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钢铁厂烟粉尘扩散迁移规律分析邢建峰（山西省忻州生态环境监测中心，山西忻州034000）摘要：为探究钢铁厂烟粉尘治理途径，从烟粉尘扩散迁移规律的角度着手展开研究，以某大型钢铁厂作为研究对象，采用现场检测和实验室分析方法，并应用 AERMOD 扩散模型，对该钢铁厂在有组织排放下的烟粉尘迁移扩散规律展开研究，初步明确了该钢铁厂及其周边区域的烟粉尘扩散迁移规律。基于此，提出了今后该钢铁厂烟粉尘污染防治路径，以期为今后的相关工作提供参考借鉴。关键词：钢铁厂；烟粉尘；扩散迁移中图分类号：X757文献标识码：A文章编号：1672-1152（2023）09-0014-020引言钢铁工业历来是高能耗、高污染的工业类型之一。在钢铁生产过程中，会产生大量的烟粉尘，如不及时处理，容易造成严重的环境污染问题。为了有效解决钢铁厂生产过程中的烟粉尘问题，首要任务是明确钢铁厂烟粉尘的扩散迁移规律1，对该过程中的主要特征表现以及烟粉尘扩散迁移如何污染环境等内容做进一步探究，为钢铁厂进行烟粉尘污染防治工作提供更具针对性的解决方案。1实验方法本次以某大型钢铁厂为例进行研究，该钢铁厂具有一定的典型性与代表性，能够较好地代表国内钢铁行业烟粉尘排放的一般情况。根据前期调查可知，该厂烟粉尘属于有组织排放，在烧结、炼焦、炼铁和炼钢等工艺流程中均有烟粉尘排放，各个产尘点均安装了高效除尘器。考虑到该厂除尘设备进口处颗粒物浓度过高，给监测工作带来了一定限制，且该厂在除尘设备入口处未开设采样口，因此，在本次研究中，主要测试除尘设备捕集到的颗粒物、排放的颗粒物质量流及质量频率，而后根据废气体积流量，采集所需的数据。由于该钢铁厂有组织排放烟粉尘，因此，参考已有文献及标准要求，按照如下原则进行采样：1）确定垂直管段为采样位置，对于一些特殊点位则设置在距离弯头、阀门等位置下游方向，且不少于6 倍直径的点位。2）在采样孔的设置上，控制采样孔内径为 90 mm，每次采样取 6 个样品，最大程度上消除偶然因素带来的误差。基于以上原则，本次应用的实验仪器包括自动烟气测试仪、分级采样器、粉尘采样仪、激光粒度仪、扫描电子显微镜以及 X 射线能量色谱仪等。使用采样器对各个采样点位的烟粉尘进行采样，而后使用相关仪器进行分析，以读取分析数据2-3。2钢铁厂烟粉尘扩散迁移规律在得到分析数据后，首先应用 AERMOD 大气扩散模型对数据进行初步处理，而后基于以下几个方面，对该钢铁厂有组织排放烟粉尘条件下的烟粉尘扩散迁移规律进行分析。结合实际研究需要，本次研究范围以烟粉尘排放源为中心点，划定 6 km 见方的区域作为研究区域，该区域涵盖了烧结加工模块、炼铁高炉、转炉和铁水倒罐等工序。在该研究范围内划分网格，预测因子则为TSP 和 PM10。由此，对 TSP 和 PM10 的落地年均质量浓度和落点情况进行分析，得到分析结果如图 1 所示。由图 1 可知，大部分 TSP 和 PM10 均落在排放口周边区域。现场勘查发现，其主要分布在烧结和炼铁排放源附近。结合该厂工艺流程分布情况和当地气象资料进行分析发现，TSP 和 PM10 的年均落点浓度分布情况主要受到烟粉尘排放源和区域主导风向的共同作用。同时，进一步分析沉降量与排放口距离半径之间的数量关系后，得出结果，如表 1 所示。根据表 1 中的数据可知，烟粉尘沉降主要发生于排放源中心半径 500 m 范围内，在该范围外的沉降量急剧降低。同时，烟粉尘沉降量与排放口距离半径也呈负相关。在此基础上分析平均质量浓度，结果显示，TSP 和 PM10 的质量浓度分别为 3.19 滋g/m3和收稿日期：2023-04-19作者简介：邢建峰（1982），男，山西定襄人，本科，毕业于四川农业大学环境工程专业，工程师，主要从事环境监测工作。总第 212 期2023 年第 9 期山西冶金Shanxi MetallurgyTotal 212No.9，2023DOI:10.16525/14-1167/tf.2023.09.007图 1该钢铁厂 TSP 和 PM10 落地年平均质量浓度落点分布图600500400300200100DA04DA03DA01DA02-300-250-200-150-100-500 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500X 方向/m-100-200-300-400-500DA05DA06排放口TSP 落点PM10落点试（实）验研究2023 年第 9 期图 2本次 TSP 和 PM10 前 80 位落地日平均质量浓度在不同月份出现的频次表 1沉降量与排放口距离半径之间的数量关系1.18 滋g/m3，均未超过标准限度，表明该钢铁厂有组织排放烟粉尘取得了一定的效果。在本环节的分析中，主要以 TSP 和 PM10 的前 80位落地日平均质量浓度在不同时段的出现频次进行分析，分析结果如图 2 所示。