羅　薇，強(qiáng)天偉，程愛(ài)霞，商云瑞，曲潔瓊

（西安工程大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，陜西西安　710000）

某鑄造車(chē)間粉塵污染測(cè)試與分析

羅薇，強(qiáng)天偉，程愛(ài)霞，商云瑞，曲潔瓊

（西安工程大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，陜西西安710000）

砂型鑄造車(chē)間各生產(chǎn)環(huán)節(jié)產(chǎn)生粉塵量日益增多，對(duì)車(chē)間環(huán)境及工人的身心健康造成了嚴(yán)重影響。通過(guò)對(duì)濟(jì)南某砂型鑄造車(chē)間進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，了解車(chē)間項(xiàng)目概況及粉塵污染情況，并提出防治措施。

鑄造；粉塵；實(shí)測(cè)；污染；措施

1　鑄造車(chē)間粉塵污染特性分析

砂型鑄造工藝流程復(fù)雜，工序繁多，車(chē)間中的粉塵多來(lái)源于鑄造型砂。粉塵對(duì)人體的危害主要取決于鑄造型砂的化學(xué)組成及其在空氣中的含量，其中游離二氧化硅對(duì)人體危害最為嚴(yán)重。造型材料中游離SiO2的含量如表1所示。國(guó)家規(guī)定的粉塵容許濃度為表2所示。

表1　造型材料中游離SiO2含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）［1］

鑄造車(chē)間粉塵的來(lái)源主要有兩大類(lèi)：一類(lèi)為生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)塵；另一類(lèi)為運(yùn)輸過(guò)程產(chǎn)塵。

2　粉塵污染測(cè)試

2.1測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)資料

表2　工作場(chǎng)所空氣中粉塵容許濃度［2］

本次測(cè)試選擇濟(jì)南市某有限公司鑄造車(chē)間為主要研究對(duì)象，鑄造生產(chǎn)過(guò)程如圖1所示。該車(chē)間主要生產(chǎn)機(jī)械類(lèi)鑄件，年產(chǎn)鑄件35 000 t，其中機(jī)床類(lèi)鑄件達(dá)28 000 t，模具毛坯鑄件6 000 t.

圖1　砂型鑄造流程圖

2.2測(cè)試方案設(shè)計(jì)

鑄造車(chē)間中砂型鑄造工序較多，選取易產(chǎn)生粉塵污染的工序如制芯、造型、合型、澆注、落砂、清理等作為主要測(cè)點(diǎn)布置區(qū)域，同時(shí)為了解粉塵污染物在整個(gè)車(chē)間的運(yùn)移特點(diǎn)，選擇部分非產(chǎn)塵地點(diǎn)布置測(cè)點(diǎn)。鑄造車(chē)間測(cè)點(diǎn)及測(cè)點(diǎn)位置見(jiàn)圖2所示。

車(chē)間粉塵測(cè)試采用的是TSI8530氣溶膠監(jiān)測(cè)儀，在測(cè)試過(guò)程中粉塵濃度測(cè)定儀分別對(duì)各測(cè)點(diǎn)隨機(jī)讀取數(shù)據(jù)10次，每次讀數(shù)間隔15 s，取其算術(shù)平均值作為最終測(cè)試數(shù)據(jù)。測(cè)試分階段進(jìn)行，第一階段為PM2.5測(cè)試、第二階段為PM4測(cè)試、第三階段為PM10測(cè)試、最后再對(duì)產(chǎn)生污染較嚴(yán)重的區(qū)域進(jìn)行二次測(cè)試。

2.3現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試與分析

鑄造行業(yè)屬于高污染、高排放、高消耗的基礎(chǔ)工業(yè)，其工序的復(fù)雜性、工藝設(shè)備的多樣性等導(dǎo)致鑄造車(chē)間粉塵污染較為嚴(yán)重。研究鑄造車(chē)間內(nèi)粉塵顆粒物濃度分布不僅有助于了解鑄造車(chē)間及其周邊的環(huán)境狀況，更是有助于了解影響鑄造工人安全生產(chǎn)及鑄造工人職業(yè)健康的重要方式。對(duì)該鑄造車(chē)間內(nèi)不同測(cè)點(diǎn)粉塵濃度進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，獲得該車(chē)間顆粒物濃度分布情況并分析其粉塵污染的特性和產(chǎn)生原因。

