Dimanche, Mars 13 2011 14: 12

Industrie sidérurgique

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Le fer se trouve le plus largement dans la croûte terrestre, sous forme de divers minéraux (oxydes, minerais hydratés, carbonates, sulfures, silicates, etc.). Depuis la préhistoire, l'homme a appris à préparer et à transformer ces minerais par diverses opérations de lavage, de concassage et de criblage, en séparant la gangue, en calcination, en frittage et en pastillage, afin de rendre les minerais fondables et d'obtenir du fer et de l'acier. Dans les temps historiques, une industrie sidérurgique prospère s'est développée dans de nombreux pays, basée sur les approvisionnements locaux en minerai et la proximité des forêts pour fournir le charbon de bois comme combustible. Au début du XVIIIe siècle, la découverte que le coke pouvait être utilisé à la place du charbon de bois a révolutionné l'industrie, rendant possible son développement rapide en tant que base sur laquelle reposaient tous les autres développements de la révolution industrielle. De grands avantages revenaient aux pays où les gisements naturels de charbon et de minerai de fer étaient proches les uns des autres.

La fabrication de l'acier était en grande partie un développement du XIXe siècle, avec l'invention des procédés de fusion ; le Bessemer (19), le foyer ouvert, généralement alimenté au gaz de gazogène (1855) ; et le four électrique (1864). Depuis le milieu du XXe siècle, la conversion de l'oxygène, principalement le procédé Linz-Donowitz (LD) par lance à oxygène, a permis de fabriquer de l'acier de haute qualité avec des coûts de production relativement faibles.

Aujourd'hui, la production d'acier est un indice de prospérité nationale et la base de la production de masse dans de nombreuses autres industries telles que la construction navale, l'automobile, la construction, les machines, les outils et l'équipement industriel et domestique. Le développement des transports, notamment maritimes, a rendu économiquement rentable l'échange international des matières premières nécessaires (minerais de fer, charbon, fioul, ferraille et additifs). Ainsi, les pays possédant des gisements de minerai de fer à proximité des bassins houillers ne sont plus privilégiés, et de grandes fonderies et aciéries ont été construites dans les régions côtières des grands pays industrialisés et s'approvisionnent en matières premières en provenance des pays exportateurs capables de répondre aux besoins actuels. exigences quotidiennes pour les matériaux de haute qualité.

Au cours des dernières décennies, des procédés dits de réduction directe ont été développés et ont rencontré le succès. Les minerais de fer, en particulier les minerais à haute teneur ou valorisés, sont réduits en éponge de fer par extraction de l'oxygène qu'ils contiennent, obtenant ainsi un matériau ferreux qui se substitue à la ferraille.

Production de fer et d'acier

La production mondiale de fonte était de 578 millions de tonnes en 1995 (voir figure 1).

Figure 1. Production mondiale de fonte brute en 1995, par régions

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La production mondiale d'acier brut était de 828 millions de tonnes en 1995 (voir figure 2).

Figure 2. Production mondiale d'acier brut en 1995, par régions

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L'industrie sidérurgique a connu une révolution technologique, et la tendance à la construction de nouvelles capacités de production a été vers le recyclage des ferrailles d'acier utilisant un four à arc électrique (EAF) par des aciéries plus petites (voir figure 3). Bien que les aciéries intégrées où l'acier est fabriqué à partir de minerai de fer fonctionnent à des niveaux d'efficacité record, les aciéries EAF avec des capacités de production de l'ordre de moins de 1 million de tonnes par an sont de plus en plus courantes dans les principaux pays producteurs d'acier du monde .

Figure 3. Charges de ferraille ou fours électriques

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Fabrication du fer

La ligne de flux globale de la fabrication du fer et de l'acier est illustrée à la figure 4.

Figure 4. Ligne d'écoulement de la fabrication de l'acier

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Pour la fabrication du fer, la caractéristique essentielle est le haut fourneau, où le minerai de fer est fondu (réduit) pour produire de la fonte brute. Le four est chargé par le haut de minerai de fer, de coke et de calcaire ; de l'air chaud, souvent enrichi en oxygène, est insufflé par le bas ; et le monoxyde de carbone produit à partir du coke transforme le minerai de fer en fonte brute contenant du carbone. Le calcaire agit comme un fondant. A une température de 1,600°C (voir figure 5) la fonte fond et s'accumule au fond du four, et le calcaire se combine avec la terre pour former des scories. Le four est taraudé (c'est-à-dire que la fonte brute est retirée) périodiquement, et la fonte brute peut ensuite être versée dans des gueuses pour une utilisation ultérieure (par exemple, dans des fonderies), ou dans des poches où elle est transférée, encore fondue, à l'acier. faire de la plante.

