73. Железо и сталь
Редактор главы: Августин Моффит
Металлургическая промышленность
Джон Масаитис
Прокатные станы
Х. Шнайдер
Проблемы и закономерности в области здравоохранения и безопасности
Вопросы окружающей среды и общественного здравоохранения
Щелкните ссылку ниже, чтобы просмотреть таблицу в контексте статьи.
1. Извлекаемые побочные продукты коксовых печей
2. Отходы, образующиеся и перерабатываемые при производстве стали в Японии
Наведите курсор на миниатюру, чтобы увидеть подпись к рисунку, щелкните, чтобы увидеть рисунок в контексте статьи.
Железо наиболее широко встречается в земной коре, в виде различных минералов (окислов, гидратированных руд, карбонатов, сульфидов, силикатов и т. д.). С доисторических времен люди научились подготавливать и обрабатывать эти полезные ископаемые с помощью различных операций промывки, дробления и просеивания, отделения пустой породы, прокаливания, спекания и гранулирования, чтобы сделать руды плавильными и получить железо и сталь. В исторические времена во многих странах развивалась процветающая металлургическая промышленность, основанная на местных запасах руды и близости лесов, из которых добывался древесный уголь для топлива. В начале 18 века открытие того, что кокс можно использовать вместо древесного угля, произвело революцию в отрасли, сделав возможным ее быстрое развитие в качестве основы, на которой покоились все другие разработки промышленной революции. Большие преимущества получили те страны, где природные залежи угля и железной руды располагались близко друг к другу.
Производство стали было в значительной степени развитием 19 века с изобретением процессов плавки; Бессемер (1855 г.), открытый очаг, обычно работающий на генераторном газе (1864 г.); и электрическая печь (1900 г.). С середины 20-го века конверсия кислорода, преимущественно процесс Линца-Доновица (LD) с помощью кислородной фурмы, позволила производить высококачественную сталь с относительно низкими производственными затратами.
Сегодня производство стали является показателем национального благосостояния и основой массового производства во многих других отраслях, таких как судостроение, автомобилестроение, строительство, машиностроение, инструменты, промышленное и бытовое оборудование. Развитие транспорта, в частности морского, сделало международный обмен необходимым сырьем (железные руды, уголь, мазут, лом и добавки) экономически выгодным. Поэтому страны, владеющие месторождениями железной руды вблизи угольных месторождений, перестали быть привилегированными, а в прибрежных районах крупных промышленно развитых стран построены крупные плавильные и сталелитейные заводы, снабжаемые сырьем из стран-экспортеров, способных удовлетворить современные потребности. ежедневные требования к высококачественным материалам.
В течение последних десятилетий были разработаны и успешно зарекомендовали себя так называемые процессы прямого восстановления. Железные руды, в частности руды с высоким содержанием или обогащенные руды, восстанавливаются до губчатого железа путем извлечения содержащегося в них кислорода, в результате чего получается железосодержащий материал, который заменяет металлолом.
Производство чугуна и стали
Мировое производство чугуна в 578 году составило 1995 миллионов тонн (см. рис. 1).
Рисунок 1. Мировое производство чугуна в 1995 г. по регионам
В 828 году мировое производство необработанной стали составило 1995 миллионов тонн (см. рис. 2).
Рис. 2. Мировое производство стали в 1995 г. по регионам
Сталелитейная промышленность переживает технологическую революцию, и тенденция создания новых производственных мощностей направлена на создание электродуговых печей (ЭДП) с использованием переработанного стального лома на небольших предприятиях (см. рис. 3). Несмотря на то, что металлургические комбинаты, производящие сталь из железной руды, работают с рекордной эффективностью, в основных сталелитейных странах мира все большее распространение получают электросталеплавильные заводы с производственной мощностью порядка менее 1 млн тонн в год. .
Рисунок 3. Металлолом или электропечи
Изготовление железа
Общая технологическая линия производства чугуна и стали показана на рисунке 4.
Рисунок 4. Технологическая линия производства стали
Для производства чугуна важным элементом является доменная печь, в которой железная руда плавится (восстанавливается) для производства чугуна. В печь загружают сверху железную руду, кокс и известняк; горячий воздух, часто обогащенный кислородом, вдувается снизу; а монооксид углерода, полученный из кокса, превращает железную руду в чугун, содержащий углерод. Известняк действует как флюс. При температуре 1,600°C (см. рис. 5) чугун плавится и собирается на дне печи, а известняк соединяется с землей, образуя шлак. Печь периодически выпускают (т. е. чугун извлекают), и затем чугун можно разливать в чушки для последующего использования (например, в литейных цехах) или в ковши, где он еще расплавленным переносится в сталеплавильный цех. изготовление завода.
Рисунок 5. Измерение температуры расплавленного металла в доменной печи
Некоторые крупные заводы имеют коксовые печи на том же участке. Железные руды, как правило, перед загрузкой в доменную печь проходят специальные подготовительные процессы (промывка, измельчение до идеального размера кусков путем дробления и грохочения, отделение тонкой руды для агломерации и окомкования, механизированная сортировка для отделения пустой породы, прокаливание, агломерация и гранулирование). Шлак, удаляемый из печи, может быть переработан на месте для других целей, в частности для производства цемента.
Рис. 6. Чугунная шихта для кислородно-конвертерной печи
Изготовление стали
Чугун содержит большое количество углерода, а также другие примеси (главным образом серу и фосфор). Поэтому его необходимо дорабатывать. Содержание углерода должно быть уменьшено, примеси окислены и удалены, а железо превращено в высокоэластичный металл, который можно выковать и изготовить. Это цель сталеплавильных операций. Существует три типа сталеплавильных печей: мартеновская, конвертерная с основным кислородом (см. рис. 6) и электродуговая печь (см. рис. 7). Мартеновские печи большей частью вытеснены кислородно-основными конвертерами (где сталь выплавляют путем вдувания воздуха или кислорода в расплавленное железо) и электродуговыми печами (где сталь выплавляют из лома и окатышей губчатого железа).
Рис. 7. Общий вид отливки электропечи
Специальные стали — это сплавы, в которые включены другие металлические элементы для производства сталей с особыми свойствами и для специальных целей (например, хром для предотвращения ржавчины, вольфрам для придания твердости и ударной вязкости при высоких температурах, никель для повышения прочности, пластичности и коррозионной стойкости). . Эти легирующие компоненты могут добавляться либо в доменную шихту (см. рис. 8), либо в расплавленную сталь (в печи или ковше) (см. рис. 9). Расплавленный металл в процессе производства стали заливают в машины непрерывного литья заготовок для формирования заготовок (см. рис. 10), блюмов (см. рис. 11) или слябов. Расплавленный металл также можно заливать в формы для формирования слитков. Большая часть стали производится методом литья (см. рис. 12). Преимуществами непрерывного литья являются повышенный выход, более высокое качество, экономия энергии и снижение как капитальных, так и эксплуатационных затрат. Изложницы хранятся в выдерживающих ямах (т.е. в подземных печах с дверьми), где слитки могут быть подогреты перед подачей на прокатные станы или другой последующей обработкой (рис. 4). В последнее время компании начали производить сталь на МНЛЗ. Прокатные станы обсуждаются в другом месте этой главы; литейное производство, ковка и прессование обсуждаются в главе Металлообрабатывающая и металлообрабатывающая промышленность.
Рис. 8. Обратная сторона чугунной шихты
Рисунок 9. Ковш непрерывного литья заготовок
Рисунок 11. Блюм непрерывного литья заготовок
Рис. 12. Пульт управления МНЛЗ
опасности
Аварии
В черной металлургии большое количество материала обрабатывается, транспортируется и перемещается с помощью массивного оборудования, которое затмевает оборудование большинства отраслей промышленности. Сталелитейные заводы обычно имеют сложные программы безопасности и охраны здоровья для устранения опасностей в окружающей среде, которая может быть неумолимой. Для контроля опасностей обычно требуется комплексный подход, сочетающий передовые методы проектирования и технического обслуживания, безопасные рабочие процедуры, обучение рабочих и использование средств индивидуальной защиты (СИЗ).
Ожоги могут возникать во многих местах процесса производства стали: в передней части печи при выпуске расплавленного металла или шлака; от разливов, брызг или высыпаний жидкого металла из ковшей или сосудов при обработке, разливе (разливе) или транспортировании; и от контакта с горячим металлом, когда он превращается в конечный продукт.
Вода, захваченная расплавленным металлом или шлаком, может создавать взрывные силы, которые разбрасывают горячий металл или материал на большую площадь. Введение влажного предмета в расплавленный металл также может вызвать сильные выбросы.
Механический транспорт играет важную роль в производстве чугуна и стали, но он подвергает рабочих риску потенциального удара и застревания. Мостовые краны используются почти во всех областях металлургического производства. Большинство крупных работ также в значительной степени зависят от использования оборудования с фиксированными рельсами и больших промышленных тракторов для транспортировки материалов.