2.3.1車(chē)間整體測(cè)試結(jié)果及分析（主干道附近及6個(gè)大門(mén)口附近）

本次測(cè)試共選取了13個(gè)測(cè)點(diǎn)，如圖2所示，本次測(cè)試目的為車(chē)間內(nèi)粉塵對(duì)人體影響，因此測(cè)點(diǎn)高度在距廠房地面1.4 m～1.6 m范圍內(nèi)。主要測(cè)量測(cè)點(diǎn)處不同粒徑的粉塵濃度分布，在13個(gè)測(cè)點(diǎn)中測(cè)點(diǎn)A、測(cè)點(diǎn)B、測(cè)點(diǎn)J～測(cè)點(diǎn)M這6個(gè)測(cè)點(diǎn)位于車(chē)間各個(gè)門(mén)口處，車(chē)間門(mén)口處測(cè)試結(jié)果及車(chē)間內(nèi)部測(cè)試結(jié)果如圖3所示。

由圖3可見(jiàn)位于車(chē)間門(mén)口的6個(gè)測(cè)點(diǎn)整體粉塵濃度較低，均處于0.125 mg/m3以下，對(duì)比6個(gè)測(cè)點(diǎn)的粉塵濃度可以發(fā)現(xiàn)測(cè)點(diǎn)J（車(chē)間南門(mén)口1）的PM 10粉塵濃度較高，因測(cè)點(diǎn)J靠近車(chē)間落砂機(jī)及除塵器，除塵器卸灰口散落粉塵易造成二次揚(yáng)塵，導(dǎo)致該測(cè)點(diǎn)濃度較高。根據(jù)GB 3095-2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》［3］規(guī)定，PM 2.5及PM 10的日平均二級(jí)濃度限值分別為0.075 mg/m3和0.15 mg/m3，測(cè)點(diǎn)J未超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)限值。

由車(chē)間門(mén)口的粉塵濃度測(cè)試結(jié)果可以看出：各測(cè)點(diǎn)的PM 2.5及PM 10粉塵濃度均滿足《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的要求，該鑄造廠在測(cè)試時(shí)車(chē)間門(mén)口處空氣質(zhì)量較好。車(chē)間大門(mén)由于工藝及運(yùn)輸要求經(jīng)常處于敞開(kāi)狀態(tài)，車(chē)間門(mén)口的粉塵測(cè)試結(jié)果也可以從側(cè)面反映出車(chē)間外部的空氣質(zhì)量，本車(chē)間外部空氣質(zhì)量較好。

由圖3可見(jiàn)：位于車(chē)間內(nèi)部的測(cè)點(diǎn)粉塵濃度普遍較高，均超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的濃度限值，車(chē)間在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的顆粒物對(duì)車(chē)間內(nèi)部空氣造成一定程度的污染。其中測(cè)點(diǎn)E、F、G三處粉塵濃度較高。

測(cè)點(diǎn)E為灌砂工序，在灌砂過(guò)程中，型砂由灌砂機(jī)傾瀉而出，下落時(shí)大量粉塵向周?chē)鷶U(kuò)散，而工人的工作地點(diǎn)正處于擴(kuò)散區(qū)內(nèi)，粉塵濃度較高，灌砂工序成為車(chē)間的主要污染源。為了減少此工序?qū)と私】翟斐傻奈：?，工人必須佩戴防塵面罩以減少粉塵的吸入。

圖2 鑄造車(chē)間測(cè)點(diǎn)位置分布圖

圖3　車(chē)間內(nèi)部不同采樣點(diǎn)的粉塵濃度

測(cè)點(diǎn)F為車(chē)間通道交叉口，該測(cè)點(diǎn)的粉塵濃度較高，原因主要有以下兩點(diǎn)：其一，測(cè)點(diǎn)F在車(chē)間運(yùn)輸?shù)闹鞲傻郎?，?chē)間物料運(yùn)輸頻繁，極易造成粉塵的散落及沉降，當(dāng)有氣流通過(guò)時(shí)造成二次揚(yáng)塵，使測(cè)點(diǎn)處于高粉塵濃度狀態(tài)；其二，測(cè)點(diǎn)F位于測(cè)點(diǎn)E（灌砂工藝）的下風(fēng)側(cè)，測(cè)點(diǎn)F的粉塵濃度受到灌砂區(qū)的影響很大。

測(cè)點(diǎn)G為車(chē)間的沖天爐，沖天爐每熔煉一噸鐵水排放的煙氣量約為700 m3～900 m3，沖天爐煙氣中含有大量的冶金粉塵、碳素?zé)焿m和灰塵等固體顆粒物，這些有害物隨著煙氣排入大氣，對(duì)環(huán)境造成污染［4］。

本次測(cè)試的13個(gè)測(cè)點(diǎn)不同粒徑粉塵濃度測(cè)試結(jié)果如圖3所示。由圖可見(jiàn)車(chē)間測(cè)點(diǎn)越趨近門(mén)口，其粉塵濃度值越低。其原因主要是室外空氣進(jìn)入車(chē)間對(duì)粉塵進(jìn)行稀釋。然而車(chē)間內(nèi)部環(huán)境較差，粉塵濃度普遍較高，對(duì)工人的工作環(huán)境及其身心健康造成不利的影響。

