Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Дисперсный состав литейных пылей

Покупка
Основная коллекция
Артикул: 619901.01.99
Самсонов, В. Т. Дисперсный состав литейных пылей [Электронный ресурс] / В. Т. Самсонов // Научные работы институтов охраны труда ВЦСПС. Выпуск 4 (30) / ВЦСПС. - Москва : ПРОФИЗДАТ, 1964. - 13 с. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/467512 (дата обращения: 29.03.2024). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов. Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в ридер.
ВЦСПС

ВСЕСОЮЗНЫЙ ЦЕНТРАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ИНСТИТУТ ОХРАНЫ ТРУДА

(Москва)

НАУЧНЫЕ   РАБОТЫ

ИНСТИТУТОВ   ОХРАНЫ

ТРУДА   ВЦСПС

Выпуск   4 (30)

■

ИЗДАТЕЛЬСТВО ВЦСПС

ПРОФИЗДАТ — 1964

В. Т. САМСОНОВ

(Московский институт охраны труда)

ДИСПЕРСНЫЙ СОСТАВ ЛИТЕЙНЫХ ПЫЛЕЙ

Увеличивающееся 
количество 
перерабатываемых 
формовочных 
и 

стержневых смесей на одной и той же производственной площади вызвало 
относительное перераспределение количества выделяющихся в воздух 
литейных цехов вредностей.
Если при ступенчатом режиме рассеянного литья основными вредностями 
были газы и тепло [1], то в современных литейных цехах с поточным 
производством отливок — в основном силикозоопасная пыль. Проведенные в 
последние 
годы 
обследования 
выбивных, 
смесеприготовительных 
и 

формовочных участков механизированных литейных цехов [2] показали, что, 
несмотря на значительный объем удаляемого местными отсосами воздуха, 
концентрации пыли в рабочей зоне помещений этих участков во много раз 
превышают санитарные нормы. Концентрации газов в большинстве случаев 
оказывались в пределах нормы.
Наиболее эффективным средством для предотвращения распространения 
образовавшейся пыли по помещению является полное укрытие источника 
пылеобразования с отсосом из него воздуха. При этом выбрасываемый в 
атмосферу воздух должен быть в достаточной степени обеспылен. Чтобы 
выбрать пылеулавливающее оборудование, которое работало бы при данных 
условиях 
наиболее 
эффективно, 
необходимо 
прежде 
всего 
знать 

концентрацию и дисперсный состав пыли в удаляемом воздухе и пределы 
изменения этих величин.
Но 
концентрация 
и 
дисперсный 
состав 
пыли 
в 
воздухе 
перед 

пылеотделителями мало изучен и почти не освещён в технической 
литературе. В этой статье излагаются результаты изучения дисперсного 
состава литейной пыли в зависимости от условий её образования.
Пылящими материалами при литье в разовые песчаные формы являются 
оборотная формовочная смесь после выбивки форм и сухие освежающие 
добавки. Формовочную смесь приготавливают обычно из кварцевого песка 
естественного происхождения с добавлением к нему небольшого количества 
молотой глины и молотого угля. Последние компоненты вводятся часто в 
виде угольно-глиняной суспензии, и пылеобразование при этом отсутствует. 
Готовая формовочная смесь при 4—5%-ной влажности обычно не пылит.
При заливке формы металлом формовочная смесь нагревается. При этом 
зерна кварца, составляющие основную массу смеси, нагреваясь до 
температуры 575° С и 870° С, проходят 
и 
-модификации и резко 

увеличиваются в объеме. При нагревании до 1000° С, наоборот, объем зерен 
уменьшается. В результате резкого колебания объема зёрна кварца 
растрескиваются, образуя большое количество мелких частиц. Формовочная 

смесь таким образом измельчается, доля мелких фракций возрастает, а 
влажность ее значительно понижается.
Под воздействием расплавленного металла связующие вещества (глины) 
также 
подвергаются 
различным 
изменениям. 
При 
нагревании 
до 

температуры 
110° 
испаряется 
гигроскопическая 
(поверхностная 

молекулярная) и гидратная (цеолитная) вода. При нагреве до температуры 
430°
глина 
необратимо 
теряет 
также 
и 
конституционную 
и 

