В статье рассмотрено воздействие металлов на развитие профессиональных патологий у работающих; условия горения металлов и технологические процессы в металлургических цехах, сопровождающиеся выделением пыли и газов, а также система движения воздуха в камере разливочной машины. Анализ полученных при этом линий тока позволил выбрать наиболее рациональное расположение всасывающего сопла аспирации.
Ключевые слова: металл, сплав, горение, давление, плотность, расплавы, температура, разливочная машина, пыль.
Металл — основа народного хозяйства. Металлы при определенных условиях обладают опасными свойствами, которые могут привести к пожару, взрыву или токсическому воздействию на организм, проблема обеспечения производственной безопасности приобретает особое значение. Многие металлы и сплавы способны загораться. Одни быстро окисляются в присутствии воздуха или влаги, генерируя достаточно тепла для достижения температуры воспламенения, другие окисляются медленно и выделяемого тепла недостаточно для воспламенения. Некоторые металлы, особенно магний, титан, натрий, калий, литий, гафний, считаются горючими из-за их способности относительно легко воспламеняться и поддерживать горение. Отдельные металлы, которые обычно не считаются горючими, воспламеняются и горят в мелко раздробленном состоянии. Аэрогели и аэрозоли многих металлов пожаро- и взрывоопасны; известны разрушительные промышленные взрывы металлической пыли. [1]
Воздействие металлов на работающих во многих случаях приводит к профессиональным заболеваниям. Необходимость в решении вопросов производственной безопасности и предопределила интерес к оценке горючих и токсических свойств металлов, их сплавов и соединений. Исследования в этой области особенно усилилась в последние годы в связи с прогрессом ядерной и ракетной техники, порошковой металлургии, пиротехники и других новых отраслей промышленности, в которых применяются металлы и различные их соединения. Потребовалось более глубокие исследования горения металлов в связи с применением металлов в высокотемпературных и коррозионных средах, в реактивных двигателях, в качестве ракетного топлива и т. д. Развитие ядерной энергетики и ракетной техники потребовало более полного выяснения сущности процессов высокотемпературного окисления, механизмов воспламенения и горения металлов и сплавов. [2]
Горение металла — экзотермический гетерогенный процесс, при котором одно из реагирующих веществ — металл (сплав) — находится в твердой фазе, а другое — окислитель — в окружающей среде; продукты реакции могут находиться в твердом, жидком или парообразном состоянии.
Скорость гетерогенного химического процесса не может возрастать неограниченно; она определяется как истинной скоростью протекания химической реакции на поверхность металла, так и скоростью подвода реагирующих веществ к этой поверхности благодаря диффузии.
Защита атмосферы — социальная и экономическая проблема, неразрывно связанная с задачей создания комфортных условий для жизни и работы человека.
Технологические процессы в металлургических цехах часто сопровождаются большими пыле — газовыми выбросами, особенно интенсивными при разливке ферросплавов. Хотя разливка ферросплава из ковша в изложницы производится под укрытием разливочной машины, имеют место большие пылегазовые выбросы, приводящие к превышению предельно допустимой концентрации пыли и вредных газов в атмосфере цеха. [3]
Разработка средств и способов сокращения указанных пылегазовых выбросов потребовало изучения сложного движения воздуха в камере разливочной машины, обусловленного аспирационным отсосом, выделением газа и паров из ковша, конвективным движением, вызванным интенсивным нагревом воздуха от расплавленного металла.
Физический механизм влияния этих факторов приводит к тому, что в пределах рассматриваемой камеры изменяются такие параметры воздуха, как давление, плотность и температура. Поэтому движение воздуха (составляющие скорость движения) могут быть описаны лишь в сочетании с описанием изменения указанных параметров. [4]
Выделяющийся из печи газ отводится в газоочистку, а затем используется как топливо. Запыленность сжигаемого газа должна быть не выше 10–20 мг/м3.
Из закрытой печи отвод газов осуществляется через 2–3 и даже более газоотсосов, каждый из которых отводит газ на свою газоочистку. Так как под сводом поддерживается избыточное давление 0,5–1 мм вод. ст., часть газа (15–20 %) все же выбивается из печи через места загрузки и различные неплотности и сгорает в атмосфере цеха. [5]
Движение воздуха в камере разливочной машины описано системой дифференциальных уравнений. [6]
(1)
где ψ(х,у) — функция тона;
Т0 — начальная температура воздуха в камере;
ρ0 Р0 — плотность и давление, соответствующее начальной температуре Т0;
μ — вязкость воздуха;
Q — мощность притока теплоты на единицу объема;
ω — ротор векторного поля скоростей.
; 
, (2)
Следует считать, что создаваемое поле скоростей воздуха потенциально, то есть дифференцированием потенциала р (r, z) по переменным r, z находим соответствующие составляющие скорости.
Ur = — U0 R0 
e-λz J1(λr) J1(λR0) dλ, (3)
Uz = — U0 R0 e-λz J0(λr) J1(λR0) dλ, (4)
Рис. 1. Общий вид камеры разливочной машины: 1 — ковш; 2 — желоб; 3 — транспортер с изложницами; 4 — аспирационный зонт; 5 — транспортное окно
где Qc1 — расход воздуха в аспирационный зонт 4;
Qтр — расход воздуха в транспортное окно 5.
(5)
T
где Тр — температура расплава.
Для численной реализации задачи (1) — (5) она нормирована, а входящие в нее величины обезразмерены. Для нормальной задачи разработан алгоритм и соответствующая программа для ЭВМ, реализующие итерационный метод установления с оценкой по норме невязки, представляющей собой среднеквадратическое значение невязок во всех точках.
В соответствии с разработанной программой произведены вычислительные эксперименты при различных значениях параметров Y1, X1, Qc1, X2, X3. Анализ полученных при этом линий тока позволил выбрать наиболее рациональное расположение всасывающего сопла аспирации (параметры Х2, Х3), а также разработать другие рекомендации, связанные с изменением параметров Y1. Y2.
Заключение.
В установках с тканевыми фильтрами применяют рукава из высокотемпературных тканей, выдерживающих температуру 2500 С.
Основными преимуществами очистки фильтрацией являются малые энергозатраты и отсутствие водопотребления.
Выполнение этих рекомендаций позволило существенно снизить запыленность и загазированность воздуха в цехе ферросплавного завода.
Литература:
1. Злобинский Б. М., Иоффе И. Г., Злобинский В. Б. Воспламеняемость и токсичность металлов и сплавов. — М.: Издательство «Металлургия», 1972.
2. Старк С. Б. Пылеулавливание и очистка газов в металлургии. — М.: Издательство «Металлургия», 1977.
3. Юдашкин М. Я. Очистка газов в металлургии. — М.: Издательство «Металлургия», 1976.
4. Афанасьев Ю. А., Фомин С. А. Мониторинг и методы контроля окружающей среды. Учебное пособие. М.: МНЭПУ, 1998.
5. Денисов В. Н., Рогалев В. А. Проблемы экологизации автомобильного транспорта. СПб.: МАИЭБ, 2004.
6. Мухина Е. А. Физико-химические методы анализа. М.: Химия, 1995.
