Экологические проблемы литейного производства

УДК 504.05:621.74 
К60 

Р е ц е н з е н т 
кандидат технических наук, профессор В.А. Муравьев 

КОЛТЫГИНА.В. 

К60 
Экологические проблемы литейного производства: Учеб. 
пособие. - М.: МИСиС, 2003. - 99 с. 

в учебном пособии предпринята попытка обобщить весьма разрозненную информацию о процессах и технологиях литейного производства черных и цветных металлов с точки зрения их воздействия на экологическое состояние рабочей зоны предприятий и населенных мест, расположенных в непосредственной близости от производства, а также проанализировать данные 
процессы на предмет их соответствия требованиям о ресурсосбережениях, 
предъявляемым современной жизнью к любым технологическим процессам. 

Содержание пособия соответствует программе курса «Экологические 
проблемы литейного производства». 

Предназначено для студентов специальности 110400 «Литейное производство черных и цветных металлов». 

© Московский государственный институт 
стали и сплавов (Технологический 
университет) (МИСиС), 2003 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

Предисловие 
5 

1. Законодательная основа экологического регулирования и 
система стандартов производства 
6 

1.1. Общая характеристика Федерального закона «Об охране 
окружающей среды». Сведения о других законах и подзаконных 
актах экологического законодательства 
6 

1.2. Государственный стандарт ГОСТ РИСО 14000 
8 

1.3. Система стандартов ISO 14000 
9 

2. Вредные воздействия предприятий литейного производства 
на окружающую среду 
11 

2.1. Виды вредных воздействий 
11 

2.2. Вредные выбросы в атмосферу 
11 

2.2.1. Критерии вредности загрязнений. Понятие предельно 
допустимой концентрации 
11 

2.2.2. Классификация токсических веществ 
14 

2.2.3. Особенности совместного воздействия вредных 
веществ 
16 

2.2.4. Основные вредные вещества, выделяемые в атмосферу 
литейных цехов 
18 

2.3. Распределение газопылевых выбросов в атмосфере. 
Расчет максимальной величины приземной концентрации 
вредного вещества 
25 

2.4. Усредненная оценка ущерба от выбросов загрязняющих 
веществ в атмосферу 
31 

2.5. Критерии вредности загрязнений водоемов. ПДК 
32 

2.6. Определение предельно допустимого сброса в водоем. 
Расчет ущерба от сброса загрязняющих веществ со сточными 
водами 
37 

2.7. Твердые отходы литейного производства 
41 

3. Влияние на окружающую среду основных технологических 
процессов производства отливок 
42 

3.1. Получение жидкого металла 
42 

3.1.1. Пылевыделение при плавке в дуговых 
сталеплавильных печах 
42 

3.1.2. Пылегазовыделение при ваграночной плавке чугуна 
45 

3.1.3. Вредные выбросы при плавке стали и чугуна в 
индукционных печах 
48 

3.1.4. Вредные вещества, выделяющиеся при приготовлении 
цветных сплавов 
48 

3.1.5. Вредные выбросы при плавке цветных металлов в 
индукционных печах 
55 

3 

3.2. Приготовление формовочных и стержневых смесей и 
изготовление из них форм и стержней 
56 

3.2.1. Пылевыделение 
57 

3.2.2. Расчет газовыделения при изготовлении стержней 
59 

3.2.3. Условная токсичность 
59 

3.2.4. Изготовление форм и стержней из смесей с 
использованием связующих теплового отверждения 
60 

3.2.5. Производство форм и стержней на основе 
холоднотвердеющих смесей 
64 

3.3. Заливка металлом форм и их охлаждение 
65 

3.3.1. Термодеструкция органических связующих, 
отверждаемых тепловой сушкой 
66 

3.3.2. Термодеструкция горячетвердеющих смесей 
66 

3.3.3. Термодеструкции связующих, входящих в состав ХТС 
68 

3.4. Выбивка и финишная обработка отливок 
69 

4. Методы улавливания и нейтрализации вредных выделений 
литейного производства 
72 

4.1. Основные способы очистки от вредных выделений, 
принятые в литейном производстве 
72 

4.2. Системы улавливания выбросов дуговых электропечей 
74 

4.2.1. Улавливание выбросов с помощью вытяжных 
устройств 
74 

4.2.2. Отсос газов из рабочего пространства печи 
77 

4.2.3. Типичные схемы, применяемые при 
пылегазоулавливании в процессе электродуговой плавки 
79 

