O ferro é mais amplamente encontrado na crosta terrestre, na forma de vários minerais (óxidos, minérios hidratados, carbonatos, sulfetos, silicatos e assim por diante). Desde os tempos pré-históricos, os humanos aprenderam a preparar e processar esses minerais por várias operações de lavagem, britagem e peneiramento, separação da ganga, calcinação, sinterização e pelotização, a fim de tornar os minérios fundíveis e obter ferro e aço. Em tempos históricos, uma próspera indústria siderúrgica se desenvolveu em muitos países, baseada no abastecimento local de minério e na proximidade de florestas para fornecer o carvão vegetal para combustível. No início do século 18, a descoberta de que o coque poderia ser usado no lugar do carvão vegetal revolucionou a indústria, tornando possível seu rápido desenvolvimento como a base sobre a qual repousaram todos os outros desenvolvimentos da Revolução Industrial. Grandes vantagens foram concedidas aos países onde os depósitos naturais de carvão e minério de ferro se encontram próximos.

A fabricação de aço foi em grande parte um desenvolvimento do século 19, com a invenção dos processos de fusão; o Bessemer (1855), a lareira aberta, geralmente acionada por gás produtor (1864); e o forno elétrico (1900). Desde meados do século 20, a conversão de oxigênio, principalmente o processo Linz-Donowitz (LD) por lança de oxigênio, tornou possível a fabricação de aço de alta qualidade com custos de produção relativamente baixos.

Hoje, a produção de aço é um índice de prosperidade nacional e a base da produção em massa em muitas outras indústrias, como construção naval, automobilística, construção, máquinas, ferramentas e equipamentos industriais e domésticos. O desenvolvimento dos transportes, nomeadamente marítimos, tornou economicamente rentável o intercâmbio internacional das matérias-primas necessárias (minérios de ferro, carvão, fuelóleo, sucata e aditivos). Assim, os países que possuem depósitos de minério de ferro próximos às minas de carvão deixaram de ser privilegiados, e grandes smelters e siderúrgicas foram construídas nas regiões litorâneas dos principais países industrializados e são abastecidas com matérias-primas de países exportadores que têm condições de atender a demanda atual. requisitos diários para materiais de alta qualidade.

Durante as últimas décadas, os chamados processos de redução direta foram desenvolvidos e tiveram sucesso. Os minérios de ferro, em particular os minérios de alto teor ou beneficiados, são reduzidos a ferro-esponja por extração do oxigênio que contêm, obtendo-se assim um material ferroso que substitui a sucata.

Produção de Ferro e Aço

A produção mundial de ferro-gusa foi de 578 milhões de toneladas em 1995 (veja a figura 1).

Figura 1. Produção mundial de ferro-gusa em 1995, por regiões

A produção mundial de aço bruto foi de 828 milhões de toneladas em 1995 (veja a figura 2).

Figura 2. Produção mundial de aço bruto em 1995, por regiões

A siderurgia vem passando por uma revolução tecnológica, e a tendência de construção de novas capacidades produtivas tem sido em direção ao forno elétrico a arco (EAF) com aproveitamento de sucata reciclada por usinas menores (ver figura 3). Embora as siderúrgicas integradas, onde o aço é feito de minério de ferro, estejam operando em níveis recordes de eficiência, as siderúrgicas EAF com capacidade de produção da ordem de menos de 1 milhão de toneladas por ano estão se tornando mais comuns nos principais países produtores de aço do mundo .

Figura 3. Cargas de sucata ou fornos elétricos

Fabricação de ferro

A linha de fluxo geral da fabricação de ferro e aço é mostrada na figura 4.

Figura 4. Linha de fluxo de fabricação de aço

Para a siderurgia, o recurso essencial é o alto-forno, onde o minério de ferro é fundido (reduzido) para produzir ferro-gusa. O forno é carregado de cima com minério de ferro, coque e calcário; o ar quente, freqüentemente enriquecido com oxigênio, é soprado pelo fundo; e o monóxido de carbono produzido a partir do coque transforma o minério de ferro em ferro-gusa contendo carbono. O calcário atua como um fluxo. A uma temperatura de 1,600°C (ver figura 5), ​​o ferro-gusa derrete e se acumula no fundo do forno, e o calcário se combina com a terra para formar a escória. O forno é vazado (ou seja, o ferro gusa é removido) periodicamente, e o ferro gusa pode então ser despejado em gusa para uso posterior (por exemplo, em fundições), ou em panelas onde é transferido, ainda fundido, para o aço- fazendo planta.

