Размещено на http://www.allbest.ru/

[Введите текст]

Министерство образования и науки РФ

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СОЦИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Факультет охраны труда и окружающей среды

Кафедра защиты окружающей среды и промышленной безопасности

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

(черновик без расчетов и приложений)

на тему: Влияние внедрения смазочно-охлаждающих жидкостей нового поколения "Миг-техно" на состояние рабочей зоны

Москва

Оглавление

• Введение
• Глава 1. Основные сведения и этапы развития СОЖ, недостатки, проблемы безопасности и утилизации СОЖ
• 1.1 Назначение и потребности в СОЖ в процессах металлообработки
• 1.2 Функциональные действия СОЖ
• 1.3 Этапы развития СОЖ
• 1.4 Виды и характеристики СОЖ, применяемых в процессах металлообработки
• 1.5 Основные отличия СОЖ на водной основе от масляных
• 1.6 Виды негативного воздействия СОЖ на рабочих
• 1.7 Актуальность проблемы утилизации СОЖ
• 1.8 Основные положения, регулирующие санитарно-гигиенические требования при работе с СОЖ
• Глава 2. Разработка и испытание СОЖ «МИГ-ТЕХНО»
• 2.1 Состав СОЖ «МИГ-ТЕХНО». Свойства его компонентов
• 2.2 Эксплуатационные свойства СОЖ «МИГ-ТЕХНО»
• 2.3. Технологические характеристики СОЖ «МИГ-ТЕХНО»
• 2.4 Экономическое сравнение СОЖ «МИГ-ТЕХНО» и эмульсолов
• 2.5 Улучшение условий труда при внедрении СОЖ «МИГ-ТЕХНО»
• 2.6 Инструкция к применению СОЖ «МИГ-ТЕХНО»
• 2.7 Методы текущего контроля и корректировки параметров качества
• Глава 3. Внедрение СОЖ «МИГ-ТЕХНО» в промышленное производство
• 3.1 Применение СОЖ «МИГ-ТЕХНО» на заводе «Авангард»
• 3.2 Применение СОЖ «МИГ-ТЕХНО» на заводе «Салют»
• 3.3 Основные параметры опытной эксплуатации СОЖ «МИГ-ТЕХНО»
• 3.4 Результаты внедрения СОЖ «МИГ-ТЕХНО»
• Глава 4. Эффективность применения СОЖ как фактор, влияющий на экологическую безопасность
• 4.1 Необходимость минимизации количества СОЖ в процессах металлообработки
• 4.2 Автоматические системы малой подачи СОЖ
• 4.3 Стратегия улучшения экологических показателей СОЖ
• Заключение
• Источники

Введение

В соответствии с Трудовым кодексом РФ от 30.12.2001г. № 197-ФЗ охрана труда и здоровья трудящихся на производстве, когда особое внимание уделяется человеческому фактору, становится наиважнейшей задачей. Государственная политика в области экологической и промышленной безопасности и новые концепции обеспечения безопасности и безаварийности производственных процессов диктуются Федеральным законом «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» от 21.07.97 №116-ФЗ, Федеральным законом "О радиационной безопасности населения" от 09.01.96г. № 3, Федеральным законом "О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения" от 30.03.99 г. №52-ФЗ, Федеральным законом "Об использовании атомной энергии" от 21.11.95 г. №170-ФЗ, Законом РСФСР "Об охране окружающей природной среды" от 19.12.91 г. №2060-1 предусматривают, в первую очередь, объективную оценку опасностей и позволяют наметить пути борьбы с ними [1].

При решении задач необходимо четко представлять сущность процессов и способов, устраняющих влияние на организм вредных и опасных факторов и исключающих по возможности травматизм и профессиональные заболевания. Поэтому, изучение опасностей трудовой деятельности, причин их возникновения, методов и средств защиты является одним из основных элементов, способствующих действенной организации мероприятий по охране труда работников предприятия, что обуславливает актуальность выбранной темы.

В современных экономических условиях проблемы качества машиностроительной продукции приобретают особое значение в связи с необходимостью повышения конкурентоспособности отечественной продукции на мировом рынке. Одним из путей обеспечения и повышения качества изделий машиностроения является разработка, усовершенствование и применение новых смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС), подавляющее большинство которых, составляют смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ) [17].

Производственные предприятия потребляют смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ) до десятков тысяч тонн в год, и эта цифра постоянно растет. Загрязнение окружающей среды и воздействие на здоровье людей происходит как в процессе эксплуатации СОЖ, так и в результате их утилизации. Характерно просачивание СОЖ в экосистему и загрязнение ее экологически опасными компонентами. СОЖ оказывают негативное воздействие на организм работников предприятий в результате непосредственного контакта с кожным покровом рабочих или контакта через спецодежду, пропитанную СОЖ, а также в результате поступления паров, аэрозолей, конденсата СОЖ в организм рабочих через дыхательную систему [24]. жидкость металлообработка безопасность утилизация

В работе рассмотрены этапы развития технологий СОЖ, основные виды СОЖ и их влияние на санитарно-эпидемиологическую обстановку рабочей зоны, возможность модернизации применения и утилизации СОТС в соответствии с требованиями экологической и промышленной безопасности. Приводится краткая характеристика объекта предприятия (цех, металлообрабатывающий станок). Анализируются итоги испытаний современных СОЖ, обосновывается внедрение СОЖ «МИГ-ТЕХНО» в технологические процессы производственных предприятий.

Целью дипломной работы является выбор наиболее оптимальной универсальной СОЖ отвечающей современному уровню развития технологий и охраны труда. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

­ Провести анализ развития СОЖ;

­ Рассмотреть проблемы применения СОЖ с точки зрения охраны труда;

­ Определить оптимальную СОЖ отвечающую современному уровню

­ технологий и охраны здоровья рабочих;

­ Провести сравнение результатов применения современных модернизированных СОЖ и старых традиционных видов.

Объектом исследований является применение смазочно-охлаждающих жидкостей в металлообработке. Предметом исследования - обеспечение

безопасных условий труда рабочих-станочников в машиностроении.