4.2.4. Очистка отходящих газов ДСП от оксида углерода 
81 

4.3. Системы улавливания выбросов вагранок 
82 

4.3.1. Типичные схемы, применяемые при очистке 
ваграночных газов от пыли 
83 

4.3.2. Очистка ваграночных газов от монооксида углерода 
85 

4.4. Способы очистки отходящих газов при производстве 
цветных сплавов 
86 

4.4.1. Очистка в отражательных печах 
86 

4.4.2. Очистка в индукционных печах 
89 

4.5. Улавливание пыли при работе с формовочными и 
стержневыми материалами 
90 

4.6. Нейтрализация вредных выделений при производстве и 
термодеструкции стержней на основе синтетических связующих 
91 

4.6.1. Очистка газов от фенола, формальдегида и 
азотсодержащих примесей 
91 

4.6.2. Обезвреживание канцерогенов 
93 

4.6.3. Очистка от оксидов серы, азота и углерода 
95 

Выводы 
97 

Библиографический список 
98 

4 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

Развитие литейного производства требует повышенного внимания 
специалистов-литейщиков к вопросам экологической безопасности и 
рационального использования ресурсов, применяемых при производстве отливок. Сегодня очевидным становится тот факт, что игнорирование требований экологической безопасности и рационального 
использования ресурсов в конечном итоге приводит к неконкурентоспособности продукции, услуг и всего предприятия в целом. Низкий 
экологический имидж предприятий все чаще становится барьером их 
выхода на внешний и внутренний рынок. 

В главе 1 рассмотрены вопросы правового регулирования экологических проблем литейного производства в свете существующего 
законодательства. 

Глава 2 посвящена анализу вредного воздействия литейного производства на окружающую среду. 

Глава 3 описывает вредные выбросы по основным технологическим процессам, применяемым при производстве отливок из сплавов 
черных и цветных металлов. 

Глава 4 содержит информацию об основных существующих на 
сегодня методах улавливания, нейтрализации и повторного использования вредных выделений и отходов литейного производства. 

Автор выражает признательность за помощь в составлении данного пособия проф. М.В. Ликунову и проф. Б.В. Бауману. 

5 

1. ЗАКОНОДАТЕЛЬНАЯ ОСНОВА 

ЭКОЛОГИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ И 

СИСТЕМА СТАНДАРТОВ ПРОИЗВОДСТВА 

1.1. Общая характеристика Федерального закона 

«Об охране окружающей среды». Сведения о 

других законах и подзаконных актах 

экологического законодательства 

Федеральный закон от 10 января 2002 № 7-ФЗ «Об охране окружающей среды» принят Государственной Думой Федерального Собрания РФ 20 декабря 2001 [1]. Он наряду с Конституцией РФ определяет общие положения, которые лежат в основе всего экологического 
законодательства. 

Федеральный закон определяет правовые основы государственной 
политики в области охраны окружающей среды, обеспечивающие 
сбалансированное решение социально-экономических задач, сохранение благоприятной окружающей среды, биологического разнообразия и природных ресурсов в целях удовлетворения потребностей 
нынешнего и будущих поколений, укрепления правопорядка в области охраны окружающей среды и обеспечения экологической 
безопасности. 

Впервые в российском экологическом законодательстве урегулирован комплекс экологических прав граждан, основное из которых право на охрану здоровья от неблагоприятного воздействия окружающей природной среды. 

В главе 1 Закона даны основные понятия экологического права: 
компоненты природной 
среды, природный 
объект, природноантропогенный объект, антропогенный объект, естественная экологическая система, природный комплекс, природный ландшафт, охрана окружающей среды, качество окружающей среды, негативное 
воздействие на окружающую среду, природные ресурсы, использование природных ресурсов, загрязнение окружающей среды, загрязняющее вещество, нормативы в области охраны окружающей среды, 
нормативы качества окружающей среды, нормативы допустимого 
воздействия на окружающую среду, нормативы допустимой антропогенной нагрузки на окружающую среду, нормативы допустимых 
выбросов и сбросов химических веществ, технологический норматив, нормативы предельно допустимых концентраций химических 

6 

веществ, нормативы допустимых физических воздействий, лимиты 
на выбросы и сбросы загрязняющих веществ и микроорганизмов, 
оценка воздействия на окружающую среду, мониторинг окружающей 
среды, экологический аудит, экологический риск, экологическая 
безопасность, вред окружающей среде и т.д. 

