природного газа это в первую очередь оксиды азота и оксиды углерода. При использовании жидких углеводородных топлив проблемы создаются выбросами в рабочую зону оксидов серы [1]. Однако наиболее токсичными в процессах горения топлив являются высокомолекулярные углеводороды, в частности, канцерогенный бенз(а)пирен.
Разработка технических и организационных мероприятий по снижению загрязнения рабочей зоны операторов связана с очисткой организованных и неорганизованных выбросов.
Начальная запыленность на участках приготовления и разрушения литейных форм, а также на пескоструйном участке характеризуется изменением в широких пределах как элементного состава образовавшийся пыли, так и ее дисперсности. Это зависит от типа оборудования и режима его работы, а также вида приготовляемой смеси и характеристик исходного материала.
При наличии пыли, имеющей пластинчатую форму, оседание частиц в рабочей зоне и в инерционных пылеуловителях ухудшается вследствие больших скоростей ее витания.
Определение количества неорганизованных выбросов возможно тремя способами. Расчет по первому способу может быть представлен зависимостью (1) как оценка площадного источника
Q=[(Ckc(0-1)-CHc(0-1))Wc(0-1)+(CKc(1-2) – CHc(1-2))Wc(1-2)]·3600·z·h·L·10-6, кг/год (1)
где Скс(0-1); Скс(1-2);- средняя концентрация вредных веществ в потоке воздуха за обследуемым объектом в соответствующих интервалах высот, мг/м3; - средняя концентрация вредных веществ в потоке воздуха перед обследуемым объектом в соответствующих интервалах высот, мг/м3; - средняя скорость ветра в соответствующих интервалах высот за обследуемым объектом, м/с; z - время работы в течение года, ч; h - высота условной плоскости, м; L- длина проекции условной плоскости, м.
Методические указания [2], согласованные с Госкомгидрометом представляют собой второй способ оценки количества пыли используют формулу (2):
Q=3,6·10-3·S·W·(Ci – C0)·z, кг/год, (2)
где S - площадь поперечного потока, загрязненного воздуха, м2; W- скорость ветра во время отбора проб, м/с; С0 – минимальная концентрация, мг/м3; Сi– максимальная концентрация, мг/м3 ; - переводной коэффициент; z - время работы на исследуемом участке в течение года, ч.
Третий способ рассчитывается по формуле:
, кг/год (3)
где р - убыль материалов (%); m - масса сырья литейного производства, кг/год.
Нормы естественной убыли сырья литейного производства приведены в табл. 1.
Таблица 1
Нормативы естественной убыли (потерь) сырья
литейного производства, %
|
Материал |
Вид хранения и укладки |
При складском хранении, % |
При погрузке, % |
При разгрузке, % |
|
Сырье, формовочные смеси |
При механизированном складировании |
1,0 |
0,4 |
0,4 |
Максимальное пылегазовыделение в литейных цехах производится вагранками, электродуговыми и индукционными печами, участками складирования и переработки шихты и формовочных материалов, выбивки и очистки литья.
При плавке 1 т металла в открытых чугунолитейных вагранках выделяется 900-1200 м3 колошникового газа, содержащего оксиды углерода, серы и азота, пары масел, полидисперсную пыль и др. При разбавлении колошникового газа воздухом, подсасываемым через завалочное окно вагранки, количество отходящих газов увеличивается в 1,5-3,5 раза.
Химический состав ваграночной пыли зависит от состава металлозавалки, топлива, условий работы вагранки и может колебаться в следующих пределах (масс. доли, %): SiO2 - 2050; СаО – 2 12; AL2O3 – 0,5 6; MgO – 0,54; (FeO+Fe2O3) - 1036; MnO – 0,52,5; С - 3045.
Дисперсный состав ваграночной пыли представлен размерами частиц от 1 до 150 мкм. При горячем дутье мелкодисперсной пыли образуются значительно больше (от 1 до 25 мкм, около 50%) при холодном дутье порядка 10 %. Медианный размер пыли при горячем дутье 20 мкм, а при холодном дутье 70 мкм. Это подтверждает наличие значительного количества «легочной» пыли при горячем дутье.