鑄造車(chē)間，鑄件經(jīng)過(guò)落砂、破碎設(shè)備，在高能量、大動(dòng)力的機(jī)械能作用下，振動(dòng)、沖擊使較干燥的型砂隨著機(jī)械誘發(fā)的風(fēng)流大量噴入車(chē)間中，而各類(lèi)設(shè)備又不可能完全封堵嚴(yán)密，設(shè)備的結(jié)合處存在較高的縫隙，極易使?jié)B漏的粉塵沉積，造成粉塵的二次飛揚(yáng)，導(dǎo)致浮塵嚴(yán)重超標(biāo)，而鑄造車(chē)間的工人長(zhǎng)期工作于粉塵量超標(biāo)的環(huán)境中，粉塵中含有游離的二氧化硅會(huì)嚴(yán)重威脅到鑄造工人的身心健康，并增加塵肺病的發(fā)病率。由此可見(jiàn)車(chē)間粉塵如不能得到很好地控制，不僅會(huì)對(duì)車(chē)間環(huán)境及設(shè)備造成不利的影響，而且會(huì)嚴(yán)重威脅到鑄造工人的身心健康。

3　改進(jìn)措施

本次測(cè)試沒(méi)有在落砂及清理環(huán)節(jié)附近布點(diǎn)，因?yàn)閺S方對(duì)落砂環(huán)節(jié)粉塵發(fā)散點(diǎn)設(shè)置半密閉集塵，并且通過(guò)除塵系統(tǒng)將半密閉罩內(nèi)收集到的粉塵進(jìn)行處理，有效地避免了粉塵在工作地點(diǎn)的擴(kuò)散。

對(duì)于在灌砂過(guò)程中四處擴(kuò)散的粉塵及澆注段產(chǎn)生的熱蒸汽，為了不影響工藝過(guò)程可以采用側(cè)吸罩的形式，其中灌砂過(guò)程可在側(cè)吸罩外熱芯砂側(cè)設(shè)置橡皮簾，防止粉塵擴(kuò)散，提高捕集效果。

對(duì)于從制芯機(jī)或砂芯烘干爐取出的冒煙熱芯砂通過(guò)懸掛機(jī)輸送時(shí)散發(fā)出的熱量和有害氣體，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)觀察從制芯機(jī)中取出砂芯10 min內(nèi)砂芯散發(fā)出的煙氣很大之后將減小，因此應(yīng)在懸掛輸送機(jī)行走10 min的距離內(nèi)加設(shè)密閉排風(fēng)罩。

對(duì)于地坑爐處粉塵擴(kuò)散可在地坑處安裝可旋轉(zhuǎn)的頂吸罩，為不影響吊車(chē)使用，頂吸罩平時(shí)在地坑爐側(cè)面，當(dāng)?shù)踯?chē)把零件運(yùn)至指定位置后再將頂吸罩旋轉(zhuǎn)至地坑爐正上方。此方法可以有效地收集大量瞬間升騰的煙氣。

對(duì)沖天爐煙治理的關(guān)鍵是如何有效地收集煙塵。沖天爐生產(chǎn)冶煉過(guò)程一般分為加料期、冶煉期和出鐵期三個(gè)階段。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，可選定用半密閉罩作為吸塵裝置。加料側(cè)、爐后側(cè)設(shè)置為固定罩體，為使沖天爐產(chǎn)生的煙塵能迅速被吸入管道，可將爐后罩上部設(shè)計(jì)成斜面并在其上設(shè)置吸風(fēng)口，經(jīng)除塵器過(guò)濾裝置過(guò)濾后由煙囪排入大氣。由于主要在爐蓋和電極孔處的煙塵高于開(kāi)口，而爐口煙塵較少，且熱煙塵向上流動(dòng)，因此，此處開(kāi)口沒(méi)有多少煙塵溢出，無(wú)需設(shè)置活動(dòng)門(mén)。在沖天爐前后兩側(cè)設(shè)置移動(dòng)導(dǎo)軌，移動(dòng)罩放在導(dǎo)軌上。沖天爐在加料、出鋼期和檢修電極等情況時(shí)，則移開(kāi)移動(dòng)罩。在固定罩和移動(dòng)罩之間采用迷宮槽密封，以防止煙塵外泄［4］。

電弧爐主要產(chǎn)生煙塵成分為：SiO2、FeO、Fe2O3、MnO、MgO、Al2O3、CaO、C、S等。在吹氧精煉過(guò)程中產(chǎn)生氧化鐵塵，其平均粒徑在0.01μm～0.1μm范圍內(nèi)，大約有85%以上的粒徑在4μm以下［6］。電弧爐排煙形式可分為爐外排煙，爐內(nèi)外結(jié)合排煙，屋頂排煙［5］。結(jié)合實(shí)際情況選擇排煙形式以及排煙罩形式。