Программы безопасности при использовании крана требуют обучения, чтобы обеспечить правильную и безопасную эксплуатацию крана и оснастку грузов для предотвращения падения груза; хорошая коммуникация и использование стандартных ручных сигналов между крановщиками и стропальщиками для предотвращения травм в результате неожиданного движения крана; программы проверки и технического обслуживания деталей кранов, подъемных механизмов, строп и крюков для предотвращения падения грузов; и безопасные средства доступа к кранам во избежание падений и несчастных случаев на поперечных путях крана.
Программы безопасности для железных дорог также требуют хорошей связи, особенно при перемещении и сцепке вагонов, чтобы избежать попадания людей между сцепками вагонов.
Поддержание надлежащего зазора для проезда крупных промышленных тракторов и другого оборудования и предотвращение неожиданного запуска и движения необходимо для устранения опасностей, связанных с ударами, ударами и попаданием в промежутки для операторов оборудования, пешеходов и других водителей транспортных средств. Программы также необходимы для осмотра и обслуживания устройств безопасности оборудования и проходов.
Надлежащее ведение хозяйства является краеугольным камнем безопасности на сталелитейных заводах. Полы и проходы могут быть быстро забиты материалами и инструментами, о которые можно споткнуться. Используется большое количество консистентных смазок, масел и смазочных материалов, и в случае их пролива легко можно поскользнуться на пешеходных или рабочих поверхностях.
Инструменты подвержены сильному износу и вскоре выходят из строя и становятся опасными в использовании. Хотя механизация значительно уменьшила объем ручного труда в отрасли, во многих случаях все еще могут возникать эргономические нагрузки.
Острые двигатели или заусенцы на стальных изделиях или металлических лентах представляют опасность порезов и проколов для рабочих, занятых отделкой, отгрузкой и обработкой металлолома. Для предотвращения травм часто используются стойкие к порезам перчатки и защита запястий.
Программы защиты глаз особенно важны на металлургических предприятиях. Опасность попадания в глаза инородных тел преобладает в большинстве областей, особенно при обработке сырья и чистовой обработке стали, где проводятся шлифовка, сварка и обжиг.
Программное обслуживание особенно важно для предотвращения несчастных случаев. Его целью является обеспечение эффективности оборудования и поддержание полностью работоспособных ограждений, поскольку отказ может привести к несчастным случаям. Соблюдение безопасных методов эксплуатации и правил безопасности также очень важно из-за сложности, размера и скорости технологического оборудования и машин.
Отравление угарным газом
Доменные печи, конвертеры и коксовые печи производят большое количество газов в процессе производства чугуна и стали. После удаления пыли эти газы используются в качестве источников топлива на различных предприятиях, а некоторые из них поступают на химические заводы для использования в качестве сырья. Они содержат большое количество окиси углерода (доменный газ 22-30%, коксовый газ 5-10%, конвертерный газ 68-70%).
Угарный газ иногда выделяется или вытекает из колошников или корпусов доменных печей или из многих газопроводов внутри заводов, случайно вызывая острое отравление угарным газом. Большинство случаев такого отравления происходит при работах вокруг доменных печей, особенно при ремонте. Другие случаи происходят во время работ вокруг горячих печей, осмотров корпусов печей, работ вблизи сводов печей или работ вблизи зольных или выпускных канавок. Отравление угарным газом также может быть вызвано выбросом газа из водозапорных клапанов или уплотняющих ванн на сталелитейных заводах или прокатных станах; от внезапного отключения дутьевого оборудования, котельных или вытяжных вентиляторов; от утечки; от недостаточной вентиляции или продувки технологических сосудов, трубопроводов или оборудования перед началом работы; и при закрытии трубной арматуры.
Пыль и дым
Пыль и пары образуются на многих этапах производства чугуна и стали. Пыль и дым присутствуют в процессах подготовки, особенно агломерации, перед доменными печами и сталеплавильными печами, а также при изготовлении слитков. Пыль и пары железной руды или черных металлов не вызывают легкого фиброза, а пневмокониоз встречается нечасто. Считается, что некоторые виды рака легких связаны с канцерогенами, содержащимися в выбросах коксовых печей. Густые пары, выделяющиеся при использовании кислородных фурм и при использовании кислорода в мартеновских печах, могут особенно сильно воздействовать на крановщиков.
Воздействие диоксида кремния представляет опасность для рабочих, занимающихся футеровкой, заменой футеровки и ремонтом доменных и сталеплавильных печей и сосудов из огнеупорных материалов, которые могут содержать до 80% кремнезема. Ковши футерованы огнеупорным кирпичом или силикагелем, и такая футеровка требует частого ремонта. Кремнезем, содержащийся в огнеупорных материалах, частично находится в форме силикатов, которые вызывают не силикоз, а пневмокониоз. Рабочие редко подвергаются воздействию тяжелых облаков пыли.
Добавки сплавов в печи для производства специальных сталей иногда несут потенциальный риск воздействия хрома, марганца, свинца и кадмия.
Разные опасности
Настенные и верхние операции при коксовании перед доменными печами при производстве чугуна, а также операции по производству слитков и непрерывной разливки стали при производстве стали требуют напряженной работы в жаркой среде. Должны быть реализованы программы профилактики тепловых заболеваний.
Печи могут создавать блики, которые могут повредить глаза, если не будут обеспечены и надеты подходящие средства защиты глаз. Ручные операции, такие как кладка кирпича в печи, и вибрация руки в рубильных машинах и шлифовальных машинах могут вызвать эргономические проблемы.
Воздуходувные установки, кислородные установки, газоразрядные воздуходувки и мощные электрические печи могут привести к повреждению слуха. Операторы печей должны быть защищены путем ограждения источника шума звукопоглощающим материалом или путем предоставления звуконепроницаемых укрытий. Сокращение времени воздействия также может оказаться эффективным. Средства защиты слуха (наушники или беруши) часто требуются в зонах с высоким уровнем шума из-за невозможности добиться адекватного шумоподавления другими средствами.
Меры безопасности и охраны здоровья
Организация безопасности
Организация безопасности имеет первостепенное значение в черной металлургии, где безопасность в значительной степени зависит от реакции рабочих на потенциальные опасности. Первая обязанность руководства состоит в том, чтобы обеспечить максимально безопасные физические условия, но обычно необходимо добиваться всеобщего сотрудничества в программах безопасности. Комитеты по предотвращению несчастных случаев, делегаты по охране труда, поощрения за безопасность, конкурсы, схемы предложений, лозунги и предупреждающие сообщения могут играть важную роль в программах безопасности. Вовлечение всех людей в оценку опасностей на площадке, наблюдение за поведением и упражнения по обратной связи могут способствовать формированию позитивного отношения к безопасности и созданию целевых рабочих групп, работающих над предотвращением травм и заболеваний.
Статистика несчастных случаев свидетельствует об опасных зонах и необходимости дополнительной физической защиты, а также о большей нагрузке на ведение домашнего хозяйства. Можно оценить ценность различных типов защитной одежды и сообщить о преимуществах заинтересованным работникам.
Обучение
Обучение должно включать информацию об опасностях, безопасных методах работы, предотвращении рисков и ношении СИЗ. При внедрении новых методов или процессов может возникнуть необходимость в переобучении даже тех рабочих, которые имеют большой опыт работы на старых типах печей. Особую ценность представляют курсы обучения и повышения квалификации для всех уровней персонала. Они должны знакомить персонал с безопасными методами работы, опасными действиями, подлежащими запрещению, правилами техники безопасности и основными законодательными положениями, связанными с предотвращением несчастных случаев. Обучение должно проводиться экспертами с использованием эффективных аудиовизуальных средств. Совещания или контакты по вопросам безопасности должны проводиться регулярно для всех лиц, чтобы усилить обучение и осведомленность по вопросам безопасности.
Инженерно-административные меры
Все опасные части машин и оборудования, включая подъемники, конвейеры, длинноходовые валы и зубчатые передачи мостовых кранов, должны быть надежно ограждены. Для всех машин и оборудования завода, особенно для кранов, подъемных механизмов, цепей и крюков, необходима регулярная система осмотров, осмотров и технического обслуживания. Для технического обслуживания и ремонта должна действовать эффективная программа блокировки/маркировки. Дефектная снасть должна быть утилизирована. Безопасные рабочие нагрузки должны быть четко обозначены, а неиспользуемые снасти должны храниться аккуратно. Средства доступа к мостовым кранам должны, по возможности, осуществляться по лестнице. Если необходимо использовать вертикальную лестницу, ее следует закрепить с интервалами. Должны быть приняты эффективные меры для ограничения движения мостовых кранов, когда поблизости находятся люди, работающие на них. В соответствии с требованиями законодательства некоторых стран может потребоваться установка соответствующего распределительного устройства на мостовые краны для предотвращения столкновений, если два или более крана перемещаются по одному и тому же пути.
Локомотивы, рельсы, вагоны, тележки и сцепки должны иметь хорошую конструкцию и содержаться в исправном состоянии, должна действовать эффективная система сигнализации и оповещения. Езда на сцепках или проход между вагонами должны быть запрещены. Никакие операции не должны выполняться на пути железнодорожного оборудования, если не были приняты меры для ограничения доступа или движения оборудования.
Требуется большая осторожность при хранении кислорода. Поставки к различным частям объекта должны быть проложены по трубопроводу и четко обозначены. Все копья должны содержаться в чистоте.
