14

Машиностроение – комплекс отраслей промышленности, изготовляющих орудия труда для народного хозяйства, транспортные средства, предметы потребления и оборонную продукцию.

Для машиностроения характерно разнообразие орудий производства и номенклатуры продукции: станки, транспорт, энергетическое, сельскохозяйственное оборудование, оборудование для атомной промышленности, т.е. каждое производство имеет свои специфические технологии. В то же время для машиностроительных предприятий характерна общность сырьевых материалов (черные и цветные металлы и их сплавы), идентичность основных технологических принципов превращения их в детали (литье, ковка, штамповка, обработка резанием и т.д.), а деталей – в изделия (сварка, сборка и т.д.).

Процесс создания и производства изделий охватывает ряд взаимосвязанных этапов, так называемый «жизненный цикл изделия», начиная с разработки конструкции и технологии, изготовления деталей, сборочных единиц и механизмов и заканчивая собственно производством изделий, их отделкой, испытаниями и отправкой потребителю.

Структура машиностроительного предприятия.

Среднестатистический машиностроительный завод состоит из ряда основных и вспомогательных цехов и служб.

Основные цеха – заготовительные, обрабатывающие и выпускающие. К заготовительным цехам относятся чугуно- и сталелитейные, кузнечно-прессовые, цеха для резки заготовок. В число обрабатывающих цехов входят механические, термические, сборочные, цеха металлопокрытий (гальванические) и др. Выпускающие цеха обеспечивают выпуск промышленной продукции.

К вспомогательным цехам относятся инструментальные, ремонтно-механические, экспериментальные и др.

На каждом предприятии имеется ряд служб, куда входят складские помещения, энергохозяйство, внутризаводской транспорт, отопление, вентиляция, канализация и ряд других.

Вставка 1

Машиностроительный завод

Основное производство

Вспомогательное производство

Вспомогательные службы

Заготови-тельные цеха

Обрабатывающие цеха

Инструментальный цех

Ремонтно-механический цех

Экспериментальный цех

Склад

Энергохозяйство

Транспорт

Отопление

Вентиляция

Лаборатории

Связь

Заводоуправление

Литейный цех

Кузнечно-прессовый цех

Цех резки заготовок

Механический цех

Термический цех

Сборочный цех

Гальванический цех

При всем многообразии подотраслей машиностроения их можно разделить на две группы:

• ресурсоемкие,

• наукоемкие.

Особенности наукоемких подотраслей машиностроения (производство средств связи, вычислительной техники и –периферийного оборудования, электронно-вычислительных приборов, оптических и других точных приборов): небольшая материало- и энергоемкость, малое водопотребление и, соответственно, значительно меньшее выделение выбросов, сбросов и отходов в окружающую среду по сравнению с ресурсоемкими, воздействие которых на окружающую среду значительно.

ВОЗДЕЙСТВИЕ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ НА АТМОСФЕРУ

Заготовительные цеха

Литейные цеха – получение фасонных отливок с помощью заливки жидкого металла или сплава в формы. Около 40% деталей к машинам и механизмам и до 80% к металлообрабатывающим станкам изготавливают таким способом. Литьем можно получать детали любой формы и массы - от нескольких граммов до сотен тонн. Наиболее распространенным литейным сплавом является чугун (75%), остальное – сталь и сплавы цветных металлов.

В состав подразделения входят:

• плавильные агрегаты,

• шихтовый двор,

• участки приготовления формовочных смесей,

• участки разлива металла,

• участки очистки литья.

В качестве плавильных агрегатов используются вагранки. Вагранка – шахтная печь диаметром до 3м и высотой до 5м. Снаружи закрыта стальным кожухом, изнутри выложена огнеупорным кирпичом. Сверху вагранку заполняют шихтой, состоящей из кокса, чугунных чушек, железного лома и флюсов. В нижнюю часть подается дутье (воздух). На 1т литья расходуется около 270кг кокса. Расплавленный чугун собирается в нижней части вагранки, откуда сливается в ковш, а затем разливается в формы.

При плавке 1т чугуна в вагранках образуется 900-1200м³ газа, содержащего:

• около 22кг пыли (оксиды Fe, Al, Ca, Mg, Mn, шихта, мелкодисперсный SiO₂ – до 60%)),

• около 200кг СО,

• около 2кг SО₂,

• около 3кг С_mH_n,

• 15кг NО_х.

Из закрытых вагранок при выплавке 1т чугуна выделяется:

• около 11,5кг пыли,

• около 193кг СО,

• около 0,4кг SО₂,

• около 0,7кг С_mH_n.

При выпуске 1т чугуна из вагранок в ковши в атмосферу неорганизованно выделяется до 130г СО и до 22г пыли.