Figura 5. Medindo a temperatura do metal fundido em um alto-forno

Algumas usinas de grande porte possuem fornos de coque no mesmo local. Os minérios de ferro são geralmente submetidos a processos preparatórios especiais antes de serem carregados no alto-forno (lavagem, redução ao tamanho ideal do granulado por britagem e peneiramento, separação de finos para sinterização e pelotização, triagem mecanizada para separação da ganga, calcinação, sinterização e pelotização). As escórias retiradas do forno podem ser convertidas no local para outras utilizações, nomeadamente para o fabrico de cimento.

Figura 6. Carga de metal quente para forno de oxigênio básico

Fabricação de aço

O ferro-gusa contém grandes quantidades de carbono, bem como outras impurezas (principalmente enxofre e fósforo). Deve, portanto, ser refinado. O teor de carbono deve ser reduzido, as impurezas oxidadas e removidas, e o ferro convertido em um metal altamente elástico que pode ser forjado e fabricado. Esse é o objetivo das operações siderúrgicas. Existem três tipos de fornos siderúrgicos: o forno de soleira aberta, o conversor de processo de oxigênio básico (ver figura 6) e o forno elétrico a arco (ver figura 7). A maior parte dos fornos a céu aberto foram substituídos por conversores de oxigênio básico (onde o aço é feito soprando ar ou oxigênio em ferro fundido) e fornos de arco elétrico (onde o aço é feito de sucata e pelotas de ferro-esponja).

Figura 7. Visão geral da fundição do forno elétrico

Aços especiais são ligas nas quais outros elementos metálicos são incorporados para produzir aços com qualidades especiais e para fins especiais (por exemplo, cromo para evitar ferrugem, tungstênio para dar dureza e tenacidade em altas temperaturas, níquel para aumentar a resistência, ductilidade e resistência à corrosão). . Esses constituintes de liga podem ser adicionados à carga do alto-forno (ver figura 8) ou ao aço fundido (no forno ou panela) (ver figura 9). O metal fundido do processo de fabricação do aço é despejado em máquinas de lingotamento contínuo para formar tarugos (veja a figura 10), blocos (veja a figura 11) ou placas. O metal fundido também pode ser vazado em moldes para formar lingotes. A maior parte do aço é produzida pelo método de fundição (ver figura 12). Os benefícios do lingotamento contínuo são maior rendimento, maior qualidade, economia de energia e redução nos custos de capital e operação. Os moldes vazados com lingotes são armazenados em poços de imersão (ou seja, fornos subterrâneos com portas), onde os lingotes podem ser reaquecidos antes de passarem para os laminadores ou outro processamento subsequente (figura 4). Recentemente, as empresas começaram a produzir aço com lingotamento contínuo. Os laminadores são discutidos em outra parte deste capítulo; fundições, forjamento e prensagem são discutidos no capítulo Indústria metalúrgica e metalúrgica.

Figura 8. Parte traseira da carga de metal quente

Figura 9. Concha de lingotamento contínuo

Figura 10. Tarugo de lingotamento contínuo

Figura 11. Bloom de lingotamento contínuo

Figura 12. Púlpito de controle para processo de lingotamento contínuo

Riscos

Acidentes

Na indústria siderúrgica, grandes quantidades de material são processadas, transportadas e transportadas por equipamentos maciços que superam os da maioria das indústrias. As siderúrgicas normalmente têm programas sofisticados de segurança e saúde para lidar com os perigos em um ambiente que pode ser implacável. Uma abordagem integrada que combina boas práticas de engenharia e manutenção, procedimentos de trabalho seguros, treinamento de trabalhadores e uso de equipamentos de proteção individual (EPI) geralmente é necessária para controlar os riscos.

As queimaduras podem ocorrer em vários pontos do processo de fabricação do aço: na frente do forno durante o vazamento do metal fundido ou escória; de derramamentos, respingos ou erupções de metal quente de conchas ou recipientes durante o processamento, enchimento (vazamento) ou transporte; e do contato com o metal quente enquanto ele está sendo transformado em um produto final.