Существует бесконечная потребность в хорошем домашнем хозяйстве. Падения и спотыкания, вызванные загроможденным полом или оставленными небрежно лежащими орудиями и инструментами, сами по себе могут привести к травме, но также могут отбросить человека от горячего или расплавленного материала. Все материалы должны быть аккуратно сложены, а стеллажи для хранения должны быть удобно размещены для инструментов. Пролитую смазку или масло следует немедленно удалить. Освещение всех частей цехов и ограждений машин должно быть на высоком уровне.
Промышленная гигиена
Необходима хорошая общая вентиляция по всему предприятию и местная вытяжная вентиляция (LEV) там, где образуется значительное количество пыли и дыма или может произойти утечка газа, а также самые высокие стандарты чистоты и порядка. Газовое оборудование необходимо регулярно осматривать и обслуживать, чтобы предотвратить утечку газа. Всякий раз, когда какая-либо работа должна выполняться в среде, которая может содержать газ, для обеспечения безопасности следует использовать детекторы угарного газа. Если работа в опасной зоне неизбежна, следует надевать автономные респираторы или респираторы с подачей воздуха. Баллоны с воздухом для дыхания всегда должны быть наготове, а рабочие должны быть тщательно обучены методам работы с ними.
Для улучшения условий труда необходимо установить приточно-вытяжную вентиляцию для подачи прохладного воздуха. Местные воздуходувки могут быть расположены для облегчения индивидуального труда, особенно в жарких рабочих местах. Теплозащита может быть обеспечена установкой теплозащитных экранов между рабочими и лучистыми источниками тепла, такими как печи или раскаленный металл, установкой водяных экранов или воздушных завес перед печами или установкой экранов из жаростойкой проволоки. Костюм и капюшон из термостойкого материала с дыхательным аппаратом воздуховода обеспечивают наилучшую защиту горняков. Поскольку работа в печах очень жаркая, в костюм также могут быть проведены линии холодного воздуха. Стационарные устройства, обеспечивающие время охлаждения перед входом в печи, также имеют важное значение.
Акклиматизация приводит к естественной корректировке содержания солей в поте тела. Частота тепловых поражений может быть значительно снижена за счет корректировки рабочей нагрузки и периодов отдыха, особенно если они проводятся в прохладном помещении, при необходимости с кондиционированием воздуха. В качестве паллиативных средств следует обеспечить обильное снабжение водой и другими подходящими напитками, а также помещения для приема легкой пищи. Температура прохладительных напитков не должна быть слишком низкой, и работники должны быть обучены не глотать слишком много прохладной жидкости за раз; в рабочее время следует отдавать предпочтение легкой пище. Замена соли необходима для работы, связанной с обильным потоотделением, и лучше всего достигается путем увеличения потребления соли при регулярном приеме пищи.
В холодном климате необходимо соблюдать осторожность, чтобы предотвратить вредные последствия длительного пребывания на холоде или внезапных и резких перепадов температуры. Столовая, умывальные и санитарные помещения желательно должны быть под рукой. Помещения для мытья должны включать душевые; раздевалки и шкафчики должны быть обеспечены и содержаться в чистоте и санитарном состоянии.
По возможности источники шума должны быть изолированы. Выносные центральные панели удаляют часть оперативников из шумных зон; защита органов слуха должна быть необходима в самых неблагоприятных районах. В дополнение к ограждению шумных машин звукопоглощающим материалом или защите рабочих звуконепроницаемыми укрытиями, программы защиты органов слуха оказались эффективным средством контроля потери слуха, вызванной шумом.
Средства индивидуальной защиты
Все части тела подвергаются риску при выполнении большинства операций, но тип требуемой защитной одежды будет варьироваться в зависимости от местоположения. Работающим на печах необходима одежда, предохраняющая от ожогов — комбинезоны из огнеупорного материала, гетры, сапоги, перчатки, каски с защитной маской или защитные очки от летящих искр, а также от ослепления. Защитная обувь, защитные очки и каски обязательны почти для всех профессий, а перчатки широко необходимы. Защитная одежда должна учитывать риски для здоровья и комфорта от чрезмерной жары; например, огнеупорный капюшон с сетчатым козырьком обеспечивает хорошую защиту от искр и устойчив к нагреву; различные синтетические волокна также доказали свою эффективность в отношении термостойкости. Необходим строгий надзор и непрерывная пропаганда для обеспечения ношения и правильного обслуживания средств индивидуальной защиты.
Эргономика
Эргономический подход (т.е. исследование взаимосвязи между рабочими, машинами и окружающей средой) имеет особое значение на некоторых операциях в черной металлургии. Соответствующее эргономическое исследование необходимо не только для изучения условий, в которых рабочий выполняет различные операции, но и для изучения влияния окружающей среды на рабочего и функционального устройства используемого оборудования.
Медицинское наблюдение
Медицинские осмотры перед приемом на работу имеют большое значение при отборе лиц, пригодных для тяжелых работ в металлургическом производстве. Для большинства работ требуется хорошее телосложение: гипертония, сердечные заболевания, ожирение и хронический гастроэнтерит лишают людей права работать в жарких условиях. Особое внимание необходимо при подборе машинистов кранов как по физическим, так и по умственным способностям.
Медицинское наблюдение должно уделять особое внимание лицам, подвергшимся тепловому стрессу; следует проводить периодические обследования органов грудной клетки у тех, кто подвергается воздействию пыли, и аудиометрические обследования у тех, кто подвергается воздействию шума; операторы мобильного оборудования также должны проходить периодические медицинские осмотры, чтобы убедиться в их постоянной пригодности для работы.
Необходимо постоянное наблюдение за всеми реанимационными средствами, а также обучение работников правилам оказания первой помощи при реанимации.
Также должен быть обеспечен центральный пункт первой помощи с необходимым медицинским оборудованием для оказания неотложной помощи. Если возможно, должна быть машина скорой помощи для перевозки тяжелораненых в ближайшую больницу под присмотром квалифицированного санитара. На больших предприятиях пункты первой помощи или ящики должны располагаться в нескольких центральных точках.
Коксовые операции
Подготовка угля
Наиболее важным фактором производства металлургического кокса является выбор угля. Наиболее желательны угли с низкой зольностью и низким содержанием серы. Низколетучий уголь в количестве до 40% обычно смешивают с высоколетучим углем для достижения желаемых характеристик. Важнейшим физическим свойством металлургического кокса является его прочность и способность противостоять разрушению и истиранию при обращении и использовании в доменной печи. Погрузочно-разгрузочные операции состоят из выгрузки из железнодорожных вагонов, морских барж или грузовиков; смешивание угля; дозирование; измельчение; контроль насыпной плотности с использованием дизельного топлива или аналогичного масла; и подача в бункеры коксовой батареи.
коксующийся
По большей части кокс производится в коксовых печах, которые спроектированы и эксплуатируются для сбора летучих веществ из угля. Печи состоят из трех основных частей: камеры коксования, нагревательных каналов и регенеративной камеры. Помимо стальной и бетонной несущей конструкции, печи построены из огнеупорного кирпича. Обычно каждая батарея содержит примерно 45 отдельных печей. Камеры коксования обычно имеют высоту от 1.82 до 6.7 м, длину от 9.14 до 15.5 м и температуру 1,535 °C в основании дымохода. Время, необходимое для коксования, зависит от размеров печи, но обычно составляет от 16 до 20 часов.
В больших вертикальных печах уголь загружается через отверстия в верхней части из железнодорожного вагона, который транспортирует уголь из угольного бункера. После того, как уголь превратился в кокс, кокс выталкивается из печи с одной стороны механическим толкателем или «толкателем». Поршень немного меньше размеров печи, что позволяет избежать контакта с внутренними поверхностями печи. Кокс собирают в железнодорожный вагон или в сторону батареи напротив толкателя и транспортируют на тушение. Горячий кокс подвергается мокрому гашению водой перед выгрузкой на коксовый причал. На некоторых батареях горячий кокс подвергается сухому гашению для рекуперации явного тепла для производства пара.
Реакции при карбонизации угля для производства кокса сложны. К продуктам разложения угля исходно относятся вода, оксиды углерода, сероводород, гидроароматические соединения, парафины, олефины, фенольные и азотсодержащие соединения. Синтез и разложение происходят среди первичных продуктов, которые производят большое количество водорода, метана и ароматических углеводородов. При дальнейшем разложении сложных азотсодержащих соединений образуются аммиак, цианистый водород, пиридиновые основания и азот. Постоянное удаление водорода из остатка в печи дает твердый кокс.
Коксохимические печи, имеющие оборудование для регенерации и переработки угольных химикатов, производят материалы, перечисленные в таблице 1.
Таблица 1. Извлекаемые побочные продукты коксовых печей
Побочный продукт |
Извлекаемые компоненты |
Коксовый газ |
Водород, метан, этан, окись углерода, двуокись углерода, этилен, |
Аммиачный раствор |
Свободный и связанный аммиак |
Деготь |
Пиридин, смоляные кислоты, нафталин, креозотовое масло и каменноугольный пек |
Легкое масло |
Различное количество продуктов угольного газа с температурой кипения примерно от 40 ºC |
После достаточного охлаждения, чтобы предотвратить повреждение конвейерной ленты, кокс перемещается на станцию сортировки и дробления, где он подвергается сортировке для использования в доменной печи.