Закон также дает четкую характеристику технологии, которая 
должна быть признана наилучшей в современных условиях. Наилучшая существующая технология - это такая технология, которая 
основана на последних достижениях науки и техники, направлена на 
снижение негативного воздействия на окружающую среду и имеет 
установленный срок практического применения с учетом экономических и социальных факторов. 

Закон регулирует законодательные основы в области охраны окружающей среды, определяя перечень законодательных актов, входящих в экологическое законодательство, и область их действия, 
формулирует основные принципы охраны окружающей среды и определяет перечень объектов, попадающих под его действие. 

Кроме того, в Законе дан четкий перечень полномочий органов 
государственной власти Российской Федерации в сфере отношений, 
связанных с охраной окружающей среды (глава 2). 

В главе 3 определены права и обязанности граждан, общественных и иных некоммерческих объединений в области охраны окружающей среды. 

Закон декларирует приоритет экономического регулирования в 
области охраны окружающей среды над остальными видами регулирования и определяет методы экономического регулирования в области охраны окружающей среды, что является важным в условиях 
перехода к рыночным отношениям в производстве. 

В главе 5 устанавливаются основы нормирования в области охраны окружающей среды, охватывающие все виды воздействия на окружающую среду, и определяются основополагающие установки для 
разработки государственных стандартов и иных нормативов. 

Введены понятия экологической сертификации, экологической 
экспертизы, лицензирование отдельных видов деятельности в области охраны окружающей среды. 

Дано понятие государственного мониторинга окружающей среды и 
экологического контроля, принципы его организации (главы 10 и 11). 

Закон определяет ответственность за нарушение законодательства 
в области охраны окружающей среды и разрешение споров в области 
охраны окружающей среды для всех субъектов законодательства. 

7 

в целом можно сказать, что по отношению к прекратившему действие в связи с принятием данного закона закону РСФСР «Об охране 
окружающей природной среды» он является значительным шагом 
вперед на пути создания четкого законодательства в области охраны 
окружающей среды и природопользования. 

Кроме рассмотренного закона, существует еще целый ряд законов 
и подзаконных актов, составляющих в совокупности экологическое 
законодательство: 

• Федеральный закон от 23 ноября 1995 г. «Об экологической 
экспертизе»; 

• Федеральный закон от 04 мая 1999 г. «Об охране атмосферного 
воздуха»; 

• Федеральный закон от 30 марта 1999 г. «О санитарноэпидемиологическом благополучии населения»; 

• Федеральный закон от 30 ноября 1995 г. «О континентальном 
шельфе»; 

• Федеральный закон от 23 февраля 1995 г. «О природных лечебных ресурсах, лечебно-оздоровительных местностях и курортах»; 

• Федеральный закон от 14 марта 1995 г. «Об особо охраняемых 
природных территориях»; 

• Федеральный закон от 21 ноября 1995 г. «Об использовании 
атомной энергии»; 

• Федеральный закон от 9 января 1996 г. «О радиационной безопасности населения»; 

• другие законы и подзаконные акты. 
Их рассмотрение выходит за рамки данного курса. 

1.2. Государственный стандарт ГОСТ Р ИСО 14000 

В системе стандартов РФ, относящихся к вопросам экологии, существует достаточно большое разнообразие: это государственные 
стандарты (ГОСТы), стандарты СЭВ и множество отраслевых стандартов. В настоящее время большое внимание уделяется приведению 
стандартов в области экологии к принятому в развитых странах образцу. В связи с этим в последние время руководители предприятий 
литейного профиля достаточно активно внедряют в практику международный стандарт ISO 14000. 

8 

Осенью 1998 г. в Российской Федерации были приняты в качестве 
государственных стандартов ГОСТ Р ИСО 14000 первые пять документов, представляющих собой переводы соответствующих стандартов ISO 14000. Этим был реально подтвержден курс на сближение 
системы стандартов в области экологии и управления окружающей 
средой в РФ с международной системой стандартов. 

В оригинальных текстах ISO 14000 окружающая среда определена 
как среда, в которой организация функционирует, включая воздух, 
воду, землю, природные ресурсы, флору, фауну, человеческое общество и их взаимосвязи. Подчеркнуто также, что понятие «среда» следует трактовать широко - от элементов среды в границах организации до глобальной системы. Таким образом, в контексте ISO 14000 
окружающая среда понимается как среда, окружающая собственно 
организацию (предприятие), а общество (жители) рассматривается как элемент среды, на который оказывается воздействие, как и 
на другие элементы. 

