Загрязнение атмосферы машиностроением

Магнитогорский Государственный Технический

Университет им. Г.И.Носова

РЕФЕРАТ

На тему: «Загрязнение атмосферы выбросами машиностроительных предприятий».

Выполнил: Сидоров В.А.

Магнитогорск

2003

Загрязнение атмосферы выбросами машиностроительных предприятий.

Современное машиностроение развивается на базе крупных производственных объединений, включающих заготовительные и кузнечно-прессовые цехи, цехи химической и мехпнической обработки металлов, цехи покрытий и крупное литейное производство. В состав предприятий входят также испытательные станции, ТЭЦ и вспомогательные подразделения. В процессе производства машин и оборудования широко используют сварочные работы, механическую обработку металлов, переработку неметаллических материалов, лакокрасочные операции и т.п.

Литейные цехи.

Наиболее крупными источниками пыле- и газовыделения в атмосферу в литейных цехах являются: вагранки, электродуговые и индукционные печи, участки складирования и переработки шихты и формовочных материалов; участки выбивки и очистки литья.

При плавке 1 т металла в открытых чугуно-литейных вагранках выделяется 900 – 1200 куб. м 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. Параметры и состав газов, отходящих от открытых чугунолитейных вагранок, приведены в табл. 1.

Таблица 1

Химический состав ваграночной пыли зависит от состава металлозавалки, топлива, условий работы вагранки и может колебаться в следующих пределах (мас. доли,%): SiO₂ - 20-50; CaO – 2-12; Al₂O₃ – 0,5–6; MgO – 0,5-4; (FeO+Fe₂O₃) – 10-36; MnO – 0,5-2,5; C - 30-45.

Диспераный состав ваграночной пыли приведён в табл. 2.

Таблица 2

Медианный размер пыли при горячем дутье 20 мкм, а при холодном дутье 70 мкм.

В закрытых чугунл-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/ куб м, медианный размер пыли 35 мкм.

В табл. 3 приведены выбросы загрязняющих веществ электродуговыми печами при выплавке стали.

Таблица 3

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 литье под действием теплоты жидкого металла из формовочных смесей выделяются бензол, фенол, формальдегид, метанол и другие токсичные вещества, количество которых зависит от состава формовочных смесей, массы и способа получения отливки и ряда других факторов. Газовыделения при заливке металлом форм и их охлаждении можно определить по данным, приведённым в табл. 4.

Таблица 4

От участков выбивки литья на 1 м² площади решётки 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. Так, содержание пыли, на 35-50% состоящей из диоксида кремния, в отводимом воздухе составляет:

Технологический процесс Концентрация, мг/м³

Размол материалов:

шаровые мельницы….. 6-10

дробилки… 5-12

Сушка материалов 5-10

Приготовление смесей:

сита… 0,8-4,3

смесители (бегуны)… 1,7-7,4

грохоты… 0,7-1,5

Интенсивность выделения вредных веществ (приведено к формальдегиду) при изготовлении стержней из холоднотвердеющей смеси зависит от состава связующего вещества (газовыделение отнесено к 1дм² площади поверхности стержня):

Связующее При заполнении ящиков смесью, При отвержении смеси,

мг/ (кг*ч) мг/ (дм² *ч)

Фенолоформальдегидные 9,2 1,46

Карбамидоформальдегидные 215 37,8

Карбамидофурановые 41 5,7

На основе синтетических смол 61 10,3

Кузнечно-прессовые и прокатные цехи. В процессах нагрева и обработки металла в кузнечно – прессовых и прокатных цехах выделяются пыль, кислотный и масляный аэрозоль (туман), оксид углерода, диоксид серы и др.

При прокатке пыль образуется главным образом в результате измельчения окалины валками, при этом 20% пыли имеет размер частиц менее10 мкм. Выброс пыли из цеха составляет в среднем 200 г на 1 т товарного проката. Если в процессе проката применяется огневая зачистка поверхности заготовки, то выход пыли возрастает до 500-2000 г/т. При этом в процессе сгорания поверхностного слоя металла образуется большое количество мелко дисперсной пыли, состоящей на 75-90% из оксидов железа:

Размер частиц, мкм…. <0>1

Фпакционный состав, %… 20-25 60-65 10-20

При использовании в кузнечно-прессовых цехах для нагрева металла пламенных печей в атмосферу выбрасываются оксиды углерода, серы, азота и другие продукты сгорания. Общеобменной вентиляцией кузнечно-прессового цеха в атмосферу выбрасываются оксиды углерода и азота, диоксид серы. От пролетов с молотами выбросы оксида углерода на 1 т топлива составляют 7 кг/т (газ или мазут), диоксида серы – 5,2 кг/т (мазут); от пролетов с прессами и ковочными машинами – соответственно 3 и 2,2 кг/т.

Термические цехи. Вентиляционный вохдух, выбрасываемый из термических цехов, обычно загрязнён парами и продуктами горения масла, аммиаком, цианистым водородом и другими веществами, поступающими в систему местной вытяжной вентиляции от ванн и агрегатов для термической обработки. Источниками загрязнений в термических цехах являются также нагревательные печи, работающие на жидком и газообразном топливе, а также дробеструйные и дробеметные камеры. Концентрация пыли в воздухе, удаляемом из дробеструйных и дробеметных камер, где металл очищается после термической обработки, достигает 2-7 г/м ³ . При закалке и отпуске деталей в масляных ваннах в отводимом от ванн воздухе содержится до 1% паров масла от массы металла. При цианировании выделяется до 6 г\ч цианистого водорода на один агрегат цианирования.

