Некоторые гигиенические вопросы металлургии качественных сталей

Проф. 3. И. ИЗРАЭЛЬСОН

Некоторые гигиенические вопросы металлургии качественных сталей

Из Московского научно-исследовательского института охраны труда ВЦСПС

Специальные качественные стали характеризуются рядом повышенных механических, электрических и других, в частности, противокоррозийных, свойств, для чего в их состав вводятся специальные примеси (отсюда и название легированные стали).

Различают следующие виды качественных сталей:

1) особо высококачественные (нержавеющие, химически устойчивые, быстро режущие, жароупорные и т. п.);

2) высококачественные (для авиамоторов, шариковых и роликовых подшипников, орудийная, броневая и т. д.);

3) качественные (для менее ответственных частей орудий, автотранспортных моторов, ножей, ответственного фасонного литья);

4) повышенного качества (котельное железо, рессоры, оси, рельсы и т. д.).

Отдельные виды стали характеризуются большим или меньшим содержанием различных примесей (присадок), предохраняющих плавящийся металл от окисления (легирующих элементов) или удаляющих из металла кислород раскислителей. В качестве легирующих присадок применяют ферромарганец (содержащий 75—82% Мп), ферросилиций (содержащий 10—49% 81), феррохром, никель, феррованадий, ферромолибден, ферровольфрам и др. В качестве раскислителей применяются боркальк (смесь алюминия в порошке с гашеной известью), силикокальций (содержащий 20% Са и 50% Й1), силикоалюминий кальция (содержащий 20% Са, 7% А1 и 40% 81), ферротитан (содержащий 15—45% ТО.

В зависимости от применяемых легирующих элементов получаются различные марки легированных сталей (марганцовистые, хромистые, никелевые, кремнистые, легированные ванадием, молибденом, вольфрамом, кобальтом и др.).

Пределы возможного содержания легирующих элементов в качественных сталях весьма велики. Для марганца они составляют 0,7— 15% при одновременном содержании углерода 0,6—2%, для хрома — от 0,4 до 30—35% с добавлением в отдельных случаях кремнезема (до 1%) и марганца (5—8%), для никеля —от 1,15 до 25%, для ламп накаливания — даже 55—80%, для ванадия колеблется от 0,1 до 0,5%, для молибдена — 0,2—2,5%, для вольфрама — 12—18%, для кобальта от 1 до 55% при одновременном присутствии в ряде случаев и хрома.

Таким образом, при плавке качественных сталей применяются в качестве легирующих элементов и некоторые металлы с явно выраженным токсическим действием.

Могут ли эти металлы или другие вещества, образующиеся ¡в процессе плавки, оказать вредное действие, на рабочих-сталеваров?

Металлургическая технологическая литература дает некоторые указания в данном отношении. Так, при выплавке ферромарганца в доменной печи в металл переходит не более 75—80% всего марганца, остальная же часть его поступает в виде МпО в шлак или улетучивается с газом.

В отношении мартеновского процесса известно, что в кислой печи марганец выгорает очень быстро. Имеются указания и на то, что в мар-

теновской печи марганец также испаряется. Пары марганца окисляются в атмосфере и полученный таким образом М112О4 уносится в виде тонкой пыли.

В первый период процесса, т. е. при расплавлении, окисление примесей идет за счет кислорода печных газов. После расплавления металл покрывается слоем шлака. Плавая на поверхности жидкого металла, последний поглощает кислород из печных газов и вместе с тем отдает кислород металлу, причем окислению подвергаются 81, Мп и С.

В начале процесса, когда температура печи еще невелика, выгора ние примесей идет энергично; к концу же процесса с повышением температуры реакция замедляется. Окисление углерода зависит от температуры металла. При малом содержании углерода в металле окисление его задерживается до выгорания значительной части и Мп. Окисление кремния в основной печи происходит скорее, чем в кислой. Марганец же, наоборот, энергично окисляется в кислой печи, где вскоре после расплавления металла он совсем выгорает, в основной же печи он остается до конца плавки и даже восстанавливается из шлака до содержания 0,2—0,25% (Френкель).

Таким образом, можно считать, что под влиянием кислорода и высокой температуры в жидком металле выгорают находящиеся в нем в виде примесей марганец, кремний, углерод и др. При этом одни продукты окисления (углерода) уходят в атмосферу в виде газов, а другие переходят в шлак в виде окислов (закись марганца, кремнезема и др.), однако и последние частично могут быть унесены в воздух.

Особенно вероятен угар легирующих металлов в зоне наиболее высокой температуры в электропечи, в центре ванны, на месте расположения электрода.

Для ряда легирующих элементов, температура плавления которых ниже, чем температура в электропечи (например, марганец, имеющий температуру плавления 1 200—1 250°, никель— 1 452° и т. д.), возможно выделение паров металла, о других же металлах с более высокой температурой плавления (молибден плавится при 2 840°, вольфрам — при 3 668°, ванадий при 1715° и т. д.) этого с уверенностью сказать нельзя. Правда, температура плавления отдельных сплавов может быть ниже, чем температура плавления входящих в их состав элементов.