ГОСТ Р ИСО 14001 устанавливает требования к системе управления окружающей средой, которая рассматривается как часть общей 
системы административного управления, т.е. ГОСТ рассматривает 
окружающую среду как объект управления, более того, субъектом 
выступает предприятие (или его природоохранная служба). Речь идет 
о развитии системы экологического менеджмента, задачи и результаты функционирования которой охватывают экологические аспекты 
деятельности организации, вопросы контроля воздействия на окружающую среду. Наконец, административное управление выступает 
лишь как один из компонентов системы менеджмента в организации. 

1.3. Система стандартов ISO 14000 

Документы, входящие в систему, можно условно разделить на три 
основные группы, содержащие: 

- принципы создания и использования систем экологического 
менеджмента (EMS); 

- инструменты экологического контроля и оценки; 
- стандарты, ориентированные на продукцию. 
В трех названных областях разработаны и разрабатываются следующие документы (табл. 1.1). 

9 

Таблица 1.1 

Документы, входящие в систему ISO 

Номер 
ISO 
Название документа 

Принципы экологического менеджмента 

14001 

14004 

14014 

Системы экологического менеджмента (EMS): 
спецификации и руководство но использованию 
EMS - Общие руководство по принципам, системам и методам 
Руководство по определению «начального уровня» экологической эффективности предприятия (Должно использоваться перед 
созданием формальной системы экологического менеджмента) 

+ 

+ 


Инструменты экологического контроля и оценки 

14010 

14011/1 

14012 

14031 

Руководство по экологическому аудиту: Общие принципы экологического аудита 
Руководство по экологическому аудиту: Процедуры аудита. Аудит систем экологического менеджмента 
Руководство по экологическому аудиту: Критерии квалификации экологических аудиторов 
Руководство по оценке экологических показателей деятельности 
организации 

+ 

+ 

+ 


Стандарты, ориентированные на продукцию 

14020 
(Серия 
документов) 
14040 
(Серия 
документов) 
14050 

14060 

Принципы экологической маркировки продукции 

Методология «оценки жизненного цикла»: оценки экологического воздействия, связанного с продукцией, на всех стадиях ее 
жизненного цикла 

Глоссарий 
Руководство по учету экологических аспектов в стандартах на 
продукцию 



+ 


Во всем мире в стандарте серии ISO 14000 работают уже более 
10 000 предприятий. Общее количество выданных в мире экологических сертификатов к концу 1999 г. составило 14 106. Компании 
General Motors и Ford объявили, что они будут требовать от своих 
поставщиков, чтобы их продукция соответствовала требованиям ISO 
14000. Литейные предприятия РФ внедряют у себя данный стандарт 
в основном в рамках сертификации производства на предмет соответствия системе стандартов ISO 9000. 

10 

2. ВРЕДНЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ПРЕДПРИЯТИЙ 

ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА 

НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ 

2.1. Виды вредных воздействий 

Литейное производство всегда было связано с серьезными негативными воздействиями на окружающую среду. Выделяют три основных вида вредных воздействий: 

1) вредные выбросы в атмосферу (наиболее значимый и опасный 
вид выбросов); 

2) загрязнение сточных вод; 
3) большое количество твердых отходов (отвалов). 
Существуют и другие, менее значимые, виды воздействия, как-то: 

тепловое, шумовое, электромагнитное загрязнение и т.п. 

Для изучения вредных воздействий литейного производства на 
окружающую среду и борьбы с ними в СССР, а затем и в РФ последовательно проводятся в жизнь закрепляемые законодательно принципы нормирования количества вредных веществ в объектах окружающей среды. 

2.2. Вредные выбросы в атмосферу 

2.2.1. Критерии вредности 
загрязнений. 
Понятие предельно допустимой 
концентрации 

Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ, в том числе радиоактивных, иных веществ и микроорганизмов, - нормативы, которые установлены в соответствии с показателями предельно допустимого содержания химических веществ в окружающей среде и несоблюдение которых может привести к загрязнению окружающей среды, деградации естественных экологических 
систем. 

