Образование и нейтрализация вредных выбросов при производстве литья с использованием моделей из пенополистирола
Приведены данные по составу полистирола. Исследованы количество и состав выбросов вредных веществ на этапах изготовления модели и при её термодеструкции на всей стадии контакта с жидким, затвердевающим металлом и при охлаждении отливки. Установлены технологические переделы, которые создают наибольшу...
Збережено в:
| Дата: | 2016 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
2016
|
| Назва видання: | Металл и литье Украины |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/162918 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Образование и нейтрализация вредных выбросов при производстве литья с использованием моделей из пенополистирола / О.И. Шинський, И.А. Шалевская // Металл и литье Украины. — 2016. — № 1 (272). — С. 23-26. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-162918 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1629182020-01-19T09:32:26Z Образование и нейтрализация вредных выбросов при производстве литья с использованием моделей из пенополистирола Шинський, О.И. Шалевская, И.А. Приведены данные по составу полистирола. Исследованы количество и состав выбросов вредных веществ на этапах изготовления модели и при её термодеструкции на всей стадии контакта с жидким, затвердевающим металлом и при охлаждении отливки. Установлены технологические переделы, которые создают наибольшую концентрацию вредных выбросов. Приведены варианты обеспечения процесса экологической защиты. Наведено відомості про склад полістиролу. Досліджено кількість і склад викидів шкідливих речовин на етапах виготовлення моделі і при її термодеструкції на всій стадії контакту з рідким, тверднучим металом та при охолодженні виливка. Встановлено технологічні переділи, які створюють найбільшу концентрацію шкідливих викидів. Наведено варіанти забезпечення процесу екологічного захисту. The data on polystyrene composition are shown. The quantity and content of polluting emissions at the stages of model manufacturing and its thermal destruction during all time of contact with liquid solidifying metal and casting cooling are investigated. The technological process stages that make the highest pollution concentration are established. The variants of environmental protection are shown. 2016 Article Образование и нейтрализация вредных выбросов при производстве литья с использованием моделей из пенополистирола / О.И. Шинський, И.А. Шалевская // Металл и литье Украины. — 2016. — № 1 (272). — С. 23-26. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 2077-1304 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/162918 621.745.57 ru Металл и литье Украины Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Приведены данные по составу полистирола. Исследованы количество и состав выбросов вредных веществ на этапах изготовления модели и при её термодеструкции на всей стадии контакта с жидким, затвердевающим металлом и при охлаждении отливки. Установлены технологические переделы, которые создают наибольшую концентрацию вредных выбросов. Приведены варианты обеспечения процесса экологической защиты. |
| format |
Article |
| author |
Шинський, О.И. Шалевская, И.А. |
| spellingShingle |
Шинський, О.И. Шалевская, И.А. Образование и нейтрализация вредных выбросов при производстве литья с использованием моделей из пенополистирола Металл и литье Украины |
| author_facet |
Шинський, О.И. Шалевская, И.А. |
| author_sort |
Шинський, О.И. |
| title |
Образование и нейтрализация вредных выбросов при производстве литья с использованием моделей из пенополистирола |
| title_short |
Образование и нейтрализация вредных выбросов при производстве литья с использованием моделей из пенополистирола |
| title_full |
Образование и нейтрализация вредных выбросов при производстве литья с использованием моделей из пенополистирола |
| title_fullStr |
Образование и нейтрализация вредных выбросов при производстве литья с использованием моделей из пенополистирола |
| title_full_unstemmed |
Образование и нейтрализация вредных выбросов при производстве литья с использованием моделей из пенополистирола |
| title_sort |
образование и нейтрализация вредных выбросов при производстве литья с использованием моделей из пенополистирола |
| publisher |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| publishDate |
2016 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/162918 |
| citation_txt |
Образование и нейтрализация вредных выбросов при производстве литья с использованием моделей из пенополистирола / О.И. Шинський, И.А. Шалевская // Металл и литье Украины. — 2016. — № 1 (272). — С. 23-26. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| series |
Металл и литье Украины |
| work_keys_str_mv |
AT šinsʹkijoi obrazovanieinejtralizaciâvrednyhvybrosovpriproizvodstvelitʹâsispolʹzovaniemmodelejizpenopolistirola AT šalevskaâia obrazovanieinejtralizaciâvrednyhvybrosovpriproizvodstvelitʹâsispolʹzovaniemmodelejizpenopolistirola |
| first_indexed |
2025-07-14T15:23:39Z |
| last_indexed |
2025-07-14T15:23:39Z |
| _version_ |
1837636381196681216 |
| fulltext |
23МЕТАЛЛ И ЛИТЬЁ УКРАИНЫ № 1 (272) ’2016
ющий реагент выбрасывается в атмосферу. При этом
распределение его по отдельным стадиям процесса,
предложенное в таблице, сохраняется.
