Материал: Комплексная безопасность. Колодяжный С.А., Ситников И.В
Комплексная безопасность, Вып. 2(2), 2017
8.Federal rules and regulations in the field of industrial safety "Safety rules for the receipt, transportation, use of melts of ferrous and non-ferrous metals and alloys based on these melts.
9.Bol'shakov A. M. General Hygiene / NovikovaI. M. — M.: Meditsina, 2002. —
pp.186-188.
10.Radoutskiy V. YU. Occupational sanitation and occupational health / Radoutskiy V. YU., Partigul Ye. O., Yanishin V. V. // Training and methodology complex BSTU named afterShukhov. – 2005. – pp. 38-41.
11.Rules for labor protection in the foundry industry POT Р M-002-97.
12.Omidianidost A., Ghasemkhani M., Golbabaei F., Azari M.R. Assessment of occupational exposure to dust and crystalline silica in foundries / Tanaffos – 2015. - № 11 – pp. 208-212.
13.Gomes J., Lloyd O., Norman N. The health of the workers in a rapidly developing country: effects of occupational exposure to noise and heat / Occupational medicine // Oxford University Press – 2002. – № 3 - p. – 121.
14.Ribeiro M.G., Filho W.R.P. Risk assessment of chemicals in foundries: the international chemical toolkit pilot-project / Journal of hazardous materials // Elsevier Science Publishing Company, Inc. – 2006. –№ 3 - pp. – 432-437.
15.Rosenman Kenneth D., Reilly Mary Jo, Rice Carol, Hertzberg Vicki, Tsen Chin-Yu, Anderson Henry A. Silicosis among foundry workers: implication for the need to revise the OSHA standard / American journal of epidemiology // Oxford University Press. – 1996. - № 9 – p. – 890.
16.Robert C. Scholz. Control silica exposure in foundries / Thomas J. Slavin, Kay Rowntree – 2007. – pp. 1-1,1-6,1-14.
46
Комплексная безопасность, Вып. 2(2), 2017
УДК 504:351.77
МОДЕЛЬ ПЛОТНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗМЕРА ЧАСТИЦ ПЫЛИ ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА
В. Л. Мурзинов, В. Я. Манохин, Е. И. Головина
Мурзинов Валерий Леонидович, Воронежский государственный технический университет, доктор технических наук, профессор кафедры пожарной и промышленной безопасности, e-mail: dr.murzinov@yandex.ru
Манохин Вячеслав Яковлевич, Воронежский государственный технический университет, доктор технических наук, профессор кафедры техносферной и пожарной безопасности, е-mail: manohinprof@mail.ru.
Головина Елена Ивановна, Воронежский государственный технический университет, заместитель декана по учебной работе факультета инженерных систем в строительстве, e-mail: u00111@vgasu.vrn.ru.
К опасным и вредным факторам литейного производства относятся высокие концентрации пыли и вредных газов, выделяющихся на различных этапах технологического процесса. Определение гранулометрического состава предоставленной пробы порошка проводилась методом лазерной дифракции, реализуемой на лазерном анализаторе частиц Fritsch NanoTec «ANALISETTE 22». Анализ пыли, образующейся на дробеструйном участке в процессе гранулометрического анализа, показал, что существует непосредственная угроза для органов дыхания. В процессе дробления 86,2 % выделяемой пыли имеют размер фракций менее100 мкм. Эти фракции относятся к средней и тонкой пыли, проникающей в легкие и осаждающейся в них. По мнению специалистов, наличие в воздухе пыли размером менее 10 мкм увеличивает опасность получения профзаболеваний таких, как силикоз, бронхит, дерматит, конъюнктивит. Получена модель распределения частиц пыли по размерам.
Ключевые слова: рабочая зона, пыль, литейное производство, гранулометрический состав, гамма-распре- деление, метод фиксированных точек.