根据图 2 可见，在研究年份的 912 月间，日均质量浓度前 80 位出现的频次处于较高水平，通过查阅当地气象资料可知，当地在此时间段内的天气主要为静稳状态，不利于污染物的稀释扩散与清除，进而导致此种情况的出现。在此基础上，进一步分析该时间段内的 TSP 与 PM10 污染物的最大落地浓度，结果显示，TSP 最大落地浓度超过标准值 5.2 倍，PM10 最大落地浓度超过标准值 5.1 倍，两个数据均对应烧结机头机尾排放点位置。本环节仍以 TSP 和 PM10 的前 80 位落地平均质量浓度为指标，分析其在 24 h 内不同时段所出现的频次，分析结果如图 3 所示。根据图 3 可知，在研究的时间跨度内，TSP 和 PM10的时均落地浓度前 80 位均出现在 18：0011：00 时段，而 11：0018：00 时段则无出现频次。初步推断，其主要原因取决于钢铁厂所在地的小时平均风速日变化规律，在研究时间跨度内，夜间风速偏弱，影响了烟粉尘的最大落地浓度。TSP 和 PM10 的最大落地质量浓度分别为 17.38 mg/m3和 8.52 mg/m3，位于烧结机头排放点西北方向约 180 m处。本次研究中，源强变化主要指除尘设备可能出现运行异常的情况，这种情况通常导致除尘效率显著降低而提升 TSP 和 PM10 的源强。据此，以污染程度最为严重的秋季作为研究时间，通过模拟除尘设备运行异常的情况，并与正常情况进行对比，得到的分析数据如图 4 所示。由图 4 可知，在改变落地浓度后，正常工况和非正常工况下的烟粉尘影响范围并未出现较为明显的变化，表明高浓度烟粉尘并未因源强变化而发生远距离扩散迁移4-5。3相关建议根据上文中的研究结果可知，钢铁厂烟粉尘的扩散迁移规律具有一定的复杂性，据此可得出如下推论：1）不同时间段内的烟粉尘排放对于环境的污染程度存在显著差异，因此，排放指标的制定应当更具动态性，特别是要关注不同统计期内的烟粉尘排放量限值，确保所有时间节点均可达标。2）虽然源强的变化对于烟粉尘污染的影响并不显著，但由于颗粒物最终将通过人体及周围环境吸收或通过二次扩散进入厂界外大气环境，因此，钢铁厂仍需根据当地环境气象条件，积极采取多元化的措施抑制烟粉尘污染。4结语在本次研究工作中，以某大型钢铁厂及其周边环境作为研究对象，通过对数据进行采集、整理，对该区域的烟粉尘扩散迁移规律进行了初步研究，分别得到了不同时间跨度内的烟粉尘扩散迁移变化规律，并探究了不同工况下的烟粉尘污染变化与排放口距离/m总沉降量/kg020025011350068750271 00012图 3本次 TSP 和 PM10 前 80 位落地日平均质量浓度在不同时段出现的频次图 4秋季运行工况下的烟粉尘日均落地浓度1614121086420123456789101112月份121086420时刻3 0002 5002 0001 5001 00050000.0350.0440.0540.0630.0730.0830.093正常工况落地质量浓度/（mg/m3）非正常工况（下转第 18 页）邢建峰：钢铁厂烟粉尘扩散迁移规律分析15窑窑山西冶金E-mail:第 46 卷情况，研究结果能够为后续的钢铁厂环境治理工作提供一定的参考借鉴。当然，在今后的工作中，还需要将重点放在无序排放烟粉尘的部分中小钢铁厂当中，以进一步丰富研究内容，使分析结果更具普适性。参考文献1吴迪.钢铁企业无组织粉尘治理措施研究J.山西冶金，2022，45（3）：136-137.2胡若曦.基于钢铁冶金粉尘的特点及处置技术分析与探究J.冶金管理，2021（15）：47.3孙康宁，高佳欣，肖立春.钢铁企业粉尘超低排放技术研究进展J.山西冶金，2020，43（6）：90-92.4钟瑾慧.某钢铁企业车间环境粉尘污染特征与控制技术D.南昌：南昌大学，2020.5李淑清.钢铁冶金粉尘的特点及处置技术分析J.中国金属通报，2019（8）：30.（编辑：郭萍茹）Analysis of the Diffusion and Migration Law of Smoke and Dust in Steel PlantsXing Jianfeng（Xinzhou Ecological Environment Monitoring Center,Xinzhou Shanxi 034000,China）Abstract:In order to explore the ways of controlling smoke and dust in steel plants,research was conducted from the perspective of thediffusion and migration laws of smoke and dust.A large steel plant was selected as the research object,and on-site testing and laboratoryanalysis methods were used.The AERMOD diffusion model was applied to study the migration and diffusion