Исходныеданные
Наименованиепроцесса дляочистки газовыхвыбросов | Производительность м3/г | Концентрацияпыли г/м3 | Температурагаза, єС | Степеньочистки |
Литейныецеха | 38000, песчаныеформы | 12 | 43 | 99,5 |
Введение
1. Литейныецеха входят,как в составмашиностроительныхпредприятий,так и в составотдельныхлитейно-металлургическихпроизводств.
В результатепроцесса разливкиметалла в формы,в атмосферувыделяютсятвердофазныезагрязнения,содержащиеоксиды: металлов,алюминия, кремнияи ряда другихэлементов.
Газовыевыбросы формируютсяза счет общественнойвентиляциив цехе, а затемцентрализованоподаются наочистку.
2. В литейномпроизводстведля процессаиспользуетсяжидкий металл,соединениякоторого относятсяко IIили IIIгруппе токсичности.Формировочныесиликаты, содержащиематериалы ссодержаниемSiO2>70по своему действиюна организмотносятся кIIIгруппе токсичности.Таким образом,промежуточныеи исходныематериалы, посвоей токсичностиотносятся коII-IIIгруппам.
3. При осуществлениипроцесса разливаметалла в атмосферувыделяетсяпыль, содержащаяоксиды металла,оксиды кремния,сажевые частицыи газообразныевещества в видеоксидов серы,азота, углерода.
Вреднаяпримесь | Класс опасности | ПДК, мг/м3 |
Оксид железа | 4 | 6 |
Пыль с содержаниемSiO2>70% | 3 | 1 |
Углероднаяпыль с примесьюSiO2от 10 до 70% | 4 | 2 |
Металл (чугун) | 4 | 6 |
Оксид углерода | 4 | 20 |
Характеристикатехнологииизготовленияотливок в литейныхцехах.
Задачейлитейногопроизводстваявляется изготовлениеиз металловметаллическихсплавов изделий-отливок,имеющих разнообразныеочертания ипредназначенныхдля использованияв различныхцелях.
Отливки послемеханическойобработкисоставляютпочти половинумассы деталейвсех машин,механизмов,приборов иаппаратоввыпускаемыхразными отраслямимашино и приборостроения.Литьем изготовляюттакже отдельныечасти строительныхсооружений,транспортныхустройств ит.п.
Сущностьлитейногопроизводствасводится кполучениюжидкого, т.е.нагретого вышеtєплавления,сплава нужногосостава инеобходимогокачества изаливки егов заранееприготовленнуюформу. При охлажденииже затвердеваети в твердомсостояниисохраняетконфигурациютой полости,в которую онбыл залит. Впроцессекристаллизациии охлаждениясплава формируютсяосновные механическиеи эксплуатационныесвойства отливки,определяемыемакро- и микроструктур сплава,его плотностью,наличием ирасположениемв нем не металлическихвключений,развитием вотливке внутреннихнапряжений,вызванныхнеодновременнымохлаждениемее частей и др.
Литейнаятехнологияможет бытьреализованаразличнымиспособами. Весьцикл изготовленияотливки состоитиз ряда основныхи вспомогательныхопераций,осуществляемыхкак параллельно,так и последовательнов различныхотделениялитейного цеха.Модели, стержневыеящики и другуюоснастку изготовляют,как правило,в модельныхцехах.
Литейнаяразовая песчанаяформа в большинствеслучаев состоитиз двух полуформ:верхней и нижней,которые получаютуплотнениемформовочнойсмеси вокругсоответствующихчастей (верхнейи нижней) деревяннойили металлическоймодели в специальныхметаллическихрамках-опоках.Модель отличаетсяот отливкиразмерами,наличием формовочныхуклонов, облегчающихизвлечениемодели из формы,и знаковыхчастей, предназначенныхдля установкистержня, образующеговнутреннююполость (отверстие)в отливке. Стерженьизготовляютиз смеси, напримерпеска, отдельныезерна которогоскрепляютсяпри сушке илихимическомотвержденииспециальнымикрепителями(связующими).