Введение. В |
технологии |
литейного |
Пыль, основной составляющей кото- |
||
производства на различных этапах техноло- |
рой является кремнезём, образуется при при- |
||||
гического процесса, выделяются |
высокие |
готовлении и регенерации формовочных и |
|||
концентрации пыли и вредных газов. Целью |
стержневых смесей, плавке литейных сплавов |
||||
исследования |
является оценка дисперсного в различных плавильных агрегатах, выпуске |
||||
состава пыли, который определяет гигиени- |
жидкого металла из печи, внепечной обра- |
||||
ческое состояние |
рабочей |
зоны |
литейногоботке его и заливке в формы, на участке вы- |
||
производства. |
|
|
|
|
бивки отливок, в процессе обрубки и очистки |
При |
выполнении |
технологическихлитья, при подготовке и транспортировке ис- |
|||
процессов изготовления отливок, которые ха- |
ходных сыпучих материалов. |
||||
рактеризуются большим числом операций, |
Опасность пыли для здоровья опреде- |
||||
выделяются пыль, аэрозоли и газы [1]. Литей- |
ляется ее гранулометрическим составом, т.е. |
||||
ный цех машиностроительного производства |
количественным соотношением в ней фрак- |
||||
располагается в городской застройке. Сте- |
ций пыли различных размеров [4, 5, 6, 7]. |
||||
пень экологической |
безопасности |
определя- |
Описание лабораторной установки. |
||
ется микроклиматом в зоне дробеструйной Для определения размеров частиц пыли ис-
установки и межкорпусной зоне завода(при |
пользовался метод гранулометрического ана- |
рассеивании выбросов) [2]. Состояние воз- |
лиза. Определение гранулометрического со- |
духа рабочей зоны литейного производства, |
става предоставленной пробы порошка про- |
как правило, не соответствует нормативным |
водилась в Воронежском государственном |
гигиеническим требованиям. Это определя- |
техническом университете в центре коллек- |
ется сложностью технологических процессов |
тивного пользования им. проф. Ю.М. Бори- |
производства в целом [3]. |
сова. |
© Мурзинов В. Л., Манохин В. Я., Головина Е. И., 2017 47
Комплексная безопасность, Вып. 2(2), 2017
Рис. 1. Общий вид лазерного анализатора Fritsch NanoTec «ANALISETTE 22»
Был применён методом лазерной дифракции, |
Обработка |
полученных |
результа- |
реализуемой на лазерном анализаторе частиц |
тов. По результатам проведенного анализа |
||
Fritsch NanoTec «ANALISETTE 22» (рис. 1) с |
определен гранулометрический состав пред- |
||
пакетом управляющих программ Fritsch Mas |
ставленной пробы. |
Результаты, сформиро- |
|
control, в соответствии с требованиямиISO |
ванные программным обеспечением анализа- |
||
13320-2009. |
тора Fritsch NanoTec «ANALISETTE 22», |
||
Принцип дифракции лазерного излу- |
приведены в табл. 1. |
|
|
чения на дисперсных образцах заключается в |
В табл. 1 для фиксированного значе- |
||
том, что при попадании на частицу порошка |
ния долевого содержания частиц определён |
||
лазерный луч отклоняется на некоторый угол , |
максимальный её размер. В результате иссле- |
||
зависящий от размера частицы. Далее рассе- |
дования состава пыли установлено, что ча- |
||
янный луч попадает на детектор. Измерение |
стицы размером меньше или равно115.049 |
||
интенсивности излучения, попавшего на каж- |
мкм в пробе содержится около90 %, а круп- |
||
дый элемент детектора, и последующая мате- |
ных частиц (более 115.049 мкм) 10%. Наибо- |
||
матическая обработка сигнала позволяютлее опасными для |
человека являются пыли, |
||
определить размер частиц образца и оценить |
частицы которых имеют размер от 0,2 мкм до |
||
их форму. |
10 мкм, так как вызываю пневмокониозы, а |
||
Для исследования частиц в анализа- |
при наличии пленки SiO2 силикозы. |
|
|
торе осуществлялось сравнение лазерного из- |
В табл. 2 показаны результаты обра- |
||
лучения от образцов и объекта исследования. |
ботки исходного статистического |
материала |
|
При этом использовалась дифракционная мо- |
для получения эмпирической зависимости, |
||
дель Фраунгофера. Данная модель применя- |
связывающей долевое содержание и размер |
||
ется только для образцов с частицами круп- |
частиц предоставленной пробы. |
|
|
нее 0,1 мкм (100 нм). |
|
|
|
48
Комплексная безопасность, вып. 2(2), 2017
|
|
Гранулометрический состав пробы |
Таблица 1 |
|||
|
|
|
|