同時(shí)，為了更好地對(duì)車(chē)間整體進(jìn)行粉塵控制，可將車(chē)間進(jìn)行分區(qū)，在廠房的熔爐區(qū)對(duì)產(chǎn)生廢氣量較大的地坑爐，澆注軌道等設(shè)備設(shè)置一個(gè)局部半封閉的空間作為低跨局部。為及時(shí)收集處理擴(kuò)散入該空間內(nèi)的煙塵，防止煙塵彌漫，可對(duì)該空間單獨(dú)設(shè)計(jì)全室換氣機(jī)械排風(fēng)系統(tǒng)。在高跨區(qū)內(nèi)為了保證金屬液連續(xù)、平穩(wěn)地充型，因此澆注時(shí)不得開(kāi)啟任何排風(fēng)設(shè)備，避免由于空氣流動(dòng)過(guò)度強(qiáng)烈而造成夾卷空氣、產(chǎn)生金屬氧化物夾雜和沖刷型芯，造成產(chǎn)品大量報(bào)廢。只有在澆注成型后才可開(kāi)啟排風(fēng)機(jī)將澆注產(chǎn)生的大量煙塵排至室外。由此可以采取如下保護(hù)措施：

1）將澆注區(qū)域與其他區(qū)域用隔斷分隔開(kāi)，以便減少?gòu)U氣向整個(gè)高跨區(qū)的擴(kuò)散；

2）在澆注區(qū)域設(shè)計(jì)局部機(jī)械排風(fēng)系統(tǒng)，并在整個(gè)高跨區(qū)設(shè)置由屋頂風(fēng)機(jī)、側(cè)墻軸流風(fēng)機(jī)組成的全室換氣排風(fēng)系統(tǒng)；

3）澆注結(jié)束后先開(kāi)啟局部排風(fēng)系統(tǒng)，廢氣經(jīng)凈化后排至室外，再開(kāi)啟屋頂風(fēng)機(jī)及側(cè)墻軸流風(fēng)機(jī)將殘留在整個(gè)高跨區(qū)的少量廢氣排至室外；

4）在屋頂風(fēng)機(jī)前設(shè)聯(lián)動(dòng)保溫閥，防止非工作狀態(tài)時(shí)冷空氣直接進(jìn)入室內(nèi)，并在高跨區(qū)的側(cè)天窗上增加手動(dòng)開(kāi)窗器，方便工人開(kāi)啟側(cè)天窗［7］。

無(wú)論采用何種防治措施，控制和治理粉塵污染應(yīng)從工藝改革著手，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化、密閉化，并配備一定的通風(fēng)除塵設(shè)施。同時(shí)應(yīng)提高工人的自我防護(hù)意識(shí)以減少職業(yè)病的發(fā)生概率，這樣綠色鑄造的實(shí)現(xiàn)才會(huì)成為可能。

［1］ 居鹓.機(jī)械工業(yè)采暖通風(fēng)與空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2007.

［2］ 李榮德.時(shí)代呼喚綠色鑄造［J］.鑄造，2010，59（01）：1-3.

［3］ GB3095-2012環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)［S］.2012.

［4］ 冉冉.鑄造車(chē)間粉塵處理技術(shù)的研究［D］.華北電力大學(xué)，2011.

［5］ 楊思一，王錄才.沖天爐熔煉的環(huán)境保護(hù)與除塵技術(shù)［J］.鑄造設(shè)備研究，2008（02）：14-17.

［6］ 鑄造車(chē)間通風(fēng)除塵技術(shù)委員會(huì).鑄造車(chē)間通風(fēng)除塵技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1983.

［7］ 鄺琳，李江龍.某鋁鎂鑄造廠房通風(fēng)系統(tǒng)改造方案［J］.暖通空調(diào)，2012，42（11）：49-53.

Test and Analysis of Dust Pollution in a Foundry

LUO Wei，QIANG Tian-wei，CHENG Ai-xia，SHANG Yun-rui，QU Jie-qiong
（Collegc of Environment and Chemical Engineering，Xi’an Poly technic University，Xi’an Shanxi 71000，China）

The increasing amount of dust in the production process of sand casting workshop seriously affects environment and workers'health.The dust pollution situation was tested and the relative preventive measures were proposed.

cast，dust，test，pollution，measures

TG28

A

1674-6694（2016）03-0047-04

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2016.03.014

2016-04-18

羅薇（1991-），女，在讀研究生，西安工程大學(xué)在讀研究生。