кристаллизационную воду, то есть происходит дегидратация глины. 
Дегидратированная глина не восстанавливает своей пластичности и
клейкости и составляет в оборотной смеси вредную примесь, которая 
увеличивает содержание пыли и понижает газопроницаемость формы.
Таким образом, в процессе производства отливок происходит естественное 
измельчение формовочной смеси, нежелательное как с технологической, так 
и с санитарно-технической стороны. Причем с увеличением оборачиваемости 
смеси увеличивается степень ее измельчения При дальнейшей переработке 
такой смеси под действием токов воздуха мелкие частицы легко переходят во 
взвешенное состояние.
Технологические операции, сопровождающиеся пылеобразованием, можно 
разделить на две группы:
не сопровождающиеся механическим измельчением материалов (открытый 
транспорт сыпучих материалов, загрузка в бункеры и оборудование, выбивка 
форм, просеивание и пр.);
сопровождающиеся 
механическим 
измельчением 
материалов 
(размол, 

очистка, 
обрубка 
и 
обдирка 
отливок, 
пневматическая 
регенерация 

формовочных материалов и пр.).
Мы будем изучать пыли, образующиеся только при операциях первой 
группы.
Основной причиной пылеобразования здесь являются потоки 

воздуха, либо создаваемые самим падающим сыпучим материалом, либо 
создаваемые нагретыми телами или вентиляционными установками. Часто 
действуют сразу все причины, например, при выбивке форм.
Дисперсный состав пыли, образовавшейся в результате таких операций, 
изучен мало. Имеющиеся же в литературе данные дисперсных составов 
пылей большей частью малодостоверны. Часто приводятся данные для 
пылей, задержанных далеко не абсолютным пылеотделителем. В этом случае 
дисперсный состав оказывается неполным, усечённым в области мелких 
фракций. Иногда приводятся данные анализов пыли, предварительно 
просеянной через сито 60 мкм. Веса фракций, полученные в результате 
анализа, относят не ко всей пробе пыли, а лишь к пыли, прошедшей через 
сито. В результате этого дисперсный состав оказывается искажённым, 
усечённым в крупных фракциях [3]. К тому же методы дисперсионного 
анализа, применявшиеся до последнего времени, обладают малой точностью, 
особенно гравитационные воздушные сепараторы.
В то же время хорошо изучен дисперсный состав механически измельченных 
материалов [4]. Академик А. Н. Колмогоров теоретически доказал, что при 
довольно общих предположениях о случайном процессе измельчения 

плотность распределения размеров частиц стремится асимптотически к 
логарифмически нормальному закону. Для тонкоизмельченных в мельницах 
материалов 
этот 
вывод 
А. 
Н. 
Колмогорова 
достаточно 
хорошо 

экспериментально
подтвержден многими исследователями.
Однако для 

промышленных пылей, несмотря на острую необходимость, такой проверки 
до сих пор не проводилось и логарифмически нормальный закон 
распределения в обеспыливающей вентиляции почти не применяется.'
В 
этой статье излагаются результаты экспериментальной проверки 

соответствия 
дисперсных 
составов 
литейных 
пылей 
логарифмически 

нормальному закону.
Соответствие того или иного экспериментально определенного дисперсного 
состава логарифмически нормальному закону проверяется очень просто: в 
вероятностно-логарифмической сетке опытные точки должны лечь
на 

прямую линию [4]. В дальнейшем все опытные данные мы будем 
обрабатывать именно в такой сетке. На рис. 1
приведены графики 

дисперсных составов трех видов литейной пыли [5]. Опытные точки 
удовлетворительно укладываются на прямые линии, следовательно, эти 
дисперсные составы подчиняются логарифмически нормальному закону.

Рис. 1. Дисперсный состав пылей по весу фракций:
1, 2, 3 — весовые  распределения пылей, 
приведенных в табл. 1

При 
этом 
оказывается 
очень 
удобным 

использовать для характеристики крупности 
пыли параметры логарифмически нормального 
закона распределения. Вместо того чтобы 
приводить данные процентного содержания 
фракций, можно привести значения среднего 
размера х0 и стандартного отклонения  . В 
табл. 1 приведены параметры распределения и 
вычисленные удельные поверхности пылей.
На рис. 2 приведены графики дисперсных 

составов пыли, витающей в воздухе рабочей зоны литейных цехов. Анализы 
производились счётным методом при помощи седиментатора Грина и 
оптического микроскопа. В этом случае опытные точки тоже хорошо 
укладываются на прямые линии.