Глава 1. Основные сведения и этапы развития СОЖ, недостатки, проблемы безопасности и утилизации СОЖ

1.1 Назначение и потребности в СОЖ в процессах металлообработки

Смазочно-охлаждающие жидкости являются обязательным элементом большинства технологических процессов обработки материалов резанием и давлением. Точение, фрезерование, сверление, шлифование и другие процессы обработки резанием сталей, чугунов, цветных металлов и сплавов, неметаллических конструкционных материалов, штамповка и прокатка металлов характеризуются большими статическими и динамическими нагрузками, высокими температурами, воздействием обрабатываемого материала на режущий инструмент, штамповочное и прокатное оборудование. В этих условия основное назначение СОЖ - уменьшить температуру, силовые параметры обработки и износ режущего инструмента, штампов и валков, обеспечить удовлетворительное качество обработанной поверхности [27].

Смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ) имеют сложные многокомпонентные составы, призванные обеспечивать смазку и охлаждение металлообрабатывающих инструментов и деталей, снижая при этом износ инструментов и повышая точность обработанных деталей. При металлообработке СОЖ выполняют так же и ряд других функций: защищают обработанные детали, инструмент и оборудование от коррозии, удаляют путем вымывания абразивную пыль и стружку, улучшают санитарно-гигиенические условия на производстве. Если СОЖ не используются, то оборудование во время работы перегревается, что может привести к структурному изменению и отпуску металла, изменению в размерах и даже поломке оборудования. Использование СОЖ, во-первых, позволяет отводить тепло, а во-вторых, уменьшает трение при обработке металла.

Однако если оборудование выполнено из углеродистых сплавов, то использование СОЖ может, наоборот, привести к его поломке и, соответственно, снизить срок службы. И все же, как правило, использование охлаждающих жидкостей (особенно благодаря их способности снижать трение) приводит к увеличению срока службы оборудования. В случае шлифовки и хонингования применение СОЖ исключительно важно. Система охлаждения играет огромную роль в этих процессах, так как поддерживается нормальная температура оборудования, что очень важно в металлообработке. При снятии стружки выделяется примерно 80% тепла, и СОЖ выполняют здесь двойную функцию, охлаждая как резец, так и стружку, предотвращая возможные перегревы.

Кроме того, часть мелкой стружки уходит вместе с СОЖ [29]. На рис. 1 показаны потребности в СОЖ при различных процессах металлообработки.

Рис. 1. Потребности в СОЖ при различных процессах металлообработки.

Требования к СОЖ. Наиболее важными из них являются требования обеспечивать увеличение стойкости режущего инструмента и повышать качество обрабатываемой поверхности при соблюдении заданной точности обработанной поверхности. Выполнение этих требований приводит в конечном счете к снижению стоимости металлообработки вследствие уменьшения затрат на режущий инструмент, сокращению брака и простоев станков, связанных с заменой затупившегося инструмента. В зависимости от условий обработки СОЖ должны обеспечивать смазывающее, охлаждающее, диспергирующее (дробление стружки) или моющее действие.

Однако в большинстве случаев от СОЖ требуется обеспечить одновременно несколько действий в различной степени. Так: при фрезеровании твердосплавными фрезами - требуется высокое смазывающее и обязательно низкое охлаждающее действие; при нарезании резьбы метчиками и при развертывании - эффективное моющее и смазывающее; при токарной обработке титановых сплавов - охлаждающее, а при обработке их фрезерованием - смазывающее действия. Поэтому при создании или выборе СОЖ необходимо знать, какое действие в данных условиях резания должна обеспечивать жидкость. Предъявляемые к СОЖ требования выражаются в виде конкретных предельно допустимых норм показателей качества [23].

По применению все СОЖ разделены на две группы - массового и специального применения. СОЖ массового назначения пригодны для ряда операций обработки металлов резанием при различных режимах. Они в свою очередь разделены на три подгруппы: обычные, универсальные и многоцелевые. Обычные обеспечивают выполнение нескольких операций обработки резанием той или иной группы черных или цветных металлов, универсальные - широкий круг операций обработки резанием черных и цветных металлов.

В настоящее время большое внимание уделяется совершенствованию технологии механической обработки, повышению производительности и точности обработки деталей машин, повышению стойкости инструмента. Использование новых смазочно-охлаждающих жидкостей на некоторых операциях обработки металлов резанием позволяет в 2-4 раза повысить стойкость инструмента, в несколько раз уменьшить высоту микронеровностей обработанной поверхности и остаточные напряжения на 40-50%, увеличить производительность обработки, снизить затраты энергии на резание [37].

Исследование сложных и многообразных процессов, происходящих в зоне резания, затрудняют большие градиенты температур и давлений в тонких поверхностных слоях, высокие скорости деформаций. Если при подборе инструментальных материалов достаточно учитывать два-три показателя (например, теплостойкость, твердость), то для СОЖ такие критерии не найдены. Повышение технологической эффективности СОЖ, является комплексной, многокритериальной проблемой, одна из которой - сохранение безопасности рабочего места на высоком уровне.

1.2 Функциональные действия СОЖ

В процессах металлобработки СОЖ может производить смазывающее, охлаждающее, диспергирующее и моющее действия, которые могут проявляться одновременно и порознь в различных зонах контактной поверхности инструмента, стружки и заготовки в зависимости от особенностей операции и режимов резания, характеристик обрабатываемого и инструментального материалов. В большинстве случаев высокие эксплуатационные свойства СОЖ определяются их смазывающим и охлаждающим действием.

Смазывающее действие СОЖ. Смазывающее действие СОЖ проявляется в зоне контакта резца и стружки, а также контакта резца и обрабатываемой детали. Оно обусловлено способностью СОЖ, вступать в физическое, химическое и физико-химическое взаимодействие с активированными поверхностями контактной зоны и образовывать на них гидродинамические, физические (адсорбционные) и химические смазочные пленки. Их толщина колеблется от нескольких десятков до нескольких сотен ангстрем. В случае образования при резании металлов гидродинамических смазочных пленок (например, обработка меди при низких скоростях) трущиеся поверхности разделены слоем СОЖ в несколько микрон и более. Здесь вязкость СОЖ имеет преобладающее значение

и должна быть оптимальной. Иногда вязкость может быть компенсирована

сера, хлор- или фосфорсодержащими присадками [30].