laws of smoke and dust underorganized emissions in the steel plant and its surrounding areas,and the diffusion and migration laws of smoke and dust in the steel plantand its surrounding areas were preliminarily clarified.Based on this,a path for the prevention and control of smoke and dust pollution in thesteel plant in the future is proposed,in order to provide reference for future related work.Key words:steel plant;smoke and dust;diffusion migration从表 2 可以看出，淬火后，最大椭度和锥度分别为 1.7 mm、1.6 mm，即椭度和锥度为在 0.074%和0.070%，满足 0.1%的要求。对内齿圈分别检测齿宽上、中、下三个位置，每个位置圆周方向每 120方向检测三个点 0、120、240，共检测九个点，检测结果如表 3 所示。从表 3 结果可以看出，齿部硬度满足 HRC=5962 的技术要求，说明工装的使用没有影响到齿部的淬火效果。4结论通过设计一种风电内齿圈专用伸缩淬火工装，采用合理的外圆尺寸，配合预热温度，与内齿圈的内孔形成一定尺寸的过盈，使工装放入高温齿圈中，随零件整体快速入油淬火，实现了工装对齿圈的淬火过程校圆，保证了齿圈的变形精度。可伸缩式工装借助螺栓实现工装外径调节3，拓宽了淬火工装的适用范围，节约了工装成本，而且组装方便，具有操作性强，控制变形效果好，适用范围广等优点，生产经济效益显著，具有重要的推广意义。参考文献1唐富生.20Cr2Ni4A 薄壁齿圈渗碳淬火畸变控制J.金属加工（热加工），2019（11）：57-59.2蔡君康.17CrNiMo6 内齿圈渗碳淬火变形的控制J.金属加工（热加工），2019（5）：34-36.3 热处理手册 编委会.热处理手册：第 4 版M.北京：机械工业出版，2008.（编辑：苗运平）位置上中下硬度（HRC）060.760.360.512059.860.559.624060.560.061.0表 3内齿圈齿部硬度检测结果Control of Carburization and Quenching Deformation of Inner Gear RingZhang Yikun（Shanxi University of Science and Technology,Jincheng Shanxi 048000,China）Abstract:In response to the hollow and thin-walled structure of the inner gear ring,which is prone to deformation under the hightemperature state and rapid cooling conditions of carburizing and quenching,the deformation reasons of the inner gear ring carburizing andquenching were analyzed.According to the structural characteristics of the gear ring,a special tool for quenching deformation control hasbeen designed and manufactured.By utilizing the forced correction function of the quenching tool during the rapid cooling process,the gearring can achieve correction of roundness and end face warping during organizational transformation,achieving good control effect on thequenching deformation of the inner gear ring.The ovality and taper are less than 0.1%of the diameter,ultimately meeting the requirementsfor grinding teeth.Key words:carburizing and quenching;inner gear ring;deformation tooling（上接第 15 页）18窑窑