A água aprisionada por metal fundido ou escória pode gerar forças explosivas que lançam metal quente ou material em uma área ampla. Inserir um implemento úmido em metal fundido também pode causar erupções violentas.

O transporte mecânico é essencial na fabricação de ferro e aço, mas expõe os trabalhadores a perigos potenciais de atropelamento e entalamento. Pontes rolantes são encontradas em quase todas as áreas de siderurgia. A maioria das grandes obras também depende fortemente do uso de equipamentos de trilhos fixos e grandes tratores industriais para o transporte de materiais.

Os programas de segurança para uso do guindaste exigem treinamento para garantir a operação adequada e segura do guindaste e amarração de cargas para evitar quedas de cargas; boa comunicação e uso de sinais de mão padrão entre os motoristas do guindaste e os lançadores para evitar lesões causadas pelo movimento inesperado do guindaste; programas de inspeção e manutenção de peças de guindastes, dispositivos de içamento, eslingas e ganchos para evitar quedas de cargas; e meios seguros de acesso aos guindastes para evitar quedas e acidentes nas transversais dos guindastes.

Os programas de segurança para ferrovias também exigem uma boa comunicação, especialmente durante o deslocamento e acoplamento de vagões, para evitar prender pessoas entre os acoplamentos de vagões.

É necessário manter o espaço livre adequado para a passagem de grandes tratores industriais e outros equipamentos e evitar partidas e movimentos inesperados para eliminar os perigos de atropelamento, colisão e encruzilhada para operadores de equipamentos, pedestres e outros operadores de veículos. Programas também são necessários para inspeção e manutenção de equipamentos de segurança e passagens.

Uma boa limpeza é um dos pilares da segurança em siderúrgicas. Pisos e passagens podem ficar rapidamente obstruídos com materiais e implementos que representam um risco de tropeço. Grandes quantidades de graxas, óleos e lubrificantes são usados ​​e, se derramados, podem facilmente se tornar um risco de escorregamento ao caminhar ou trabalhar em superfícies.

As ferramentas estão sujeitas a grande desgaste e logo ficam comprometidas e talvez perigosas de usar. Embora a mecanização tenha diminuído muito a quantidade de manuseio manual na indústria, ainda podem ocorrer tensões ergonômicas em muitas ocasiões.

Motores pontiagudos ou rebarbas em produtos de aço ou bandas de metal representam riscos de laceração e perfuração para trabalhadores envolvidos em operações de acabamento, transporte e manuseio de sucata. Luvas resistentes a cortes e protetores de pulso são frequentemente usados ​​para eliminar ferimentos.

Programas de óculos de proteção são particularmente importantes em siderúrgicas. Os riscos de corpo estranho para os olhos prevalecem na maioria das áreas, especialmente no manuseio de matérias-primas e acabamento de aço, onde são realizadas retificação, soldagem e queima.

A manutenção programada é particularmente importante para a prevenção de acidentes. Sua finalidade é garantir a eficiência do equipamento e manter as proteções em pleno funcionamento, pois falhas podem ocasionar acidentes. Aderir a práticas operacionais seguras e regras de segurança também é muito importante devido à complexidade, tamanho e velocidade dos equipamentos e máquinas de processo.

Envenenamento por monóxido de carbono

Altos-fornos, conversores e fornos de coque produzem grandes quantidades de gases no processo de fabricação de ferro e aço. Após a remoção do pó, esses gases são utilizados como fontes de combustível nas diversas fábricas, e alguns são fornecidos a fábricas químicas para uso como matéria-prima. Eles contêm grandes quantidades de monóxido de carbono (gás de alto-forno, 22 a 30%; gás de coqueria, 5 a 10%; gás de conversor, 68 a 70%).

Às vezes, o monóxido de carbono emana ou vaza dos topos ou corpos dos altos-fornos ou dos muitos gasodutos dentro das usinas, causando acidentalmente intoxicação aguda por monóxido de carbono. A maioria dos casos de envenenamento ocorre durante o trabalho em altos-fornos, especialmente durante os reparos. Outros casos ocorrem durante o trabalho em torno de fogões quentes, visitas de inspeção ao redor dos corpos do forno, trabalho próximo aos topos do forno ou trabalho próximo a entalhes de concreto ou entalhes de vazamento. O envenenamento por monóxido de carbono também pode resultar de gás liberado de válvulas de vedação de água ou potes de vedação nas usinas siderúrgicas ou laminadoras; do desligamento repentino de equipamentos de sopro, caldeiras ou ventiladores; de vazamento; por falha em ventilar ou purgar adequadamente recipientes de processo, tubulações ou equipamentos antes do trabalho; e durante o fechamento das válvulas da tubulação.