Плавка стали производится в электродуговых печах мощностью от 0,5 до 40 т/час. Состав и количество загрязняющих веществ зависит от марки выплавляемой стали, режима ведения технологического процесса и других показателей. Процесс плавки протекает в три стадии: плавление, окисление, восстановление. При ориентировочных расчетах рекомендуется принимать объемный расход газов в период плавки 80-100м3/час на 1 т стали, при подсосах воздуха – 350-450 м3/час.

Для печи емкостью 0,5т при плавке 1т стали в окружающую среду поступает:

• 9,9кг пыли (58,6%Fe₂O₃, 10%Mn₂O₃, 5%Al₂O₃, 6,9%SiO₂, 6,9%CaO, 5,8%MgO, а также хлориды и оксиды Cr и P),

• 1,4кг СО,

• 0,27кг NО_х.

Работа индукционных печей сопровождается выделением пыли (0,75-1,5кг/т металла). При плавке 1т цветных металлов и их сплавов выделяется до 3кг пыли (оксиды цветных металлов), до 25кг СО и 1кг NО_х.

На участках литейных цехов, связанных со складированием и переработкой шихтовых материалов и формовочных смесей (шихтовый двор, смесеприготовительные участки и участки формовки) наблюдаются значительные выделения загрязняющих веществ:

• до 4кг/ч (1г/с) пыли,

• 0,5кг/ч (0,2г/с) СО,

• 0,15кг/ч SО₂.

При приготовлении 1кг формовочной смеси выделяется около 7,5г углеводородов (фенол, формальдегид, метанол, ацетон).

Значительными пылегазовыми выбросами сопровождаются процессы слива металла из печей в ковш и разливки в изложницы, причем величина удельных выбросов вредных веществ не зависит от емкости печей:

Характеристика неорганизованных выбросов:

Источники выбросов	Температура газов, °С	Концентрация, мг/нм3				Удельные выбросы (на 1 т стали)
		пыль	NOx	SO2	CO	газы, нм3	пыль, г	NОx, г	SO2, г	CO, г
Околоэлектродное про-во	150	2000-8000	42,0	9,0	6,25	125	250-1000	5,2-5,3	1,1	0,8
Ковш при сли ве металла	150	1500-3500	9	22,5	-	78	120-270	0,7	1,8	-
Изложницы при разливе	50	2000	следы	-	-	2-3	5	-	-	-

На участках разлива при разливе металла в формы выделяется оксид углерода, количества которого зависит от массы отливок:

m = 8-30кг q = 1,2кг/т

m = 2000кг q = 0,7кг/т

На участках очистки литья при извлечении отливок и освобождении их от отработанных формовочных смесей используется выбивающее оборудование. Процесс извлечения отливок сопровождается выделением пыли, горелой земли и окалины в количестве до 30кг/т отлитого металла. Про извлечении горячих (200^оС) отливок количество выделений увеличивается на 10-15%. При очистке отливок механическим способом с 1м² изделия выделяется:

• до 60кг/ч пыли, содержащей как частицы SiO2, так и частицы металла,

• 6кг/ч СО,

• 3кг/ч NН₃.

При дробеметной очистке интенсивность пылевыделения составляет 50-80кг/т, при механической очистке абразивным инструментом – 2,5кг/ч, сухая пескоструйная очистка запрещена. При очистке отливок в барабанах содержание SiO2 в пыли доходит до 94,3%, а при выбивке отливок – до 99,2%.

Кузнечно-прессовые цеха – получение металлических изделий ковкой, штамповкой или прессованием.

Ковка – многократное прерывистое воздействие инструмента на нагретую заготовку, в результате чего она, деформируясь, постепенно приобретает заданную форму и размеры.

Штамповка – обработка материалов давлением путем пластической деформации заготовки в штампах. Формообразование происходит без снятия стружки. Различают холодную (при комнатной температуре) и горячую (при температуре, значительно выше комнатной), а также листовую и объемную штамповку изделий.

Прессование – обработка материалов на прессах с получением заготовок и изделий из металлов.

На этом этапе обработки в атмосферу выделяются:

• масляный аэрозоль, образующийся при смазывании штампов,

• продукты сгорания смазочных материалов

• пыль.

Концентрация пылевидных частиц окалины и графита, сдуваемых сжатым воздухом с поверхностей матриц, штампов и поковок, в воздухе рабочей зоны составляют 3,9-4,1 мг/м3, за прессами могут достигать 22-138мг/м3.