|||
Значение, % |
размер частиц, |
Значение, % |
размер частиц, |
Значение, % |
размер частиц, |
|
|
мкм |
|
мкм |
|
мкм |
|
5.0% |
<= 19.285 мкм |
10.0% |
<=26.295мкм |
15.0% |
<=30.679мкм |
|
20.0% |
<=34.802мкм |
25.0% |
<=38.617мкм |
30.0% |
<=42.615мкм |
|
35.0% |
<=46.354мкм |
40.0% |
<=50.105мкм |
45.0% |
<=53.895мкм |
|
50.0% |
<=57.549мкм |
55.0% |
<=61.440мкм |
60.0% |
<=65.570мкм |
|
65.0% |
<=70.497мкм |
70.0% |
<=75.998мкм |
75.0% |
<=82.355мкм |
|
80.0% |
<=89.220мкм |
85.0% |
<=97.614мкм |
90.0% |
<=115.049мкм |
|
95.0% |
<=162.398мкм |
99.0% |
<=189.947мкм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 2 |
||
|
Долевое содержание частиц зафиксированного размера в пробе |
|||||||||||
|
Исходные данные |
|
|
|
Результат вычислений |
|
||||||
i |
ji , долевое со- |
di , размер |
j |
d j |
= |
di + di+1 |
, |
f S (d j )= |
ji+1 - ji |
|
|
|
|
||||||||||||
держание |
-ча |
|
|
|||||||||
|
частиц, мкм |
|
|
2 |
|
|
di+1 - di |
|
||||
|
стиц |
|
|
|
|
|
мкм |
|
|
|||
0. |
0,0 |
|
0,0 |
0 |
|
|
– |
– |
|
|||
1. |
0,05 |
|
≤ 19,29 |
1 |
|
9,6 |
|
0,0026 |
|
|
||
2. |
0,1 |
|
≤ 26,30 |
2 |
|
22,8 |
|
0,0071 |
|
|
||
3. |
0,15 |
|
≤ 30,68 |
3 |
|
28,5 |
|
0,0114 |
|
|
||
4. |
0,2 |
|
≤ 34,80 |
4 |
|
32,7 |
|
0,0121 |
|
|
||
5. |
0,25 |
|
≤ 38,62 |
5 |
|
36,7 |
|
0,0131 |
|
|
||
6. |
0,3 |
|
≤ 42,62 |
6 |
|
40,6 |
|
0,0125 |
|
|
||
7. |
0,35 |
|
≤ 46,35 |
7 |
|
44,5 |
|
0,0134 |
|
|
||
8. |
0,4 |
|
≤ 50,11 |
8 |
|
48,2 |
|
0,0133 |
|
|
||
9. |
0,45 |
|
≤ 53,90 |
9 |
|
52,0 |
|
0,0132 |
|
|
||
10. |
0,5 |
|
≤ 57,55 |
10 |
|
55,7 |
|
0,0137 |
|
|
||
11. |
0,55 |
|
≤ 61,44 |
11 |
|
59,5 |
|
0,0129 |
|
|
||
12. |
0,6 |
|
≤ 65,57 |
12 |
|
63,5 |
|
0,0121 |
|
|
||
13. |
0,65 |
|
≤ 70,50 |
13 |
|
68,0 |
|
0,0101 |
|
|
||
14. |
0,7 |
|
≤ 76,00 |
14 |
|
73,2 |
|
0,0091 |
|
|
||
15. |
0,75 |
|
≤ 82,36 |
15 |
|
79,2 |
|
0,0079 |
|
|
||
16. |
0,8 |
|
≤ 89,22 |
16 |
|
85,8 |
|
0,0073 |
|
|
||
17. |
0,85 |
|
≤ 97,61 |
17 |
|
93,4 |
|
0,0060 |
|
|
||
18. |
0,9 |
|
≤ 115,05 |
18 |
|
106,3 |
|
0,0029 |
|
|
||
19. |
0,95 |
|
≤ 162,40 |
19 |
|
138,7 |
|
0,0011 |
|
|
||
20. |
0,99 |
|
≤ 189,95 |
20 |
|
180,7 |
|
0,0014 |
|
|
||
Для большей наглядности , данные таб- |
участками с позиции выделения пыли явля- |
|
лицы 2 представлены в графическом виде на |
ются камеры и решетки. Однако с позиции |
|
рис. 2 и рис. 3. |
|
моделирования отмечено, что в составе пыли |
Моделирование |
гранулометриче- |
весовое содержание фракций с диаметром до |
ского состава пыли. Подходы к моделирова- |
20 мкм достигает 43,8% по массе. Даная пыль |
|
нию состава пыли были осуществлены в ра- |
наиболее опасна для здоровья работающего |
|
ботах [9, 10]. В этих работах показано, что в |
персонала и создает проблемы при очистке |
|
рабочей зоне литейных цехов кроме пыли вы - |
воздуха. |
|
деляется значительное количество загрязняю - |
|
|
щих веществ. Наиболее |
неблагополучными |
|
49
Комплексная безопасность, Вып. 2(2), 2017
Рис. 2. Графическое представление данных табл. 2 (аналог функции распределения [8]).
Рис. 3. Графическое представление данных табл. 2 (аналог функции плотности распределения [8]).
Для построения эмпирической зависимости, связывающей размер частицы и её долевое содержание в предоставленной пробе, были приняты следующие условные обозначения:
ji – долевое содержание частиц в предоставленной пробе;
di – фиксированный диаметр, полученный на
лазерном анализаторе частиц пылиFritsch NanoTec «ANALISETTE 22» с пакетом управляющих программ Fritsch Mas control, мкм;
QS (di ) – эмпирическая функция, построен-
ная по значениям табл. 3, является аналогом функции распределения для случайной величины;
QN (di ) – функция нормального закона распределения;
QU (di ) – функция нормального усечённого закона распределения;
QG (di ) – функция Гамма-распределения;
QB (di ) – функция распределения Вейбулла; fS (d j ) – эмпирическая функция плотности
распределения, являющейся статистическим аналогом функции плотности распределения;
f N (d j ) – функция плотности нормального закона распределения;
fU (d j ) – функция плотности нормального усечённого закона распределения;
fG (d j ) – функция плотности Гамма-распре-
деления;
fB (d j ) – функция плотности распределения Вейбулла;
50