Тема 5.
Машинобудівний комплекс.
1.1
Загальні
відомості про машинобудівний комплекс.
Машинобудівний комплекс посідає одне з перших місць
у загальній промисловості України. Його
продукція широко
використовується усіма галузями народного
господарства. На сьогодні неможливо
уявити життя людини без машин. Сучасне
машинобудування стало дуже
наукомістким. Загальносвітовою тенденцією є постійне ускладнення
машин.
В
Україні машинобудування є
багатопрофільним і представлене такими галузями,
як загальне, транспортне та точне машинобудування.
Залежно
від технологічних особливостей
кожна з галузей
має свої принципи розташування.
Так, загальне машинобудування тяжіє переважно до споживача та металургійних
баз, транспортне – до трудових ресурсів певної кваліфікації, точне – до
найбільших наукових центрів.
Машинобудівний
комплекс складається з
металообробки, власне машинобудування
та малої металургії.
Металообробка – це
виготовлення металевих виробів, металоконструкцій, ремонт машин та
обладнання.
Мала металургія – це невеликі цехи при
машинобудівних підприємствах, які випускають
деталі для різних
машин та заготовок
для їх виготовлення. Мала
металургія представлена ливарним
і ковальсько-пресовим
виробництвом, зварюванням та штампуванням.
Машинобудування
відображає технічний прогрес
країни і має велике
значення для розвитку
її продуктивних сил,
підвищення економічної могутності держави та добробуту народу.
Машинобудування справедливо називають серцевиною індустрії.
Загальне
машинобудування займається
виготовленням засобів виробництва і
є досить металомістким. Тому
воно зорієнтоване на споживача та райони чорної металургії.
Його основними галузями є важке та сільськогосподарське машинобудування, а
також тракторобудування,
верстатобудування, виробництво устаткування
для легкої та
харчової промисловості.
Важке
машинобудування
виробляє енергетичне, металургійне, гірниче,
хімічне та нафтохімічне устаткування, машини для будівництва та
портового господарства.
Сільськогосподарське машинобудування виробляє комбайни та інші сільськогосподарські
машини і зорієнтовано на споживача
(спеціалізацію сільського
господарства). Зернозбиральні комбайни
виробляють у Херсоні та
Олександрії, бурякозбиральні
– у
Тернополі і Дніпропетровську, кукурудзозбиральні – у Херсоні,
торфозбиральні – у Світловодську. Тракторобудування є
трудомістким і виготовляє
колісні і гусеничні трактори (Харків, Дніпропетровськ) та
тракторні агрегати (Київ,
Вінниця).
Верстатобудування переважно займається виробництвом верстатів – металообробних, деревообробних, розточувальних. Останнім
часом зростає частка виготовлення
обладнання з числовим
та програмним
керуванням і
верстатів-автоматів. Цю галузь
представлено у Києві, Львові, Харкові, Дніпропетровську, Краматорську, Житомирі.
Устаткування для легкої та харчової промисловості виготовляють у багатьох містах, що пов’язано зs
значними потребами у цій продукції. Зокрема цю продукцію випускають
у Києві, Харкові,
Одесі, Львові, Василькові,
Мукачеві та інших містах.
Транспортне
машинобудування сьогодні
розвивається стрімкими темпами,
займається виробництвом різноманітних транспортних засобів і вирізняється своєю
трудомісткістю. До його
галузевого складу входять залізничне машинобудування, автомобілебудування, суднобудування, авіаракетобудування.
Точне машинобудування стало надбанням другої половини XX ст. і дало світу
новітню продукцію приладобудування, електротехніки і особливо
електроніки. Точне машинобудування є
наукомістким. Так, у Києві
роблять вимірювальні та
обчислювальні прилади, медичне обладнання, холодильники,
телевізори, радіоприймачі, магнітофони,
годинники. У Дніпропетровську
– телевізори, радіоприймачі. У Львові – вимірювальні та
електроосвітлювальні
прилади. У Донецьку –
холодильники. Однак,
вітчизняна продукція точного
машинобудування поки не витримує
конкуренції зарубіжних виробників.
5.2
Вплив на атмосферу окремих виробництв.
Виробництво
більшості деталей починається
з виготовлення заготовок для
них. Форма заготовки має бути
максимально наближеною до форми готової
деталі. Тому більшість
деталей (50-80% від загальної маси машин)
виготовляють за допомогою
ливарного, штампувального,
ковальсько-пресового та зварювального виробництв. З них найбільш небезпечними
для довкілля є ливарне, гальванічне, фарбувальне та зварювальне виробництво.
5.2.1. Вплив ливарного виробництва на екологію.
Суть ливарного виробництва полягає в отриманні
заготовок шляхом заливання
розплавленого металу або
сплаву у ливарну
форму. Це найбільш простий
та дешевий спосіб
отримання виробів. Маса деталей коливається від декількох грамів до
декількох сотень тонн.