В верхнейполуформе спомощью соответствующихмоделей выполняетсяворонка и системаканалов, покоторым изковша поступаетлитейный сплавв полость формы,и дополнительныеполости – прибыли.
После уплотнениясмеси моделисобственноотливки, литниковойсистемы и прибылейизвлекают изполуформ. Затемв нижнюю полуформуустанавливаютстержень инакрываютверхней полуформой.Необходимаяточность соединенияобеспечиваетсяштырями и втулкамив опоках. Передзаливкой сплававо избежаниеподнятия верхнейполуформыжидким расплавомопоки скрепляютдруг с другомспециальнымискобками илина верхнююопоку устанавливаютгруз.
В разовыхпесчаных формахпроизводят~ 80% всего объемавыпуска отливок.Однако точностьи чистота ихповерхности,условия труда,технико-экономическиепоказателине всегдаудовлетворяюттребованиямсовременногопроизводства.
В связи с этимвсе более широкоеприменениенаходят специальныеспособы литья:по выплавляемым(выжигаемым)моделям, поддавлением,центробежнымспособом, вакуумнымвсасываниеми т.д. Отливкиразличныхразмеров, сложностии назначенияиз сплавов,существенноотличающихсяпо своим свойствам,нельзя изготовлятьодинаковымиспособами.
В связи с этимполучилираспространениеразнообразныетехнологическиепроцессы,отличающиесяприемами.
Технологическийпроцесс полученияотливок в розовойпесчаной форме
Характеристикасырья, используемогов литейномпроизводстве.
Формовочныематериалы:
К формовочнымматериаламотносятся всематериалыприменяемыедля изготовленияразовых литейныхформ и стержней.Различаютисходные формовочныематериалы иформовочныесмеси.
Основнымиисходнымиматериаламидля большинстваразовых формявляются песоки глина, вспомогательными– связующиедобавки:
противопригарные;
увеличивающиегазопроницаемость,податливость,текучесть ипластичностьсмеси;
уменьшающиеприлипаемостьсмесей.
Формовочныесмеси приготавливаютиз исходныхформовочныхматериалови из смесей,ранее уженаходившихсяв употреблении(отработанныеформовочныесмеси). Исходныеформовочныематериалы заводполучает извне.
В зависимостиот назначениясмеси разделяютна формовочныесмеси, стержневыесмеси и вспомогательныесмеси.
Правильныйвыбор формовочныхсмесей в литейномпроизводствеимеет оченьбольшое значение,т.к. формовочныесмеси влияютна качествополучаемыхотливок.
К числу формовочныхпесков относятпески, образованныезернами тугоплавких,прочных и твердыхминералов. Напрактике, главнымобразом, применяютсяпески образованныезернами кварца.
Кварц обладаетвысокой огнеупорностью(1713 єС), прочностьюи твердостью(по шкале Мооса- 7). Кварц являетсяодной из формсуществованиякремнезема(SiO2).Благодарятугоплавкости,высоким механическимкачеством,низкой химическойактивности,а также в следствиинизкой стоимости,кварцевые пескишироко применяюткак основуформовочныхи стержневыхсмесей.
Природныекварцевые пески не бываютсвободнымиот загрязняющих примесей; зеренполевого шпата,частиц слюдыи других минералов.Полевой шпати слюда содержатокислы щелочныхи щелочно-земельныхметаллов. Этиминералы менеетугоплавки,чем кварц испособны вместес кварцем иокислами залитогоMeобразовыватьсложные легкоплавкие силикаты (например:типа nSiO2mFeOpNa2O).
В природныхкварцевыхпесках частосодержитсяглина. Если этаглина обладаетвысокими качествами,то такая примесьможет рассматриватьсякак полезная.