Poeira e fumaça

Poeira e fumaça são geradas em muitos pontos da fabricação de ferro e aço. Poeiras e fumos são encontrados nos processos de preparação, especialmente na sinterização, em frente aos altos-fornos e fornos de aço e na fabricação de lingotes. Poeiras e vapores de minério de ferro ou metais ferrosos não causam prontamente fibrose pulmonar e a pneumoconiose é infrequente. Acredita-se que alguns cânceres de pulmão estejam relacionados a carcinógenos encontrados nas emissões de fornos de coque. Os vapores densos emitidos durante o uso de lanças de oxigênio e do uso de oxigênio em fornos abertos podem afetar particularmente os operadores de guindastes.

A exposição à sílica é um risco para os trabalhadores envolvidos no revestimento, revestimento e reparo de altos-fornos e fornos de aço e vasos com materiais refratários, que podem conter até 80% de sílica. As panelas são revestidas com tijolo refratário ou sílica triturada e esse revestimento requer reparos frequentes. A sílica contida nos materiais refratários está parcialmente na forma de silicatos, que não causam silicose, mas sim pneumoconiose. Os trabalhadores raramente são expostos a pesadas nuvens de poeira.

Adições de ligas a fornos que produzem aços especiais às vezes trazem riscos potenciais de exposição de cromo, manganês, chumbo e cádmio.

Perigos diversos

As operações de bancada e top-side em operações de coqueamento em frente a altos-fornos na fabricação de ferro e frente de forno, fabricação de lingotes e operações de lingotamento contínuo na fabricação de aço envolvem atividades extenuantes em um ambiente quente. Programas de prevenção de doenças causadas pelo calor devem ser implementados.

Os fornos podem causar ofuscamento que pode ferir os olhos, a menos que proteção ocular adequada seja fornecida e usada. Operações manuais, como alvenaria de fornos e vibração mão-braço em picadores e trituradores podem causar problemas ergonômicos.

Plantas de sopro, plantas de oxigênio, sopradores de descarga de gás e fornos elétricos de alta potência podem causar danos à audição. Os operadores de fornos devem ser protegidos fechando a fonte de ruído com material de amortecimento de som ou fornecendo abrigos à prova de som. Reduzir o tempo de exposição também pode ser eficaz. Protetores auriculares (abafadores ou protetores auriculares) muitas vezes são necessários em áreas de alto ruído devido à inviabilidade de se obter redução adequada do ruído por outros meios.

Medidas de Segurança e Saúde

organização de segurança

A organização da segurança é de primordial importância na indústria siderúrgica, onde a segurança depende muito da reação dos trabalhadores aos perigos potenciais. A primeira responsabilidade da administração é fornecer as condições físicas mais seguras possíveis, mas geralmente é necessário obter a cooperação de todos nos programas de segurança. Comitês de prevenção de acidentes, delegados de segurança dos trabalhadores, incentivos de segurança, competições, esquemas de sugestões, slogans e avisos podem desempenhar um papel importante nos programas de segurança. Envolver todas as pessoas nas avaliações de perigo do local, observação de comportamento e exercícios de feedback pode promover atitudes de segurança positivas e focar grupos de trabalho que trabalham para prevenir lesões e doenças.

As estatísticas de acidentes revelam áreas de perigo e a necessidade de proteção física adicional, bem como maior estresse na limpeza. O valor de diferentes tipos de roupas de proteção pode ser avaliado e as vantagens podem ser comunicadas aos trabalhadores envolvidos.

Training

O treinamento deve incluir informações sobre perigos, métodos seguros de trabalho, prevenção de riscos e uso de EPI. Quando novos métodos ou processos são introduzidos, pode ser necessário retreinar até mesmo os trabalhadores com longa experiência em tipos mais antigos de fornos. Cursos de treinamento e atualização para todos os níveis de pessoal são particularmente valiosos. Devem familiarizar o pessoal com métodos de trabalho seguros, atos inseguros a serem proibidos, regras de segurança e as principais disposições legais associadas à prevenção de acidentes. O treinamento deve ser conduzido por especialistas e deve fazer uso de recursos audiovisuais eficazes. Reuniões ou contatos de segurança devem ser realizados regularmente para todas as pessoas, a fim de reforçar o treinamento e a conscientização sobre segurança.