Figure 5. Prise de la température du métal en fusion dans un haut fourneau

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Certaines grandes usines ont des fours à coke sur le même site. Les minerais de fer font généralement l'objet de traitements préparatoires particuliers avant d'être chargés dans le haut fourneau (lavage, réduction à la taille idéale des morceaux par concassage et tamisage, séparation du minerai fin pour le frittage et le bouletage, tri mécanisé pour séparer la gangue, calcination, frittage et pelletisation). Le laitier extrait du four peut être transformé sur place pour d'autres usages, notamment pour la fabrication de ciment.

Figure 6. Charge de métal chaud pour four à oxygène basique

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Fabrication de l'acier

La fonte brute contient de grandes quantités de carbone ainsi que d'autres impuretés (principalement du soufre et du phosphore). Il doit donc être affiné. La teneur en carbone doit être réduite, les impuretés oxydées et éliminées, et le fer converti en un métal hautement élastique qui peut être forgé et façonné. C'est le but des opérations sidérurgiques. Il existe trois types de fours sidérurgiques : le four à foyer ouvert, le convertisseur de procédé à oxygène basique (voir figure 6) et le four à arc électrique (voir figure 7). Les fours à foyer ouvert ont pour la plupart été remplacés par des convertisseurs d'oxygène basique (où l'acier est fabriqué en soufflant de l'air ou de l'oxygène dans du fer fondu) et des fours à arc électrique (où l'acier est fabriqué à partir de ferraille et de pastilles de fer spongieux).

Figure 7. Vue générale de la coulée au four électrique

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Les aciers spéciaux sont des alliages dans lesquels d'autres éléments métalliques sont incorporés pour produire des aciers avec des qualités spéciales et à des fins spéciales (par exemple, le chrome pour empêcher la rouille, le tungstène pour donner de la dureté et de la ténacité à des températures élevées, du nickel pour augmenter la résistance, la ductilité et la résistance à la corrosion) . Ces constituants d'alliage peuvent être ajoutés soit à la charge du haut fourneau (voir figure 8), soit à l'acier liquide (dans le four ou la poche) (voir figure 9). Le métal en fusion issu du processus sidérurgique est coulé dans des machines de coulée continue pour former des billettes (voir figure 10), des blooms (voir figure 11) ou des brames. Le métal en fusion peut également être coulé dans des moules pour former des lingots. La majorité de l'acier est produit par la méthode de coulée (voir figure 12). Les avantages de la coulée continue sont un rendement accru, une meilleure qualité, des économies d'énergie et une réduction des coûts d'investissement et d'exploitation. Les lingotières sont stockées dans des cuves de trempage (c'est-à-dire des fours souterrains avec portes), où les lingots peuvent être réchauffés avant de passer aux laminoirs ou à d'autres traitements ultérieurs (figure 4). Récemment, des entreprises ont commencé à fabriquer de l'acier avec des coulées continues. Les laminoirs sont traités ailleurs dans ce chapitre; les fonderies, le forgeage et l'emboutissage sont abordés dans le chapitre Industrie de la transformation et du travail des métaux.

Figure 8. Dos de la charge de métal chaud

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Figure 9. Poche de coulée continue

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Figure 10. Billet de coulée continue

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Figure 11. Floraison coulée continue

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Figure 12. Pupitre de commande pour le procédé de coulée continue

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Dangers

Les accidents

Dans l'industrie sidérurgique, de grandes quantités de matériaux sont traitées, transportées et convoyées par des équipements massifs qui éclipsent ceux de la plupart des industries. Les aciéries ont généralement des programmes de sécurité et de santé sophistiqués pour faire face aux dangers dans un environnement qui peut être impitoyable. Une approche intégrée combinant de bonnes pratiques d'ingénierie et d'entretien, des procédures de travail sécuritaires, la formation des travailleurs et l'utilisation d'équipements de protection individuelle (EPI) est généralement nécessaire pour contrôler les risques.

Des brûlures peuvent se produire à de nombreux points du processus de fabrication de l'acier : à l'avant du four lors de la coulée du métal en fusion ou du laitier ; de déversements, d'éclaboussures ou d'éruptions de métal chaud provenant de poches ou de récipients pendant le traitement, le coulage (versage) ou le transport ; et du contact avec le métal chaud lors de sa transformation en un produit final.

L'eau piégée par le métal en fusion ou les scories peut générer des forces explosives qui projettent du métal ou des matériaux chauds sur une large zone. L'insertion d'un outil humide dans du métal en fusion peut également provoquer de violentes éruptions.

Le transport mécanique est essentiel dans la fabrication du fer et de l'acier, mais il expose les travailleurs à des risques potentiels de collision et de prise entre les deux. Les ponts roulants aériens se trouvent dans presque tous les domaines des aciéries. La plupart des grands travaux dépendent également fortement de l'utilisation d'équipements à rails fixes et de gros tracteurs industriels pour le transport des matériaux.

