/ 79 3 (67), 2012 Possibility of forecasting of the harmful substances content in air of working zones of different areas of cast- ing houses is shown. А. М. ЛАЗАРЕНКОВ, С. А. хОРЕВА, В. В. МЕЛьНИчЕНКО, БНТу УДК 621.74:628.517 ПрогноЗирование соДерЖания вреДнЫх веществ в воЗДухе рабочих Зон участков литейнЫх цехов Основные выделения вредных веществ в ли- тейных цехах отмечаются на стержневых, заливоч- ных и выбивных участках, на которых источника- ми являются стержневые автоматы с нагреваемой оснасткой, установки холоднотвердеющих смесей, заливаемые формы и устройства выбивки отливок из форм. При раз работке оборудования для ука- занных процессов преду сматривается оснащение его устройствами по улавливанию и удалению вредных выделений, чтобы не наблюдалось попа- дания газов в воздух рабочей зоны. Таким обра- зом, в проектируемых или реконструируемых ли- тейных цехах, оснащаемых современным обору- дованием, не требует ся прогнозирования содержа- ния вредных веществ на рабочих местах участков. Однако для действующих производств, где ис- пользуется устаревшее литейное оборудование и не предусматривается его замена современным, оцен ку ожидаемой загазованности воздуха рабо- чих зон участков литейных цехов необходимо осу- ществлять. Тем более, это следует делать, что бы показать в ряде случаев ошибочность решений проектантов, не заменяющих в реконструируемых цехах устаревшее оборудование на совре менное, имеющее устройства для улавливания и удаления вредных газов. Также это позволяет получить объ- ективные данные по содержа нию вредных ве- ществ в воздухе рабочей зоны, необходимые для расчета систем приточно-вытяжной вен тиляции участков литейных цехов. Для определения прогнозируемых концентра- ций газов в воздухе участков ли тейных цехов ис- пользовали стандартные уравнения газовой дина- мики [1–3], но при этом ограничились рассмотре- нием газовых смесей только с двумя компонента- ми, одним из этих компонентов является вредное вещество, входящее в состав выделяющейся газо- вой смеси, а другим – воздух помещения участка. Диффузионный поток вещества возникает в ре- зультате наличия в смеси градиентов концентра- ции С и температуры Т . Поскольку уравнения чистой диффузии и чи- стой теплопровод ности имеют одинаковый вид, то и решения у них подобны. Поэтому если рассма- тривать случай диффузии от источника газа в воз- дух, то вблизи его поверхности быстро устанавли- вается равновесие dc D c dt = ∆ , (1) при котором концентрация в области, примыкаю- щей к источнику, равна концентрации выброса С0 . Используя при решении метод разложения функции С интеграл Фурье [4, 5], получаем урав- нение для определения концентрации газа в возду- хе на расстоянии r от источника через промежуток времени t: ( )B 2 /4 ( ) 3/28 r Dt r, t M c e Dt −= r π , (2) где М – количество выделенного вредного веще- ства, которое может быть опре делено как М = С0V, где V – объем вредного вещества; rв – плотность воздуха при температуре Т, кг/м3; D – коэффици- ент диффузии вредного вещества в воздух при тем- пературе Т, м2/с. Величина c(r, t), рассчитанная по уравнению (2), полу чается безразмерной. Поэтому, для того что- бы c(r, t) выражало концентрацию вещества в мг/м3, необходимо полученное значение умножить на 106rг . Влияние температуры на диффузионный поток учитывается при определении значений плотно- стей воздуха и вредного вещества. Тогда окончательно уравнение (2) принимает вид 80 / 3 (67), 2012 . (3) Значения плотностей образующихся вредных веществ rг, плотности воздуха rв и коэффициент диффузии вредных веществ в воздух D в зави- симости от их температуры принимали согласно данным, приведенным в работах [6–11]. Используя данные по содержанию вредных ве- ществ в воздухе рабочих зон, полученные с ис- пользованием уравнения (3), проектировщики мо- гут проводить расчет систем местной вытяжной вентиляции, которые позволят обеспечить допу- стимые значе ния концентраций вредных веществ на рабочих местах стерженщиков, заливщиков и вы- бивальщиков. Результаты проведенных исследований содер- жания разных вредных веществ в воздухе рабочих зон участков литейных цехов с различным харак- тером производства показывают, что в воздушной среде фиксируются оксид углерода, оксиды азота, фенол, формальдегид, ангидрид сернистый, амми- ак и др. Наличие и содержание вредных веществ в воздухе рабочих зон определяется применяемы- ми технологическими процессами. Влиянию вредных веществ в литейных цехах подвергаются работающие при подготовке формо- вочных материалов, приготовлении стержневых смесей, плавке металла, заливке и выбивке форм. На всех участках фиксируется оксид углерода, в одних случаях происходит его выделение при протекании технологических процессов (стержне- вой, плавильный, заливочный, выбивной, термо- обрубной участки), в других – за счет миграции с соседних неизолированных друг от друга участ- ков (это объясняется высокой подвижностью воз- духа и разными величинами кратностей воздухо- обмена на различных участках). Поэтому при про- ектировании литейных цехов необходимо разме- щать участки с