опасности
Физические опасности
Во время операций по разгрузке, подготовке и перемещению угля манипулируют тысячами тонн угля, создавая пыль, шум и вибрацию. Присутствие большого количества скопившейся пыли может создать опасность взрыва в дополнение к опасности вдыхания.
Во время коксования окружающее и лучистое тепло являются основными физическими проблемами, особенно на верхней стороне батарей, где находится большинство рабочих. Шум может быть проблемой в мобильном оборудовании, в первую очередь из-за приводного механизма и вибрирующих компонентов, которые не обслуживаются должным образом. Ионизирующее излучение и/или устройства, излучающие лазер, могут использоваться для целей юстировки мобильного оборудования.
Химическая опасность
Минеральное масло обычно используется в эксплуатационных целях для контроля насыпной плотности и пылеподавления. Материалы могут быть нанесены на уголь до того, как он будет доставлен в угольный бункер, чтобы свести к минимуму накопление и облегчить утилизацию опасных отходов производства побочных продуктов.
Основной проблемой для здоровья, связанной с коксованием, являются выбросы из печей во время загрузки угля, коксования и проталкивания кокса. Выбросы содержат большое количество полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), некоторые из которых канцерогенны. Материалы, используемые для герметизации утечек в крышках и дверцах, также могут быть проблемой во время смешивания и при снятии крышек и дверец. Асбестовые и преломляющие керамические фильтры также могут присутствовать в виде изоляционных материалов и прокладок, хотя для изделий, ранее содержащих асбест, использовались подходящие заменители.
Механические опасности
Следует учитывать опасности при добыче угля, связанные с движением железнодорожных вагонов, морских барж и транспортных средств, а также с движением конвейерной ленты. Большинство несчастных случаев происходит, когда работники ударяются, застревают между ними, падают с них, увлекаются и застревают в них или не могут заблокировать такое оборудование (в том числе электрически).
Механические опасности, вызывающие наибольшую озабоченность, связаны с мобильным оборудованием на стороне толкателя, коксовой стороны и тележкой наверху батареи. Это оборудование находится в эксплуатации практически весь период работы, и между ним и операциями остается мало места. Наибольшее количество несчастных случаев на коксовом производстве со смертельным исходом приходится на несчастные случаи, связанные с передвижным рельсовым оборудованием. Ожоги поверхности кожи от горячих материалов и поверхностей и раздражение глаз частицами пыли являются причиной более многочисленных и менее тяжелых случаев.
Меры безопасности и охраны здоровья
Для поддержания концентрации пыли при добыче угля на приемлемом уровне требуется локализация и ограждение систем сортировки, дробления и транспортировки. LEV также может потребоваться в дополнение к смачивающим агентам, наносимым на уголь. Необходимы соответствующие программы технического обслуживания, программы конвейерных лент и программы очистки, чтобы свести к минимуму утечку и очистить проходы рядом с технологическим и транспортным оборудованием от угля. Конвейерная система должна использовать компоненты, которые, как известно, эффективно снижают утечку и поддерживают локализацию, такие как очистители ленты, бортики, правильное натяжение ленты и т. д.
Из-за опасностей для здоровья, связанных с выбросами ПАУ в процессе коксования, важно локализовать и собирать эти выбросы. Лучше всего это достигается за счет сочетания технических средств контроля, методов работы и программы технического обслуживания. Также необходимо иметь эффективную респираторную программу. Контроль должен включать следующее:
Обучение рабочих также необходимо, чтобы использовать надлежащие методы работы и понимать важность надлежащих процедур для минимизации выбросов.
Следует также использовать рутинный мониторинг воздействия на рабочих, чтобы определить, являются ли уровни приемлемыми. Должны быть предусмотрены программы мониторинга и спасения газа, в первую очередь из-за наличия угарного газа в коксовых печах. Следует также внедрить программу медицинского наблюдения.
Адаптировано из 3-го издания Энциклопедии по охране труда и технике безопасности.
Благодарности: Описание операций стана горячей и холодной прокатки используется с разрешения Американского института чугуна и стали.
Горячие слябы стали превращаются в длинные рулоны тонких листов на непрерывных станах горячей прокатки. Эти рулоны могут быть отправлены клиентам или могут быть очищены и подвергнуты холодной прокатке для производства продукции. См. рисунок 1 для поточной линии процессов.
Рис. 1. Поточная линия горяче- и холоднокатаного листового проката.
Непрерывная горячая прокатка
Непрерывный стан горячей прокатки может иметь конвейер длиной в несколько тысяч футов. Стальной сляб выходит из печи для повторного нагрева слябов на начало конвейера. Поверхностная окалина удаляется с нагретого сляба, который затем становится тоньше и длиннее, поскольку его сдавливают горизонтальными валками на каждом стане, обычно называемыми черновыми клетями. Вертикальные валики по краям помогают контролировать ширину. Затем сталь поступает в чистовые клети для окончательного обжатия, перемещаясь со скоростью до 80 километров в час по мере того, как она пересекает охлаждающий стол и сматывается в рулоны.
Горячекатаный листовой прокат обычно очищают или травят в ванне с серной или соляной кислотой для удаления поверхностного оксида (окалины), образовавшегося во время горячей прокатки. Современный травильный аппарат работает непрерывно. Когда один рулон стали почти очищен, его конец обрезается под прямым углом и приваривается к началу нового рулона. В травильном аппарате дрессировочная мельница помогает разбить окалину до того, как лист попадет в секцию травления или очистки линии.
Аккумулятор расположен под травильными баками с резиновым покрытием, ополаскивателями и сушилками. Лист, накопленный в этой системе, подается в травильные ванны, когда входной конец линии останавливается для сварки нового рулона. Таким образом, можно непрерывно чистить лист со скоростью 360 м (1,200 футов) в минуту. Небольшая петлевая система на нагнетательном конце линии обеспечивает непрерывную работу линии во время перерывов на намотку.
Холодная прокатка
Рулоны очищенной горячекатаной листовой стали можно подвергнуть холодной прокатке, чтобы сделать изделие тоньше и ровнее. Этот процесс придает стали более высокое отношение прочности к весу, чем можно получить на горячем стане. Современный пятиклетевой стан-тандем холодной прокатки может принимать лист толщиной около 1/10 дюйма (0.25 см) и длиной 3/4 мили (1.2 км); Через 2 минуты этот лист будет раскатан до толщины 0.03 дюйма (75 мм) и длины более 2 миль (3.2 км).
Процесс холодной прокатки закаляет листовую сталь, поэтому ее обычно необходимо нагревать в печи для отжига, чтобы сделать ее более пластичной. Рулоны холоднокатаного листа укладываются на основу. Над штабелями накладывают крышки для контроля за отжигом, а затем на закрытые штабели опускают печь. Нагрев и повторное охлаждение листовой стали может занять 5-6 дней.
После размягчения стали в процессе отжига используется дрессировочная мельница, чтобы придать стали желаемую плоскостность, металлургические свойства и чистоту поверхности. Продукт может поставляться потребителям в рулонах или с последующей боковой обрезкой или обрезкой на куски.
Опасности и их предотвращение
Аварии. Механизация уменьшила количество точек улавливания в машинах, но они все еще существуют, особенно в цехах холодной прокатки и отделочных цехах.
При холодной прокатке существует риск защемления между валками, особенно при попытке очистки в движении; зажимы валков должны быть эффективно защищены, и должен осуществляться строгий контроль, чтобы предотвратить очистку во время движения. Серьезные травмы могут быть вызваны машинами для стрижки, обрезки, обрезки и гильотины, если опасные части не защищены надежно. Эффективная программа блокировки/маркировки необходима для технического обслуживания и ремонта.
Серьезные травмы могут быть получены, особенно при горячей прокатке, если рабочие попытаются пересечь роликовые конвейеры в недопустимых местах; необходимо установить достаточное количество мостов и обеспечить их использование. Петли и плети могут вызвать обширные травмы и ожоги, вплоть до отсечения нижних конечностей; там, где полная механизация не устранила эту опасность, необходимы защитные столбы или другие устройства.
Особое внимание следует обратить на опасность порезов рабочих полосо- и листопрокатных станов. Такие травмы возникают не только из-за тонкого проката, но и из-за металлических лент, используемых на рулонах, которые могут порваться при обращении и представляют серьезную опасность.
Использование больших количеств масел, ингибиторов ржавчины и т. д., которые обычно наносятся распылением, представляет собой еще одну опасность, обычно встречающуюся на листопрокатных станах. Несмотря на принятые защитные меры по локализации распыляемых продуктов, они часто скапливаются на полу и на коммуникационных путях, где могут поскользнуться и упасть. Поэтому в дополнение к регулярной очистке пола следует предусмотреть решетки, абсорбирующие материалы и обувь с нескользкой подошвой.