Les programmes de sécurité pour l'utilisation des grues nécessitent une formation pour assurer un fonctionnement correct et sûr de la grue et du gréement des charges pour éviter les chutes de charges ; une bonne communication et l'utilisation de signaux manuels standard entre les grutiers et les élingueurs pour éviter les blessures causées par un mouvement inattendu de la grue ; des programmes d'inspection et d'entretien des pièces de grue, des engins de levage, des élingues et des crochets pour éviter les chutes de charges ; et des moyens d'accès sûrs aux grues pour éviter les chutes et les accidents sur les voies transversales des grues.

Les programmes de sécurité pour les chemins de fer nécessitent également une bonne communication, en particulier lors du changement de vitesse et de l'accouplement des wagons, pour éviter de coincer des personnes entre les accouplements des wagons.

Le maintien d'un dégagement adéquat pour le passage des gros tracteurs industriels et d'autres équipements et la prévention des démarrages et des mouvements inattendus sont nécessaires pour éliminer les risques de collision, de collision et de collision entre les conducteurs d'équipement, les piétons et les autres conducteurs de véhicules. Des programmes sont également nécessaires pour l'inspection et l'entretien des dispositifs de sécurité de l'équipement et des passages.

Un bon entretien ménager est une pierre angulaire de la sécurité dans les usines sidérurgiques. Les sols et les passages peuvent rapidement être obstrués par des matériaux et des outils qui présentent un risque de trébuchement. De grandes quantités de graisses, d'huiles et de lubrifiants sont utilisées et, si elles sont renversées, elles peuvent facilement devenir un risque de glissade sur les surfaces de marche ou de travail.

Les outils sont soumis à une forte usure et deviennent rapidement compromis et peuvent être dangereux à utiliser. Bien que la mécanisation ait considérablement réduit la quantité de manipulations manuelles dans l'industrie, des contraintes ergonomiques peuvent encore se produire à de nombreuses reprises.

Les moteurs tranchants ou les bavures sur les produits en acier ou les bandes métalliques présentent des risques de lacération et de perforation pour les travailleurs impliqués dans les opérations de finition, d'expédition et de manutention de la ferraille. Des gants et des protège-poignets résistants aux coupures sont souvent utilisés pour éliminer les blessures.

Les programmes de protection oculaire sont particulièrement importants dans les usines sidérurgiques. Les risques oculaires liés aux corps étrangers sont répandus dans la plupart des domaines, en particulier dans la manutention des matières premières et la finition de l'acier, où le meulage, le soudage et le brûlage sont effectués.

La maintenance programmée est particulièrement importante pour la prévention des accidents. Son but est d'assurer l'efficacité de l'équipement et de maintenir les protecteurs pleinement opérationnels, car une défaillance peut provoquer des accidents. Le respect de pratiques d'exploitation sûres et de règles de sécurité est également très important en raison de la complexité, de la taille et de la vitesse des équipements de traitement et des machines.

un empoisonnement au monoxyde de carbone

Les hauts fourneaux, les convertisseurs et les fours à coke produisent de grandes quantités de gaz dans le processus de fabrication du fer et de l'acier. Une fois dépoussiérés, ces gaz sont utilisés comme combustibles dans les différentes usines, et certains sont fournis aux usines chimiques pour être utilisés comme matières premières. Ils contiennent de grandes quantités de monoxyde de carbone (gaz de haut fourneau, 22 à 30 % ; gaz de four à coke, 5 à 10 % ; gaz de convertisseur, 68 à 70 %).

Le monoxyde de carbone émane ou fuit parfois du haut ou du corps des hauts fourneaux ou des nombreux gazoducs à l'intérieur des usines, provoquant accidentellement une intoxication aiguë au monoxyde de carbone. La plupart des cas d'empoisonnement surviennent lors de travaux autour des hauts fourneaux, notamment lors de réparations. D'autres cas surviennent lors de travaux autour de poêles chauds, de tournées d'inspection autour des corps de fournaise, de travaux près des têtes de fournaise ou encore de travaux près des encoches à cendre ou des encoches de piquage. L'empoisonnement au monoxyde de carbone peut également résulter de gaz libérés par des vannes à étanchéité à l'eau ou des pots d'étanchéité dans les aciéries ou les laminoirs; de l'arrêt brutal des équipements de soufflage, des chaufferies ou des ventilateurs ; de fuite; du défaut de ventiler ou de purger correctement les cuves de traitement, les pipelines ou l'équipement avant le travail ; et lors de la fermeture des vannes des conduites.