Адсорбционные смазочные пленки образуются при малых давлениях и низких температурах. Наиболее прочно адсорбируются на поверхности металла молекулы олеиновой кислоты, некоторых растительных масел и синтетических ПАВ. Поэтому они широко используются в композициях масляных СОЖ. Присутствие влаги и кислорода ускоряет процессы хемосорбции (химическая реакция переноса вещества с поверхности раздела фаз в объём фазы). Существенную роль при образовании пленок играет температура, при ее повышении рост пленок уменьшается, а скорость образования химических пленок увеличивается. При операциях с высоким выделением тепла более эффективны химические смазывающие пленки, образуемые на контактирующих поверхностях за счет противоизносных и противозадирных присадок. В зоне контакта происходит распад молекул присадок с образованием атомов и радикалов, которые вступают в химическую реакцию с металлом, образуя смазочный слой [26].

Смазывающее действие СОЖ проявляется еще и в том, что углерод, кислород, сера, фосфор и другие элементы, входящие в состав, в условиях высоких давлений, напряжений и температур не только реагирует с поверхностью металла с образованием граничной смазочной пленки, но и диффундируют в тончайшие поверхностные слои трущихся металлических поверхностей, образуя эвтектические сплавы с более низкими коэффициентами трения. В результате чего облегчаются процессы трения и пластической деформации металла.

Смазывающее действие СОЖ зависит от операции и режима резания, свойств обрабатываемого и инструментального материалов и определяется в основном скоростями образования и изнашивания граничных смазочных пленок, а также их составом, строением и свойствами.

Охлаждающее действие СОЖ. При резании основная часть механической энергии преобразуется в теплоту. Охлаждающее действие СОЖ основано на законах теплообмена. Теплоотводы, связанные с излучением, испарением и химическими реакциями, невелики. Поэтому, при оценке охлаждающего действия СОЖ ограничиваются рассмотрением конвективного теплообмена, который зависит, главным образом, от теплофизических свойств и гидродинамических условий подачи жидкости. На теплообмен наиболее сильно влияют вязкость, теплопроводность, теплоемкость, плотность и смачиваемость СОЖ, а также разность температур охлаждаемой поверхности и потока жидкости [47].

В процессе резания наибольшему воздействию высокой температуры подвергается инструмент. Исследования показывают, что применение смазочно-охлаждающей среды не препятствует возникновению высокой температуры в инструменте. Однако действие СОЖ существенно уменьшает область нагрева инструмента. При этом подача эмульсии под давлением на вспомогательную заднюю поверхность инструмента более эффективна, чем ее полив свободно падающей струей на переднюю поверхность инструмента. Для ряда операций обработки металлов резанием охлаждающее действия СОЖ при подаче жидкости в распыленном состоянии, под давлением или через внутренние каналы в инструменте (глубокое сверление) более эффективно, чем подача СОЖ поливом свободно падающей струей [40].

Охлаждающее действие СОЖ может иметь и отрицательные последствия. Так, при фрезеровании (прерывистое резание) твердосплавным инструментом с высокой скоростью резания, применение СОЖ приводит к значительным колебаниям температуры режущей части фрезы и уменьшению ее стойкости. Кроме того, интенсивное охлаждение поверхности обрабатываемого изделия может приводить к возникновению в металле внутренних напряжений растяжения, что ухудшает эксплуатационные свойства изделия [23].

Диспергирующее действие СОЖ. Под этим действием СОЖ подразумевается их способность облегчать деформацию, разрушение и дробление (диспергирование) металла, т.е. оказывать действие, способствующее образованию новой поверхности. В присутствии ПАВ облегчается зарождение и распространение микротрещин в металле. Полярные молекулы продвигаются по стенкам образующихся трещин до тех пор, пока их размеры не станут больше размеров трещин. В результате в самых узких местах микротрещин возникают дополнительные расклинивающие давления, вызываемые адсорбционными слоями, что приводит к "охрупчиванию" металла и его разрушению. Хрупкость металла может повышаться за счет диффузии атомов и ионов СОЖ в деформируемые слои. В результате этого процесса металл в зоне деформации быстрее достигает предельной прочности и разрушается при меньших затратах энергии [47].

Моющее действие СОЖ. В процессе резания металла образуются стружка и шлам, состоящий из мелкодисперсной стружки, частиц износа инструмента и трущихся деталей станка, окалины, пыли, грязи, продуктов термоокислительной деструкции компонентов СОЖ и жизнедеятельности микроорганизмов. Твердые коллоидные частицы шлама проникают в микронеровности обрабатываемой заготовки, деталей станков и инструмента, где прочно удерживаются электростатическими и механическими силами. Скопление частиц шлама

приводит к снижению стойкости инструмента и ухудшению качества обрабатываемой поверхности. Поэтому СОЖ должна смыть и унести крупную стружку или металлические опилки, предотвратить образование лакообразных

отложений и нагара на поверхностях изделия и инструмента, нагретых до высоких температур [37].

Моющее действие СОЖ представляет собой совокупность физико-химических процессов, приводящих к очистке поверхностей обрабатываемой заготовки, инструмента и деталей станка от шлама. Смыв и эвакуация крупной стружки или продуктов шлифования, накапливающихся в зоне резания, является одной из важных функций СОЖ. Смывающее действие в значительной степени зависит от количества СОЖ, подаваемой в зону резания, скорости потока и метода подачи жидкости. Эффективность смывающего действия СОЖ повышается с введением в ее состав моющих веществ [47].

1.3 Этапы развития СОЖ

СОЖ представляют собой сложные системы, качество которых оценивается по большому количеству параметров. В настоящее время нет общепризнанной теории, объясняющей многочисленные аспекты механизма действия СОЖ, не разработаны научные основы синтеза и подбора состава эффективных СОЖ. Выбор СОЖ выполняется, в основном, эмпирическим путем - на основе личного опыта специалистов или по результатам станочных испытаний. Такой метод подбора оптимального состава требует больших временных и материальных затрат и не гарантирует получения наилучших результатов. Номенклатура СОЖ постоянно изменяется в связи с возрастающими требованиями по производительности и качеству обработки. Результаты испытаний различных СОЖ, проведенные с разными инструментальным и обрабатываемым материалами, трудно сопоставимы.