Даже на автоматизированных работах случаются несчастные случаи при переоборудовании при замене тяжелых катков в клетьях. Хорошее планирование часто позволяет сократить количество требуемых смен валков; важно, чтобы эта работа не выполнялась в цейтноте и чтобы были предоставлены подходящие инструменты.
Автоматизация современных установок сопряжена с многочисленными мелкими поломками, которые зачастую устраняются силами бригады без остановки установки или ее частей. В таких случаях может случиться так, что будут забыты необходимые механические средства защиты, что может привести к тяжелым авариям. Часто пренебрегают пожарной опасностью при ремонте гидравлических систем. Противопожарная защита должна быть спланирована и организована с особой тщательностью на предприятиях, содержащих гидравлическое оборудование.
Щипцы, используемые для захвата горячего материала, могут стучать друг о друга; квадратные гаечные ключи, используемые для перемещения тяжелых прокатных профилей вручную, могут вызвать серьезные травмы головы или верхней части туловища из-за люфта. Все ручные инструменты должны быть хорошо спроектированы, часто проверяться и содержаться в хорошем состоянии. Клещи, используемые на мельницах, должны часто заменять заклепки; бригады по смене валков должны быть снабжены накидными и ударными гайковертами; не следует использовать изогнутые гаечные ключи с открытым зевом. Рабочие должны пройти надлежащую подготовку по использованию всех ручных инструментов. Для всех ручных инструментов должны быть предусмотрены надлежащие условия хранения.
Многие несчастные случаи могут быть вызваны неправильным подъемом и погрузочно-разгрузочными работами, а также дефектами кранов и подъемных механизмов. Все краны и грузоподъемные устройства должны проходить регулярную проверку и проверку; Особая осторожность требуется при хранении и использовании строп. Машинисты кранов и стропальщики должны быть специально отобраны и обучены. Всегда существует риск несчастных случаев на механическом транспорте: локомотивы, вагоны и тележки должны содержаться в хорошем состоянии, и должна применяться понятная система предупреждения и сигнализации; должны быть обеспечены свободные проходы для вилочных погрузчиков и других грузовых автомобилей.
Многие несчастные случаи происходят из-за падений и спотыканий или из-за плохого ухода за полами, из-за плохо уложенного материала, из-за торчащих концов заготовок и перекосов валков и т.д. Опасности могут быть устранены путем надлежащего ухода за всеми поверхностями пола и средствами доступа, четко обозначенными проходами, правильной укладкой материала и регулярной уборкой мусора. Хорошая уборка важна во всех частях завода, включая дворы. По всему растению необходимо поддерживать хороший уровень освещения.
При горячей прокатке летучие окалины могут вызывать ожоги и травмы глаз; брызговики могут эффективно уменьшить выброс накипи и горячей воды. Повреждения глаз могут быть вызваны частицами пыли или хлестанием канатных строп; глаза также могут страдать от бликов.
Средства индивидуальной защиты (СИЗ) имеют большое значение в предотвращении несчастных случаев на прокатных станах. Каски, защитная обувь, гетры, защита рук, перчатки, щитки для глаз и очки должны быть надеты, чтобы соответствовать соответствующему риску. Очень важно обеспечить сотрудничество работников в использовании защитных устройств и ношении защитной одежды. Важное значение имеет обучение, а также эффективная организация предотвращения несчастных случаев, в которой участвуют работники или их представители.
Высокая температура. Уровни лучистого тепла до 1,000 ккал/м2 были измерены в рабочих точках прокатных станов. Заболевания, вызванные тепловым стрессом, вызывают озабоченность, но рабочие на современных фабриках обычно защищены за счет использования кондиционируемых реек. Информацию о профилактике см. в статье «Производство железа и стали».
Шум. Значительный шум возникает во всей зоне прокатки от редуктора валков и правильных машин, от напорных водяных насосов, от ножниц и пил, от сбрасывания готовой продукции в яму и от остановки движений материала металлическими пластинами. Общий уровень рабочих шумов может составлять около 84-90 дБА, пики до 115 дБА и более не являются чем-то необычным. Информацию о профилактике см. в статье «Производство железа и стали».
Вибрация. Очистка готовых изделий быстродействующими ударными инструментами может привести к артритическим изменениям локтевых, плечевых, ключичных, дистальных отделов локтевой и лучевой костей, а также к поражению ладьевидной и полулунной костей.
Дефекты суставов в системе кисти и руки могут возникать у рабочих прокатного цеха из-за отдачи и отскока материала, вводимого в зазор между валками.
Вредные газы и пары. При прокатке легированной свинцом стали или использовании отрезных дисков, содержащих свинец, возможно вдыхание токсичных частиц. Поэтому необходимо постоянно контролировать концентрацию свинца на рабочем месте, а работники, подверженные воздействию, должны регулярно проходить медицинский осмотр. Свинец также может вдыхаться пламегасителями и газорезчиками, которые в то же время могут подвергаться воздействию оксидов азота (NOx), хром, никель и оксид железа.
Сварка встык связана с образованием озона, который при вдыхании может вызывать раздражение, аналогичное раздражению из-за NO.x. Обслуживающий персонал шахтных и плавильных печей может подвергаться воздействию вредных газов, состав которых зависит от используемого топлива (доменный газ, коксовый газ, мазут) и обычно включает окись углерода и двуокись серы. Может потребоваться LEV или защита органов дыхания.
Рабочие, смазывающие прокатное оборудование масляным туманом, могут нанести вред здоровью из-за используемых масел и содержащихся в них присадок. При использовании масел или эмульсий для охлаждения и смазывания следует следить за соблюдением пропорций масла и присадок, чтобы исключить не только раздражение слизистых оболочек, но и острый дерматит у подвергающихся воздействию рабочих. См. статью «Промышленные смазочные материалы, жидкости для металлообработки и автомобильные масла» в главе Металлообрабатывающая и металлообрабатывающая промышленность.
Для отделочных операций используется большое количество обезжиривающих средств. Эти агенты испаряются, и их можно вдыхать; их действие не только токсично, но и вызывает ухудшение состояния кожи, которая может обезжириваться при неправильном обращении с растворителями. Необходимо обеспечить LEV и носить перчатки.
Кислоты. Сильные кислоты в травильных цехах вызывают разъедание кожи и слизистых оболочек. Следует использовать соответствующие LEV и СИЗ.
Ионизирующее излучение. Рентгеновские лучи и другое оборудование, излучающее ионизирующее излучение, могут использоваться для измерения и исследования; требуются строгие меры предосторожности в соответствии с местным законодательством.
Частично адаптировано из неопубликованной статьи Саймона Пикванса.
Черная металлургия является «тяжелой промышленностью»: в дополнение к угрозам безопасности, присущим гигантским заводам, массивному оборудованию и перемещению больших масс материалов, рабочие подвергаются воздействию тепла расплавленного металла и шлака при температурах до 1,800°. C, токсичные или коррозионные вещества, переносимые по воздуху загрязняющие вещества и шум. Вдохновленная профсоюзами, экономическим давлением с целью повышения эффективности и правительственным регулированием, отрасль добилась больших успехов во внедрении нового оборудования и усовершенствованных процессов, которые обеспечивают большую безопасность и лучший контроль над физическими и химическими опасностями. Количество смертельных случаев на производстве и несчастных случаев с потерей трудоспособности значительно сократилось, но все еще остается серьезной проблемой (МОТ, 1992 г.). Производство стали остается опасным занятием, в котором потенциальные опасности не всегда можно предусмотреть. Соответственно, это представляет собой огромную проблему для повседневного управления предприятием. Он призывает к постоянным исследованиям, постоянному мониторингу, ответственному надзору и обновленному обучению и обучению работников на всех уровнях.
Физические опасности
Эргономические проблемы
Повреждения опорно-двигательного аппарата часто встречаются при производстве стали. Несмотря на внедрение механизации и вспомогательных устройств, ручная обработка больших, громоздких и/или тяжелых предметов остается частой необходимостью. Необходимо постоянное внимание к ведению домашнего хозяйства, чтобы уменьшить количество поскальзываний и падений. Было показано, что каменщики-печники подвергаются наибольшему риску возникновения проблем с плечом и поясницей, связанных с работой. Внедрение эргономики в конструкцию оборудования и органов управления (например, кабин машинистов кранов), основанное на изучении физических и умственных требований работы, в сочетании с такими новшествами, как ротация рабочих мест и работа в команде, являются последними разработками, направленными на повышение эффективности. безопасность, благополучие и производительность металлургов.
Шум
Производство стали — одна из самых шумных отраслей, хотя программы по сохранению слуха снижают риск потери слуха. К основным источникам относятся системы удаления дыма, вакуумные системы с использованием паровых эжекторов, электрические трансформаторы и дуговой процесс в электродуговых печах, прокатные станы и большие вентиляторы, используемые для вентиляции. По крайней мере, половина рабочих, подвергающихся воздействию шума, будут инвалидами из-за вызванной шумом потери слуха всего через 10 или 15 лет работы. Программы сохранения слуха, подробно описанные в других разделах этого Энциклопедия, включая периодические оценки шума и слуха, инженерное обеспечение контроля шума и техническое обслуживание машин и оборудования, личную защиту, а также обучение и подготовку рабочих.