Poussières et fumées

De la poussière et des fumées sont générées à de nombreux points de la fabrication du fer et de l'acier. Des poussières et des fumées se retrouvent dans les processus de préparation, notamment le frittage, devant les hauts fourneaux et les aciéries et dans la fabrication des lingots. Les poussières et les fumées de minerai de fer ou de métaux ferreux ne provoquent pas facilement de fibrose pulmonaire et la pneumoconiose est peu fréquente. On pense que certains cancers du poumon sont liés à des agents cancérigènes présents dans les émissions des fours à coke. Les fumées denses émises lors de l'utilisation de lances à oxygène et de l'utilisation d'oxygène dans des fours à foyer ouvert peuvent particulièrement affecter les grutiers.

L'exposition à la silice est un risque pour les travailleurs chargés du revêtement, du regarnissage et de la réparation des hauts fourneaux et des fours et cuves en acier avec des matériaux réfractaires, qui peuvent contenir jusqu'à 80 % de silice. Les poches sont revêtues de briques réfractaires ou de silice broyée collée et ce revêtement nécessite des réparations fréquentes. La silice contenue dans les matériaux réfractaires se présente en partie sous forme de silicates, qui ne provoquent pas de silicose mais plutôt une pneumoconiose. Les travailleurs sont rarement exposés à d'épais nuages ​​de poussière.

Les ajouts d'alliages aux fours de fabrication d'aciers spéciaux présentent parfois des risques d'exposition potentiels au chrome, au manganèse, au plomb et au cadmium.

Dangers divers

Les opérations en banc et en surface dans les opérations de cokéfaction devant les hauts fourneaux en sidérurgie et les opérations de front de four, de lingotière et de coulée continue en sidérurgie impliquent toutes des activités pénibles dans un environnement chaud. Des programmes de prévention des maladies causées par la chaleur doivent être mis en place.

Les fournaises peuvent provoquer un éblouissement qui peut blesser les yeux à moins qu'une protection oculaire appropriée ne soit fournie et portée. Les opérations manuelles, telles que la maçonnerie du four, et les vibrations main-bras dans les déchiqueteuses et les meuleuses peuvent causer des problèmes ergonomiques.

Les installations de soufflage, les installations d'oxygène, les soufflantes à décharge et les fours électriques à haute puissance peuvent causer des dommages auditifs. Les opérateurs de fournaise doivent être protégés en enfermant la source de bruit avec un matériau insonorisant ou en fournissant des abris insonorisés. La réduction du temps d'exposition peut également s'avérer efficace. Les protecteurs auditifs (cache-oreilles ou bouchons d'oreilles) sont souvent nécessaires dans les zones très bruyantes en raison de l'impossibilité d'obtenir une réduction adéquate du bruit par d'autres moyens.

Mesures de sécurité et de santé

Organisation de la sécurité

L'organisation de la sécurité est d'une importance primordiale dans l'industrie sidérurgique, où la sécurité dépend tellement de la réaction des travailleurs face aux risques potentiels. La première responsabilité de la direction est de fournir les conditions physiques les plus sûres possibles, mais il est généralement nécessaire d'obtenir la coopération de chacun dans les programmes de sécurité. Les comités de prévention des accidents, les délégués des travailleurs à la sécurité, les incitations à la sécurité, les concours, les programmes de suggestions, les slogans et les avertissements peuvent tous jouer un rôle important dans les programmes de sécurité. Impliquer toutes les personnes dans les évaluations des dangers du site, l'observation du comportement et les exercices de rétroaction peut promouvoir des attitudes positives en matière de sécurité et cibler les groupes de travail travaillant à la prévention des blessures et des maladies.

Les statistiques d'accidents révèlent les zones dangereuses et la nécessité d'une protection physique supplémentaire ainsi qu'un plus grand stress pour le ménage. La valeur des différents types de vêtements de protection peut être évaluée et les avantages peuvent être communiqués aux travailleurs concernés.

Formation

La formation doit inclure des informations sur les dangers, les méthodes de travail sûres, la prévention des risques et le port des EPI. Lorsque de nouvelles méthodes ou procédés sont introduits, il peut être nécessaire de recycler même les travailleurs ayant une longue expérience sur les anciens types de fours. Les cours de formation et de remise à niveau pour tous les niveaux de personnel sont particulièrement précieux. Ils doivent familiariser le personnel avec les méthodes de travail sûres, les actes dangereux à proscrire, les règles de sécurité et les principales dispositions légales liées à la prévention des accidents. La formation devrait être dirigée par des experts et devrait faire usage d'aides audio-visuelles efficaces. Des réunions ou des contacts de sécurité doivent être organisés régulièrement pour toutes les personnes afin de renforcer la formation et la sensibilisation à la sécurité.