Посудину
з порожниною певної
форми, призначеною для заповнювання її
рідким металом, називають
ливарною формою. Після охолодження метал твердіє
і з форми отримують виливку –
деталь, або заготовку деталі.
Виготовлення
одноразової ливарної форми
називають формуванням. Ливарну форму виготовляють за допомогою оснащення
з формувальних матеріалів – суміші
кварцового піску та
глини, іноді з домішкою
вугільного порошку, тирси
та ін. Цю
суміш називають
формувальною.
В ливарному виробництві на одну тонну виливків
утворюється від 1 до 3 тонн відходів, які містять відпрацьовану та
невикористану суміш, шлаки, пил, гази. Хоча основна частина відходів – відпрацьовані
суміші та шлаки, але відносно забруднення навколишнього середовища найбільшу
небезпеку мають пил та гази у зв'язку з тим, що їх важко вловлювати та
відводити. А їх кількість при виробництві однієї тонни виливків зі сталі або
чавуну є,: пилу - 50 кг, оксиду сірки (II) -1,5-2 кг, вуглекислого газу - 250 кг,
вуглеводнів -1 кг.
Окрім того, виділяються також шкідливі гази, такі
як фенол, формальдегід, фурфурол, ацетон, бензол та інші, загальна кількість
яких хоча й невелика, але являє небезпеку через токсичність.
В газах, які відводяться від ливарного виробництва
та викидаються в атмосферу, пил складається в основному з дрібнодисперсних
часток, а вміст вільного діоксиду кремнію доходить до 80%, тому існує
можливість виникнення серед населення, яке живе поблизу заводу, легеневих
захворювань.
Перше місце за інтенсивністю виходу шкідливих
речовин займають дільниці ливарних цехів, пов'язані із складуванням, переробкою
та використанням шихтових та формівних матеріалів: шихтові подвір'я,
сумішоприготувальні дільниці, дільниці формування
та приготування стержнів та ін. Тут використовуються різноманітні бункерні
транспортуючі пристрої, сушильні та випалювальні апарати тощо.
На дільниці розвантаження сипучих матеріалів
(ливарного коксу, вапняку, піску та ін.) в приймальні ванни виділяється у
середньому до 2-2,5 кг/год пилу на одиницю працюючого обладнання.
З сушильних апаратів виділяються 0,2-0,5 кг/год
окису вуглецю, 0,10-0,15 кг/год окису сірки, до 0,2 кг/год окису азоту та інші
речовини – акромін, формальдегід і т.п. Запиленість газів, які відводяться від
сушильних апаратів, досягає 10-15 г/м3. При приготуванні 1 кг
стержневої суміші холодного твердіння у повітря потрапляє до 7,5 г різних
вуглеводнів.
При очистці та вибивці виливків залежно від
приладів виділяється пил з 1 м3 площі решітки 45-60 кг/год, окису
вуглецю – 5-6 кг/год, аміаку – до 3 кг/год. При механічній очистці виливків
абразивним інструментом інтенсивнівсть пшювиділення 1-2,5 кг/год.
Використання пилоочисних споруд дає можливість не
тільки домогтися очистки газів від пилу, але й повторно використовувати раніше
викинутий пил. Ефективна система сухої і вологої очистки газів у рукавних
фільтрах з уловлюванням
Fе2О3
і подальшої його транспортації.
Серед токсичних газів перше місце посідає оксид
вуглецю (II). Головний спосіб
зменшення кількості оксиду вуглецю, який потрапляє в навколишнє середовище, –
допалювання його до оксиду вуглецю
(IV).
Тверді відходи ливарного виробництва, потрапляючи у
відвали, являють собою в основному відпрацьовані ливарні піски. Невелику
частину (менше 10%) займають металеві відходи, кераміка, деревина, сміття та
ін. Головним напрямком зменшення кількості твердих відходів треба вважати
регенерацію відпрацьованих ливарних пісків.
5.2.2
Зварювальне виробництво.
Зварювання –
це процес з’єднання
в одне ціле
окремих металевих частин
міжатомними силами зчеплення,
які можуть виникати
між контактними частинами, що
з’єднуються, коли відстань
між ними наближається до
міжатомної. Внаслідок цього
у зоні зварювання відбувається взаємне проникнення
атомів з однієї частини металу в іншу з утворенням міцного нероз'ємного
з’єднання. До того ж зварювання може здійснюватися як із застосуванням нагрівання, так і без нього. Зварюють головним чином метали.
