V法鑄造車間噴霧降塵對比實踐與應(yīng)用

　　孫紅楠 葉升平

　　(華中科技大學(xué)材料學(xué)院，武漢，430074)

　　摘要：本文對V法鑄造車間粉塵濃度控制措施進行了探索，從車間結(jié)構(gòu)設(shè)計、除塵設(shè)備設(shè)計、各工位安排等方面進行了探討。著重試驗了通過噴霧來進行降塵方法的可行性，并取得了初步效果。對整套噴霧系統(tǒng)的控制系統(tǒng)進行了改進，實現(xiàn)能夠根據(jù)車間粉塵濃度自動控制噴霧執(zhí)行裝置。

　　關(guān)鍵詞：V法鑄造，粉塵濃度，噴霧系統(tǒng)，環(huán)境保護

　　1. V法鑄造車間粉塵現(xiàn)狀

　　近年來V法鑄造企業(yè)發(fā)展形勢較好，但其中也存在了許多不足，這些不足在一定程度上制約了V法鑄造的進一步發(fā)展。在此筆者主要探討一下困擾V法鑄造的粉塵問題。粉塵問題與現(xiàn)代工業(yè)相伴而生，但由于現(xiàn)代社會人們對自身健康的重視，他們對自己的工作環(huán)境有著越來越高的要求，因此鑄造行業(yè)由于其相對惡劣的環(huán)境問題已經(jīng)產(chǎn)生了招工困難的現(xiàn)象。V法鑄造企業(yè)粉塵污染問題尤為突出，不僅危害工人健康，變相造成用人成本增加，而且在一定程度上破壞儀器設(shè)備的精確度，影響產(chǎn)品質(zhì)量，所以，粉塵污染成為了鑄造業(yè)界亟需解決的一項問題。

　　V法鑄造車間主要是由于車間結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，除塵設(shè)備不滿足要求等原因使得車間粉塵濃度過高，另外，V法鑄造用干砂，翻箱落砂時熱氣流帶動風(fēng)化破碎的細小塵粒上涌，造型工位噴涂涂料等，都會產(chǎn)生很多粉塵，它們懸浮在車間空氣中對車間環(huán)境有著長期的影響。

　　對環(huán)境影響較大,引起人們普遍關(guān)注的有總懸浮顆粒物( TSP) 、可吸入顆粒物(PM10) 、可入肺顆粒物(PM2. 5) 。其中PM10的意義是空氣中顆粒尺寸小于等于10μm的顆粒物濃度，顆粒細小，可吸入，造成塵肺病等多種職業(yè)病。

　　細小粉塵對工人的身體健康有著很大危害。其中總懸浮顆粒物(TSP)中有部分可以自然沉降，尺寸較大的可以通過佩戴口罩來減少它對人體的傷害。而PM10、PM2.5在空氣中長久漂浮不易沉降，需要人工特別處理。筆者走訪了數(shù)家V法鑄造企業(yè)，對V法鑄造車間各工位粉塵濃度進行了測量及調(diào)查，本文中選取安徽某典型V法鑄造企業(yè)的測量數(shù)據(jù)如表1所示：

　　表1 V法鑄造車間各工位粉塵一般濃度范圍

　　(溫度15℃，濕度28%)

　　(表1數(shù)據(jù)是由TH-150C型空氣采樣器完成)

　　由于各個車間的結(jié)構(gòu)、使用年限、生產(chǎn)狀況等各方面的不同，粉塵濃度數(shù)據(jù)在一個比較寬的范圍內(nèi)變動，表1中是筆者從中選取的有代表意義的幾組數(shù)據(jù)，從中可以看出，現(xiàn)在V法鑄造車間的粉塵問題是極其嚴重的。以Pm2.5尺寸為例，世衛(wèi)組織規(guī)定pm2.5小于10μg/m³為安全值，歐美標注：pm2.5小于等于35μg/m³，空氣質(zhì)量為良。而國內(nèi)《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》中規(guī)定：PM2.5日均濃度限值為75μg/m³，pm2.5日平均值小于等于75μg/m³時，空氣質(zhì)量為良。當pm2.5大于75μg/m³時，說明空氣污染嚴重，而V法鑄造車間大大超出了質(zhì)量標準。

　　除此之外還可看出，除了像清理工位這樣粉塵集中的工位外，整個車間各處的粉塵濃度相差不大，我們以對人體傷害相對較大的PM10顆粒為依據(jù)，探索可以對車間揚塵有抑制作用的措施。