Mesures techniques et administratives

Toutes les parties dangereuses des machines et des équipements, y compris les ascenseurs, les convoyeurs, les arbres à longue course et les engrenages des ponts roulants, doivent être solidement protégées. Un système régulier d'inspection, d'examen et d'entretien est nécessaire pour toutes les machines et tous les équipements de l'usine, en particulier pour les grues, les appareils de levage, les chaînes et les crochets. Un programme de verrouillage/étiquetage efficace doit être en place pour l'entretien et les réparations. Le matériel défectueux doit être mis au rebut. Les charges de travail sûres doivent être clairement indiquées et le matériel non utilisé doit être soigneusement rangé. Les moyens d'accès aux ponts roulants devraient, dans la mesure du possible, se faire par des escaliers. Si une échelle verticale doit être utilisée, elle doit être cerclée à intervalles réguliers. Des dispositions efficaces doivent être prises pour limiter le déplacement des ponts roulants lorsque des personnes travaillent à proximité. Il peut être nécessaire, comme l'exige la loi dans certains pays, d'installer un appareillage de commutation approprié sur les ponts roulants pour éviter les collisions si deux ponts roulants ou plus se déplacent sur la même piste.

Les locomotives, les rails, les wagons, les buggys et les attelages doivent être bien conçus et entretenus en bon état, et un système efficace de signalisation et d'avertissement doit être en service. Rouler sur les attelages ou passer entre les wagons devrait être interdit. Aucune opération ne doit être effectuée sur la voie du matériel ferroviaire à moins que des mesures n'aient été prises pour restreindre l'accès ou le mouvement du matériel.

Un grand soin est nécessaire dans le stockage de l'oxygène. Les approvisionnements aux différentes parties des travaux doivent être canalisés et clairement identifiés. Toutes les lances doivent être maintenues propres.

Il y a un besoin sans fin pour un bon entretien ménager. Les chutes et les trébuchements causés par des planchers obstrués ou des outils laissés négligemment peuvent causer des blessures, mais peuvent également projeter une personne contre des matériaux chauds ou en fusion. Tous les matériaux doivent être soigneusement empilés et les étagères de stockage doivent être placées de manière pratique pour les outils. Les déversements de graisse ou d'huile doivent être immédiatement nettoyés. L'éclairage de toutes les parties des ateliers et des protections des machines doit être d'un niveau élevé.

Hygiène industrielle

Une bonne ventilation générale dans toute l'usine et une ventilation par aspiration locale (LEV) partout où des quantités importantes de poussières et de fumées sont générées ou où des gaz peuvent s'échapper sont nécessaires, ainsi que les normes les plus élevées possibles de propreté et d'entretien ménager. Les équipements à gaz doivent être régulièrement inspectés et bien entretenus afin d'éviter toute fuite de gaz. Chaque fois qu'un travail doit être effectué dans un environnement susceptible de contenir du gaz, des détecteurs de monoxyde de carbone doivent être utilisés pour assurer la sécurité. Lorsque le travail dans une zone dangereuse est inévitable, des respirateurs autonomes ou à adduction d'air doivent être portés. Les bouteilles d'air respirable doivent toujours être prêtes à l'emploi et les opérateurs doivent être parfaitement formés aux méthodes d'utilisation.

Afin d'améliorer l'environnement de travail, une ventilation induite devrait être installée pour fournir de l'air frais. Des soufflantes locales peuvent être installées pour apporter un soulagement individuel, en particulier dans les lieux de travail chauds. La protection contre la chaleur peut être assurée en installant des écrans thermiques entre les travailleurs et les sources de chaleur rayonnante, telles que les fours ou le métal chaud, en installant des écrans d'eau ou des rideaux d'air devant les fours ou en installant des écrans métalliques résistants à la chaleur. Une combinaison et une cagoule en matériau résistant à la chaleur avec un appareil respiratoire à adduction d'air offrent la meilleure protection aux ouvriers du four. Comme le travail dans les fours est extrêmement chaud, des conduites d'air froid peuvent également être amenées dans la combinaison. Des aménagements fixes pour permettre un temps de refroidissement avant l'entrée dans les fours sont également indispensables.

L'acclimatation entraîne un ajustement naturel de la teneur en sel de la sueur corporelle. L'incidence des affections thermiques peut être très atténuée par des aménagements de la charge de travail et par des périodes de repos bien espacées, surtout si elles sont passées dans une pièce fraîche, climatisée si nécessaire. Comme palliatifs, un approvisionnement abondant en eau et autres boissons appropriées devrait être fourni et il devrait y avoir des installations pour prendre des repas légers. La température des boissons fraîches ne doit pas être trop basse et les travailleurs doivent être formés pour ne pas avaler trop de liquide frais à la fois ; les repas légers sont à privilégier pendant les heures de travail. Le remplacement du sel est nécessaire pour les travaux impliquant une transpiration abondante et est mieux réalisé en augmentant la consommation de sel avec des repas réguliers.