Производство моделей осуществляется на
участке изготовления пенополистироловых моде-
лей, где расположено оборудование, которое мо-
жет образовывать вредные выбросы. Вместе с тем
исследования, проведённые в Физико-технологиче-
ском институте металлов и сплавов НАН Украины
(ФТИМС НАН Украины), показали, что наличие в
атмосфере рабочей зоны этого оборудования зна-
чительно ниже ПДК (табл. 2).
Анализ полученных данных в сопоставлении со
значениями ПДК для образующихся паров вредных
веществ показывает, что нет необходимости в созда-
нии специальных систем их нейтрализации.
При этом следует учесть, что вспенивание поли-
стирола, его хранение и изготовление моделей долж-
но производиться в помещениях с приточно-вытяж-
ной вентиляцией, обеспечивающей 5-6-ти кратный
обмен воздуха. При хранении пенополистирола и
моделей, изготовленных из него, необходимо соблю-
дать правила пожарной безопасности. Пенополисти-
рол воспламеняется при температуре 550-560 °С и
горит сильно коптящим пламенем.
При разработке новых технологических процес-
сов особо важно было создать систему экологиче-
ской безопасности, которая позволяет идеально за-
щитить биологические объекты и окружающую среду
от вредных выбросов, образующихся в результате
термодеструкции газифицируемой модели. Для этой
З
ащита окружающей среды сегодня является
комплексным и актуальным вопросом, который
необходимо рассматривать по всем переделам
технологического процесса. Несмотря на то,
что использование способа литья по газифициру-
емым моделям (ЛГМ) способствует созданию эколо-
гически чистых цехов и участков высокой культуры
производства с улучшенными условиями труда [1],
с целью предотвращения образования выбросов
вредных веществ при использовании пенополисти-
роловых моделей необходимо дополнительно ис-
следовать процесс.
При изготовлении моделей используется поли-
стирол, который содержит не более 0,2 % стирола,
0,32 % влаги и около 6 % порообразователя. [2]. В ка-
честве порообразователя применяют изопентан (или
пентан), около 4 % которого испаряется в процессе
изготовления моделей. Согласно ГОСТ 12.1.005-88
ССБТ «Общие санитарно-гигиенические требования
к воздуху рабочей зоны» и приказу МОЗ Украины
№ 30 «Об утверждении списков и введении в дей-
ствие гигиенических регламентов вредных веществ в
воздухе рабочей зоны и атмосферном воздухе насе-
ленных мест» от 23.02.2000 г. изопентан относится к
четвертому классу опасности и его предельно допу-
стимая концентрация (ПДК) в воздухе рабочей зоны
составляет 300 мг/м3. Поэтому необходимо было со-
брать исходные данные и разработать технические
требования для создания высокоэффективных мето-
дов и модульных устройств обезвреживания образу-
ющихся вредных продуктов.
Ввиду отсутствия действующих утверждённых ме-
тодик по расчёту загрязняющих атмосферу веществ,
выбрасываемых при производстве пенопластов, рас-
чёт выбросов вспенивающего вещества (изопентана)
в проектируемом производстве пенополистирола
временно, до выхода соответствующей методики,
можно принять согласно таблице 1 [3].
Для действующих предприятий изопентан опре-
деляется либо по замерам либо по его расходу на
единицу массы пенопласта, так как весь вспенива-
УДК 621.745.57
О. И. Шинский, И. А Шалевская*
Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, Киев
*Восточноукраинский национальный университет им. В. Даля, Северодонецк
Образование и нейтрализация вредных выбросов
при производстве литья с использованием моделей
из пенополистирола
Приведены данные по составу полистирола. Исследованы количество и состав выбросов вредных веществ на
этапах изготовления модели и при её термодеструкции на всей стадии контакта с жидким, затвердевающим
металлом и при охлаждении отливки. Установлены технологические переделы, которые создают наибольшую
концентрацию вредных выбросов. Приведены варианты обеспечения процесса экологической защиты.
Ключевые слова: экология, литьё, выбросы вредных веществ, пенополистирол, предельно допустимая
концентрация, нейтрализация, литье по газифицируемым моделям
Таблица 1
Выделение вредных веществ при производстве
моделей из пенополистирола
Производство моделей из пенополистирола
Просеивание гранул пыль стирола 0,15 г/кг
Предвспенивание
изопентан
1,50 г/кг
Выдержка в силосах 0,15 г/кг
Формование 0,75 г/кг
24 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЁ УКРАИНЫ № 1 (272) ’2016
Форма после заливки металлом
(I) – при заполнении формы металлом и второй (II) – при
затвердевании и охлаждении в ней отливки [4]. Причём
второй период характеризуется конденсацией продук-
тов термодеструкции на зёрнах формовочного матери-
ала, что указывает на необходимость обязательного его
периодического обезвреживания. Конечными продук-
тами термодеструкции являются: водород (Н2), оксид
углерода (СО), метан (СН4), этилен, этан (С2Н6), ацети-
лен (С2Н2), пропилен (С3Н6) и углеводороды (СnН2n+2).