Medidas de engenharia e administrativas

Todas as peças perigosas de máquinas e equipamentos, incluindo elevadores, transportadores, eixos de longo curso e engrenagens em pontes rolantes, devem ser protegidas com segurança. Um sistema regular de inspeção, exame e manutenção é necessário para todas as máquinas e equipamentos da planta, particularmente para guindastes, equipamentos de elevação, correntes e ganchos. Um programa eficaz de bloqueio/sinalização deve estar em operação para manutenção e reparo. Equipamento defeituoso deve ser descartado. As cargas de trabalho seguras devem ser claramente marcadas e o equipamento que não estiver em uso deve ser armazenado de forma organizada. O acesso às pontes rolantes deve, sempre que possível, ser feito por escadas. Se for necessário usar uma escada vertical, ela deve ser erguida em intervalos. Arranjos eficazes devem ser feitos para limitar o deslocamento de pontes rolantes quando houver pessoas trabalhando nas proximidades. Pode ser necessário, conforme exigido por lei em alguns países, instalar mecanismos de manobra apropriados em pontes rolantes para evitar colisões se dois ou mais guindastes trafegarem na mesma pista.

Locomotivas, trilhos, vagões, buggies e acoplamentos devem ser de bom projeto e mantidos em bom estado de conservação, e um sistema eficaz de sinalização e alerta deve estar em operação. Deve ser proibido andar em engates ou passar entre vagões. Nenhuma operação deve ser realizada na via do equipamento ferroviário, a menos que tenham sido tomadas medidas para restringir o acesso ou a movimentação do equipamento.

Grande cuidado é necessário no armazenamento de oxigênio. Os abastecimentos para diferentes partes da obra devem ser canalizados e claramente identificados. Todas as lanças devem ser mantidas limpas.

Há uma necessidade interminável de uma boa limpeza. Quedas e tropeços causados ​​por pisos obstruídos ou implementos e ferramentas deixados descuidadamente podem causar ferimentos em si mesmos, mas também podem lançar uma pessoa contra material quente ou derretido. Todos os materiais devem ser cuidadosamente empilhados e os suportes de armazenamento devem ser colocados de forma conveniente para as ferramentas. Derramamentos de graxa ou óleo devem ser imediatamente limpos. A iluminação de todas as partes das oficinas e proteções de máquinas deve ser de alto padrão.

Higiene industrial

Boa ventilação geral em toda a planta e ventilação de exaustão local (LEV) sempre que quantidades substanciais de poeira e fumaça são geradas ou gás pode escapar são necessárias, juntamente com os mais altos padrões possíveis de limpeza e manutenção. O equipamento de gás deve ser inspecionado regularmente e bem mantido para evitar qualquer vazamento de gás. Sempre que qualquer trabalho for realizado em um ambiente com probabilidade de conter gás, detectores de gás monóxido de carbono devem ser usados ​​para garantir a segurança. Quando o trabalho em uma área perigosa for inevitável, devem ser usados ​​respiradores autônomos ou com suprimento de ar. Cilindros de ar respirável devem ser sempre mantidos em prontidão, e os operadores devem ser totalmente treinados nos métodos de operação.

Com vista a melhorar o ambiente de trabalho, deve ser instalada ventilação induzida para fornecer ar fresco. Ventiladores locais podem ser localizados para fornecer alívio individual, especialmente em locais de trabalho quentes. A proteção térmica pode ser fornecida pela instalação de escudos térmicos entre os trabalhadores e fontes de calor radiante, como fornalhas ou metal quente, pela instalação de telas de água ou cortinas de ar na frente das fornalhas ou pela instalação de telas de arame à prova de calor. Um macacão e capuz de material resistente ao calor com aparelho de respiração por linha de ar oferece a melhor proteção aos trabalhadores da fornalha. Como o trabalho nos fornos é extremamente quente, as linhas de ar frio também podem ser conduzidas para o traje. Arranjos fixos para permitir o tempo de resfriamento antes da entrada nos fornos também são essenciais.