Dans les climats froids, il faut veiller à prévenir les méfaits d'une exposition prolongée au froid ou de brusques et violents changements de température. La cantine, la lessive et les installations sanitaires doivent de préférence être à portée de main. Les installations sanitaires doivent comprendre des douches ; des vestiaires et des casiers doivent être fournis et maintenus dans un état propre et salubre.

Dans la mesure du possible, les sources de bruit doivent être isolées. Des panneaux centraux distants éloignent certains agents des zones bruyantes ; une protection auditive devrait être exigée dans les pires zones. En plus d'enfermer les machines bruyantes avec des matériaux insonorisants ou de protéger les travailleurs avec des abris insonorisés, les programmes de protection auditive se sont révélés être des moyens efficaces de contrôler la perte auditive induite par le bruit.

Équipement de protection individuelle

Toutes les parties du corps sont à risque dans la plupart des opérations, mais le type de vêtements de protection requis varie selon l'endroit. Ceux qui travaillent dans les fours ont besoin de vêtements qui protègent contre les brûlures - combinaisons en matériau résistant au feu, guêtres, bottes, gants, casques avec écrans faciaux ou lunettes de protection contre les étincelles et aussi contre l'éblouissement. Les bottes de sécurité, les lunettes de sécurité et les casques de sécurité sont impératifs dans presque toutes les professions et les gants sont largement nécessaires. Les vêtements de protection doivent tenir compte des risques pour la santé et le confort d'une chaleur excessive ; par exemple une cagoule coupe-feu avec visière grillagée offre une bonne protection contre les étincelles et résiste à la chaleur ; diverses fibres synthétiques se sont également avérées efficaces en matière de résistance à la chaleur. Une surveillance stricte et une propagande continue sont nécessaires pour s'assurer que les équipements de protection individuelle sont portés et correctement entretenus.

Ergonomie

L'approche ergonomique (c'est-à-dire l'étude de la relation travailleur-machine-environnement) revêt une importance particulière dans certaines opérations de la sidérurgie. Une étude ergonomique appropriée est nécessaire non seulement pour étudier les conditions dans lesquelles un travailleur effectue diverses opérations, mais aussi pour explorer l'impact de l'environnement sur le travailleur et la conception fonctionnelle des machines utilisées.

Supervision médicale

Les examens médicaux préalables à l'embauche sont d'une grande importance pour la sélection des personnes aptes aux travaux pénibles de la sidérurgie. Pour la plupart des travaux, un bon physique est requis : l'hypertension, les maladies cardiaques, l'obésité et les gastro-entérites chroniques empêchent les individus de travailler dans des environnements chauds. Un soin particulier est nécessaire dans la sélection des grutiers, tant pour les capacités physiques que mentales.

La surveillance médicale doit accorder une attention particulière aux personnes exposées au stress thermique ; des examens thoraciques périodiques devraient être prévus pour les personnes exposées à la poussière et des examens audiométriques pour les personnes exposées au bruit; les opérateurs d'équipement mobile devraient également subir des examens médicaux périodiques pour s'assurer qu'ils sont toujours aptes au travail.

Une surveillance constante de tous les appareils de réanimation est nécessaire, de même que la formation des travailleurs à la procédure de réanimation en matière de premiers secours.

Un poste central de premiers secours avec l'équipement médical nécessaire pour les secours d'urgence devrait également être prévu. Si possible, il devrait y avoir une ambulance pour le transport des personnes gravement blessées vers l'hôpital le plus proche sous la garde d'un ambulancier qualifié. Dans les grandes usines, les postes ou boîtes de premiers secours doivent être situés en plusieurs points centraux.

Opérations de coke

Préparation du charbon

Le facteur le plus important pour la production de coke métallurgique est la sélection des charbons. Les charbons à faible teneur en cendres et en soufre sont les plus souhaitables. Le charbon peu volatil en quantités allant jusqu'à 40 % est généralement mélangé avec du charbon très volatil pour obtenir les caractéristiques souhaitées. La propriété physique la plus importante du coke métallurgique est sa résistance et sa capacité à résister à la rupture et à l'abrasion lors de la manipulation et de l'utilisation dans le haut fourneau. Les opérations de manutention du charbon consistent à décharger des wagons de chemin de fer, des barges maritimes ou des camions; mélange du charbon; dosage; pulvériser; contrôle de la densité apparente à l'aide d'huile de qualité diesel ou similaire ; et le transport vers les soutes de la batterie à coke.