Використовують
кілька різних видів
і способів зварювання,
які можна класифікувати за
видом енергії, що застосована
під час зварювання, і за способом з’єднання поверхонь
заготовок. Залежно від енергії, яка використовується, зварювання поділяють на:
• електричне
(всі види дугового
та контактного зварювання,
електрошлакове тощо);
• хімічне
(газове, термітне);
• механічне
(тертям, тиском).
Дугове,
електрошлакове, газове, електронно-променеве, плазмово-променеве зварювання належить до термічного,
газопресове, контактне – до термомеханічного, а
ультразвукове, дифузійне, тертям,
вибухом, магнітно-імпульсне – до механічного зварювання.
Найбільш поширеними в машинобудуванні є
електродугове, контактне та газове зварювання.
Під час
контактного зварювання
деталі, що зварюються,
нагріваються внаслідок проходження
через них електричного струму.
Деталі в цих
місцях дуже швидко
нагріваються, сплавляються
та за відповідного
стиснення зварюються. Контактне електрозварювання поділяють на
стикове, точкове та роликове.
Газове
зварювання – процес з’єднання
металу розплавленням кромок зварюваних
елементів і присадкового
металу теплом, що виділяється від згоряння в кисні різних
газів. Для газового зварювання та різання
застосовують водень, метан, доменний,
генераторний і коксовий гази, пари бензину та газ.
Для електродугового
зварювання застосовують зварювальні
генератори постійного струму та
зварювальні трансформатори, які
живлять зварювальну дугу змінним струмом. В
процесі зварювання спочатку
збуджується електрична дуга, яка розплавляє флюс. Розплавлений флюс електрода розплавляє металевий стержень електрода
і кромки зварюваних елементів, які тверднуть і
утворюють зварний шов.
Зварювальні
дільниці. На дільницях зварювання
та різання металів склад
та маса викидів шкідливих речовин
залежить від виду
і режимів технологічного процесу,
властивостей зварювальних речовин.
У
процесі ручного електродугового зварювання
сталі за витрат
1 кг електродів
утворюється до 40 г
пилу, 2 г фтористого водню, 1,5
г оксидів вуглецю і азоту; під час зварювання чавунів – до 45 г пилу і 1,9 г фтористого водню
Під час напівавтоматичного і
автоматичного зварювання загальна маса шкідливих речовин, що
утворюються, менша в 1,5-2 рази, а під час зварювання під флюсом – в 4-6 разів.
Зварювальний пил на 99% складається з часток розміром від 103 до 1
мкм, близько 1% пилу вміщують частки
розміром 1-5 мкм. Хімічний
склад шкідливих речовин, які
виділяються під час
зварювання, зумовлений переважно
складом зварювальних матеріалів (проволоки, покриття,
флюсів) і практично не залежить від складу зварювальних металів.
5.2.3.
Ковальсько-пресове виробництво. В
процесі нагрівання та обробки металів
у цехах виділяються
пил, кислоти і
масляні аерозолі (туман),
оксид вуглецю, діоксид
сірки та ін. Під
час використання у
ковальсько-пресових цехах для
нагрівання металу полум’яних
печей в атмосферу викидаються оксиди вуглецю, сірки,
азоту та інші продукти
згоряння.
5.2.4
Гальванічні цехи.
Щоб надати
деталям певних хімічних властивостей (наприклад, щоб
не ржавіли), або
просто надати деталі привабливого вигляду (нікелюванням, хромуванням,
цинковим покриттям та ін.) – деталі
проходять подальшу хіміко-термічну обробку
у гальванічних цехах. Їх занурюють у
спеціальні ванни, в які заливають найрізноманітніші хімічні
сполуки – кислоти, луги,
солі. Далі ці рідини нагрівають і
пропускають через них
струм. При цьому
деталі, що обробляються,
виконують роль аноду або катоду в гальванічному процесі. Таким чином
на поверхні деталі
створюється необхідне покриття.
При цьому утворюється велика
кількість дуже шкідливих
газів, та парів розчину, що
знаходиться у ванні.
Після певного часу
він стає непридатним до
подальшого використання у
виробництві і тому
являє собою дуже агресивну хімічну сполуку, що потребує утилізації. Для
того щоб її знешкодити потрібні
відповідні хімічні заходи, але знешкодити
їх
до кінця
неможливо і вони
стають дуже небезпечними
забруднювачами довкілля.
Основними
забруднювачами атмосфери, що
виділяються під час гальванічних процесів,
є пил, тонкодисперсний туман,
пари та гази, особливо в процесі кислотного та
лугового плавлення.
Під час нанесення
гальванічних покриттів
(анодування, фосфатування тощо)
утворюються різні шкідливі речовини. Так, наприклад, під час фосфатування
виробів виділяється фтористий
водень, концентрація якого у
вивідному повітрі досягає 1200-1500 мг/м3.
Концентрації кислот у вивідному
повітрі коливаються у значних межах, що потребує негайного
очищення повітря перед викидом в атмосферу.