Также этими исследованиями были установлены
технологические пределы, которые создают наи-
большую концентрацию вредных выбросов. Так, при
заливке форм металлом в температурном интервале
1250-1550 °С количество выделившихся газов соста-
вило 23 см3/г полистирола. Состав образующихся при
этом газов приведён в табл. 3.
Концентрация стирола ниже ПДК (5 мг/м3) и со-
ставляет в зоне заливщика – 1,5-2,0 мг/м3 и над ли-
тейной формой – 4,0-4,5 мг/м3. Концентрация толу-
ола в зоне заливщика не превышает ПДК – 50мг/м3
и составляет 45-48 мг/м3, а над формой превышает
ПДК и составляет 75-80 мг/м3. Концентрация бензола
как в зоне заливщика (10 мг/м3), так и над формой
(16-18 мг/м3) не превышает ПДК (20 мг/м3).
При исследовании количественного и каче-
ственного состава продуктов термодеструкции га-
зифицируемых моделей (ГМ) в период охлаждения
отливок из железоуглеродистых сплавов установ-
лено, что общее количество выделяющихся газов –
qох = 310-320 см3/г. Концентрация стирола над фор-
мой достигает к концу охлаждения 10-12 мг/м3 и в
зоне заливщика 6-7 мг/м3, что превышает ПДК.
Концентрация толуола к концу охлаждения со-
ставляет в зоне заливщика 1-2 мг/м3 и над формой
25-28 мг/м3, то есть значительно ниже ПДК.
цели в ФТИМС НАН Украины были проведены соот-
ветствующие исследования условий термодеструк-
ции пенополистироловых моделей на всей стадии их
контакта с жидким, затвердевающим металлом и при
охлаждении отливки.
Выделения газов возможны из-за преждевремен-
ного отключения вакуума от залитых металлом форм,
особенно при металлоёмкости формы выше 100 кг,
когда происходит газификация конденсированных
продуктов деструкции на зёрнах песка по мере про-
грева формы отливкой. На рисунке показан факел
при догорании газов, выходящих из штуцера подклю-
чения вакуумной системы формы. В форме залиты
две отливки весом по 55 кг из стали марки 30Л.
При этом было установлено два периода термодес-
трукции пенополистироловой модели в форме: первый
Таблица 2
Содержание вредных веществ в рабочей зоне оборудования участка производства полистироловых
моделей
Процесс (оборудование)
Содержание вредных веществ, мг/м3
изопентан бензол толуол стирол бензальдегид
Предварительное вспенивание
(ванны вспенивания,
предвспениватель)
3,2-3,6 0,3-1,8 0,2-0,5
не обнаружен
5,0* 5,0 -15,0*
50,0*
(по ГОСТ
12.1.005)
Изготовление моделей
- после изготовления моделей
(при раскрытии пресс-формы)
3,6-4,0 0,2-0,8 0,1-0,2
не обнаружен
5,0* 5,0 -15,0* 50,0*
- в процессе изготовления (при
открытии автоклава пресс-
формы на полуавтомате и сбросе
пара из агрегатов )
2,3-3,0 не обнаружено
* предельно допустимые концентрации в рабочей зоне оборудования (ГН 2.2.5.1313-03)
Таблица 3
Качественные и количественные характеристики продуктов термодеструкции полистирола
Формула Н2 О2 N2 CO CH4 C2H4 C2H6 C2H2 C3H6 C3H8 C5H12
Масса, мг 1,64 12,92 60,2 4,72 3,36 4,48 5,77 0,17 0,63 0,1 5,77
Объём,
см3/г 48,4 20,8 110,8 8,9 10,8 8,2 9,9 0,35 0,78 0,1 4,1
25МЕТАЛЛ И ЛИТЬЁ УКРАИНЫ № 1 (272) ’2016
Концентрация бензола к концу охлаждения со-
ставляет в зоне заливщика 4-5 мг/м3 и над литейной
формой 3-8 мг/м3 ,что значительно ниже ПДК.
Концентрация тяжёлых углеводородов в воздуш-
ной среде падает к концу охлаждения отливки и со-
ставляет в зоне заливщика 50-100 мг/м3, а над ли-
тейной формой 280-300 мг/м3, то есть не выходит за
допустимые нормы ПДК.