При рассмотрении основных моментов развития СОЖ и аспектов его применения, очевидно, что в первую очередь смазочно-охлаждающая жидкость должна смазывать и должна охлаждать. Смазка - это масло, а охлаждение - это вода. Масло и вода не смешиваются. Для того чтобы их совместить в виде эмульсии подбираются поверхностно-активные эмульгаторы, состоящие из гидрофобных и гидрофильных частей. Гидрофоб располагается в масле, а гидрофильный хвост идет в воду. После тонкого диспергирования (дробления), получается эмульсия. Идеальный случай эмульсии - молоко. Эмульгатор находится вокруг капель масла и отделяет капли масла друг от друга. В традиционных СОЖ содержалось примерно до 80% эмульгатора и примерно от 20% масла. Концентрация СОЖ при применении варьировалась от 5% до 10%. Такая СОЖ требовала замены уже через 5- 6 дней, так как эмульсия греется в процессе работы и постоянно теплая, содержащийся в ней эмульгатор является хорошей пищей для бактерий. По мере того, как бактерии съедают эмульгатор, падает значение рН, достаточно быстро появляются коррозия и ощущается неприятный специфический запах. Если исходное значение рН приблизительно 9,5. то в течение примерно 7 дней оно быстро спадает и становится ниже, чем 8,5 - это граница, начиная с которой появляются проблемы с коррозией, т.е. необходимо заливать свежую СОЖ [44].

Такого вида СОЖ называются конвенциональные СОЖ. Эмульгаторы, которые применялись в этих СОЖ - неионогенные эмульгаторы. Нефтяной сульфонат - это, прежде всего, сера, а сера - это хорошая питательная среда для бактерий. Отсюда в результате их жизнедеятельности появлялся сероводород - продукт метаболизма бактерий, т.е., сера+бактерии - это сероводород. Последний имеет непереносимый запах и даёт кислую реакцию, что дополнительно стимулирует снижение рН. Срок работы эмульсии - примерно одна неделя и повторяются проблемы с бактериями, падением рН и коррозией. Для того чтобы продлить срок службы СОЖ стали вводить в состав эмульсии бактерициды. Раньше это были фенолы. Потом фенолы запретили. Стали применяться гексагидротриазины, они отщепляют формальдегид. Эмульсии, в которые вводили бактерицид, жили уже дольше, но проблемы полностью не решались, только отодвигались. Через две-три недели все начиналось сначала.

Таким образом, для всех этих конвенциональных продуктов, которые имеют весьма ограниченный срок жизни, негативными свойствами были: запах, коррозия и неизбежность возникновения больших объёмов, подлежащих утили-зации. Сами по себе бактерициды тоже не безвредны для человека, они провоцируют кожные раздражения и раздражения слизистых оболочек дыхательных органов. Для очистки систем при их подготовке для заливки новой СОЖ нужно было применять системные очистители, чтобы максимально полно уничтожить скопившиеся там бактерии, прежде чем будет залита свежая СОЖ. Если этого не проделать, уже скопившиеся бактерии будут более интенсивно работать, еще более сокращая время службы.

Реальные рабочие системы не стерильны, всегда будут бактерии и плесневые грибы, и поэтому, как только туда попадает какая-то пища для бактерий, жидкость моментально подвергается атаке бактерий, которые съедают эмульгатор. Стали пробовать увеличить содержание эмульгатора. Количество масла оставалось без изменения, оно было порядка 40%, долю эмульгатора подняли в среднем до 40% и 3% бактерицида, остальное 17% - вода. Эмульсии работали заметно больше: 4-6 недель, но это не решало проблем, они просто растягивались во времени и к тому же появился дополнительный минус. Благодаря тому, что содержание эмульгатора было увеличено, эти эмульсии стали легко вспениваться. А поскольку эмульсии пенились, увеличивалась поверхность соприкосновения с руками, и как следствие - дерматозы [44].

Поскольку эмульгатор и масло - это питательная среда для бактерий, то их заменили синтетическими продуктами. Это органические эфиры и органические соли. Такие продукты были разработаны и они пошли в практику, но их применение было ограничено, так как был такой недостаток, что когда вода испарялась и поверхность высыхала, те пленки, которые оставались, приводили к склеиванию деталей и залипанию движущихся частей оборудования в тонких местах, в узких щелях. Это, в частности, создавало большие проблемы для из-мерительного инструмента. Поэтому применение таких синтетических СОЖ ограничено, например, используются при бесцентровом шлифовании в производстве подшипников.

В дальнейшем, в результате исследований по стабилизации рН, был разработан совершенно новый класс биостабильных СОЖ, когда рН свежеприготовленной эмульсии достаточно быстро падает от 9,5 до примерно 9,0, и потом рН начинает колебаться в интервале - от 8,5 до 9,0, никогда не пересекая границу - 8,5 (граница, начиная с которой появляются проблемы с коррозией). Эти СОЖ не должны содержать бактерицидов (огромный плюс с точки зрения санитарии), потому что для них бактерицид - яд. Что происходит с бактериями? Они там тоже есть. Количество бактерий содержится в пределах 10⁶ на миллилитр и в течение работы количество бактерий колеблется вокруг этого значения. Без запаха, без каких-то вредных последствий. Может показаться, что 10⁶ на миллилитр - это много, но примерно такое количество содержится в молоке. При этом следует иметь в виду, что такое количество бактерий помогает удерживать примерно на уровне 10² на миллилитр концентрацию плесневых грибков [44].

На практике имеет место равновесие между бактериями и грибками. Чем меньше бактерий, тем больше грибков и наоборот. Значит, в этих СОЖ стабильным по времени остаётся значение рН и содержание бактерий. Таким образом, биостабильные СОЖ - это новая группа продуктов, которая по своему составу и строению принципиально отличается от предыдущих. Теоретически время работы СОЖ можно сделать сколь угодно долгим. Очевидно, что объёмы СОЖ, которые подлежат утилизации, при работе с биостабильными СОЖ, значительно меньшие.

Практика показывает, количество отходов уменьшается на 90%. Поскольку объём заметно сократился, то даже небольшая система ультрафильтрации, вполне справится с утилизацией тех объёмов, которые образовывались во время работы. Надо отметить, что биостабильные СОЖ разработаны в основном за рубежом и являются достаточно дорогим продуктом. В наших условиях при отрицательных температурах могут терять свои качества, что создает затруднения при их транспортировке и эксплуатации.