Глина являетсясвязующимматериаломв формовочныхи стержневыхсмесях. Обволакиваязерна песка,она связываетих и таким образомпридает смесинеобходимыепрочность иодновременнопластичность.Минералогическийсостав глиныразличный, вобщем виде егоможно записать:mAl2O3∙ nSiO2∙ aH2O.Основным компонентомглины являетсякаолинит Al2O3∙2H2O∙ 2SiO2.В природныхформовочныхпесках содержаниеглины колеблетсяв пределах2-50%. С помощьюглины каксвязывающегоматериаланельзя обеспечитьвысокие физико-механическиесвойства стержней,которые выполняютвнутренниеполости в отливках.Поэтому дляприготовлениястержневыхсмесей используютсамые разнообразныесвязующие –масляные ирастительныемасла и ихзаменители:декстрин,сульфоритно-дрожжеваябражка, жидкоестекло, синтетическиесмолы и др.
Из противопригарныхматериаловчаще всегоиспользуютграфит, циркон,пылевидныйкварц и порошоккаменного угля.Противопригарныедобавки вводятв смеси дляуменьшенияобразованияпригара наотливках.
Для увеличенияподатливостии газопроницаемостистержней встержневыесмеси вводятдревесныеопилки.
Литейныесплавы.
В большинствеслучаев отливкиизготовляютиз металлическихсплавов, а неиз чистых металлов.Это объясняетсятем, что эксплуатационныеи особеннолитейные свойствамногих чистыхметаллов хужечем сплавов.
Металлическимисплавами называютсясистемы, состоящие(металлов илинеметаллов).Так основойстали являетсяжелезо. Кромежелеза в сталитакже содержатьсянеметаллические(углерод, сера,фосфор) и металлические(марганец, хроми др.) примеси.Примеси делятсяна легирующие(специальные),постоянные(неизбежные)и случайные.Легирующиепримеси вводятсяв сплав преднамеренно,чтобы придатьему необходимыеэксплуатационныеили технологическиесвойства. Напримердля повышенияпрочности итвердостичугуна и сталив них добавляютмарганец, хром,ванадий. Дляповышенияжидкотекучестичугуна прихудожественномлитье в негодобавляютфосфор. Постоянныминазываютсяпримеси, наличиекоторых, обусловленотехнологиейполучениясплава. Например,в чугуне постояннойпримесью являетсясера, переходящаяв чугун из кокса.Случайнойпримесью всером ваграночномчугуне можетбыть напримермедь, пришедшаяиз лома шихты.
Металлы исплавы, применяемыев промышленностиделятся на 2группы – черныеи цветные. Чернымиметалламиназываетсяжелезо и сплавына его основе.Цветными – всеостальныеметаллы и сплавы.
Характеристикавыбросов загрязняющихвеществ в атмосферу.
В литейномпроизводствена 1 т. отливокобразуетсяот 1 до 3 т. отходов,включающихотработаннуюи неиспользованнуюсмесь, шлаки,пыль, газы. Хотяосновная частьотходов – этоотработанныесмеси и шлаки,наибольшуюопасностьпредставляютименно пыльи газы, в связис трудностьюих улавливания,обезвреживанияи удаления. Аих количествопри производстве1 т. отливок изстали или чугунапримерно составляет:пыли – 50 кг.,углеводородов– 1 кг., оксидауглерода (II)– 250 кг., оксидасеры (II)– 1,5-2 кг., крометого выделяетсяряд другихвредных газов,таких как фенол,формальдегид,ацетон, бензоли др., общееколичествокоторых хотяи невелико,однако представляетопасность из-заих токсичности.
В газах, удаляемыхот литейногооборудованияи выбрасываемыхв атмосферу,содержатсяпыль, состоящаяв основном измелкодисперсныхчастичек, содержаниесвободногооксида кремнияв которых достигает60%. Поэтому срединаселения,прилегающихк заводу территорий,появляетсявозможностьвозникновенияпылевых профессиональныхзаболеваний.
Эффективностьочистки пылегазовыхвыбросов.