В закрытых чугунно-литейных вагранках производительностью 5-10 т/ч на 1 т выплавленного чугуна выделяется 11-13 кг пыли, 190-200 кг оксида углерода, 0,4 кг диоксида серы, 0,7 кг углеводородов и др. Концентрация пыли в отходящих газах составляет 5-20 г/м3, медианный размер пыли 35 мкм.
Примерный элементный состав пыли при плавке в электродуговых печах в массовых долях зависит от марки выплавляемой стали, масс. доли, %: Fe2O3 – 56,8; Mn2O3 – 10,0; AL2O3 – 5,0; SiO2 – 6,9; СаО – 6,9; MgO – 5,8; остальное - хлориды, оксиды хрома и фосфора. При плавке стали в индукционных печах, по сравнению с электродуговыми, выделяется незначительное количество газов и в 5 – 6 раз меньше пыли, по размеру более крупной, при этом превалирует опасная мелкодисперсная пыль от 0 до 6 мкм (80 %). В индукционных печах пыли и газов выделяются значительно меньше.
От участков выбивки литья на 1 м2 площади решетки выделяется до 45-60 кг/ч пыли, 5-6 кг/ч оксида углерода, до 3 кг/ч аммиака. Значительными выделениями пыли сопровождаются процессы очистки и обрубки литья. Работа пескоструйных и дробеструйных камер, очистных барабанов и столов сопровождается интенсивным выделением пыли с медианным размером 20 – 60 мкм. Концентрация пыли в воздухе, отводимом от камер и барабанов, составляет 2 – 15 мг/м3.
Значительное количество пыли и газов выделяется в атмосферу участками литейных цехов по приготовлению, переработке и использованию шихты и формовочных материалов. В частности, пылеулавливание в литейном цехе черного литья ОАО «Роствертол» осуществляется спаренными коническими циклонами НИОГАЗА серии СК, которые обладают более высокой эффективностью по сравнению с циклонами ЦН. Это достигается за счет большего гидравлического сопротивления циклона серии СК.
Определение истиной плотности проводили на приборе Ле Шателье с погрешностью не более 5% [3], результаты определения истиной плотности представлены в табл. 2.
Таблица 2
Истинная плотность пробы
|
№ п/п |
Наименование пробы |
Плотность, г/м3 |
|
Проба 1 |
Пескоструйные аппараты |
4,50 |
|
Проба 2 |
Выбивная решетка участка стального литья |
2,95 |
Определение фракционного состава проб №1 и №2 проводили на седиментометре с использованием катетометра с суммарной погрешностью не более 5,5%. Результаты седиментационного анализа представлены в табл. 3.
Таблица 3
Седиментационный анализ
|
Радиус частиц, мкм |
Массовая доля фракций, % |
|
|
Проба 1 Пескоструйные аппараты |
Проба 2 Выбивная решетка участка стального литья |
|
|
>100 |
76,0 |
76,7 |
|
100-70 |
8,7 |
20,7 |
|
70-50 |
13,0 |
2,6 |
|
200 мкм (76 % - пыль пескоструйных аппаратов, 76,7 % - пыль от выбиваемых решеток). Остальная пыль представлена фракциями 200 – 0 мкм, при этом содержание мелкодисперсной пыли в пескоструйном аппарате составляет 2,3 %, на участке выбивки отливки из формы мелкодисперсная пыль отсутствует. На последующем этапе эксперимента производилось уточнение дисперсного состава пыли рентгеноспектральным микроанализом. Рентгеноспектральный микроанализ (РСМА) производится с помощью сканирующего электронного микроскопа «Camscan S4» с системой энергодисперсионного рентгеновского анализа и кристаллодифракционными спектрометрами. Его цель – определение дисперсного и химического состава пыли, визуализация размера частиц. Эталоны для рентгеноспектрального микроанализа фирмы "Мiсrо- Апа1уsis Соnsu1tаnts Ltd”. Программы для количественного анализа ZAF4 и ZАFРВ. Клей для электронной микроскопии А1216. Метод электронно-зондового рентгеноспектрального микроанализа (РСМА) основан на регистрации и изменении рентгеновского излучения, испускаемого поверхностью образца под действием облучения пучком электронов