A aclimatação leva a um ajuste natural no teor de sal do suor corporal. A incidência de afecções pelo calor pode ser muito diminuída por ajustes na carga de trabalho e por períodos de descanso bem espaçados, especialmente se estes forem passados ​​em uma sala fria, com ar-condicionado se necessário. Como paliativos, deve ser fornecido um suprimento abundante de água e outras bebidas adequadas e deve haver instalações para refeições leves. A temperatura das bebidas geladas não deve ser muito baixa e os trabalhadores devem ser treinados para não engolir muito líquido gelado de uma só vez; refeições leves são preferidas durante o horário de trabalho. A reposição de sal é necessária para trabalhos que envolvam sudorese profusa e é melhor alcançada aumentando a ingestão de sal com refeições regulares.

Em climas frios, é necessário cuidado para evitar os efeitos nocivos da exposição prolongada ao frio ou mudanças bruscas e violentas de temperatura. Refeitório, lavabos e instalações sanitárias devem estar preferencialmente à mão. As instalações de lavagem devem incluir chuveiros; vestiários e armários devem ser fornecidos e mantidos em condições limpas e higiênicas.

Sempre que possível, as fontes de ruído devem ser isoladas. Painéis centrais remotos removem alguns operacionais das áreas ruidosas; proteção auditiva deve ser necessária nas piores áreas. Além de proteger as máquinas barulhentas com material de absorção de som ou proteger os trabalhadores com abrigos à prova de som, os programas de proteção auditiva são meios eficazes de controlar a perda auditiva induzida por ruído.

Equipamento de proteção pessoal

Todas as partes do corpo estão em risco na maioria das operações, mas o tipo de roupa de proteção necessária varia de acordo com o local. Quem trabalha em fornos precisa de roupas que protejam contra queimaduras - macacão de material resistente ao fogo, polainas, botas, luvas, capacetes com proteção facial ou óculos contra faíscas e também contra ofuscamento. Botas de segurança, óculos de segurança e capacetes são indispensáveis ​​em quase todas as ocupações e as luvas são amplamente necessárias. A vestimenta de proteção deve levar em conta os riscos à saúde e ao conforto decorrentes do calor excessivo; por exemplo, um capuz resistente ao fogo com viseira de tela de arame oferece boa proteção contra faíscas e é resistente ao calor; várias fibras sintéticas também se mostraram eficientes na resistência ao calor. Supervisão estrita e propaganda contínua são necessárias para garantir que o equipamento de proteção individual seja usado e mantido corretamente.

Ergonomia

A abordagem ergonômica (ou seja, investigação da relação trabalhador-máquina-ambiente) é de particular importância em certas operações na indústria siderúrgica. Um estudo ergonômico adequado é necessário não apenas para investigar as condições enquanto um trabalhador realiza várias operações, mas também para explorar o impacto do ambiente no trabalhador e o design funcional do maquinário utilizado.

Supervisão médica

Exames médicos pré-colocação são de grande importância na seleção de pessoas adequadas para o árduo trabalho na fabricação de ferro e aço. Para a maioria dos trabalhos, é necessário um bom físico: hipertensão, doenças cardíacas, obesidade e gastroenterite crônica desqualificam indivíduos para trabalhar em ambientes quentes. É necessário um cuidado especial na seleção de operadores de guindastes, tanto em relação às capacidades físicas quanto mentais.

A supervisão médica deve prestar atenção especial às pessoas expostas ao estresse térmico; devem ser providenciados exames periódicos de tórax para aqueles expostos à poeira e exames audiométricos para aqueles expostos ao ruído; os operadores de equipamentos móveis também devem receber exames médicos periódicos para garantir sua aptidão contínua para o trabalho.

A supervisão constante de todos os aparelhos de ressuscitação é necessária, assim como o treinamento de trabalhadores no procedimento de reanimação de primeiros socorros.

Também deve ser fornecido um posto central de primeiros socorros com o equipamento médico necessário para atendimento de emergência. Se possível, deve haver uma ambulância para o transporte de pessoas gravemente feridas para o hospital mais próximo, sob os cuidados de um atendente de ambulância qualificado. Em plantas maiores, os postos ou caixas de primeiros socorros devem estar localizados em vários pontos centrais.