Обеспыливаниевыбрасываемогоиз литейногоцеха воздухапроизводитсяс помощью различноготипа пылеосадительныхустройств,различных попринципу действияи эффективности.К ним относятсяпылеосадительныекамеры, аппаратысухой инерционнойи мокрой очистки,тканевые иэлектрическиефильтры.
Применениепылеочистителейдает возможностьне только добитьсяочистки отходящихгазов от пыли,но и повторноиспользоватьранее выбросившуюсяпыль.
Из токсичныхгазов, выделяющихсяпри плавкеметаллов, сушкеформ и стержней,заливке формметаллом напервом местестоит СО. Основнойспособ уменьшенияколичестваСО, поступающегов окружающеепространство,дожигание егодо оксида углерода(IV).Больше сложностивозникает приобезвреживаниитоксичныхгазов, отходящихот стержневыхсушилок и установок,производящихстержни сиспользованиемхолоднотвердеющихсмесей, и в другихпроцессах,основанныхна применениисинтетических смол в составеформовочныхи стержневыхсмесей. В составэтих газоввходят различныеальдегиды,ароматическиеуглеводороды,спирты, оксидазота, серы,углерода ифосфора, аммиак,цианиды и другиевещества.
Существующиеспособы обезвреживаниягазов основанына химическомсвязываниивредных веществ,их адсорбциии абсорбциии т.п. К одномуиз наиболееперспективныхв настоящеевремя способовотноситсякатолическоеокислениеотходящих газовв контактныхаппаратах наспециальныхкатализаторахпри температуре200-500 єС.
Составлениетехнологическойсхемы очисткигазовых
выбросови сточных вод.
Очисткагазовых выбросовот пыли литейныхцехов можетпроизводитсяс использованиемаппаратовмокрой очистки(пенный газопроливательи барабанныйвакуум-фильтр)и аппаратовсухой очистки(циклон).
Технологическаясхема мокройочистки включаетв себя6 пенныйгазопроливатель(1), насос дляоткачки суспензии(2), насос для подачиосветленнойводы (3), барабанныйвакуум-фильтр(4), запорнуюарматуру (5) ивентилятордля подачизагрязненноговоздуха (6).
Технологическаясхема сухойочистки.
Она включает:циклон и вентилятордля подачизагрязненногогаза.
Расчетциклона.
Основнымразмером циклоналюбой конструкцииявляется диаметраппарата. Длянахождениядиаметра намнеобходимознать объемпроходящегочерез циклонгаза и скоростьпрохождениягаза черезциклон.
Скоростьгаза на входев циклон W1по практическимданным составляетот 14 до 18 м/с, а скоростьгаза в самомциклоне принимаетсяв пределахзаданныхсоотношением:
Примем скоростьгаза на входев циклон 18 м/с,а скорость газав циклоне W2=0,35W1,тогда скоростьгаза в циклонебудет равна:
Так как воздухпоступает приt=43єC,определим объемвоздуха приэтой температуре,используясоотношение:
Диаметрциклона определимпо формуле:
Примем ближайшуюстандартнуювеличину диаметра1,6 м.
Минимальныйдиаметр частицоседающих вциклоне определимпо формуле
где:
R1-радиусциклона;
R2-радиусвыхлопной трубыциклона ;
R2=(0,5-0,6)R1;R2=0,5R1=0,5∙1,6=0,8
μ-вязкостьгазовой фазы;
n-числокругов движениячастиц, принимаетсяв пределах от2 до 3, примем n=3;
ρч-плотностьгаза в циклоне.
Определимвязкость газовойфазы для заданнойтемпературыt=43єС.
С=111
μ0=17,72∙10-6Па∙с
Гидравлическоесопротивлениециклона определимпо формуле:
где:
ξ-коэффициентсопротивленияциклона, ξ=105
По результатамрасчета выберемциклон ЦН-15, ссопротивлением105 Па, и эффективностьюочистки, приминимальномдиаметре частиц9,6 мкм, 87%.
Расчет пенногогазопромывателя.