Coke

Pour la plupart, le coke est produit dans des fours à cokéfaction de sous-produits qui sont conçus et exploités pour collecter les matières volatiles du charbon. Les fours se composent de trois parties principales : les chambres de cokéfaction, les carneaux de chauffage et la chambre de régénération. Outre le support structurel en acier et en béton, les fours sont construits en brique réfractaire. En règle générale, chaque batterie contient environ 45 fours distincts. Les chambres de cokéfaction ont généralement une hauteur de 1.82 à 6.7 mètres, une longueur de 9.14 à 15.5 mètres et une température de 1,535 16 °C à la base des carneaux de chauffage. Le temps nécessaire à la cokéfaction varie selon les dimensions du four, mais se situe généralement entre 20 et XNUMX heures.

Dans les grands fours verticaux, le charbon est chargé par des ouvertures dans le haut à partir d'un "larry car" de type rail qui transporte le charbon de la trémie à charbon. Une fois que le charbon est devenu du coke, le coke est poussé hors du four d'un côté par un bélier ou « poussoir » motorisé. Le piston est légèrement plus petit que les dimensions du four afin d'éviter tout contact avec les surfaces intérieures du four. Le coke est collecté dans un wagon de type rail ou dans le côté de la batterie opposé au poussoir et transporté vers l'installation de trempe. Le coke chaud est refroidi par voie humide avec de l'eau avant d'être déchargé sur le quai à coke. Dans certaines batteries, le coke chaud est trempé à sec pour récupérer la chaleur sensible pour la génération de vapeur.

Les réactions lors de la carbonisation du charbon pour la production de coke sont complexes. Les produits de décomposition du charbon comprennent initialement de l'eau, des oxydes de carbone, du sulfure d'hydrogène, des composés hydro-aromatiques, des paraffines, des oléfines, des composés phénoliques et azotés. La synthèse et la dégradation se produisent parmi les produits primaires qui produisent de grandes quantités d'hydrogène, de méthane et d'hydrocarbures aromatiques. Une décomposition supplémentaire des composés complexes contenant de l'azote produit de l'ammoniac, du cyanure d'hydrogène, des bases de pyridine et de l'azote. L'élimination continue de l'hydrogène du résidu dans le four produit du coke dur.

Les fours à coke de sous-produits dotés d'équipements de récupération et de traitement des produits chimiques du charbon produisent les matériaux énumérés dans le tableau 1.

Tableau 1. Sous-produits valorisables des fours à coke

Sous-produit

Constituants valorisables

Gaz de four à coke

Hydrogène, méthane, éthane, monoxyde de carbone, dioxyde de carbone, éthylène,
propylène, butylène, acétylène, sulfure d'hydrogène, ammoniac, oxygène et
azote

Liqueur d'ammoniaque

Ammoniac libre et fixe

Goudron

Pyridine, acides de goudron, naphtalène, huile de créosote et brai de goudron de houille

Huile légère

Quantités variables de produits de gaz de houille avec des points d'ébullition d'environ 40 ºC
à 200 ºC, et benzène, toluène, xylène et solvant naphta

 

Après un refroidissement suffisant pour ne pas endommager la bande transporteuse, le coke est acheminé vers la station de criblage et de concassage où il est dimensionné pour être utilisé dans les hauts fourneaux.

Dangers

Dangers physiques

Lors des opérations de déchargement, de préparation et de manutention du charbon, des milliers de tonnes de charbon sont manipulées, produisant poussières, bruits et vibrations. La présence de grandes quantités de poussière accumulée peut entraîner un risque d'explosion en plus du risque d'inhalation.

Pendant la cokéfaction, la chaleur ambiante et rayonnante sont les principales préoccupations physiques, en particulier sur le dessus des batteries, où la majorité des travailleurs sont déployés. Le bruit peut être un problème dans les équipements mobiles, principalement à cause du mécanisme d'entraînement et des composants vibrants qui ne sont pas correctement entretenus. Des dispositifs produisant des rayonnements ionisants et/ou des lasers peuvent être utilisés à des fins d'alignement d'équipements mobiles.

Risques chimiques

L'huile minérale est généralement utilisée à des fins de fonctionnement pour le contrôle de la densité apparente et la suppression de la poussière. Les matériaux peuvent être appliqués sur le charbon avant d'être acheminés vers la soute à charbon afin de minimiser l'accumulation et de faciliter l'élimination des déchets dangereux provenant des opérations de sous-produits.

Le principal problème de santé associé aux opérations de cokéfaction concerne les émissions des fours lors du chargement du charbon, de la cokéfaction et de la poussée du coke. Les émissions contiennent de nombreux hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), dont certains sont cancérigènes. Les matériaux utilisés pour sceller les fuites dans les couvercles et les portes peuvent également poser problème pendant le mélange et lorsque les couvercles et les portes sont retirés. L'amiante et les filtres céramiques réfringents peuvent également être présents sous la forme de matériaux isolants et de joints, bien que des substituts appropriés aient été utilisés pour des produits qui contenaient auparavant de l'amiante.