5.2.5.
Фарбувальні роботи.
Значним забруднювачем довкілля виробництво, спрямоване на
поліпшення загального вигляду деталей це фарбувальні цехи
підприємств. Фарби крім
загального вигляду виробу поліпшують його
фізико-хімічні властивості, наприклад –
запобігають ржавінню. Фарби разом
з розчинниками під
час фарбування дуже забруднюють робоче
місце. Біля робітника
утворюється щільна аерозольна
хмара із крапель фарби і випаровувань розчинника. Ці суміші являють собою
вибухонебезпечне середовище
– тому
необхідне її інтенсивне відведення.
З цією метою
фарбовий аерозоль уловлюється водяним екраном
з подальшим очищенням
води. Зрозуміло, очистить воду до
її природного стану
неможливо і це
обумовлює забруднення водного середовища.
Гальванічні і фарбувальні
цехи є лише
малою моделлю тих процесів,
що відбуваються на
заводах машинобудівного комплексу.
Шкідливі речовини в цих цехах виділяються під час:
•
знежирення поверхонь органічними
розчинниками перед фарбуванням;
• підготовки
лакофарбових матеріалів (ЛФМ);
• нанесення
ЛФМ на поверхні виробів;
• сушіння
лакованих і фарбованих поверхонь.
5.3
Забруднення гідросфери підприємствами машинобудування. Близько
10 млрд.
м3 води щорічно витрачається на
потреби машинобудівельних підприємств країн СНД, де воду використовують для
охолодження (підігріву) вихідних
матеріалів і продукції, деталей
і вузлів технологічного обладнання;
приготування різних технологічних
розчинів; промивання, збагачення та
очищення вихідних матеріалів або
продукції; господарського та
побутового призначення.
Ливарне виробництво. Вода в ливарних цехах
використовується для гідравлічного
вибивання стрижнів, транспортування формівної
землі на дільниці регенерації,
а також для
гідротранспортування
відходів горілої землі та системи
вентиляції.
Джерелами
забруднення стічних вод
у ливарних цехах
служать, головним чином, установки
гідравлічної та електрогідравлічного очищення литва,
вологого очищення повітря,
гідрорегенерації відпрацьованих
формівних сумішей. Велике
економічне значення для народного господарства має утилізація
стічних вод.
Утворені під час цих операцій стічні води забруднюються
глиною, піском, зольними залишками від вигорілої частини стрижневої
суміші та
в’яжучими
добавками формівної суміші. Концентрація цих речовин у воді досягає 5 кг/ м3.
Ковальсько-пресове
виробництво. Основними домішками
стічних вод, що використовуються для охолодження технологічного обладнання, поковок, гідрозбивання
металевої окалини та
обробки приміщень, є частинки пилу, окалини та мастила.
Механічне
та термічне виробництво.
У механічних цехах
вода використовується для приготування
мастильно-охолодних рідин,
промивання пофарбованих виробів,
для гідравлічних випробувань
та проведення інших робіт.
Основними
забруднювачами стічних вод
є пил, металеві
та абразивні частинки, сода, мастила, розчинники, фарби та ін. У термічних цехах
воду використовують для
приготування технологічних розчинів
для загартування, відпускання
та обпалювання деталей, промивання
деталей та ванн
після викидання відпрацьованих розчинів та ін. Основними
домішками стічних вод є пил
мінерального походження, металева окалина, важкі метали, ціаніди,
мастила та луги.
Гальванічні
дільниці. Вода на цих
дільницях використовується для приготування технологічних
розчинів, призначених для
протравлення деталей і металів,
нанесення на них
фарб, а також
для промивання деталей і
ванн після викидання
відпрацьованих розчинів та
обробки приміщень. Основні домішки
стічних вод – пил,
металева окалина, емульсія, луги,
кислоти, важкі метали та ціаніди.
Очищення
стічних вод від
твердих часток залежно
від їх властивостей, концентрації
та фракційного складу
на машинобудівних заводах
здійснюється методами проціджування, відстоювання, відділення твердих часток
у полі дії
відцентрових сил і
фільтрування. Очищення стічних вод
від нафтопродуктів залежно
від їх складу
і концентрації
здійснюється на
машинобудівних підприємствах, як правило, відстоюванням, обробкою в
гідроциклонах, флотацією та фільтруванням.
5.4. Забруднення ґрунтів. Основними забруднювачами ґрунтів є тверді відходи ливарного виробництва, потрапляючи у відвали, являють собою в основному відпрацьовані ливарні піски. Невелику частину (менше 10%) займають металеві відходи, кераміка, деревина, сміття та інші. Головним напрямом щодо зменшення кількості твердих відходів треба вважати регенерацію відпрацьованих ливарних сумішей.