К другим причинам потери слуха, кроме шума, относятся ожоги барабанной перепонки частицами шлака, окалины или расплавленного металла, перфорация барабанной перепонки интенсивным импульсным шумом и травмы от падающих или движущихся предметов. Обзор требований о компенсации, поданных канадскими сталелитейщиками, показал, что у половины людей с профессиональной потерей слуха также был шум в ушах (McShane, Hyde and Alberti 1988).
Вибрация
Потенциально опасная вибрация создается колебательными механическими движениями, чаще всего при неуравновешенных движениях машин, при эксплуатации цеховых машин и при использовании таких переносных инструментов, как пневматические дрели и молотки, пилы и точильные камни. Повреждение позвоночных дисков, боль в пояснице и дегенерация позвоночника объяснялись вибрацией всего тела в ряде исследований операторов мостовых кранов (Pauline et al., 1988).
Вибрация всего тела может вызвать различные симптомы (например, укачивание, размытость и потерю остроты зрения), которые могут привести к несчастным случаям. Вибрация рук связана с синдромом запястного канала, дегенеративными изменениями суставов и феноменом Рейно на кончиках пальцев («болезнь белых пальцев»), что может привести к постоянной инвалидности. Исследование рубильщиков и измельчителей показало, что вероятность развития контрактуры Дюпюитрена у них более чем в два раза выше, чем у рабочих контрольной группы (Thomas and Clarke, 1992).
Тепловое воздействие
Тепловое воздействие является проблемой для всей черной металлургии, особенно на предприятиях, расположенных в жарком климате. Недавние исследования показали, что, вопреки ранее существовавшему мнению, самые высокие воздействия происходят во время ковки, когда рабочие постоянно контролируют горячую сталь, а не во время плавки, когда, хотя температура и выше, они носят прерывистый характер и их воздействие ограничивается интенсивным нагревом. открытых участков кожи и при использовании средств защиты глаз (Lydahl and Philipson, 1984). Опасность теплового стресса снижается за счет достаточного потребления жидкости, адекватной вентиляции, использования теплозащитных экранов и защитной одежды, а также периодических перерывов для отдыха или работы над более прохладной задачей.
Лазеры
Лазеры имеют широкий спектр применений в сталеплавильном производстве и могут вызывать повреждение сетчатки при уровнях мощности, которые намного ниже тех, которые необходимы для воздействия на кожу. Операторы лазера могут быть защищены резкой фокусировкой луча и использованием защитных очков, но другие работники могут получить травмы, когда они неосознанно попадут в луч или когда он непреднамеренно отразится на них.
Радиоактивные нуклиды
Радиоактивные нуклиды используются во многих измерительных устройствах. Воздействие обычно можно контролировать путем размещения предупредительных знаков и соответствующего экранирования. Однако гораздо более опасным является случайное или неосторожное включение радиоактивных материалов в перерабатываемый стальной лом. Чтобы предотвратить это, многие заводы используют чувствительные детекторы радиации для контроля всего металлолома до того, как он будет введен в переработку.
Загрязнители воздуха
Сталелитейщики могут подвергаться воздействию широкого спектра загрязняющих веществ в зависимости от конкретного процесса, используемых материалов и эффективности мер мониторинга и контроля. Побочные эффекты определяются физическим состоянием и склонностью загрязняющего вещества, интенсивностью и продолжительностью воздействия, степенью накопления в организме и индивидуальной чувствительностью к его воздействию. Некоторые эффекты проявляются немедленно, в то время как для развития других могут потребоваться годы и даже десятилетия. Изменения в процессах и оборудовании, наряду с улучшением мер по удержанию воздействия ниже токсического уровня, снизили риски для рабочих. Однако они также привнесли новые комбинации загрязняющих веществ, и всегда существует опасность несчастных случаев, пожаров и взрывов.
Пыль и дым
Выбросы дыма и твердых частиц представляют собой серьезную потенциальную проблему для работников, работающих с расплавленными металлами, производящих кокс и обращающихся с ним, а также загружающих и выпускающих печи. Они также создают проблемы для рабочих, занимающихся обслуживанием оборудования, очисткой воздуховодов и разрушением огнеупоров. Воздействие на здоровье связано с размером частиц (т. е. их долей, которые можно вдыхать), а также с металлами и аэрозолями, которые могут адсорбироваться на их поверхности. Имеются данные о том, что воздействие пыли и паров, вызывающих раздражение, также может повышать восприимчивость сталелитейщиков к обратимому сужению дыхательных путей (астме), которое со временем может стать постоянным (Johnson et al., 1985).
Silica
Воздействие кремнезема с возникающим в результате силикозом, которое когда-то было довольно распространенным среди рабочих, выполняющих такие работы, как обслуживание печей в плавильных цехах и доменных печах, было снижено за счет использования других материалов для футеровки печей, а также автоматизации, которая сократила количество рабочих. в этих процессах.
асбест
Асбест, когда-то широко использовавшийся для тепло- и шумоизоляции, в настоящее время встречается только при техническом обслуживании и строительстве, когда ранее установленные асбестовые материалы разрушаются и образуют переносимые по воздуху волокна. Долгосрочные последствия воздействия асбеста, подробно описанные в других разделах настоящего Энциклопедия, включают асбестоз, мезотелиому и другие виды рака. Недавнее перекрестное исследование выявило плевральную патологию у 20 из 900 сталелитейщиков (2%), у многих из которых была диагностирована рестриктивная болезнь легких, характерная для асбестоза (Kronenberg et al., 1991).
Тяжелые металлы
Выбросы, образующиеся при производстве стали, могут содержать тяжелые металлы (например, свинец, хром, цинк, никель и марганец) в виде паров, твердых частиц и адсорбатов на инертных частицах пыли. Они часто присутствуют в потоках стального лома, а также вводятся при производстве специальных видов металлопродукции. Исследования, проведенные на рабочих, выплавляющих марганцевые сплавы, показали ухудшение физической и умственной работоспособности и другие симптомы отравления марганцем при уровнях воздействия значительно ниже пределов, допустимых в настоящее время в большинстве стран (Wennberg et al. 1991). Кратковременное воздействие высоких концентраций цинка и других испаряющихся металлов может вызвать «металлическую лихорадку», которая характеризуется лихорадкой, ознобом, тошнотой, затрудненным дыханием и утомляемостью. Подробности о других токсических эффектах, вызываемых тяжелыми металлами, можно найти в других разделах этого руководства. Энциклопедия.
Кислотные туманы
Кислотные туманы из мест травления могут вызвать раздражение кожи, глаз и дыхательных путей. Воздействие туманов соляной и серной кислоты из травильных ванн также было связано в одном исследовании с почти двукратным увеличением заболеваемости раком гортани (Steenland et al., 1988).
Соединения серы
Преобладающим источником выбросов серы при производстве стали является использование высокосернистого ископаемого топлива и доменного шлака. Сероводород имеет характерный неприятный запах, а краткосрочные эффекты относительно низких уровней воздействия включают сухость и раздражение носовых ходов и верхних дыхательных путей, кашель, одышку и пневмонию. Более длительное воздействие низких уровней может вызвать раздражение глаз, в то время как более высокие уровни воздействия могут привести к необратимому повреждению глаз. На более высоких уровнях также может быть временная потеря обоняния, что может ввести рабочих в заблуждение, заставив их поверить, что они больше не подвергаются воздействию.
Масляные туманы
Масляные туманы, образующиеся при холодной прокатке стали, могут вызывать раздражение кожи, слизистых оболочек и верхних дыхательных путей, тошноту, рвоту и головную боль. В одном исследовании сообщалось о случаях липоидной пневмонии у рабочих прокатного цеха, подвергавшихся длительному воздействию (Cullen et al., 1981).
Полициклические ароматические углеводороды
ПАУ образуются в большинстве процессов сжигания; на сталелитейных заводах производство кокса является основным источником. Когда уголь частично сжигается для получения кокса, большое количество летучих соединений отгоняется в виде летучих веществ каменноугольного пека, включая ПАУ. Они могут присутствовать в виде паров, аэрозолей или адсорбатов на мелких частицах. Кратковременное воздействие может вызвать раздражение кожи и слизистых оболочек, головокружение, головную боль и тошноту, тогда как длительное воздействие связано с канцерогенезом. Исследования показали, что у работников коксовых печей смертность от рака легких в два раза выше, чем у населения в целом. Те, кто больше всего подвержен воздействию летучих веществ каменноугольного пека, подвергаются наибольшему риску. В их число входили работники верхней части печи и работники с самым длительным периодом воздействия (МАИР, 1984 г.; Константино, Редмонд и Берден, 1995 г.). В некоторых странах инженерный контроль позволил сократить количество рабочих, подвергающихся риску.