Risques mécaniques

Les dangers liés à la production de charbon associés à la circulation des wagons de chemin de fer, des barges maritimes et des véhicules ainsi qu'au mouvement des tapis roulants doivent être reconnus. La majorité des accidents se produisent lorsque les travailleurs sont heurtés, pris entre eux, tombent, sont entraînés et piégés ou ne parviennent pas à verrouiller ces équipements (y compris électriques).

Les risques mécaniques les plus préoccupants sont associés à l'équipement mobile du côté pousseur, du côté coke et de la voiture larry au-dessus de la batterie. Cet équipement est en fonctionnement pratiquement pendant toute la durée des travaux et peu d'espace est prévu entre celui-ci et les opérations. Les accidents de collision et de collision associés aux équipements mobiles de type ferroviaire représentent le plus grand nombre d'incidents mortels dans la production de fours à coke. Les brûlures de la surface de la peau causées par des matériaux et des surfaces chaudes et l'irritation des yeux causée par les particules de poussière sont responsables d'occurrences plus nombreuses et moins graves.

Mesures de sécurité et de santé

Pour maintenir les concentrations de poussière pendant la production de charbon à des niveaux acceptables, le confinement et l'enceinte des systèmes de criblage, de concassage et de transport sont nécessaires. LEV peut également être nécessaire en plus des agents mouillants appliqués au charbon. Des programmes d'entretien, des programmes de bande et des programmes de nettoyage adéquats sont nécessaires pour minimiser les déversements et maintenir les passages le long de l'équipement de traitement et de transport exempts de charbon. Le système de convoyeur doit utiliser des composants connus pour être efficaces pour réduire les déversements et maintenir le confinement, tels que des nettoyeurs de bande, des plinthes, une tension de bande appropriée, etc.

En raison des risques pour la santé associés aux HAP rejetés lors des opérations de cokéfaction, il est important de contenir et de collecter ces émissions. Ceci est mieux réalisé par une combinaison de contrôles techniques, de pratiques de travail et d'un programme de maintenance. Il est également nécessaire d'avoir un programme de protection respiratoire efficace. Les contrôles doivent inclure les éléments suivants :

  • une procédure de chargement conçue et mise en œuvre pour éliminer les émissions en contrôlant le volume de charbon chargé, en alignant correctement le chariot sur le four, en ajustant étroitement les manchons de descente et en chargeant le charbon dans une séquence permettant de maintenir un canal adéquat au-dessus du charbon pour le flux d'émissions vers le réseau collecteur et le rechargement immédiatement après la charge
  • tirage à partir de deux ou plusieurs points du four en cours de chargement et un système d'aspiration conçu et utilisé pour maintenir une pression et un débit négatifs suffisants
  • joints d'étanchéité à l'air sur les barres de niveau de la machine de poussée pour contrôler l'infiltration pendant le chargement et les coupe-carbone pour éliminer l'accumulation de carbone
  • pression collecteur-principale uniforme adéquate pour transporter les émissions
  • porte de mandrin et joints d'étanchéité au besoin pour maintenir un joint étanche et des bords d'étanchéité côté poussoir et côté coke correctement nettoyés et entretenus
  • collage des couvercles et des portes et entretien des joints de porte si nécessaire pour contrôler les émissions après le chargement
  • pousses vertes minimisées en chauffant le charbon uniformément pendant une période adéquate
  • installation de grandes enceintes sur toute la zone côté coke pour contrôler les émissions lors de la poussée du coke ou utilisation de hottes mobiles à déplacer vers les fours individuels poussés
  • inspection, entretien et réparation de routine pour un confinement adéquat des émissions
  • cabines d'opérateur à pression positive et à température contrôlée sur l'équipement mobile pour contrôler les niveaux d'exposition des travailleurs. Pour réaliser la cabine à pression positive, l'intégration structurelle est impérative, avec des portes et des fenêtres bien ajustées et l'élimination des séparations dans le travail structurel.

 

La formation des travailleurs est également nécessaire afin que les bonnes pratiques de travail soient utilisées et que l'importance des procédures appropriées pour minimiser les émissions soit comprise.

La surveillance de routine de l'exposition des travailleurs doit également être utilisée pour déterminer si les niveaux sont acceptables. Des programmes de surveillance et de sauvetage des gaz doivent être mis en place, principalement en raison de la présence de monoxyde de carbone dans les fours à coke. Un programme de surveillance médicale devrait également être mis en place.

 

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