В настоящее время разработаны и используются огромное количество полусинтетических и синтетических СОТС. Основу полусинтетических СОЖ составляет вода (до 50%) и эмульгаторы (до 40%).Обязательным компонентом является маловязкое нефтяное масло. Полусинтетические СОЖ, как и эмульсолы, могут содержать биоциды, противоизносные и противозадирные присадки. Их используют в виде 1-10%-ных водных растворов.

Синтетические СОЖ представляют собой смесь водорастворимых полимеров, поверхностно-активных веществ, ингибиторов коррозии, биоцидов, антипенных присадок и воды. В их состав для повышения смазывающих свойств вводят противоизносные и противозадирные присадки. Концентраты синтетических СОЖ могут быть приготовлены в виде порошков [43].

1.4 Виды и характеристики СОЖ, применяемых в процессах металлообработки

При классификации смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС) по агрегатному состоянию различают: газообразные СОТС; жидкие СОТС (их называют СОЖ); пластичные СОТС; твердые СОТС [42].

По составу различаются три группы СОЖ:

- Чистые минеральные масла, усиленные комплексом специальных присадок жиров, органических соединений серы, фосфора, хлора, а так же антипенных, антикоррозионных и антиокислительных присадок.

- Водные эмульсии минеральных масел. Этот вид СОЖ создается прямо на месте использования, просто разбавляя водой эмульсолы (40-80% минеральных масел, 20-60% эмульгаторов с добавками).

- Еще один вид СОЖ - водные растворы концентрата поверхностно-активных веществ в комплексе с низкомолекулярными полимерами.

Смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ) как у нас, так и за рубежом для лезвийной и абразивной обработки металлов, как правило, представляют собой сульфированные минеральные масла или их 2-80% эмульсии с водой (эмульсолы).

К масляным СОЖ относятся:

1. Сульфофрезол, МР-3, МР-3 Павекс, МР-4, МР-7; МР-7В; МР- 10А; МР-10М; МР-11, МР-11 Павекс, МР-12. МР-12/1, ОСМ-1, ОСМ- 2К, ОСМ-3,

2. ОСМ-5, Укринол-7, МР-78; МР-99 и т.д. - разработчик УкрНИИНП "МАСМА", Украина.

3. MHIII - 9, МВ-2-931, PC-1, РС-2 - разработчик АО ВНИКТИнефтехимоборудование, г. Волгоград.

4. РЖ-3, РЖ-8, РЖ-М-разработчик Средневолжский ВНИИНП; МП "Олеокам", г. Ангарск.

5. В-ЗМ; В-3 марки 25; В-3 марки 85 - изготовитель "Пермский завод смазок и СОЖ".

6. MP3, ЛЗр - разработчик АО НИИавтопром, г. Москва.

7. Лубрисол М-92 - разработчик НПП "Полихим", г. Санкт- Петербург.

8. ЛЗ СОЖ 2 МИО; ЛЗН СОЖ 11; ЛЗ СОЖ 2 МО; ЛЗ 23 ПО - разработчик "Завод им. Шаумяна".

9. С ПТ-13В - ООО НПТЛ, г. Москва.

10. Масса других масляных СОЖ неизвестного происхождения и

часто сомнительного качества.

Достоинство масляных СОЖ: обладают высокими смазочными свойствами, хотя для этого они должны содержать в своем составе различные антиокислительные, противозадирные, противоизносные, антикоррозионные и бактерицидные присадки [27].

Недостатки масляных СОЖ: к их недостаткам можно отнести низкую охлаждающую способность, повышенную испаряемость, ухудшающую гигиенические условия труда, высокую пожароопасность, склонность к биопоражению, большие затраты на утилизацию отработанных отходов. Кроме того, они экологически вредны, поскольку при взаимодействии с резцом выделяют токсичные вещества, например серный ангидрид и акролеин, оказывающие отравляющее действие на организм человека. Использование сульфированных минеральных масел часто приводит к различным кожным заболеваниям[27].

K эмульсолам и к полусинтетическлм СОЖ относятся:

1. Укринол-1, Укринол-1 М, Уверол, Биор, Аквол-2, Аквол-6, Пермол, Мирол, Авитол-2, Аквол-ЮМ, Синхо-2М, Аквол-11, Карбамол С - разрабочик УкрНИИНП "МАСМА", Украина.

2. НГЛ-205, Москвинол - разработчик ВНИИНП, г. Москва.

3. ЭГТ, Э-2, Рикос-1, Рикос-2 - разработчик АО» Ростовская инженерная компания по производству охлаждающих жидкостей и смазок "Рикос", г. Ростов-на-Дону.

4. Автокат, Ивкат, Эмульсол Т, Тафол, Эмулькат - разработчик и изготовитель АО^иИВХИМПРОМ", г. Иваново.

5. Велс-1, Велс-1М, Пермол-6, Уверол, СП-3, Эмульсол-Т, Эмульсол ОМ-1, Укринол-4П, Эмульсол ЭКС-а - разработчик и изготовитель АО ”Пермский завод смазок и СОЖ", г. Пермь.

6. Эмолон-1, Эмолон-2 - разработчик НПП "Химмотолог", г. Москва и

7. г. Липецк.

8. Автокат Ф-78, Кампрол, Автокат Ф-40, НК-1, НК-4, Глитал, Автовсат - разработчик и изготовитель АО "КамАЗ".

9. Лубрисол-Э-90, Лубрисол-Э-96, Лубрисол В93- НПП "Полихим",

10. г. Санкт-Петербург.

11. ЯЗ-1-СП "Фукс-Янос", г. Ярославль.

12. Эра - М - РНТЦ проблем безизносности в машинах, г. Москва.

13. Ризол А,Б (ВНИИНП-117Т) - разработчик и изготовитель ВНИИНП и Львовский ОМ М3, г. Львов и масса других эмульсий сомнительного происхождения и качества.

Эмульсолы представляют собой 2-80% эмульсии минерального масла с водой, содержащие в своем составе различные биоцидные, антикоррозионные, противоизносные и противозадирные добавки.

Достоинство эмульсолов и полусинтетических СОЖ: СОЖ на водной основе, в сравнении с масляными, обладают значительно лучшей охлаждающей способностью, менее опасны для здоровья работающих с ними людей,

менее пожароопасны [29].