Operações de Coque

preparação de carvão

O fator individual mais importante para a produção de coque metalúrgico é a seleção dos carvões. Carvões com baixo teor de cinzas e baixo teor de enxofre são os mais desejáveis. Carvão de baixa volatilidade em quantidades de até 40% são geralmente misturados com carvão de alta volatilidade para atingir as características desejadas. A propriedade física mais importante do coque metalúrgico é sua resistência e capacidade de suportar quebra e abrasão durante o manuseio e uso no alto-forno. As operações de movimentação de carvão consistem na descarga de vagões ferroviários, barcaças marítimas ou caminhões; mistura do carvão; proporção; pulverização; controle de densidade aparente usando óleo diesel ou óleo similar; e transportando para os bunkers da bateria de coque.

Coque

Na maior parte, o coque é produzido em fornos de coque de subprodutos que são projetados e operados para coletar o material volátil do carvão. Os fornos consistem em três partes principais: as câmaras de coqueificação, as chaminés de aquecimento e a câmara regenerativa. Além do suporte estrutural de aço e concreto, os fornos são construídos em tijolo refratário. Normalmente, cada bateria contém aproximadamente 45 fornos separados. As câmaras de coqueificação têm geralmente 1.82 a 6.7 ​​metros de altura, 9.14 a 15.5 metros de comprimento e 1,535 °C na base da chaminé de aquecimento. O tempo necessário para a coqueificação varia com as dimensões do forno, mas geralmente varia entre 16 e 20 horas.

Em grandes fornos verticais, o carvão é carregado através de aberturas no topo de um “larry car” do tipo trilho que transporta o carvão do depósito de carvão. Depois que o carvão se torna coque, o coque é empurrado para fora do forno por um lado por um aríete motorizado ou “empurrador”. O aríete é ligeiramente menor do que as dimensões do forno para evitar o contato com as superfícies internas do forno. O coque é coletado em um vagão tipo trilho ou no lado da bateria oposto ao empurrador e transportado para a instalação de têmpera. O coque quente é resfriado a úmido com água antes de ser descarregado no cais de coque. Em algumas baterias, o coque quente é resfriado a seco para recuperar o calor sensível para a geração de vapor.

As reações durante a carbonização do carvão para a produção de coque são complexas. Os produtos da decomposição do carvão inicialmente incluem água, óxidos de carbono, sulfeto de hidrogênio, compostos hidroaromáticos, parafinas, olefinas, compostos fenólicos e contendo nitrogênio. Síntese e degradação ocorrem entre os produtos primários que produzem grandes quantidades de hidrogênio, metano e hidrocarbonetos aromáticos. A decomposição posterior dos compostos complexos contendo nitrogênio produz amônia, cianeto de hidrogênio, bases de piridina e nitrogênio. A remoção contínua de hidrogênio do resíduo no forno produz o coque duro.

As coquerias de subprodutos que possuem equipamentos para recuperação e processamento de produtos químicos de carvão produzem os materiais listados na tabela 1.

Tabela 1. Subprodutos recuperáveis ​​de fornos de coque

Após resfriamento suficiente para que não ocorram danos à correia transportadora, o coque segue para a estação de peneiramento e britagem, onde é dimensionado para uso em alto-forno.

Riscos

Riscos físicos

Durante as operações de descarga, preparação e manuseio do carvão, milhares de toneladas de carvão são manipuladas, produzindo poeira, ruído e vibrações. A presença de grandes quantidades de poeira acumulada pode produzir um risco de explosão, além do risco de inalação.

Durante a coqueificação, o calor ambiente e radiante são as principais preocupações físicas, principalmente na parte superior das baterias, onde a maioria dos trabalhadores está alocada. Ruído pode ser um problema em equipamentos móveis, principalmente do mecanismo de acionamento e componentes vibratórios que não recebem manutenção adequada. Radiação ionizante e/ou dispositivos produtores de laser podem ser usados ​​para fins de alinhamento de equipamentos móveis.

Perigos químicos

O óleo mineral é normalmente usado para fins de operação para controle de densidade e supressão de poeira. Os materiais podem ser aplicados ao carvão antes de serem levados para o depósito de carvão para minimizar o acúmulo e facilitar o descarte de resíduos perigosos das operações de subprodutos.