Выделения токсичных газов от нагревательных печей в молотовых и прессовых пролетах достигают:

• при сжигании 1 кг природного газа – 3-7 г СО,

• при сжигании 1 кг мазута – 2,2-5,2г SO2, 58г СО, 0,33г NOx,

• при сжигании 1 м3 природного газа – 0,42г NОx.

В кузнечно-штамповочном производстве вода расходуется на охлаждение заслонок печей, кузнечного инструмента, штампов горячековочных машин, прессов, для создания водяных завес. Потребность в воде, идущей на охлаждение оборудования на 1 т поковок массой до 1,5 т составляет 13м3 оборотной и 2 м3 свежей прямоточной, для поковок массой более 1,5 т – 35 м3 оборотной и 10 м3 свежей прямоточной, при штамповке – 105 м3 оборотной и 8 м3 свежей.

В сточных водах кузнечно-прессовых цехов содержится 0,4-1г/л взвешенных веществ, 0,01-0,06 г/л масла. Температура 30-40°С, режим сброса – периодический.

Цех резки заготовок. В ряде случаев для изготовления деталей используют заготовки, полученные не из литейного или кузнечно-прессового цехов, и прокат, произведенный металлургическим комбинатом.

Прокат представляет собой длинные стержни различного диаметра и формы. Для осуществления механической обработки детали, габаритные размеры заготовки для нее должны удовлетворять рабочим размерам станка, что достигается использованием сварки и резки заготовок.

Сварка – технологический процесс получения неразъемных соединений, по свойствам близким свариваемым материалам, посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их нагреве, или пластическом деформировании, или совместном действии того и другого.

По виду энергии, необходимой для образования сварочного соединения, и условиям введения ее в металл, сварка подразделяется на:

• дуговую,

• газовую,

• термитную,

• электрошлаковую,

• электронно-лучевую,

• контактную,

• трением,

• ультразвуковую,

• плазменную,

• лазерную.

По степени автоматизации сварка подразделяется на:

• ручную,

• полуавтоматическую,

• автоматическую.

Процесс сварки состоит из следующих стадий:

• нагрев и расплавление основного и электродного материалов,

• смешивание жидких основного и электродного материалов в сварочной ванне,

• охлаждение и процесс кристаллизации сварочного шва (металла соединения).

Совокупность протекающих процессов называется металлургическими процессами сварки.

В зависимости от вида сварки, марок электродов либо состава газокислородной смеси, флюсов и защитных газов, а также композиционного состава свариваемого материала, атмосферный воздух загрязняется сварочным аэрозолем и газообразными соединениями. В состав сварочного аэрозоля входят оксиды как основного, так и электродного материалов. Обычно это оксиды Fe, Mn, Cr, V, W, Al, Zn, Cu, Ni. Т.к. обмазка электродов наносится на электрод с помощью жидкого стекла, в составе сварочного аэрозоля присутствуют соединения кремния, обычно SiO₂. Газообразными загрязнителями являются CO, NO_x, O₃ и др.

Больше всего вредных веществ поступает в атмосферу при ручной дуговой сварке. При расходе 1кг электродов образуется:

• до 40г пыли,

• 2г HF,

• 1,5г СО и NO_x.

При полуавтоматической и автоматической сварке общая масса выделяемых вредных веществ меньше в 2 раза, а при сварке под флюсом – в 4-5 раз.

Термическая резка – это разделение листового или профильного металла на части с помощью концентрированного источника тепла. Процесс разделения материала происходит при его расплавлении или интенсивном окислении (сжигании) по линии реза. В качестве источника тепла используют газокислородное пламя или электрическую дугу, в связи с чем различают газовую и плазменно-дуговую резку металлов. Процесс кислородной резки металлов основан на способности металла сгорать в струе технического кислорода. Удаление образующихся в зоне реза оксидов и шлаков происходит как под действием собственного веса, так и за счет выдувания газовой струей.

Газоэлектрическая резка использует в качестве нагревателя электрическую дугу, которая горит между неплавящимся вольфрамовым электродом и разрезаемым изделием. Температура дуги 4000-6000^оС. Газ, заполняющий столб дуги содержит большое количество положительно и отрицательно заряженных частиц (общий заряд равен нулю), Такое состояние вещества называется низкотемпературной плазмой. Интенсивное плазмообразование достигается продувкой неионизированного газа через столб дуги. Удаление расплавленного металла из зоны реза при таком типе термической резки происходит под действием струи плазмы, образующейся в дуге.

Резка металлов сопровождается выделением пыли – сварочного аэрозоля (оксидов металлов), состав которого зависит от композиционного состава разрезаемых металлов. Кроме того, в атмосферу поступает СО, NO_x, О₃. При резке легированных сталей и сплавов титана интенсивность выделения загрязняющих веществ повышается в 2 раза.