с энергией 10-40 кэВ. По способу регистрации рентгеновского излучения и построению спектра различают две разновидности метода: 1) спектрометрия с дисперсией по длинам волн, использующая кристалл- дифракционные спектрометры; 2) спектрометрия с дисперсией по энергии, использующая полупроводниковый дитектор. Спектрометры обеих разновидностей являются приставками к сканирующему электронному микроскопу. Количественный анализ основан на сравнении интенсивности характеристического рентгеновского излучения от исследуемого образца и эталонов (стандартных образцов известного состава). Измерения проводились при следующих параметрах окружающей среды: температура от-288 °К до 303 °К, относительная влажность не выше 70%. Максимальный размер образцов 55х55х10мм, образцы не должны содержать влагу. Образцы подобраны гомогенными в пределах анализируемого объёма. Массивным образцам, для повышения точности анализа, придавалась плоко-параллелльная форма посредством механической обработки. Анализируемый участок поверхности полировался. При этих условиях расчёт концентраций производился по программе ZАF4. Суммарная погрешность измерения дисперсного состава пыли не превышает 4%. Оценка воспроизводимости экспериментальных данных соответствует доверительной вероятности 95 % по критерию Стьюдента. Анализ данных эксперимента показывает наличие частиц диаметром от 15 до 125 мкм отходящих от пескоструйного участка и диаметром от 25 до 200 мкм от выбивных решеток. Циклоны СК – ЦН имеют IV класс пылеуловителя при допустимой входной концентрации пыли 1000 г/м3 с гидравлическим сопротивлением 4 КПа производительностью по газу от 2,54 до 92 тыс. м3/ч с паспортной эффективностью очистки 95 %. Учитывая низкую эффективность сухого способа пылеулавливания, целесообразно проводить доукомплектацию существующих систем пылеулавливания оборудованием для улавливания пыли мокрым способом, например, скруббером Вентури. Высокоэффективные скрубберы Вентури ГВПВ (II класса) имеют более высокое гидравлическое сопротивление (от 6 до 12 КПа), производительность по газу от 1,7 до 84 тыс. м3/ч, и обладают эффективностью очистки газов от пылей любого дисперсного состава 96 – 98%. С целью снижения запыленности и загазованности в рабочей зоне выбивной решетки целесообразно установка трехстороннего верхнебокового шатрового зонта с двусторонним отсосом и подачей компенсирующего воздуха. Согласно СНиП 2.04.05-86 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха» предельно допустимая концентрация пыли Сп, мг/м3, в технологических и вентиляционных выбросах, подвергаемых рассеиванию, определяется в зависимости от объема выбрасываемого воздуха L, тыс. м3/ч. При объеме более 15 тыс. м3/ч Сп=100R; при объеме 15 тыс. м3/ч и менее Сп=R(160 – 4L), где R – коэффициент, принимаемый в зависимости от ПДКрз пыли в воздухе рабочей зоны помещения на постоянных рабочих местах: ПДКрз, мг/м3…………… 2 >24 >46 >610 R………………………..0,3 0,6 0,8 1,0 Выбросы воздуха с концентрацией пыли, превышающей Сп, не допускается рассеивать в атмосферу без предварительной очистки. Для участков черного литья, где в наличии пыль формовочная с металлической, CП = 60 мг/м3. Дисперсный анализ пыли показывает, что доминируют частички с диаметрами > 200 мкм (76 % пыль пескоструйных аппаратов, 76,7 % пыль от выбиваемых решеток). Остальная пыль представлена фракциями 200 – 0 мкм, при этом содержание пыли мелкодисперсной в пескоструйном аппарате составляет 2,3 %, на участке выбивки отливки из формы мелкодисперсная пыль отсутствует, что представляется маловероятным и подтверждает целесообразность замеров концентрации пыли в потоке воздуха в выпускной трубе. Список литературы
|
||