Недостатки водосмешиваемых СОЖ: как из отечественных, так и зарубежных СОЖ трудно, а подчас и нельзя регенерировать масло, попадающее из мехчасти станка, поскольку в состав таких смазочно-охлаждающих жидкостей входят компоненты, эмульгирующие масло. Накопление масла в емкостях приводит к повышению задымленности на рабочих местах, расслаиванию СОЖ, снижению технологических параметров, а затем к бактериальным поражениям с последующей биологической деструкцией. Низкая устойчивость к биозагрязнению нередко является одной из причин ухудшения противокоррозионных и смазочных свойств, указанных СОЖ. Для борьбы с биозагрязнениями в эмульсолы вводят сильные биоциды или фунгициды, что экологически небезопасно. Ухудшение антикоррозионных свойств эмульсолов в процессе их эксплуатации приводит к существенным коррозионным поражениям металлоизделий, поэтому их при межоперационном хранении часто вновь консервируют в масле или пассивируют в специальных растворах, что не технологично. Наличие масла в эмульсолах, а также высокая их щелочность (pH ~ 10,0) приводит к патогенному воздействию на кожу рук работающих [29].

Из всех видов СОЖ водомасляные эмульсии наиболее сильно поражаются бактериальной и грибковой микрофлорой. Накопление биомассы в СОЖ может привести к нарушению функционирования насосов, фильтров, трубопроводов и т.д. Очистка охлаждающей системы от биомассы, а также утилизация самих эмульсолов трудоемкий и дорогостоящий процесс, поскольку требуют бактериологического разложения и регенерации масла.

Синтетические СОЖ.

1. Аквахон, Аспарин, Прогресс 13К, Эфтол - разработчик и изготовитель АО Ивхимпром г. Иваново.

2. Купрол - разработчик и изготовитель фирма Хелп-Трибо, г. Москва.

3. Сувар-ЗМ - разработчик Чувашский госуниверситет НПП "Теко", г. Чебоксары.

4. Конвекс - изготовитель ИЧП "Герольд", г. Чебоксары.

5. Аминил Б - разработчик ГТГ Прогресс", г. Железнодорожный Московской области.

6. Экол-1 разработчик, и изготовитель НПП "Акрил", г. Омск и г. Солнечногорск Московской области.

7. Тосол ОИЗ - АО" Синтез", г. Дзержинск

S. Оксидол-ОС; Оксидол- 0 - разработчик РНЦ "Прикладная химия", г. Москва.

9. Карбамол - С- 1гг, Техмол-1 - изготовитель "Пермский завод смазок и СОЖ" г. Пермь.

10. СОЖ типа "ИФХАН" (ИФХАН-33; ИФХАН-ЗЗМ.; ИФХАН- 33 Ф; ИФХАН-ЗЗЛГ и т.д.) - разработчик и изготовитель Институт физической химии РАН (ИФХ РАН).

Достоинством синтетических СОЖ по сравнению с концентратами эмульсолов, масляных и полусинтетических СОЖ, является:

­ отсутствие в их составах минерального или нефтяного масел, поэтому применение таких СОЖ с точки зрения экологии более выгодно и

­ пожаробезопасно;

­ содержание химических веществ в их концентратах, как правило, не превышает 70% (остальное, вода);

­ высокие охлаждающие свойства;

­ более высокая устойчивость к биопоражению;

­ возможность удалять масло из охлаждающей системы, поскольку содержат в своем составе эмульгаторы, образующие непрочные дисперсные системы, позволяющие при отстое расслаивать масло [30].

Недостатки синтетических СОЖ: не вытекают непосредственно из их природы, а связаны с несовершенством той или иной разработки. Их долговечность, а, следовательно, и технологические параметры в большой степени зависят от их микробиологического разрушения. Для биологической стабилизации СОЖ в их состав вводят сильные биоциды и фунгициды, что экологически вредно [30].

С целью повышения смазывающих, антикоррозионных, противозадирных свойств СОЖ, в их состав часто вводят различные химические добавки, не соизмеряя это с вредностью веществ, а, также, не учитывая физико-химические изменения, которые могут произойти с ними в зоне резания (разложение химреактива на вредные составляющие).

Зачастую смазывающие свойства СОЖ повышают за счет некоторых гликольных ПАВ, для утилизации которых требуются специальные установки их разложения. Однако эти недостатки характерны не для всех синтетичес -

ких СОЖ.

Несмотря на перечисленные недостатки различных СОЖ, нахождение оптимального состава, повышение биостойкости, антикоррозионных и смазывающих свойств водных охлаждающих жидкостей является сложной, но вполне выполнимой задачей и ее решение зависит от конкретных функций.

1.5 Основные отличия СОЖ на водной основе от масляных

Масляные СОЖ, содержащие в своем составе антиокислительные, противозадирные, противоизносные, антикоррозионные присадки, обладают высокими смазочными свойствами. Однако имеется целый ряд существенных недостатков, которые ставят под сомнение целесообразность применения вышеуказанных СОЖ на современном производстве.

К числу этих недостатков можно отнести: низкую охлаждающую способность, повышенную испаряемость, ухудшающую гигиенические условия труда, пожароопасность, склонность к биопоражению и необходимость утилизации отработанных отходов.

Кроме того, масляные СОЖ экологически небезвредны, поскольку при взаимодействии с резцом выделяют токсичные вещества, например, серный ангидрид, акролеин, оказывающие отравляющее действие на организм человека. Использование сульфированных минеральных масел весьма часто приводит к различным кожным заболеваниям.

В связи с этим за последние годы широкое применение получили СОЖ на водной основе, которые обладают значительно лучшей охлаждающей способностью, менее опасны для здоровья работающих с ними людей, пожаробезопасны. Такие СОЖ представляют собой 30-50% водные эмульсии. Щелочность эмульсолов довольно высока: рабочее значение pH отечественных и зарубежных СОЖ порядка 8,6-9,5 [29].

В мировой практике лучшими водными СОЖ признаны смазочно-охлаждающие жидкости типа «Syntilo R» фирмы «CASTROL». Тем не менее, в состав данных СОЖ входит до 38% минеральных масел, а их применение требует закупки оборудования, позволяющего производить тонкую очистку рабочего раствора и только с ее помощью эти жидкости способны длительное время сохранять свои технологические параметры.