Таблица 1

Место отбора пыли
Средний размер 

частиц, мкм

Стандартное 
отклонение

Удельная 

поверхность, 

см2/cм3

В воздуховоде отсоса от места 
пересыпки горелой смеси
48
3,43
4050

В воздуховоде от накатного 
укрытия над выбивной решеткой
26
2,82
5930

В воздуховоде отсоса от сита 
для просева оборотной смеси
15,5
2,15
7 900

Пробы пыли отбирались из воздуха рабочей зоны в смесеприготовительном 
отделении чугунолитейного завода имени Войкова и в выбивном отделении 
автозавода имени Лихачева в Москве.1 Пыль в смесеприготовительном 
отделении несколько мельче, чем в выбивном, вследствие различной 
подвижности воздуха в этих помещениях.
На рис. 2 приведен график дисперсного состава кварцевой пыли,
обнаруженной 
в 
легких 
рабочих, 
которые 
болели 
силикозом 
[6]. 

Оказывается, что дисперсность пыли, витающей в воздухе литейных цехов, 
соответствует дисперсности пыли, которая проникает в легкие, и лишь 
незначительно крупнее ее. Поэтому она наиболее опасна.

Рис. 2. Дисперсный состав пылей по числу 

частиц:

1 - распределение пыли в воздухе рабочей зоны 
выбивного отделения; 2 - в нейтральной зоне 
выбивного отделения; 3 —
в рабочей зоне 

смесеприготовительного 
отделения; 
4 
—

распределение частиц пыли, осевшей в легких 
человека

Из 
рис. 
2 
видно, 
насколько 
удобно 

сравнивать дисперсный состав пылей в вероятностно-логарифмической 
сетке. Однако еще более удобно для сравнения крупности пыли между собой 
использовать величину удельной поверхности, вычисляемой по уравнению, 
которое 
объединяет 
оба 
параметра 
логарифмически 
нормального 

распределения:

2

0

6
ln
exp
2

m
S
x










см2/см3,
(1)

где
0x — медианный размер, мкм,

 — стандартное отклонение.

1 Анализы выполнены сотрудником института Е. П. Терентьевой.

Вычисленная удельная поверхность пыли не соответствует действительной 
удельной поверхности, так как она определяется для фиктивных частиц 
шарообразной формы, размеры которых найдены по скорости витания. Но 
для сравнения пылей между собой эта величина вполне приемлема.
Нами был определен дисперсный состав нескольких видов литейных пылей. 
Пробы пыли отбирались в смесеприготовительном и выбивном отделениях 
радиаторного цеха завода имени Войкова [2]. Поскольку относительная 
влажность удаляемого из оборудования смесеприготовительного отделения 
воздуха высока, поэтому, соприкасаясь с холодными стенками воздуховодов, 
влага конденсирует и увлажняет пыль. Влажные пылинки налипают на 
стенки воздуховода, особенно на поворотах потока. Таким образом, в 
течение двух-трех недель сечение воздуховода диаметром 500 мм. может 
полностью закупориться пылью. Поэтому в местах поворотов воздуховодов 
устраиваются дверцы для чистки, через которые были взяты пробы пыли в 
виде густого шлама. Кроме того, пробы были взяты на конце вытяжной 
шахты от бегунов, на внутренних стенках и на поверхности зонта над 
шахтой, а также с внутренней поверхности дефлекторов систем естественной 
вытяжной 
вентиляции 
от 
головки 
элеватора 
оборотной 
смеси 
и 

полигонального сита. Можно ожидать, что на стенках воздуховодов оседают 
частицы всех размеров и дисперсный состав пыли не нарушен. В связи с 
наличием в пыли глины после высыхания шлам слипался в комья и 
оказывался не пригодным для проведения дисперсионного анализа. Для 
окончательного обезвоживания и диспергирования пыль была подвергнута 
специальной обработке. Чтобы комья пыли размякли, их помещали в 
сернистый эфир. Затем, тщательно разминая вручную оставшиеся агрегаты 
частиц, получали суспензию пыли в эфире. Чтобы эфир испарился, пробирку 
с суспензией пыли помещали в вытяжной, затем в сушильный шкафы. 

