某鑄造車間粉塵污染測試與分析

羅　薇，強天偉，程愛霞，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）

某鑄造車間粉塵污染測試與分析

羅薇，強天偉，程愛霞，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）

砂型鑄造車間各生產(chǎn)環(huán)節(jié)產(chǎn)生粉塵量日益增多，對車間環(huán)境及工人的身心健康造成了嚴重影響。通過對濟南某砂型鑄造車間進行現(xiàn)場實測，了解車間項目概況及粉塵污染情況，并提出防治措施。

鑄造；粉塵；實測；污染；措施

1　鑄造車間粉塵污染特性分析

砂型鑄造工藝流程復(fù)雜，工序繁多，車間中的粉塵多來源于鑄造型砂。粉塵對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人體危害最為嚴重。造型材料中游離SiO2的含量如表1所示。國家規(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)量分數(shù)，%）［1］

鑄造車間粉塵的來源主要有兩大類：一類為生產(chǎn)過程產(chǎn)塵；另一類為運輸過程產(chǎn)塵。

2　粉塵污染測試

2.1測試現(xiàn)場資料

表2　工作場所空氣中粉塵容許濃度［2］

本次測試選擇濟南市某有限公司鑄造車間為主要研究對象，鑄造生產(chǎn)過程如圖1所示。該車間主要生產(chǎn)機械類鑄件，年產(chǎn)鑄件35 000 t，其中機床類鑄件達28 000 t，模具毛坯鑄件6 000 t.

圖1　砂型鑄造流程圖

2.2測試方案設(shè)計

鑄造車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、清理等作為主要測點布置區(qū)域，同時為了解粉塵污染物在整個車間的運移特點，選擇部分非產(chǎn)塵地點布置測點。鑄造車間測點及測點位置見圖2所示。

車間粉塵測試采用的是TSI8530氣溶膠監(jiān)測儀，在測試過程中粉塵濃度測定儀分別對各測點隨機讀取數(shù)據(jù)10次，每次讀數(shù)間隔15 s，取其算術(shù)平均值作為最終測試數(shù)據(jù)。測試分階段進行，第一階段為PM2.5測試、第二階段為PM4測試、第三階段為PM10測試、最后再對產(chǎn)生污染較嚴重的區(qū)域進行二次測試。

2.3現(xiàn)場測試與分析

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)致鑄造車間粉塵污染較為嚴重。研究鑄造車間內(nèi)粉塵顆粒物濃度分布不僅有助于了解鑄造車間及其周邊的環(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。對該鑄造車間內(nèi)不同測點粉塵濃度進行現(xiàn)場實測，獲得該車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車間整體測試結(jié)果及分析（主干道附近及6個大門口附近）

本次測試共選取了13個測點，如圖2所示，本次測試目的為車間內(nèi)粉塵對人體影響，因此測點高度在距廠房地面1.4 m～1.6 m范圍內(nèi)。主要測量測點處不同粒徑的粉塵濃度分布，在13個測點中測點A、測點B、測點J～測點M這6個測點位于車間各個門口處，車間門口處測試結(jié)果及車間內(nèi)部測試結(jié)果如圖3所示。

由圖3可見位于車間門口的6個測點整體粉塵濃度較低，均處于0.125 mg/m3以下，對比6個測點的粉塵濃度可以發(fā)現(xiàn)測點J（車間南門口1）的PM 10粉塵濃度較高，因測點J靠近車間落砂機及除塵器，除塵器卸灰口散落粉塵易造成二次揚塵，導(dǎo)致該測點濃度較高。根據(jù)GB 3095-2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》［3］規(guī)定，PM 2.5及PM 10的日平均二級濃度限值分別為0.075 mg/m3和0.15 mg/m3，測點J未超過標準限值。

由車間門口的粉塵濃度測試結(jié)果可以看出：各測點的PM 2.5及PM 10粉塵濃度均滿足《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》的要求，該鑄造廠在測試時車間門口處空氣質(zhì)量較好。車間大門由于工藝及運輸要求經(jīng)常處于敞開狀態(tài)，車間門口的粉塵測試結(jié)果也可以從側(cè)面反映出車間外部的空氣質(zhì)量，本車間外部空氣質(zhì)量較好。

由圖3可見：位于車間內(nèi)部的測點粉塵濃度普遍較高，均超過國家標準規(guī)定的濃度限值，車間在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的顆粒物對車間內(nèi)部空氣造成一定程度的污染。其中測點E、F、G三處粉塵濃度較高。

測點E為灌砂工序，在灌砂過程中，型砂由灌砂機傾瀉而出，下落時大量粉塵向周圍擴散，而工人的工作地點正處于擴散區(qū)內(nèi)，粉塵濃度較高，灌砂工序成為車間的主要污染源。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 鑄造車間測點位置分布圖

