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金属加工工艺过程油雾产生的原因及应对

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金属加工工艺过程油雾产生的原因及应对

在金属车、铣、钻、磨等加工工艺中,由于金属切削液的使用,会在空气中形成大量的油雾颗粒。这种现象使得工人呼吸区域中的空气质量问题受到广泛关注。因为长期暴露在这种油雾中对工人健康十分不利,而且多油雾会增加火灾形成的危险,油雾向空气中排放形成环境污染。因此,对金属切削液油雾的研究是一项意义重大的课题。
  1 金属切削液油雾的产生
  1.1 油雾的产生机理
  为了有效地润滑、冷却和清洗,金属切削液在使用过程中要经历泵循环、喷射与高速旋转的刀具或工件激烈撞击和高温蒸发等过程,这就决定了其油雾产生的原因 非 常 复杂,机械、物理和化学的因素互相交织,共同作用。但是,并非所有因素都对油雾的产生具有决定性影响,加工过程中金属切削液油雾的形成主要可以归因于两种机理,雾化和蒸发:雾化是机械能转化为液滴表面能的过程,主要是由于液体对机床系统内的固定及旋转单元的激烈冲击 ,被其打碎,形成细小液滴漂浮在工作环境中;蒸发的发生是由于切削区产生大量的热,这些热量传人切削液使它的温度明显高于饱和温度,在固一液接触面上就发生沸腾并产生蒸汽。这些蒸汽随后以周围空气中的小液滴或其它粒子为核心凝结 ,形成油雾 。

1.2 油雾的存在形式

金属切削过程可以产生以下三类油雾:

(1)由喷射 冲击产生 的干净油雾 ,不含固体粉尘 ;

(2)因加热或高速切削的高温导致蒸发或灼烧而产生的烟雾;

(3)磨削时金属切削液喷射产生 的含磨削粉尘的油雾。

油雾产生的方式不同,其颗粒直径范围也有较大区别。一般情况下,机械雾化过程产生的油雾主要以液滴形态存在,液滴直径范围较宽,通常为 2~10um。蒸发产生的油蒸汽在冷凝过程 中也会形成直径非常细小的冷凝悬 浮体,粒径通常为 2um以下。医学研究证明,油蒸汽和大颗粒液滴对人体肺部的危害相对较小。以油蒸汽形态存在的油雾被吸入肺部又被呼出,它们并不会被肺泡捕获,而大颗粒的油滴无法通过鼻子和支气管进入肺部。只有以液滴形式存在,且直径小于5um的油雾颗粒才能顺利到达肺泡,并在肺部沉淀,从而对人体造成较大的危害。

2 金属切削液油雾的危害性
  金属切削液油雾的存在使得火灾隐患在有油雾的地板上滑倒的可能性增加,如雾的空气排出车间,还会对环境造成污染属切削液油雾最大的危害还在于它对接触响。工人长期暴露在金属切削液油雾中会统疾病 、过敏性皮肤病和恶性肿瘤等疾病显增高,并且可能造成遗传性影响。金属切削液成分复杂,其中的添加剂和污染物都可能作为刺激因素诱发突发性哮喘,恶化原有哮喘的病情,或引起无哮喘病人的气道不适。在四类金属切削液中,可溶性油和纯油与哮喘相关。纯油、可溶性油和合成油这三类已被确认由于吸人过程会引起工人的气道功能紊乱和呼吸道疾病。即使油雾浓度仅为0.41~0.55mg/m ,工人长期接触这种油雾仍会导致慢性支气管炎、胸部不适和气道刺激等。早期并没有对暴露在金属切削液油雾中的工人进行过敏性肺炎方面的研究,然而,由于近年患过敏性肺炎的工人数量的激增,长期接触油雾会导致肺炎这一事实得到了研究和证实。关于金属切削液油雾对工人肺功能的影响方面的研究资料还比较匮乏。其原因之一是能够被观察到的肺功能下降大多都是不可恢复的,此外还由于肺功能下降与所接触的油雾的量有关,是一个长期积累的结果。但是以动物为试验对象的研究结果表明,狗接触 5~100mg/m 油雾 12个月以上 ,会出现含脂肪的肺泡和巨噬细胞脂肪性肉芽肿,并且呼吸组织出现形态改变的特征。
  金属切削液油雾的另一大危害是其致癌性,金属切削液的致癌性主要取决于其添加剂的浓度 、受污染情况和使用条件。目前还没有针对人类进行的金属切削液致癌性方面的研究,而以动物为研究对象的试验研究则发现,切削液的油雾能够导致皮肤瘤/皮肤癌刺瘤、肺癌和胰腺癌。对于切削液油雾的致癌性,目前还存在着许多争论:虽然许多流行病学的研究都曾经报道了金属切削液及其油雾的致癌倾向,可是由于癌症的潜伏期特别长,流行病学的研究往往只能评价 20~30年前某物质导致的危害。为此有研究者指出几十年前的金属切削液的组成完全不能代表今天的切削液的情况。特别是炼油工艺发生了巨大的变化,更大限度地去除了多环芳烃和其它不理想组分,因此把原来证明的致癌倾向推广到目前的切削液是不合适的。但是由于金属切削液组成的复杂性,要简单地证明其不具致癌性也是十分困难的。与对其它方面健康危害的研究相比,关于切削液油雾对遗传学影 响的研究是最少的。

3 金属切削液油雾的控制
3.1 传统方法

控制车间大气中的油雾颗粒浓度主要有机械和化学两种方法。机械方法包括安装排风扇、油雾捕集器、在机床周围设置防护罩或防溅挡板等。这些方法实施方便,效果明显,因此被广泛使用。但是这些方法又各有其不足之处。排风扇虽然简单有效,但是单纯的排风装置并不可取,它仅仅是把大量油雾从室内移至室外,形成新的环境污染。因此最好的做法是在车间安装油雾捕集器或油雾分离器 ,将含油雾的气体经过净化处理或回收后再排出。
  3.2 离心式油雾过滤器

安装油雾过滤器,应用精密过滤及离心分离技术,对雾状物的过滤效果高达99.8%,适用范围较广,可以是水性切削液形成的水雾或油性切削液雾状物。

3.3 油品质量控制

由于切削液的雾化受切削加工温度的影响,加工区域温度越高油雾形成越多,所以油性切削液尽量选用高闪火点的切削液,切削液中添加抗油雾剂能显著降低切削液的雾化形成。

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