Рис. 3. Дисперсный состав пылей литейного производства, приведенных в табл. 2

После сушки пыль анализировали на центробежном сепараторе. Поскольку 
основная масса пыли состоит из кварцевых частиц, твердость которых по 
шкале МООСА равна семи единицам, можно не опасаться дополнительного 
ее измельчения. Плотность пыли, определенная пикнометрическим методом, 

в среднем равна 2,52 г/см3. Дисперсный состав пылей определялся на 
центробежном сепараторе Bahco фирмы "NEU", Lille.
Наиболее характерные данные анализов пылей представлены на рис. 3, а 
параметры распределения сведены в табл. 2. Дисперсный состав здесь и в 
дальнейшем пересчитан на плотность частиц, равную 1 г/см3, что позволяет 
сравнивать между собой пыли разной плотности и формы частиц.
В табл. 2 приведены также величины удельной поверхности, вычисленные по 
формуле (1). Опыт 4 на рис. 3 не приведен.
Из таблицы видно, что пыль, отобранная в колене воздуховода, крупнее 
пыли, взятой на поверхности зонта над шахтой вентиляционной системы, так 
как крупные частицы по мере движения потока оседают на стенках быстрее.
Различия в крупности пыли в разных системах определяются, кроме того, 
скоростью воздуха в воздуховодах этих систем.
Из рис. 3 видно, что распределения размеров частиц литейных пылей 
подчиняются логарифмически нормальному закону.

Таблица 2

Место отбора пробы пыли

Средний 
размер 

частиц, мкм

Стандартное 
отклонение

Удельная 

поверхность, 

см2/cм3

В в о

На поверхности зонта над шахтой 
вытяжной  системы от выбивной 
решетки

160
6,66
3590

В месте поворота воздуховода 
вытяжной вентиляционной системы 
от бегунов № 1

81
5,6
5190

То же, от бегунов № 2
57
4,6
5360

На внутренней поверхности 
дефлектора вытяжной системы от 
головки элеватора

65
5,5
6280

На поверхности зонта над шахтой 
вентиляционной системы от 
бегунов № 1

23,5
3,56
9050

При определении параметров распределения по графикам, построенным в 
вероятностно-логарифмической сетке для крупных пылей с большой 
степенью полидисперсности ( >3), во избежание ошибок был применен 
метод, основанный на понятии о квантилях распределения [7]:
i -тая квантиль n -го порядка — это логарифм числа xin, определяемый 
уравнением:




2
ln

2

ln
ln
1
(
)
(ln
)
exp
(ln )
2ln
ln
2

in
x

o

in
in

x
x
D x
x
d
x








 









, 
(2)

i=1,2...n-1,
где
(
)
in
D x
—весовая доля частиц пыли размером меньше
in
x , %;

x — размер частиц пыли, мкм;

ox — медианный размер частицы, мкм;

 — стандартное отклонение.
Для канонического (нормированного) распределения квантили tin находят по 
уравнению:




2

exp
2

in
t

in

t
t
dt












(3)

и связаны с квантилями ln
in
x уравнением

0
ln
ln

ln
x
x
t




или
ln
ln 0
ln
x
x
t



(4)

Уравнение (4) позволяет найти приближенное значение параметров
0
ln x
и

ln . По результатам измерений имеем ряд значений ln
in
x и 
(
)
in
D x . По закону 

больших чисел, когда число измерений велико, имеем приближенные 
равенства

0
ln
ln
ln
in
in
x
x
t





,

из которых по способу наименьших квадратов можно найти
0
ln x
и ln . 

Величины
int находим по таблицам [8].

Нормальные уравнения для нахождения lnх0 и ln имеют вид:



0
1 ln
ln
ln
i
i

i
i

n
x
t
x








(5)

2

0
ln
ln
ln
i
i
i

i
i
i

x
t
t
t
x










(6)

Из этих уравнений получаем приближенные значения

0
0
ln
ln
x
x

и ln
ln

 

.

По изложенному методу обрабатывались все данные анализов, когда 
необходимо было получить точное значение параметров распределения.
Кроме дисперсионных анализов производственных пылей, нами были 
выполнены анализы пылей, полученных на опытной установке. По 
минералогическому составу эти пыли близки к производственным.
В опытах тщательно исследовали дисперсный состав пылей, полученных при 
свободном падении сухих сыпучих материалов, и соответствие дисперсных
составов логарифмически нормальному закону распределения. Кроме того, 
находили зависимость изменения дисперсного состава пыли от скорости 
движения воздушных потоков.
Для проведения этих работ был изготовлен аэродинамический стенд [9]. 
Стенд состоит из набора взаимозаменяемых деталей и узлов, позволяющих 
проводить эксперименты по схеме на всасывание (рис. 4,а) или на нагнетание 

(рис. 4,6). В данном случае применен вентилятор 1 (см. рис. 4) высокого 
давления на одном валу с электродвигателем, число оборотов которого 2900 
мин-1. Расход воздуха регулировади сменными диафрагмами 2 и шибером, 
установленным у всасывающего отверстия вентилятора. Расход воздуха 
можно измерять сменными коллекторами 3 либо трубами Вентури. Для 
уничтожения 
пульсаций 
и 
закручивания 
потока 
применена 
камера 

статического давления 4. В первой серии опытов аэродинамический стенд 
был собран по схеме на всасывание (см. рис. 4,а). Пылящий материал 
подавался в камеру сверху через воронку 8. Запыленный воздух всасывался 
через коллектор диаметром 50 мм в малую камеру диаметром 200 мм и 
длиной 200 мм. На конце этой камеры (по ходу воздуха) помещался 
абсолютный фильтр 6 из материала ФПП-15.