Так как заданнаяконцентрацияпыли равна 12г/м3,то мы рассматриваемоднополочныйгазопромыватель.
Самым важнымтехнологическимпараметромявляется скоростьгаза. При высокойскорости наблюдаетсяунос жидкойфазы (брызгоунос).Верхним пределомскорости газовогопотока является3 м/с. Сильныйбрызгоуноснаблюдаетсяпри скоростиболее 3,5 м/с. Нижнийпредел скоростигаза, при которомвозникает слойпены на полке,лежит в пределах0,8-1,2 м/с.
Таким образомоптимальноезначение скоростигаза выбираютв пределах2,2-2,8 м/с.
Так как объемгаза задан принормальныхусловиях, пересчитаемего на процесс,протекающийпри 43 єС.
Определяемплощадь поперечногосечения промывателя:
где:
Wг-скоростьгаза в аппарате,принимаемWг=2,3м/с.
В прямоугольномаппаратеобеспечиваетсялучшее распределениеводы, поэтомупримем прямоугольныйаппарат размером2·2,7 м с подачейводы черезцентральныйдиффузор.
При очисткегазов от пыли,при температурегаза менее 100єС, расчет количестваводы приводимпо уравнениюматериальногобаланса. Расходводы в промывателескладываетсяиз расходаводы, идущегов утечку и расходаводы идущегона слив с решетки.
Количествоводы протекающейчерез решетку,определяетсязаданным составомсуспензии Т:Жвыбираетсяв пределах5,5-9,5 : 1.
При Т:Ж 1 : 10 нерациональноиз-за большихобъемов растворови суспензии.
Количествоуловленнойв аппарате пылирассчитываетсяпо формуле:
где:
Свх-концентрацияпыли на входев аппарат;
Свых-концентрацияпыли на выходе.
Так как степеньочистки аппарата99,5%, то:
Примем Т:Ж= 1 : 8 =
Количествоводы, необходимойдля образованиясуспензииопределяетсяпо формуле:
где:
С-концентрацияпыли в суспензии;
К-коэффициентраспределениямежду утечкойи сливной водой,выраженнойотношениемпыли, попадающейв утечку, к общемуколичествупыли.
Количествоводы приходящейсяна 1м2 решеток,определяетсяпо уравнению:
Вследствиетрудностиопределенияпараметроврешетки, позаданной утечке,и учитываяиспарение воды,после ее протеканиячерез решетку,принимаемкоэффициентзапаса К3=1,5.
Количествосливной водыопределяетсяпо формуле:
где:
b-ширинарешетки передсливом, м;
I-интенсивностьпотока водына сливе (0,8-2,2 м3/м·ч),примем i=1м3/м·час.
Так как водасливается наобе стороны,то:
Общее количествоводы:
Учитываяпростоту изготовлениявыберем проливательс решеткой скруглыми отверстиями.Рекомендуемаяскорость газав отверстиях8-13 м/с. Полагаем,что количествоочищенногогаза не увеличивается,примем
Тогда отношениеплощади свободногосечения решеткик площади сеченияаппарата:
где:
Z-коэффициент,учитывающий,что 5% сечениярешетки занимают,опоры, переливныестенки и др.
По таблицевыбираемгазопромыватель:тип аппарата~ 40, как обеспечивающегоочистку заданногоколичествагаза, с расходомводы 12 м3/с,площадью сечениярешетки 5,6 м2,высота аппарата– 5750 мм.
Для обеспеченияработы аппаратапри колебанияхнагрузки примемвысоту порогаhп=25мм.
Габаритнаявысота газопромывателяскладываетсяиз следующихпараметров:
- надрешоточнаявысота h1=1м;
- подрешоточнаявысота h2=1м;
- высота бункераhб=2м.
Общая высотааппарата безучета штуцеров:h1+ h2+ hб= 1+1+2 = 4 м.
Определимдиаметр штуцерадля подводагаза по формуле:
где:
W1-скоростьгаза на входев аппарат, примемW1=15м/с.