Невысоки и противокоррозионные свойства, поскольку обеспечивают защиту при межоперационном хранении не более 4-х суток. При замерзании СОЖ типа «Syntilo R» подвергаются расслаиванию и впоследствии не восстанавливаются, что создает затруднения при их транспортировке, особенно на территории России. Щелочность рабочего раствора «Syntilo R» 8,6-9,2.

При pH раствора ниже 8,6 СОЖ фирмы «CASTROL» подвержены бактериологическому поражению [45].

В отечественной промышленности наиболее часто используют водные СОЖ типа НГЛ, ЭГТ, ЭТ, Укринол, Аквол, содержащие в своем составе до 70% масла. Как из отечественных, так и из зарубежных СОЖ трудно, а подчас и невозможно регенерировать масло, попадающее из механической части станка, поскольку в состав таких СОЖ входят компоненты, эмульгирующие масло.

Накопление масла в емкостях приводит к повышению задымленности на рабочих местах, расслаиванию СОЖ, снижению технологических параметров, а затем к бактериальным поражениям с последующей биологической деструкцией. В летнее время периодичность замены раствора не реже 7-ми дней, в зимнее время - 14-ти дней. Низкая устойчивость к биозагрязнению нередко является одной из причин ухудшения противокоррозионных и смазочных свойств указанных СОЖ.

Роль ингибиторов коррозии в таких составах особенно велика, поскольку изделия из алюминия, меди, чугуна, различных сталей и сплавов при обработке их резанием, контактируя с водными СОЖ, подвергаются существенным коррозионным поражениям. Высокие температуры, возникающие в зоне обработки, быстрое обновление поверхности, адсорбционные и другие физико-химические свойства существенно отличаются от «обычной» (не подвергающейся обработке) поверхности металла - все эти важные факторы изменяют коррозионную устойчивость обрабатываемой детали не только во время самой технологической операции, но и после ее окончания, т. е. в атмосферных условиях [40].

Исходя из этого, антикоррозионные присадки должны обеспечить подавление коррозии обрабатываемой детали, как во время самого процесса резания, так и после его окончания на некоторый межоперационный период, что не всегда достигается при применении маслосодержащих эмульсолов. В связи с этим, для последующего межоперационного хранения деталей их часто вновь консервируют тонким слоем масла или пассивируют в специальных растворах.

Особенно важны санитарно-гигиенические и экологические аспекты ингибирования, совместимость ингибитора с другими компонентами СОЖ, а также его способность сохранять высокие антикоррозионные свойства во времени. Это возможно лишь при использовании ингибиторов, прочно хемосорбирующихся (в результате химической реакции) на металле и в результате обладающих значительным последействием. Такие ингибиторы способны подавлять активное растворение черных и цветных металлов и стабилизировать их пассивное состояние.

В данном случае перспективны ингибиторы, которые образуют на поверхности тонкие, невидимые невооруженным глазом пленки нерастворимых комплексных соединений и экранируют поверхность от дальнейшего воздействия агрессивной среды. Толщина таких защитных пленок колеблется от десятков до сотен ангстрем, в зависимости от состава СОТС и природы защищаемого металла.

Кроме того, при подборе ингибитора необходимо учитывать и его анти - септические свойства. Как правило, наиболее сильным коррозионным действием из бактерий, обитаемых в СОЖ, обладают сульфатредуцирующие, а также некоторые виды грибков. Тем не менее, вводить в СОЖ сильные биоциды или фунгициды небезопасно, поэтому в качестве ингибиторов коррозии целесообразней применять соединения, обладающие одновременно и биоцидными свойствами. Следовательно, наиболее технологично использовать в СОЖ такие ингибиторы коррозии, которые наряду с пассивацией металлов повышали бы противоизносные, противозадирные и смазочные свойства охлаждающих жидкостей, т. е. являлись полифункциональными присадками к ним [40].

Однако, выбор компонентов СОЖ, оптимизация его состава, повышение биостойкости, антикоррозионных и смазывающих свойств водных охлаждающих жидкостей является весьма сложной задачей, и ее решение зависит от

конкретных функций СОЖ. Говоря о необходимости разработки и внедрения в промышленное производство новых СОЖ, базирующихся на современных научных исследованиях, надо иметь в виду, что влияние действия различных негативных факторов требует более длительных статистических исследований.

1.6 Виды негативного воздействия СОЖ на рабочих

Результаты ряда исследований показывают, что средний срок использования СОЖ варьируется от двух недель до полутора месяцев. Наибольшую опасность представляют отработанные СОЖ, в состав которых входят индустриальное масло, щелочь, полигликоли, асидол и ряд других веществ. Показано, что отработанные СОЖ в 15-30 раз токсичнее свежих. Просачивание СОЖ в экосистему приводит к их распространению в атмосфере, воде, почве, пищевых цепях и продуктах питания и последующему загрязнению экологически опасными компонентами [20].

Кроме того, углеводороды нефтяных и синтетических масел, имея невысокую (10-30%) степень биоразлагаемости и накапливаясь в окружающей среде, могут вызвать негативное воздействие на объекты окружающей среды. В результате испарения СОЖ токсичные компоненты (диоксид серы, органические соединения хлора) с облаками разносятся на большие территории. Проливы и утечки СОЖ вызывают образование в почве масляных линз, из которых масло распространяется в ширину и вглубь, контактирует с грунтовыми водами и мигрирует вместе с ними.

Некоторые СОЖ используются не только в промышленности, но и в бытовых условиях, например, антифризы (тосолы), используемые в качестве охлаждающей жидкости двигателя внутреннего сгорания и в качестве рабочей жидкости других теплообменных аппаратов, эксплуатируемых при низких и умеренных температурах. При работе с антифризами (тосолами) выделяется этиленгликоль, который обладает ядовитым и наркотическим действием, способен проникать в организм через кожу, вызывая хроническое отравление организма человека с поражением жизненно-важных органов: сосудов, почек, нервной системы [39].

Ряд работ свидетельствует о неуклонном росте заболеваемости рабочих при длительном контакте с СОЖ. При этом исследования некоторых авторов показывают, что существующие средства защиты не оказывают должного защитного эффекта на физиологические системы организма при воздействии на него СОЖ и её компонентов.

На основании проведенных анализов на рис. 2 приведена классификация основных путей поступления вредных веществ СОЖ в организм рабочих и в окружающую среду и возникающие при этом профессиональные заболевания [20].

