ЭЛЕКТРОСТАЛЕПЛАВИЛЬНЫЕ ЦЕХИ

Сталеплавильные электропечи - наиболее современные плавильные агрегаты (рис. 45). Для выплавки стали применяются печи двух типов - дуговые и индукционные. В них получают углеродистую или лигированную сталь главным образом высококачественных марок. Наиболее распространены дуговые электропечи, они имеют ёмкость от 0,5 до 200 т и более. Исходным материалом для выплавки специальных сортов стали является стальной лом, флюсы (известь и др.) и лигирующие добавки, в основном в виде редких металлов и ферросплавов. Загрузку печей малой (до 10 т) и средней (до 30 т) емкости производят через загрузочное окно, а печей большой емкости - через открытый свод.

Процесс выплавки стали в дуговой печи состоит из двух периодов: окислительного, при котором из расплавленного металла выгорают кремний, марганец, фосфор, избыточный углерод, и восстановительного (раскисления), во время которого в металл вводятся необходимые добавки, в том числе лигирующие элементы. Готовый металл и шлак поочередно сливаются через выпускное отверстие для стали и для шлака. Корпус печи при этом наклоняется вперед или назад. Продолжительность цикла плавки составляет 5 - 6 ч. После каждого выпуска выплавленной стали требуется текущий ремонт огнеупорной футеровки.

В отечественной металлургии получает развитие выплавка стали в вакуумпо-индукционных и плазменных печах.

Разливка стали. Из плавильных печей сталь выпускается в подогретый сталеразливочный ковш, который мостовым краном переносится к месту разливки.

В дне ковша имеется отверстие для выпуска металла. Отверстие закрывается огнеупорной пробкой, укрепленной на специальном стопоре. Управление стопором обычно производится вручную с помощью рычажного механизма. Емкость ковша рассчитана на всю плавку и достигает 400 т. Из ковша металл разливается в меньшие емкости (квадратного, круглого или прямоугольного сечения), в которых получают слитки - заготовки для прокатных станов; существуют 2 способа разливки стали в изложницы: сверху и снизу (сифоном).

На металлургических заводах получает развитие сифонная разливка стали под слоем жидкого шлака, для чего обычно используются экзотермические шлакообразующие вещества. Их плавление происходит непосредственно в изложницах, этот процесс сопровождаетси значительным дымообразованием.

Рис. 45. Сталеплавильная электропечь (макет, общий вид).

Для придания стали определенных физико-химических или механических свойств производится её лигирование путем введения различных добавок, чаще всего в момент выплавки стали в печах. В качестве лигирующих элементов используются марганец, хром, никель и др. Особого внимания гигиенистов требует производство свинецсодержащих, т. е. лигированных свинцом сталей, поскольку оно связано с опасностью свинцовых отравлений.

Последнее время находит применение прогрессивный в технологическом и гигиеническом отношении способ - непрерывной разливки стали. Суть ее заключается в том, что на специальной установке (рис. 46) в кристаллизаторах происходит быстрое затвердение металла (под действием охлаждения и специальных затравок), формируется непрерывный слиток, который вытягивается с помощью роликов. Затвердевший металл затем с помощью газорезки разрезается на отдельные необходимой длины слитки.

Рис. 46. Схемы вертикальной (А) и радиальной (Б) установок непрерывной разливки стали.

1 - сталеразливочный ковш; 2 - водоохлаждаемый кристаллизатор; 3 - зона вторичного охлаждения; 4 - слиток; 5 - тянущие валки; 6 - ацетиленокислородный резак.

К числу наиболее гигиенически значимых технологических процессов относится принципиально новая технология получения стали, при которой переработанная в окатыши руда восстанавливается водородом или его смесью с оксидом углерода при температуре 1300 °С непосредственно в железо. Полученное таким образом губчатое железо в электродуговых печах перерабатывается в сортовую сталь. При таком способе производства, нашедшем свое реальное воплощение на Оскольском электрометаллургическом комбинате, исключается доменный процесс, отпадает необходимость в производстве кокса и агломерата, т. е. ликвидируются наиболее неблагоприятные в гигиеническом и экологическом отношении технологические процессы.

Условия труда в сталеплавильном производстве характеризуются мощными тепловыделениями, загазованностью и запыленностью воздушной среды, повышенной опасностью травматизма (ожогов).

Микроклимат сталеплавильных цехов может быть определен как нагревающий. Из суммарного количества удельных тепловыделений, которые исчисляются в 250 - 280 Дж/(м³·с), на долю инфракрасного излучения приходится 60 - 90% тепла. Наибольшие интенсивности инфракрасного излучения на рабочих местах регистрируются при выпуске плавки, при открытых заслонках завалочных окон печей и от горловины и факела конвертера, разливке стали. Характерные для сталеплавильных цехов большие тепловыделения в летнее время приводят к нагреванию воздуха в рабочей зоне до температур, значительно (на 8 - 10 °С и более) превышающих наружные. Наиболее высокая температура воздуха регистрируется в печных и разливочных пролетах.

Характерной особенностью микроклимата сталеплавильных цехов в холодное время года являются резкие колебания температуры воздуха. Выделение больших количеств конвекционного тепла способствует интенсивному естественному воздухообмену и охлаждению помещения, тем более, что при постоянном движении транспорта ворота длительное время остаются открытыми. В зимний период года даже в непосредственной близости от печей температура бывает близкой к нулевой, а в районах Сибири и Урала понижается до -10 °С и ниже. На рабочих местах создаются зоны переохлаждения.

В воздухе сталеплавильных цехов может обнаруживаться окись углерода в количествах, превышающих предельно допустимые. Источниками ее могут быть газовые коммуникации и аппаратура; элементы печей (например, регенераторы мартеновских печей); конвертеры; газовые горелки; миксеры; расплавленный металл и шлак и др.

Пыль в сталеплавильных цехах образуется при перемещении шихтовых материалов, в ее состав входят оксиды железа, марганцевой руды, ферросплавов - ферросилиций, феррохром, ферровольфрам. Постоянным источником пыли (аэрозолей конденсации) является испарение расплавленного металла. Наряду с оксидами железа пыль может содержать кремнезем, соединения серы, окиси ванадия, молибдена, никеля, фтора, свинца, селена и др. Аэрозоли конденсации отличаются высокой степенью дисперсности: более 95% пылинок имеют размер менее 1 мкм. В концентрациях, превышающих предельно допустимые, она может встречаться при всех видах сталеварения. Однако наибольшие уровни запыленности отмечены при конвертерных способах получения стали, что можно объяснить широким применением дутья и более интенсивным процессом сталеварения. Наиболее силикозоопасными работами в сталеплавильных цехах являются работы по замене и ремонту огнеупорных футеровок. Пыль, содержащая до 70% свободной двуокиси кремния, образуется при ломке, погрузке, транспортировке старых огнеупорных кладок и обмазок и других операциях. Выполнение этих операций, как правило, требует большого физического напряжения и производится в условиях нагревающего микроклимата, что вызывает гипервентиляцию (учащение и углубление дыхания), повышает силикозоопасность работ огнеупорщиков.