A principal preocupação com a saúde associada às operações de coqueificação são as emissões dos fornos durante o carregamento do carvão, coqueificação e extração do coque. As emissões contêm numerosos hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (PAHs), alguns dos quais são cancerígenos. Os materiais utilizados para vedar vazamentos em tampas e portas também podem ser uma preocupação durante a mistura e quando as tampas e portas são removidas. Amianto e filtros cerâmicos refratários também podem estar presentes na forma de materiais isolantes e juntas, embora substitutos adequados tenham sido usados ​​para produtos que anteriormente continham amianto.

Perigos mecânicos

Os perigos da produção de carvão associados a vagões ferroviários, barcaças marítimas e tráfego de veículos, bem como ao movimento da correia transportadora, devem ser reconhecidos. A maioria dos acidentes ocorre quando os trabalhadores são atingidos, presos entre eles, caem, são arrastados e presos ou não conseguem bloquear esses equipamentos (inclusive eletricamente).

Os perigos mecânicos de maior preocupação estão associados ao equipamento móvel no lado do empurrador, lado do coque e o vagão no topo da bateria. Este equipamento fica em operação praticamente todo o período de trabalho e há pouco espaço entre ele e as operações. Acidentes entre e atropelados associados a equipamentos móveis do tipo trilho representam o maior número de incidentes fatais na produção de fornos de coque. Queimaduras na superfície da pele causadas por materiais e superfícies quentes e irritação ocular causada por partículas de poeira são responsáveis ​​por ocorrências mais numerosas e menos graves.

Medidas de Segurança e Saúde

Para manter as concentrações de poeira durante a produção de carvão em níveis aceitáveis, são necessários sistemas de contenção e enclausuramento de triagem, trituração e transporte. A LEV também pode ser necessária além dos agentes umectantes aplicados ao carvão. Programas de manutenção adequados, programas de correias e programas de limpeza são necessários para minimizar o derramamento e manter as passagens ao longo do processo e equipamentos de transporte livres de carvão. O sistema transportador deve usar componentes conhecidos por serem eficazes na redução de derramamento e na manutenção da contenção, como limpadores de correia, placas-guia, tensão adequada da correia e assim por diante.

Devido aos riscos à saúde associados aos PAHs liberados durante as operações de coqueificação, é importante conter e coletar essas emissões. Isso é melhor realizado por uma combinação de controles de engenharia, práticas de trabalho e um programa de manutenção. Também é necessário ter um programa de respiração eficaz. Os controles devem incluir o seguinte:

• um procedimento de carregamento projetado e operado para eliminar as emissões, controlando o volume de carvão que está sendo carregado, alinhando adequadamente o carro sobre o forno, encaixando mangas rebatíveis e carregando o carvão em uma sequência que permite a manutenção de um canal adequado no topo do carvão para fluxo de emissões para a rede coletora e reliding imediatamente após o carregamento
• sucção de dois ou mais pontos no forno sendo carregado e um sistema de aspiração projetado e operado para manter pressão negativa e fluxo suficientes
• vedações de ar nas barras de nível da máquina empurradora para controlar a infiltração durante o carregamento e cortadores de carbono para remover o acúmulo de carbono
• pressão coletor-principal uniforme adequada para transportar as emissões
• porta do mandril e juntas conforme necessário para manter uma vedação hermética e limpar e manter adequadamente as bordas de vedação do lado do empurrador e do lado do coque
• vedação de tampas e portas e manutenção das vedações das portas conforme necessário para controlar as emissões após o carregamento
• impulsos verdes minimizados pelo aquecimento uniforme do carvão por um período adequado
• instalação de grandes invólucros em toda a área lateral do coque para controlar as emissões durante o empurrão do coque ou uso de capotas móveis a serem movidas para os fornos individuais que estão sendo empurrados
• inspeção de rotina, manutenção e reparo para contenção adequada de emissões
• cabines do operador com pressão positiva e temperatura controlada em equipamentos móveis para controlar os níveis de exposição do trabalhador. Para obter a cabine de pressão positiva, a integração estrutural é imperativa, com portas e janelas ajustadas e a eliminação de separações no trabalho estrutural.

O treinamento do trabalhador também é necessário para que práticas de trabalho adequadas sejam usadas e a importância de procedimentos adequados para minimizar as emissões seja compreendida.

O monitoramento rotineiro da exposição do trabalhador também deve ser usado para determinar se os níveis são aceitáveis. Programas de monitoramento e resgate de gás devem estar em vigor, principalmente devido à presença de monóxido de carbono em fornos de gás de coque. Um programa de vigilância médica também deve ser implementado.

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