圖3　車間內(nèi)部不同采樣點的粉塵濃度

測點F為車間通道交叉口，該測點的粉塵濃度較高，原因主要有以下兩點：其一，測點F在車間運輸?shù)闹鞲傻郎希囬g物料運輸頻繁，極易造成粉塵的散落及沉降，當有氣流通過時造成二次揚塵，使測點處于高粉塵濃度狀態(tài)；其二，測點F位于測點E（灌砂工藝）的下風(fēng)側(cè)，測點F的粉塵濃度受到灌砂區(qū)的影響很大。

測點G為車間的沖天爐，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，對環(huán)境造成污染［4］。

本次測試的13個測點不同粒徑粉塵濃度測試結(jié)果如圖3所示。由圖可見車間測點越趨近門口，其粉塵濃度值越低。其原因主要是室外空氣進入車間對粉塵進行稀釋。然而車間內(nèi)部環(huán)境較差，粉塵濃度普遍較高，對工人的工作環(huán)境及其身心健康造成不利的影響。

鑄造車間，鑄件經(jīng)過落砂、破碎設(shè)備，在高能量、大動力的機械能作用下，振動、沖擊使較干燥的型砂隨著機械誘發(fā)的風(fēng)流大量噴入車間中，而各類設(shè)備又不可能完全封堵嚴密，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，導(dǎo)致浮塵嚴重超標，而鑄造車間的工人長期工作于粉塵量超標的環(huán)境中，粉塵中含有游離的二氧化硅會嚴重威脅到鑄造工人的身心健康，并增加塵肺病的發(fā)病率。由此可見車間粉塵如不能得到很好地控制，不僅會對車間環(huán)境及設(shè)備造成不利的影響，而且會嚴重威脅到鑄造工人的身心健康。

3　改進措施

本次測試沒有在落砂及清理環(huán)節(jié)附近布點，因為廠方對落砂環(huán)節(jié)粉塵發(fā)散點設(shè)置半密閉集塵，并且通過除塵系統(tǒng)將半密閉罩內(nèi)收集到的粉塵進行處理，有效地避免了粉塵在工作地點的擴散。

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

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

對于地坑爐處粉塵擴散可在地坑處安裝可旋轉(zhuǎn)的頂吸罩，為不影響吊車使用，頂吸罩平時在地坑爐側(cè)面，當?shù)踯嚢蚜慵\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)冶煉過程一般分為加料期、冶煉期和出鐵期三個階段。根據(jù)現(xiàn)場情況，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)計成斜面并在其上設(shè)置吸風(fēng)口，經(jīng)除塵器過濾裝置過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口，而爐口煙塵較少，且熱煙塵向上流動，因此，此處開口沒有多少煙塵溢出，無需設(shè)置活動門。在沖天爐前后兩側(cè)設(shè)置移動導(dǎo)軌，移動罩放在導(dǎo)軌上。沖天爐在加料、出鋼期和檢修電極等情況時，則移開移動罩。在固定罩和移動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)合實際情況選擇排煙形式以及排煙罩形式。

同時，為了更好地對車間整體進行粉塵控制，可將車間進行分區(qū)，在廠房的熔爐區(qū)對產(chǎn)生廢氣量較大的地坑爐，澆注軌道等設(shè)備設(shè)置一個局部半封閉的空間作為低跨局部。為及時收集處理擴散入該空間內(nèi)的煙塵，防止煙塵彌漫，可對該空間單獨設(shè)計全室換氣機械排風(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，因此澆注時不得開啟任何排風(fēng)設(shè)備，避免由于空氣流動過度強烈而造成夾卷空氣、產(chǎn)生金屬氧化物夾雜和沖刷型芯，造成產(chǎn)品大量報廢。只有在澆注成型后才可開啟排風(fēng)機將澆注產(chǎn)生的大量煙塵排至室外。由此可以采取如下保護措施：

1）將澆注區(qū)域與其他區(qū)域用隔斷分隔開，以便減少廢氣向整個高跨區(qū)的擴散；

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

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

4）在屋頂風(fēng)機前設(shè)聯(lián)動保溫閥，防止非工作狀態(tài)時冷空氣直接進入室內(nèi)，并在高跨區(qū)的側(cè)天窗上增加手動開窗器，方便工人開啟側(cè)天窗［7］。

無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，實現(xiàn)機械化、自動化、密閉化，并配備一定的通風(fēng)除塵設(shè)施。同時應(yīng)提高工人的自我防護意識以減少職業(yè)病的發(fā)生概率，這樣綠色鑄造的實現(xiàn)才會成為可能。

［1］ 居鹓.機械工業(yè)采暖通風(fēng)與空調(diào)設(shè)計手冊［M］.上海：同濟大學(xué)出版社，2007.

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

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

［4］ 冉冉.鑄造車間粉塵處理技術(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)境保護與除塵技術(shù)［J］.鑄造設(shè)備研究，2008（02）：14-17.

［6］ 鑄造車間通風(fēng)除塵技術(shù)委員會.鑄造車間通風(fēng)除塵技術(shù)［M］.北京：機械工業(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。