　　2. V法鑄造車間現(xiàn)行主要除塵措施

　　鑄造行業(yè)一般來說在生產(chǎn)之前，進行廠房設(shè)計的時候就要考慮到通風(fēng)、除塵等方面，其中最重要的是車間結(jié)構(gòu)設(shè)計和除塵設(shè)備的安裝。一般情況下要對廠房進行除塵常從以下幾個方面入手：廠房通風(fēng)設(shè)計，屋頂開天窗，屋頂抽氣。地溝送風(fēng)，人工作位排風(fēng)。在生產(chǎn)線設(shè)備接口的揚塵點或產(chǎn)塵集中的工位點，加除塵罩抽風(fēng)除塵。還要注意各工位的排布，產(chǎn)生較多粉塵的工位至于下風(fēng)口通風(fēng)較好的地方[1]。此外重要的是可以對粉塵集中處理的除塵設(shè)備、除塵管道的設(shè)計。除塵罩盡量是封閉的，但又不能影響正常生產(chǎn)。揚塵設(shè)備要密閉處置，或放入地溝中蓋板密閉。其它還要注意車間散落塵土、細料的清理。

　　3. 噴霧降塵探索

　　通過噴霧的方法來進行降溫、降塵，國內(nèi)外都有所應(yīng)用。而在鑄造車間里引用噴霧降塵，使之作為除塵設(shè)備之外的輔助設(shè)施，投資少，鋪設(shè)簡單，成本低廉，而且可以對逃逸出除塵設(shè)備在車間空氣中懸浮的粉塵有一定的控制作用，如果能實現(xiàn)整套系統(tǒng)的自動化控制就可以更少地占用生產(chǎn)成本了。其中日本消失模鑄造典型企業(yè)木村公司率先在2005年就在車間內(nèi)全面采用水氣二流體噴霧降塵措施。但該企業(yè)采用的是用濕度傳感器來控制噴霧系統(tǒng)，對車間粉塵濃度沒有一個即時且精確的測控與應(yīng)用。

　　國內(nèi)對噴霧的應(yīng)用已經(jīng)比較廣泛，但大部分是用于降溫、增濕的用途，用于降塵也是在個別的特殊行業(yè)，目前國內(nèi)還沒有實現(xiàn)基于粉塵濃度傳感器的自動控制，其中走的比較前端的南京某公司還是基于的濕度、溫度等傳感器。

　　3.1. 噴霧除塵原理

　　降塵可以通過增加粉塵密度，增大粉塵粒度來實現(xiàn)。塵粒吸水后重量顯著增加，有利于沉降，同時吸水后有利于粉塵碰撞后凝聚，粒度增加，促使粉塵沉降[2]。噴霧除塵就是將水霧化，形成許多高速運動的細小水滴，運動中的水滴與粉塵顆粒發(fā)生碰撞而結(jié)合在一起，顆粒因表面濕度增大，以及顆粒之間在表面水的作用下很容易相互聚集在一起形成大顆粒粉塵，使顆粒本體重量增大而加速下落[3]。

　　筆者對幾種噴霧系統(tǒng)進行了對比實驗，確定了適合V法鑄造車間降塵的噴霧系統(tǒng)，即高壓噴霧系統(tǒng)，它的霧滴尺寸范圍是3~10μm。需要6~7Mpa的水壓，噴頭流量在3~10㎏/h之間。噴霧流量和噴霧時間可控、穩(wěn)定，而且可以根據(jù)需要很容易的增設(shè)或減少噴頭數(shù)量，鋪設(shè)方便。

　　3.2. 噴霧系統(tǒng)車間布局原理

　　噴霧降塵系統(tǒng)若想達到理想的降塵效果，還要分析車間工位布局并計算噴霧量，合理安排高壓噴頭的數(shù)量、位置及管道排布，整個系統(tǒng)的工作原理如圖1所示：

　　圖1中左面是整套系統(tǒng)的分布原理圖，主要包括主機、管道和噴頭。其中噴頭的數(shù)量和噴霧流量是由空氣焓濕學(xué)原理確定的，霧滴大小可調(diào)，與塵粒顆粒相近的霧滴沉降效果較好。右邊圖示噴霧的具體工作原理。由傳感器感知車間空氣粉塵信號，反饋給控控制主機，使得粉塵濃度在超限時可以自動啟動噴霧執(zhí)行系統(tǒng)，進行作業(yè)。當然，控制方式除了可以利用傳感器之外，還可以設(shè)置手動和定時自動等功能，使用時根據(jù)現(xiàn)場情況決定。

　　噴霧流量大小可以由噴頭的間距、數(shù)量決定，噴頭直徑對霧滴尺寸影響較大。這些參數(shù)都可根據(jù)實際情況來調(diào)節(jié)。其中圖2是高壓噴霧系統(tǒng)管件接頭及不銹鋼噴頭，圖3即是高壓噴霧系統(tǒng)噴頭工作的效果圖：