Гальванические цехи. В воздухе, удаляемом из гальванических цехов, вредные вещества находятся в виде пыли, тонкодисперсного тумана, паров и газов. Наиболее интенсивно вредные вещества выделяются в процессах кислотного и щелочного травления. При нанесении гальванических покрытий (воронение, фосфатирование, анодирование и т.п.) образуются различные вредные вещества. Так, при фосфатировании изделий выделяется фтористый водород, концентрация которого в отводимом воздухе достигает 1.2 – 15 г/м³. Концентрации HCL, H₂S0₄, HCN, Cr₂O₃, NO₂, NaOH и др. в удаляемом от гальванических ванн воздухе колеблются в значительных пределах, что требует специальной очистки воздуха перед выбросом в атмосферу. При проведении подготовительных операций в гальванических цехах (механическая очистка и обезжиривание поверхностей) выделяются пыль, пары бензина, керосина, трихлорэтилена, туманы щёлочей.

Анализ диспесного состава туманов показал, что размер частиц находится в пределах 5-6мкм при травлении, 8-10мкм при хромировании и 5-6мкм при цианистом цинковании.

Цехи механической обработки. Механическая обработка металлов на станках сопровождается выделением пыли, стружки, туманов масел и эмульсий, которые через вентиляционную систему выбрасываются из помещений. В табл. 7 приведено количество паров воды, туманов масел и эмульсий, выделяющихся за 1 час при работе станков в расчёте на 1 кВт мощности устанавливаемых на станках электродвигателей.

Таблица 5

Диаметр шлифовального круга, мм… 150 300 350 400 600 750 900

Выделение пыли, г/ч……… 117 155 170 180 235 270 310

Пыль заточных станков инструментального цеха имеет частицы неправильной формы следующего дисперсного состава:

Размер частиц, мкм……… <10>63

Мас. доли, %…………….. 0,5 3 14,5 35 37 10

Медианный размер пыли 38 мкм при среднеквадратичном отклонении 1,64; плотность материала частиц пыли 4,23 г/см³.

Значительное выделение пыли наблюдается при механической обработке древесины, стеклопластиков, графита и других неметаллических материалов. Так, при обработке текстолита, стеклоткани, карболита и органического стекла выделения пыли составляют (г/ч на единицу оборудования):

Обработка текстолита на станках:

токарных……………………………….. 50-80

фрезерных……………………….……... 100-120

зубофрезерных…………………………. 20-40

Раскрой стеклоткани на ленточном станке…... 9-20

Обработка карболита на станках:

Токарных и расточных………………… 40-80

Фрезерных……………………………… 180-280

Сверлильных…………………………… 36-50

Резание органического стекла дисковыми пилами 800-950

При механической обработке полимерных материалов одновременно с пылеобразованием могут выделяться пары различных химических веществ и соединений (фенол, формальдегид, стирол и др.), входящих в состав обрабатываемых материалов.

Цехи производства неметаллических материалов. В машиностроении широкое применение находят стеклопластики, которые содержат стекловолокнистый наполнитель и связующие смолы (ненасыщенные полиэфирные, фенолоформальдегидные и эпоксидные). Выделение вредных паров веществ при формировании и полимеризации для различных смол приведено в табл. 6.

Таблица 6

При производстве эбонитовых изделий в вентиляционную систему попадают SO2, CO, H2S, пары бензина, толуола, глицерина, пыль. Особенно много вредных выбросов происходит в процессе производства пластмасс, синтетических волокон и т.п.

Сварочные цехи. На участках сварки и резки металлов состав и масса выделяющися вредных веществ зависит от вида и режимов технологического процесса, свойств применяемых сварочных и свариваемых металлов. Наибольшие выделения вредных веществ характерны для процесса ручной электродуговой сварки покрытыми электродами. При расходе 1 кг электродов в процессе ручной дуговой сварки стали образуется до 40 г пыли, 2 г фтористого водорода, 1,5 г оксидов углерода и азота; в процессе сварки чугунов – до 45 г пыли и 1,9 г фтористого водорода.

При полуавтоматической и автоматической сварке (в защитной среде и без неё)

общая масса выделяемых выделяемых вредных веществ меньше в 1.5-2 раза, а при сварке под флюсом – в 4-6 раз.

Сварочная пыль на 99% состоит из частиц размером от 10^-3 до 1 мкм, около 1% пыли имеет размер частиц 1-5 мкм, частицы размером более 5 мкм составляют всего десятые доли процента.

Участки пайки и лужения. В вентиляционный воздух на участках пайки и лужения выделяются токсичные газы (оксид углерода, фтористый водород), аэрозоли (свинец и его соединения) и т.п. Удельные выделения аэрозоля свинца (размер частиц 0,7-7 мкм) при лужении и пайке оловянно-свинцовыми припоями ПОС-40 и ПОС-61 составляют:

Пайка электропаяльниками мощностью 20-60 Вт……………………0,02-0,04 мг/100 паек

Лужение погружением в припой (отнесено к поверхности ванны)…300-500 мг/ (м²*ч)

Лужение и пайка волной (отнесено к поверхности волны)………….3000-5000 мг/ (м²*ч)

Массы оксида углерода, выделяющиеся при обжиге 1 г изоляции при температуре 800-900 С, следующие, мг: винипласт – 240, полихловинил – 180, полиэтилен – 100, фторопласт – 100, хлопок – 100, шелк – 200, шелк и винипласт – 190. При обжиге фторопластовой изоляции выделяется на 1 г изоляции 3 мг фтористого водорода.