Другие химикаты
При производстве стали используется или встречается более 1,000 химикатов: в качестве сырья или в качестве загрязняющих примесей в ломе и/или в топливе; в качестве добавок в специальных процессах; как огнеупоры; а также в качестве гидравлических жидкостей и растворителей, используемых при эксплуатации и обслуживании установок. При производстве кокса образуются побочные продукты, такие как смола, бензол и аммиак; другие образуются в различных процессах производства стали. Все они могут быть потенциально токсичными, в зависимости от природы химических веществ, типа, уровня и продолжительности воздействия, их реакции с другими химическими веществами и восприимчивости подвергшегося воздействию рабочего. Случайное сильное воздействие паров, содержащих диоксид серы и оксиды азота, вызывает случаи химического пневмонита. Добавки ванадия и других сплавов могут вызвать химический пневмонит. Угарный газ, который выделяется во всех процессах горения, может быть опасен, если техническое обслуживание оборудования и его средства управления не соответствуют стандартам. Бензол, наряду с толуолом и ксилолом, присутствует в коксовом газе и при остром воздействии вызывает симптомы со стороны органов дыхания и центральной нервной системы; длительное воздействие может привести к повреждению костного мозга, апластической анемии и лейкемии.
Стресс
В сталелитейной промышленности наблюдается высокий уровень рабочего стресса. Воздействие лучистого тепла и шума усугубляется необходимостью постоянной бдительности во избежание несчастных случаев и потенциально опасных воздействий. Поскольку многие процессы находятся в непрерывном режиме, сменная работа является необходимостью; его влияние на благосостояние и на необходимую социальную поддержку работников подробно описано в других разделах настоящего документа. Энциклопедия. Наконец, существует мощный стрессор потенциальной потери работы в результате автоматизации и изменений в процессах, перемещении завода и сокращении штата.
Профилактические программы
Защита металлургов от потенциальной токсичности требует выделения адекватных ресурсов для постоянной, комплексной и скоординированной программы, которая должна включать следующие элементы:
Адаптировано из UNEP и IISI 1997 и неопубликованной статьи Джерри Шпигеля.
Из-за огромного объема и сложности своих операций, а также широкого использования энергии и сырья металлургическая промышленность, как и другие «тяжелые» отрасли, может оказать значительное влияние на окружающую среду и население близлежащих населенных пунктов. . На рис. 1 представлены загрязняющие вещества и отходы, образующиеся в результате основных производственных процессов. Они включают три основные категории: загрязнители воздуха, загрязнители сточных вод и твердые отходы.
Рисунок 1. Блок-схема загрязняющих веществ и отходов, образующихся в результате различных процессов
Исторически исследования воздействия черной металлургии на здоровье населения были сосредоточены на локализованных последствиях в густонаселенных районах, где сосредоточено производство стали, и особенно в конкретных регионах, где имели место эпизоды острого загрязнения воздуха, такие как долины Донора и Маас, а также треугольник между Польшей, бывшей Чехословакией и бывшей Германской Демократической Республикой (ВОЗ, 1992 г.).
Загрязнители воздуха
Загрязнители воздуха в результате производства чугуна и стали исторически представляли собой экологическую проблему. Эти загрязняющие вещества включают газообразные вещества, такие как оксиды серы, диоксид азота и окись углерода. Кроме того, в центре внимания средств контроля находятся такие частицы, как сажа и пыль, которые могут содержать оксиды железа. Выбросы из коксовых печей и производств побочных продуктов коксовых печей вызывали озабоченность, но непрерывные улучшения технологии производства стали и контроля выбросов в течение последних двух десятилетий в сочетании с более строгими государственными нормами значительно сократили такие выбросы. в Северной Америке, Западной Европе и Японии. Общие затраты на борьбу с загрязнением, более половины которых связаны с выбросами в атмосферу, оцениваются в диапазоне от 1 до 3% от общих производственных затрат; на установки по контролю за загрязнением воздуха приходится примерно 10–20% всех капиталовложений в предприятия. Такие затраты создают барьер для глобального применения современных средств контроля в развивающихся странах и для старых, экономически маргинальных предприятий.
Загрязнители воздуха варьируются в зависимости от конкретного процесса, проектирования и строительства завода, используемого сырья, источников и количества необходимой энергии, степени рециркуляции отходов в процессе и эффективности контроля загрязнения. Например, внедрение производства стали с использованием основного кислорода позволило собирать и рециркулировать отходящие газы контролируемым образом, уменьшая количество выхлопных газов, в то время как использование процесса непрерывной разливки снизило потребление энергии, что привело к сокращение выбросов. Это позволило увеличить выход продукта и улучшить его качество.
Сернистый газ
Количество двуокиси серы, образующейся в основном в процессах сжигания, зависит прежде всего от содержания серы в используемом ископаемом топливе. И кокс, и коксовый газ, используемые в качестве топлива, являются основными источниками диоксида серы. В атмосфере диоксид серы может реагировать с кислородными радикалами и водой с образованием аэрозоля серной кислоты, а в сочетании с аммиаком может образовывать аэрозоль сульфата аммония. Воздействие оксидов серы на здоровье связано не только с диоксидом серы, но и с его тенденцией к образованию таких вдыхаемых аэрозолей. Кроме того, диоксид серы может адсорбироваться на частицах, многие из которых находятся в диапазоне вдыхания. Такое потенциальное воздействие можно уменьшить не только за счет использования топлива с низким содержанием серы, но и за счет уменьшения концентрации твердых частиц. Более широкое использование электрических печей снизило выбросы оксидов серы за счет устранения необходимости в коксе, но это переложило бремя контроля за загрязнением на электростанции, вырабатывающие электроэнергию. Десульфурация коксового газа достигается за счет удаления перед сжиганием восстановленных соединений серы, прежде всего сероводорода.
Оксиды азота
Как и оксиды серы, оксиды азота, прежде всего оксид азота и диоксид азота, образуются в процессах сжигания топлива. Они реагируют с кислородом и летучими органическими соединениями (ЛОС) в присутствии ультрафиолетового (УФ) излучения с образованием озона. Они также соединяются с водой, образуя азотную кислоту, которая, в свою очередь, соединяется с аммиаком, образуя нитрат аммония. Они также могут образовывать респирабельные аэрозоли, которые могут удаляться из атмосферы путем влажного или сухого осаждения.
Твердые частицы
Твердые частицы, наиболее заметная форма загрязнения, представляют собой различную сложную смесь органических и неорганических материалов. Пыль может переноситься ветром со складов железной руды, угля, кокса и известняка или попадать в воздух при их погрузке и транспортировке. Грубые материалы образуют пыль, когда они трутся друг о друга или раздавливаются под транспортными средствами. Мелкие частицы образуются в процессах спекания, плавки и плавки, особенно когда расплавленное железо вступает в контакт с воздухом с образованием оксида железа. Коксовые печи производят мелкодисперсный угольный кокс и выбросы смолы. Потенциальные последствия для здоровья зависят от количества частиц во вдыхаемом диапазоне, химического состава пыли, а также продолжительности и концентрации воздействия.
Достигнуто резкое снижение уровня загрязнения твердыми частицами. Например, за счет использования электрофильтров для очистки сухих отходящих газов кислородного производства стали на одном немецком металлургическом заводе удалось снизить уровень выбросов пыли с 9.3 кг/т сырой стали в 1960 г. до 5.3 кг/т в 1975 г. и до несколько менее 1 кг/т к 1990 году. Однако цена заключалась в заметном росте потребления энергии. Другие методы борьбы с загрязнением твердыми частицами включают использование мокрых скрубберов, мешочных фильтров и циклонов (которые эффективны только против крупных частиц).
Тяжелые металлы
Такие металлы, как кадмий, свинец, цинк, ртуть, марганец, никель и хром, могут выделяться из печи в виде пыли, дыма или пара или поглощаться твердыми частицами. Последствия для здоровья, описанные в других разделах настоящего Энциклопедия, зависят от уровня и продолжительности воздействия.
Органические выбросы
Органические выбросы от производства первичной стали могут включать бензол, толуол, ксилол, растворители, ПАУ, диоксины и фенолы. Стальной лом, используемый в качестве сырья, может включать множество этих веществ в зависимости от его источника и способа его использования (например, краска и другие покрытия, другие металлы и смазочные материалы). Не все эти органические загрязнители улавливаются обычными системами газоочистки.
Радиоактивность
В последние годы поступали сообщения о случаях непреднамеренного включения радиоактивных материалов в стальной лом. Физико-химические свойства нуклидов (например, температуры плавления и кипения и сродство к кислороду) будут определять, что происходит с ними в процессе производства стали. Их количество может быть достаточным для загрязнения стальной продукции, побочных продуктов и различных видов отходов, что требует дорогостоящей очистки и удаления. Существует также потенциальное загрязнение сталеплавильного оборудования, что может привести к потенциальному облучению сталелитейщиков. Однако многие сталелитейные предприятия установили чувствительные детекторы радиации для проверки всего приобретаемого стального лома.
Углекислый газ
Хотя он не влияет на здоровье человека или экосистемы при обычных атмосферных уровнях, углекислый газ важен из-за его вклада в «парниковый эффект», связанный с глобальным потеплением. Сталелитейная промышленность является основным источником углекислого газа, в большей степени за счет использования углерода в качестве восстановителя при производстве железа из железной руды, чем за счет его использования в качестве источника энергии. К 1990 году благодаря целому ряду мер по снижению расхода доменного кокса, рекуперации отходящего тепла и энергосбережению выбросы углекислого газа в черной металлургии были сокращены до 47% от уровня 1960 года.