　　3.3 噴霧降塵效果

　　為判斷噴霧降塵的可行性，筆者在典型V法車間進行了前期噴霧實驗，通過檢測某定點工位噴霧前后粉塵濃度的變化，來確定噴霧降塵的效果。數(shù)據(jù)的檢測是由TH-150C型空氣采樣器完成的。其中表2即是落砂工位噴霧前后粉塵濃度的對比數(shù)據(jù)：

　　表2 噴霧前后落砂工位粉塵濃度變化對比

　　(表2數(shù)據(jù)是由TH-150C型空氣采樣器完成)

　　把表2中數(shù)據(jù)進行一個更直觀的表示如柱狀圖4所示：

　　表2中，筆者選取了落砂工位噴霧前后的三組典型數(shù)據(jù)，從粉塵濃度數(shù)據(jù)可以看出，在落砂工位經(jīng)過一定時間的噴霧降塵作業(yè)，是可以在一定程度上降低粉塵濃度的，這就說明通過噴霧的方法來進行降塵是可以施行的。

　　㎎/m³

　　3.4. 噴霧系統(tǒng)自動化控制

　　對整套系統(tǒng)實現(xiàn)自動化控制，需要用到粉塵濃度傳感器，它所使用的原理是光吸收法。例如β射線在通過顆粒物時會被吸收,當能量恒定時,β射線的吸收量與顆粒物的質(zhì)量成正比。測量時,經(jīng)過切割器,將顆粒物捕集在濾膜上,通過測量β射線的透過強度,即可計算出空氣中顆粒物濃度?？梢蚤g斷測量,也可以進行自動連續(xù)測量,粉塵對β線的吸收與氣溶膠的種類、粒徑、形狀、顏色和化學(xué)組成等無關(guān),只與粒子的質(zhì)量有關(guān)。β射線可由14C 射線源產(chǎn)生的低能射線,安全耐用,其半衰期可達數(shù)千年,十分穩(wěn)定[4]。

　　由光源發(fā)出的光線透過顆粒物通過集光鏡到達傳感器上,傳感器把感受到的光強信號轉(zhuǎn)換成電信號,經(jīng)過放大和分析電路,可以計測脈沖的發(fā)生量,即可得到以每分鐘脈沖數(shù)(CPM) 表示的相對濃度。當顆粒物性質(zhì)一定時,可以通過稱重法先求出CPM 與mg/ m3 的轉(zhuǎn)換系數(shù)K,根據(jù)K 值將CPM 值直接轉(zhuǎn)換、顯示為質(zhì)量濃度(mg/ m3 )。圖5為粉塵濃度傳感器組成原理圖：

　　由以上原理可得傳感器主要包括光源、接受裝置、轉(zhuǎn)換電路等結(jié)構(gòu)。前期研制過程中的主要影響因素在于收、發(fā)光源之間的合適間距，由此在兩者之間安放一段導(dǎo)軌，以此完成前期的線性數(shù)據(jù)實驗。此傳感器的主要結(jié)構(gòu)如圖6：

　　1.光源2.含塵氣流3.透鏡4.探測器

　　5.過濾器6.粉塵出嘴7.粉塵進入嘴8.抽氣泵

　　4. 結(jié)論

　　(1)本次研究證明了在V法鑄造車間利用噴霧的方法來控制車間揚塵的含量是可行的，且這套系統(tǒng)投資小，方便操作，還不需要改變車間結(jié)構(gòu)，不影響生產(chǎn)操作，在降塵的同時提高車間的相對濕度，降低溫度，顯著地改善車間空氣環(huán)境，保護工人身體健康，具有很大的推廣價值。

　　(2)系統(tǒng)所用高壓噴霧除塵系統(tǒng)可以任意增加或減少噴頭數(shù)量，霧滴細密，運行穩(wěn)定，適合大范圍的安裝使用。安裝時對水源沒有特殊要求，簡單，方便。

　　參考文獻

　　[1] 陸哲明，蔣國榮張家平等.鑄造車間通風(fēng)除塵技術(shù)[M].機械工業(yè)出版社，1983

　　[2] 小川明[日]著，周世輝譯.氣體顆粒的分離[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1991.

　　[3] 沈曉晨，高靖，董雪飛. 智能化噴霧降塵技術(shù)研究[J]. 機械，2011(4),38:25—26

　　[4] 楊書申，邵龍義，龔鐵強等.大氣顆粒物濃度檢測技術(shù)及其發(fā)展[J].北京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2005,4(1)：36-39