Рис. 4. Экспериментальная установка: а — собрана по схеме на всасывание; б —
собрана по схеме на нагнетание; / — вентилятор Ц8-18 № 4; 2 — кассета с 
диафрагмой; 3 — коллектор; 4 — камера давления; 5 — манометр; 6 — фильтр; 7 —
шахта & 200 мм; 8 — воронка для пылящего материала; 9 — клапан  с рыхлителем; 
10 — воздуходувка

Особенности конструкции фильтра следующие. На обруч диаметром 250 мм 
натянута шелковая сетка с ячейками размером в свету 200 мкм; поверх этой 
сетки укладывается фильтрующий материал на марлевой основе. Фильтр 
зажимается болтами между фланцами малой камеры и кассетой для сменных 
диафрагм. Такой фильтр выдерживал давление до 500 мм вод. ст.
В первой серии опытов в качестве пылящего материала применялся молотый 
песок 
грубого 
помола, 
а 
также 
смесь 
формовочной 
земли 
с 

тонкоизмельченным песком при спокойном движении воздуха в камере 
статического давления и при потоке, возмущенном воздушной струей, 

создаваемой воздуходувкой 10. По мере запыления фильтра сопротивление 
его возрастало и, чтобы скорость воздуха оставалась постоянной, опыт 
начинали с минимального расхода воздуха. Затем постепенно открывали 
диафрагму так, чтобы перепад давления в микроманометре 5 оставался 
постоянным. Опыт прекращался, когда не удавалось остановить уменьшение 
скорости воздуха. Таким образом, на фильтре получали слой пыли толщиной 
около 2
мм. Эту пыль осторожно собирали и анализировали на 

центробежном сепараторе. После каждого опыта фильтрующий материал 
сменялся новым. Данные анализов представлены на рис. 5.

Опыты с формовочной смесью показали, что 
дисперсный 
состав 
пыли, 
задержанной 

фильтром, 
следует 
логарифмически 

нормальному 
закону 
независимо 
от 

дисперсного состава пылящего материала. 
Этот вывод распространяется только на 
исследованные пылящие материалы.

Рис. 5. Дисперсный состав пылей, полученных на 
установке рис. 4, а:
1 — с поддувом снизу, из размолотого кварцевого 
песка; 2 — без поддува, из смеси формовочной 
земли и молотого песка; 3 — без поддува, из 
размолотого кварцевого песка

Опыты с молотым кварцевым песком показали, что при подаче струи воздуха 
в камеру статического давления задержанная фильтром пыль оказалась более 
крупной, чем в случае, когда воздух в камеру не подавался. Это можно 
объяснить повышенным распыливанием падающего материала и более 
высокой интенсивностью турбулентности воздушного потока.
Вторая серия опытов проводилась на стенде, собранном по нагнетательной 
схеме. Пыление производилось струей падающего пылящего материала в 
вертикальной цилиндрической шахте 7 диаметром 200 мм (см. рис. 4,6). 
Пылящий материал помещался в воронку 8, нижнее отверстие диаметром 8 
мм которой было закрыто клапаном 9 с рыхлителем, введенным внутрь 
воронки. Наибольший диаметр воронки 100 мм, высота 200 мм. В начале 
опыта клапан открывали и материал сыпался с малым расходом навстречу 
восходящему потоку воздуха. В верхней части шахты устанавливался фильтр 
6; основание шахты было заглушено. Расход воздуха измерялся с помощью 
коллектора 3 и термоэлектроанемометра в выходном отверстии диаметром 50 
мм после фильтра. В течение опыта расход воздуха поддерживался 
постоянным. Собранная с фильтра пыль анализировалась на центробежном 
сепараторе.
Опыты проводились с неразмолотым и размолотым кварцевым песком, а 
также с неразмолотой и размолотой сухой формовочной смесью. Данные 
анализов представлены на рис. 6, Чтобы не загромождать рисунок, 
приведены лишь кривые опытов 3—7. Видно, что дисперсный состав пылей