Сформулированы основные критерии вредности атмосферных загрязнений: 

1. Допустимой может быть признана только такая концентрация 
того или иного вещества в атмосферном воздухе, которая не оказывает на человека прямого или косвенного вредного и неприятного 

11 

действия, не снижает его работоспособности, не влияет на самочувствие и настроение. 

2. Привыкание к вредным веществам должно рассматриваться как 
неблагоприятный момент и доказательство недопустимости изучаемой концентрации. 

3. Недопустимыми являются также такие концентрации вредных 
веществ, которые неблагоприятно влияют на растительность, климат, 
прозрачность атмосферы и бытовые условия жизни населения. 

Исходя из этих принципов, допустимое содержание атмосферных 
загрязнений основано на представлении о наличии порогов их действия. При научном обосновании ПДК вредных веществ в атмосферном воздухе используют принцип лимитирующего показателя (нормирование по наиболее чувствительному показателю). Так, если запах ощущается при концентрациях, которые не оказывают вредного 
влияния на организм человека и внешнюю среду, то нормирование 
осуществляют с учетом порога обоняния. Если вещество оказывает 
на окружающую среду вредное действие в меньших концентрациях, 
то при гигиеническом нормировании исходят из порога действия 
этого вещества на внешнюю среду. 

Для каждого вещества, загрязняющего атмосферный воздух, в РФ 
устанавливают два норматива: разовую и среднесуточную ПДК. 
Максимальную разовую ПДК устанавливают с целью предупреждения рефлекторных реакций у человека (ощущения запаха, изменений 
биоэлектрической активности головного мозга, световой чувствительности глаз и др.) при кратковременном воздействии атмосферных загрязнений (до 20 мин), а среднесуточную — с целью предупреждения их общетоксического, канцерогенного, мутагенного и 
других влияний. 

Обоснование максимальной разовой ПДК (ПДК^.р.) атмосферных 
загрязнений проводят по результатам наблюдений за людьми при 
кратковременном (5...20 мин) вдыхании воздуха с содержанием малых концентраций изучаемого вещества. 

Для установления среднесуточных ПДК (НДК^,) атмосферных 
загрязнений проводят токсикологический эксперимент на животных 
с целью изучения токсического действия конкретного вредного вещества. В эксперименте моделируют условия контакта человека с 
изучаемым веществом. Животных подвергают круглосуточному ингаляционному воздействию конкретного химического вещества в 
течение 3-4 мес. Для изучения состояния органов и систем организма 
используют разнообразные физиологические, биохимические, гисто
12 

химические, морфологические и другие показатели. Большое значение придают изменениям высшей нервной деятельности животных 
под влиянием вдыхания токсических веществ. 

Накопленный материал свидетельствует о том, что при длительном 
действии малых концентраций атмосферных загрязнений в живом организме развиваются прежде всего неспецифические изменения в центральной нервной системе, крови, ферментных системах и т.д. 

Кроме ПДКмр. и ПДК,.,. принято выделять ПДК рабочей зоны 
(ПДКр,.) и ПДК в воздухе населенных мест (ПДКн.м). 

Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе 
рабочей зоны - это концентрации, которые при ежедневной (кроме 
выходных дней) работе (8-часовой рабочий день) или при другой 
длительности, но не превышающей 41 ч в неделю, в течение всего 
рабочего стажа не могут вызывать заболеваний или отклонений в 
состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследований в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего или последующих поколений. 

Предельно допустимую концентрацию вредного вещества в воздухе рабочей зоны на постоянных рабочих местах производственных 
помещений, а также в цехах опытно-экспериментальных производств 
принимают по ГОСТ 12.1.005 - 88 [2]. 

Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе 
населенных мест - максимальные концентрации, отнесенные к определенному периоду усреднения (30 мин, 24 ч, 1 мес, 1 год) и не оказывающие при регламентированной вероятности их появления ни 
прямого, ни косвенного вредного воздействия на организм человека, 
включая отдаленные последствия для настоящего и последующих 
поколений, не снижающие работоспособности человека и не ухудшающие его самочувствия. 

Максимальная кратковременная (разовая) концентрация - наиболее высокая из числа 30-минутных концентраций, зарегистрированных в данной точке за определенный период наблюдения. 

Среднесуточная концентрация - средняя из числа концентраций, выявленных в течение суток или отбираемая непрерывно в течение 24 ч. 

ПДК вредных веществ в атмосфере населенных мест принимают 
согласно перечню «Предельно допустимых концентраций (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест», утвержденному Главным государственным санитарным врачом России. 

13