Исследование характера и количества выделя-
ющихся продуктов термодеструкции при выбивке
формы показало, что удельный объём выделив-
шихся газов составил 0,2 на грамм песка в форме,
в том числе (% об.): Н2 = 28,21; N2 = 20,35; O2 = 2,42;
CO = 37,47; CO2 = 5,0; CH4 = 4,74; CnH2n и CnH2n+2 = 1,75.
При выбивке формы количество паров стирола,
толуола, бензола в зоне выбивки превышает ПДК в
1,5-2,0 раза.
Таким образом, на основании проведённых иссле-
дований установлено, что наибольшее количество
вредных выбросов образуется при заливке формы и
охлаждении в ней отливок, а также при их удалении
из формы.
Исследования условий накопления конденсиро-
ванных продуктов термодеструкции ГМ на зёрнах
формовочного материала показали, что при много-
кратном его использовании содержание вредных ве-
ществ составляет 0,3-0,5 % от массы формовочного
материала.
Поэтому потенциально опасные участки необхо-
димо оснащать вытяжными зонтами и вакуумными
всасывающими системами удаления и локализации
вредных выбросов и обеспечения их транспорти-
ровки в системы окончательной нейтрализации. При
этом производительность установок термокаталити-
ческого дожига вредных газов и регенерации песка
напрямую зависит от объёма производства цеха.
1. Шалевская И. А. Снижение вредного воздействия литейного производства на окружающую среду применением про-
грессивных технологий / И. А. Шалевская. – М.: Литейщик России. – 2015. – № 1. – 38-41с.
2. Шуляк В. С. Литьё по газифицируемым моделям. – СПб., НПО «Профессионал», 2007. – С. 200.
3. Методическое пособие по расчету, нормированию и контролю выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воз-
дух, (Дополненное и переработанное), – СПб., – 2005. – С.166.
4. Шинский О. И. Газогидродинамика и технологии литья железоуглеродистых и цветных сплавов по газифицируемым
моделям: дис. д-ра техн. наук: 05.16.04 / Шинский Олег Иосипович. – К., 1997. – 490 с.
1. Shalewska I. Reducing the harmful effects of foundry industry on the environment using advanced technologies / I. Shalewska. –
M.: Russian Foundryman. – 2015. – №. 1. – P. 38-41.
2. Shulyak V. Casting on gasified models/ V. Shulyak. – St. Petersburg: NPO «Professional», 2007. – P. 200.
3. A methodological guide on the calculation, regulation and control of emissions of polluting substances in atmospheric air
(Revised and redrafted), – St. Petersburg.: – 2005. – Р. 166.
4. Shinsky O. Gasohydrodynamics and technology of iron-casting and non-ferrous alloys by gasified models: Thesis of doctor of
technical Sciences: 05.16.04 / Shinsky Oleg. – K., 1997. – 490 s.
ЛИТЕРАТУРА
REFERENCES
Наведено відомості про склад полістиролу. Досліджено кількість і склад викидів шкідливих речовин на етапах
виготовлення моделі і при її термодеструкції на всій стадії контакту з рідким, тверднучим металом та при охолодженні
виливка. Встановлено технологічні переділи, які створюють найбільшу концентрацію шкідливих викидів. Наведено
варіанти забезпечення процесу екологічного захисту.
Шинський О. Й., Шалевська І. А.
Утворення і нейтралізація шкідливих викидів при виробництві лиття
з використанням моделей з пінополістиролу
Анотація
Ключові слова
екологія, литво, викиди шкідливих речовин, пінополістирол, гранично допустима
концентрація, нейтралізація, лиття за моделями, що газифікуються
26 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЁ УКРАИНЫ № 1 (272) ’2016
Shinskiy О., Shalevskaya I.
Formation and neutralization of polluting emissions in casting production
using styrofoam models
Summary
The data on polystyrene composition are shown. The quantity and content of polluting emissions at the stages of model
manufacturing and its thermal destruction during all time of contact with liquid solidifying metal and casting cooling are
investigated. The technological process stages that make the highest pollution concentration are established. The variants of
environmental protection are shown.
environment protection, casting, polluting air emission, polystyrene foam, maximum allowable
concentration, neutralization, casting on gasified modelsKeywords
Поступила 07.12.15
Ежемесячный научно-технологический журнал
«Металл и литьё Украины»
предлагает разместить на своих страницах рекламу:
новых технологий, оборудования и изделий, методик и материалов,
предлагаемых товаров и услуг,
информацию об обучении, выставках, конференциях
и другую полезную информацию.
|