Озон
Озон, основной компонент атмосферного смога у поверхности земли, представляет собой вторичный загрязнитель, образующийся в воздухе в результате фотохимической реакции солнечного света на оксиды азота, чему в различной степени, в зависимости от их структуры и реакционной способности, способствует ряд летучих органических соединений. . Основным источником прекурсоров озона являются выхлопные газы автомобилей, но некоторые из них также образуются на металлургических и сталелитейных заводах, а также в других отраслях промышленности. В силу атмосферных и топографических условий озоновые реакции могут протекать на больших расстояниях от их источника.
Загрязнители сточных вод
Сталелитейные заводы сбрасывают большие объемы воды в озера, реки и ручьи, при этом дополнительные объемы испаряются при охлаждении кокса или стали. Сточные воды, хранящиеся в негерметичных или протекающих отстойниках, могут просачиваться и загрязнять местный уровень грунтовых вод и подземные водотоки. Они также могут быть загрязнены выщелачиванием дождевой воды через груды сырья или скопления твердых отходов. Загрязняющие вещества включают взвешенные твердые частицы, тяжелые металлы, масла и смазки. Изменение температуры природных вод из-за сброса более высокой температуры технической воды (70% технологической воды сталеплавильного производства используется для охлаждения) может повлиять на экосистемы этих вод. Следовательно, обработка охлаждением перед разгрузкой имеет важное значение и может быть достигнута за счет применения доступных технологий.
Взвешенные вещества
Взвешенные твердые частицы (ВВ) являются основными загрязнителями воды, сбрасываемыми при производстве стали. Они состоят в основном из оксидов железа из-за образования накипи во время обработки; также могут присутствовать уголь, биологический шлам, гидроксиды металлов и другие твердые вещества. Они в значительной степени нетоксичны в водной среде при нормальном уровне сброса. Их присутствие на более высоких уровнях может привести к обесцвечиванию ручьев, деоксигенации и заилению.
Тяжелые металлы
Технологическая вода сталеплавильного производства может содержать высокие уровни цинка и марганца, а сбросы с участков холодной прокатки и нанесения покрытий могут содержать цинк, кадмий, алюминий, медь и хром. Эти металлы естественным образом присутствуют в водной среде; именно их присутствие в более высоких, чем обычно, концентрациях вызывает обеспокоенность по поводу потенциального воздействия на людей и экосистемы. Эти опасения усугубляются тем фактом, что, в отличие от многих органических загрязнителей, эти тяжелые металлы не подвергаются биологическому разложению до безвредных конечных продуктов и могут концентрироваться в отложениях, тканях рыб и других водных организмов. Кроме того, в сочетании с другими загрязнителями (например, аммиаком, органическими соединениями, маслами, цианидами, щелочами, растворителями и кислотами) их потенциальная токсичность может повышаться.
Масла и смазки
Масла и смазки могут присутствовать в сточных водах как в растворимой, так и в нерастворимой форме. Большинство тяжелых масел и смазок нерастворимы и относительно легко удаляются. Однако они могут стать эмульгированными при контакте с детергентами или щелочами или при взбалтывании. Эмульгированные масла обычно используются как часть процесса в мельницах холодной прокатки. За исключением обесцвечивания поверхности воды, малые количества большинства алифатических соединений нефти безвредны. Однако соединения одноатомного ароматического масла могут быть токсичными. Кроме того, компоненты нефти могут содержать такие токсичные вещества, как ПХБ, свинец и другие тяжелые металлы. Помимо вопроса о токсичности, биологическая и химическая потребность в кислороде (БПК и ХПК) масел и других органических соединений может снижать содержание кислорода в воде, что влияет на жизнеспособность водных организмов.
Твердые отходы
Большая часть твердых отходов, образующихся при производстве стали, подлежит повторному использованию. Процесс производства кокса, например, дает производные угля, которые являются важным сырьем для химической промышленности. Многие побочные продукты (например, коксовая пыль) могут быть возвращены в производственные процессы. Шлак, образующийся, когда примеси, присутствующие в угле и железной руде, плавятся и соединяются с известью, используемой в качестве флюса при плавке, может быть использован несколькими способами: засыпка свалок для мелиоративных проектов, в дорожном строительстве и в качестве сырья для агломерационных заводов, которые поставляют доменные печи. Сталь, независимо от марки, размера, использования или продолжительности эксплуатации, полностью пригодна для вторичной переработки и может быть повторно использована повторно без ухудшения ее механических, физических или металлургических свойств. Уровень утилизации оценивается в 90%. В таблице 1 представлен обзор степени, в которой японская сталелитейная промышленность добилась повторного использования отходов.
Таблица 1. Отходы, образующиеся и перерабатываемые при производстве стали в Японии
Поколение (А) |
Свалка (Б) |
Повторное использование |
|
Шлак Доменные печи |
24,717 |
712 |
97.1 |
Пыли |
4,763 |
238 |
95.0 |
шлам |
519 |
204 |
60.7 |
Отработанное масло |
81 |
||
Всего |
41,519 |
3,570 |
91.4 |
Источник: МИСИ, 1992 г.
Энергосбережение
Энергосбережение желательно не только по экономическим причинам, но и для уменьшения загрязнения на объектах энергоснабжения, таких как электрические коммунальные предприятия. Количество энергии, потребляемой при производстве стали, широко варьируется в зависимости от используемых процессов и смеси металлического лома и железной руды в исходном материале. Энергоемкость заводов по переработке металлолома в США в 1988 году составляла в среднем 21.1 гигаджоулей на тонну, в то время как японские заводы потребляли примерно на 25% меньше. Модельный завод Международного института чугуна и стали (IISI) на основе металлолома потреблял всего 10.1 гигаджоулей на тонну (IISI 1992).
Увеличение стоимости энергии стимулировало развитие энерго- и материалосберегающих технологий. Газы с низким энергопотреблением, такие как побочные газы, образующиеся в доменном и коксовом процессах, рекуперируются, очищаются и используются в качестве топлива. Потребление кокса и вспомогательного топлива немецкой сталелитейной промышленностью, составлявшее в среднем 830 кг/т в 1960 г., сократилось до 510 кг/т в 1990 г. Японская сталелитейная промышленность смогла сократить свою долю в общем потреблении энергии в Японии с 20.5% в в 1973 г. до примерно 7% в 1988 г. Сталелитейная промышленность США вложила значительные средства в энергосбережение. Средний завод сократил потребление энергии на 45% с 1975 года за счет модификации процессов, новых технологий и реструктуризации (пропорционально сократились выбросы углекислого газа).
Лицом к лицу с будущим
Традиционно правительства, торговые ассоциации и отдельные отрасли промышленности подходили к экологическим проблемам на основе конкретных средств массовой информации, занимаясь отдельно, например, проблемами воздуха, воды и удаления отходов. Хотя это и полезно, иногда это просто переносит проблему из одной области окружающей среды в другую, как в случае дорогостоящей очистки сточных вод, которая оставляет последующую проблему удаления шлама очистки, что также может вызвать серьезное загрязнение грунтовых вод.
Однако в последние годы международная сталелитейная промышленность решила эту проблему с помощью Комплексного контроля за загрязнением окружающей среды, который получил дальнейшее развитие в программе «Всеобщее управление экологическими рисками» — программе, которая одновременно рассматривает все виды воздействия и систематически занимается приоритетными областями. Вторым не менее важным событием стало сосредоточение внимания на превентивных, а не на исправительных действиях. Это касается таких вопросов, как размещение завода, подготовка площадки, расположение завода и оборудования, определение повседневных управленческих обязанностей, а также обеспечение достаточного персонала и ресурсов для контроля за соблюдением природоохранных норм и сообщения результатов соответствующим органам.
Центр промышленности и окружающей среды, созданный в 1975 году Программой Организации Объединенных Наций по окружающей среде (ЮНЕП), призван поощрять сотрудничество между промышленностью и правительствами в целях содействия экологически безопасному промышленному развитию. Его цели включают в себя:
ЮНЕП тесно сотрудничает с IISI, первой международной отраслевой ассоциацией, занимающейся одной отраслью. Членами IISI являются государственные и частные сталелитейные компании, а также национальные и региональные ассоциации сталелитейной промышленности, федерации и научно-исследовательские институты в 51 стране, на которые в совокупности приходится более 70% всего мирового производства стали. IISI, часто совместно с UNEP, составляет заявления об экологической политике и принципах, а также технические отчеты, подобные тем, на которых основана большая часть этой статьи (UNEP и IISI 1997). Вместе они работают над устранением экономических, социальных, моральных, личных, управленческих и технологических факторов, влияющих на соблюдение экологических принципов, политик и правил.
ОТКАЗ ОТ ОТВЕТСТВЕННОСТИ: МОТ не несет ответственности за контент, представленный на этом веб-портале, который представлен на каком-либо языке, кроме английского, который является языком, используемым для первоначального производства и рецензирования оригинального контента. Некоторые статистические данные не обновлялись с тех пор. выпуск 4-го издания Энциклопедии (1998 г.)».