Рис. 2. Основные пути поступления вредных веществ СОЖ в организм рабочих и вызываемые профессиональные заболевания

По данным Роспотребнадзора в Российской Федерации за последние

5 лет было зарегистрировано 39 404 случая профессиональных заболеваний и отравлений. С 2005 по 2008 гг. наблюдалось снижение числа профзаболеваний, однако в 2009 г. ситуация изменилась - произошел рост профессиональных

заболеваний на 11,39% по сравнению с 2008 г. В 2010 г. число случаев профзаболеваний вновь снизилось по сравнению с 2009г. на 4,84%.

Количество работающих с впервые установленным профессиональным заболеванием в 2010 году составило 8 039 человек, из них у 868 больных было выявлено два и более диагноза, что составило 10,79% (в 2009г.- 10,58%).

В структуре вновь выявленных профессиональных заболеваний в 2010 году (рис. 3) лидируют заболевания, связанные с воздействием физических факторов, промышленных аэрозолей и болезни, связанные с физическими перегрузками и перенапряжением отдельных органов и систем. В 2010 г. по Российской Федерации удельный вес хронических профессиональных заболеваний и отравлений составил - 98,91% (98,65% в 2009 году), острых 1,09% (1,35%).

В структуре профессиональных заболеваний последние два десятка лет профессиональные заболевания кожи занимают первое место и составляют

непропорционально большую их часть -- от 70 до 85%. Преобладание поздних хронических форм профессиональных дерматозов и практически неизлечимых болезней связано с недостаточной профилактикой, несвоевременным распознаванием и трудностью лечения заболеваний кожи.

Негативное воздействие СОЖ на рабочих подтверждено результатом

анализа профессиональной заболеваемости рабочих ОАО «АВТОВАЗ» с этиологическим фактором СОЖ. На графике частоты профессиональных заболеваний на ОАО «АВТОВАЗ» приведенного на рис. 4, видна тенденция роста числа профессиональных заболеваний с этиологическим фактором СОЖ, включая экземы и бронхит [20].

Рис. 4. Динамика изменения профессиональной заболеваемости рабочих ОАО «АВТОВАЗ» с этиологическим фактором СОЖ и объемы потребления СОЖ по годам.

Проведённые исследования позволили установить, что именно СОЖ является основным токсикантом, способствующим росту числа профессиональных заболеваний.

Проблемы с использованием СОЖ различных марок может приводить к конфликтной ситуации в производственном коллективе, вплоть до требования полной замены СОЖ, как это произошло на заводе ОАО «Московский подшипник» (ГПЗ-1).

Исследования на машиностроительных предприятиях г. Москвы, на которых большинство работников машиностроительных предприятий составляют рабочие-станочники, показали, что именно условия работы за станком являются одним из основных факторов, определяющих социальные настроения коллектива.

При работе металлообрабатывающих станков наибольшую опасность для здоровья рабочих представляют используемые смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ), которые имеют ряд существенных недостатков: повышенную испаряемостью, ухудшающую гигиенические условия труда, высокую пожароопасность, склонность к биопоражению, большие затраты на утилизацию отработанных отходов.

В настоящее время расширяется применение синтетических СОЖ, которые имеют ряд преимуществ с точки зрения экологии и пожароопасности, благодаря тому, что не имеют в своем составе минеральных и нефтяных масел. Внедренная на заводе «Динамо» СОЖ МИГ-ТЕХНО в наибольшей мере отвечает требованиям санитарии и гигиены труда.

1.7 Актуальность проблемы утилизации СОЖ

Основными принципами государственной политики в области обращения с отходами являются: охрана здоровья человека; поддержание или восстановление благоприятного состояния окружающей природной среды и сохранение биологического разнообразия; использование новейших научно - технических достижений в целях реализации малоотходных и безотходных технологий; комплексная переработка материально - сырьевых ресурсов в целях уменьшения количества отходов; использование методов экономического регулирования деятельности в области обращения с отходами в целях уменьшения количества отходов и вовлечения их в хозяйственный оборот.

В настоящее время, ужесточились социально-гигиенические требования к любому технологическому процессу. Важное место в рассматриваемой проблеме занимают отработанные смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ). Правовые основы обращения с отходами производства и потребления в целях предотвращения вредного воздействия отходов производства и потребления на здоровье человека и окружающую природную среду, а также вовлечение таких отходов в хозяйственный оборот в качестве дополнительных источников сырья определяет Федеральный закон от 24.06.1998 г. № 89 (ред.10.01.2003 № 15-ФЗ) «Об отходах производства и потребления»

Проблемы, связанные с загрязнением окружающей среды являются актуальными и обусловлены продолжающимся ростом антропогенного воздействия, определяемого увеличением объемов промышленных отходов, в том числе и высокотоксичных. Попадание этих отходов в водоемы сопровождается перестройкой биоценоза и приводит к нарушению экологического равновесия. Крупнейшими источниками загрязнения водной среды на сегодняшний день являются предприятия машиностроительной, химической и нефтехимической промышленности. Основными отходами машиностроения являются шлаки, компоненты, отработанные смазочно-охлаждающие жидкости, которые представляют собой водную эмульсию различных химических веществ.

Утилизация СОЖ - представляет собой одну из наибольших опасностей для окружающей среды и здоровья человека. В предприятиях отраслей накоплено большое количество СОЖ не надлежащего качества, подлежащих утилизации. Чаще всего предприятия не располагают достаточными средствами для утилизации данного вида отходов. В этой связи они вынуждены накапливать их годами в больших объемах в ожидании более благоприятной финансовой обстановки.

В процессе многократного использования при механической обработке металлов СОЖ теряют свои технологические свойства. В результате накопления металлических частиц и продуктов термического разложения масел, продуктов их окисления, образования смол - снижается эффективность применения СОЖ. Кроме того, эмульсия обедняется за счет выноса эмульсола со стружкой (полосой). Попадание в СОЖ масел, смазок и спецжидкостей из гидравлических систем, станков и прокатных станов, повышение содержания солей жесткости в водной фазе (выпаривание воды из эмульсии и внесение солей жесткости при добавлении воды), микробиологическое поражение (загнивание) - всё это приводит к разрушению СОЖ, и возникает необходимость в её замене и последующей утилизации [20].