разными выделениями вредных веществ изолированно друг от друга или создавать одинаковые кратности воздухообмена во избежа- ние переноса загазованного воздуха на рядом рас- положенные участки, где нет выделений вредных веществ. Наибольшему воздействию вредных веществ подвергаются стерженщики литейных цехов (в ос- новном массового производства), где используются технологические процессы изготовления стержней по нагреваемой оснастке и из холоднотвердеющих смесей. На этих рабочих местах фиксируются пре- вышения предельно допустимых концентраций до 1,5–2,0 раз, однако максимально разовые концен- трации веществ превышают допустимые до 4–5 раз. Такое положение создается недостаточным отсосом загрязненного воздуха системой вытяж- ной вентиляции от стержневых ящиков, а также тем, что доотверждение стержней происходит здесь же у рабочих мест. Значительные газовыделения характерны и на выбивных участках литейных цехов массового и серийного производств. Однако на рабочих ме- стах выбивальщиков, как правило, их содержание незначительно превышает предельно допустимые концентрации, так как выбивные решетки чаще всего расположены в изолированных помещениях, а рабочие места операторов – в изолированных ка- бинах. И совершенно иная картина наблюдается при выбивке средних и крупных отливок на ре- шетках, установленных на участках. Существующее положение с загазованностью рабочих мест литейных цехов объясняется несо- вершенством технологических процессов изготов- ления отливок в песчаных формах с использовани- ем смесей на органических связующих, недоста- точной эффективностью работы систем вытяжной вентиляции, несовершенством технологического оборудования (отсутствие укрытий и встроенных местных отсосов или неэффективностью их ра- боты). Анализ результатов проведенных исследова- ний говорит о локальности источников газовыде- лений оборудования или отдельных операций тех- нологических процессов. Поэтому для сведения до минимума выделений вредных веществ в рабо- чую зону необходимо при проектировании литей- ного оборудования оснащать его устройствами по локализации газовыделений, что было подтверж- дено и расчетами концентраций вредных веществ на рабочем месте заливщика форм на плацу, где не имеется местной вытяжной вентиляции (цех мел- косерийного и единичного производства). На дан- ном рабочем месте в воздух участка выделяются оксид углерода, фенол, метиловый спирт и бензол. Определение значений коэффициента диффузии вредных веществ в воздух показало, что наиболь- шее значение имеет коэффициент диффузии окси- да углерода, по которому и проводили дальней- ший расчет. Определение концентраций оксида углерода осуществляли для рабочего места залив- щика (расстояние от источника газовыделений принимали равным 0,8–1,0 м) через разное время от начала заливки. Установлено, что концентрация оксида углерода на рабочем месте превысит допу- стимую концентрацию через 8 мин и наблюдается ее дальнейшее увеличение. Используя получен- ные данные, проектировщики могут проводить / 81 3 (67), 2012 расчет систем местной вытяжной вентиляции для обеспечения допустимых значений концентраций вредных веществ на рабочих местах стерженщи- ков, заливщиков, выбивальщиков. Таким образом, вредные вещества оказывают влияние на работающих в литейных цехах, сте- пень воздействия которого определяется применя- емыми технологическими процессами и оборудо- ванием для приготовления смесей, применяемыми связующими материалами для изготовления стерж- ней и форм, технологическими процессами и обо- рудованием для плавки, заливки металла и выбив- ки форм, уровнем механизации и автоматизации, а также характером производства. Кроме того, на стадии проектирования литей- ных участков и цехов при выборе технологиче- ских процессов можно определить ожидаемые концентрации вредных веществ на рабочих ме- стах с использованием разработанной методики расчета. Литература 1 . Л о й ц я н с к и й Л. Г. Механика жидкости и газа. М.: Наука, 1970. 2 . Б р е т ш н а й д е р С. Свойства газов и жидкостей. М.; Л.: Химия, 1966. 3 . Б о н д Д ж., У о т с о н К., У э л ч Д ж. Физическая теория газовой динамики. М.: Мир, 1968. 4 . К о ш л я к о в Н. С., Г л и н э р Э. Б., С м и р н о в М. М. Уравнения в частных производных в математической фи- зике. М.: Высш. шк., 1970. 5 . Л а н д а у Л. Д., Л и ф ш и ц В. М. Гидродинамика. Т. VI. Теоретическая физика. М.: Наука, 1989. 6 . Г о л у б е в И. Ф. Вязкость газов и газовых смесей: Справ. руководство. М.: Гос. изд-во физ.-мат. лит-ры, 1959. 7 . Р и д Р., П р а у с н и ц Д ж., Ш е р в у д Т. Свойства газов и жидкостей: Справ. пособ. Л.: Химия, 1968. 8 . В а р г а ф т и к Н. Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М.: Наука, 1972. 9 . Вредные вещества в промышленности: Справ. В 3-х т. Т. 1. Органические вещества / Под ред. Н. В. Лазарева. Л.: Химия, 1976 . 10. Вредные вещества в промышленности: Справ. В 3-х т. Т. 3. Неорганические и элементно-органические вещества / Под ред. Н. В. Лазарева. Л.: Химия, 1977. 11 . Теплофизические свойства веществ: Справ. М.; Л.: Госэнергоиздат, 1956.