В соответствии с этим мы поставили себе задачей экспериментально установить возможность выделения паров токсических металлов (или особо дисперсной пыли их окислов) в процессе плавки качественных сталей.

Для раздельного химического анализа паров металлов мы использовали методику, предложенную в 1940 г. физико-химическим отделом нашего института (Л. С. Чемодановой).

Самое исследование было поставлено прежде всего в электрометаллургической лаборатории Института стали им. Сталина при работе малой и большой индукционной электропечей в процессе плавки стали различных марок (с добавлением №, Мо, Мп, А1, 81, Ыа, Сг). Пробы отбирались непосредственно над печью в момент плавки и частично над расплавленным металлом после выпуска стали.

Исследование показало, что при сравнительно большом относительном содержании марганца в сплаве (до 11—12%) выделения могут быть значительны (42,5 кг/л воздуха), а при содержании его в шихте в количестве 0,5—0,8% обнаружить его в воздухе не удавалось. Молибден и хром в воздухе не были найдены. Затем аналогичные исследования были повторены на базе более мощной экспериментальной установки на Госшарикоподшипниковом заводе № 1 им. Кагановича (в центральной лаборатории). И в данном случае пробы отбирались

непосредственно над печыо большего объема при плавке разных специальных марок стали и чугуна.

Эти исследования показали, что:1) выделение марганца в воздух (0,85—6 мг/м3 на расстоянии 15—20 см от тигля) возможно и при относительно малом (0,4—0,7°/о) содержании его в сплаве; 2) выделение хрома (0,045—0,5 СггОз воздуха) возможно наблюдать в случае большей примеси его (в нашем случае 2%) в шихте; 3) при значительном количестве добавляемого молибдена пары его также могут выделяться в воздух (при 0,4°/о были найдены следы, а при 4°/о—2,5— 5,7 мг/м3).

Большие колебания концентраций марганца в воздухе над ванной •объясняются не только изменчивостью условий воздушной среды (мощные конвекционные токи над электропечью, в той или иной степени сбиваемые токами воздуха, создаваемыми естественным проветриванием помещения и др.), но и изменчивостью выделений во времени в связи с принятым режимом плавки; поскольку марганец и ферромарганец добавляются в отдельные периоды плавки, а процесс «угара» марганца происходит различно в разные моменты плавки, концентрации металлов в воздухе меняются в зависимости от того, в какой момент плавки отбираются пробы.

Дальнейшие наблюдения были проведены у больших электропечей производственного типа (в фасонно-литейном цехе завода «.Серп и молот» и литейной завода «Электросталь»). Полученные при этом данные говорят о возможности значительных выделений марганца в процессе плавки (до 52 мг/м3) и об отсутствии выделения марганца из расплавленного металла (как при сливе, так и после заливки им опок или изложниц).

Итак, данные нашего исследования позволяют установить, что в процессе получения качественных сталей возможны хронические интоксикации окислами ряда металлов (марганец, ванадий и др.), в связи с чем проблема оздоровления условий труда у электропечей отнюдь не должна ограничиваться вопросами борьбы с неблагоприятными метеорологическими условиями.

За последнее время появились работы клинического характера, сигнализирующие об опасности интоксикации при производстве качественных сталей. Так, Symansky (1939) рассматривает клиническую картину интоксикации ванадием в производстве качественных сталей. Он обследовал здоровье большой группы рабочих и нашел у них ряд симптомов интоксикации (конъюнктивиты, риниты, хронические бронхиты, бронхоэктазии, нервные явления и др.). Особенно ясно выраженное действие отмечено им в отношении пятжжмси ванадия.

Voss также приводит ряд материалов, подтверждающих возможность интоксикаций марганцем рабочих сталелитейной промышленности, и специально разбирает 3 случая хронических отравлений, связанные с выделением пыли MgOs при транспортировке, дроблении и размоле ферромарганца.

Необходимо также учесть возможность выделения при металлургических процессах некоторых других токсических газов.

Во время энергичного кипения ванны, а также во время разливки стали и в процессе ее охлаждения выделяются кислород, водород, азот, метан, углекислота и окись углерода. Поэтому можно поставить вопрос (требующий специального изучения) о возможном токсическом воздействии на рабочих хотя бы окиси углерода.

Последним существенным санитарным показателем условий труда при плавке качественных сталей являются специфические метеорологические условия. Выплавка высококачественной стали совершается под действием высокой температуры в электропечах, выделяющих много тепла. Горячие наружные поверхности кожуха (на больших печах диаметр его достигает 4—5 м при общей высоте таких печей 2,5—2,8 м), дверей, завальных окон и пр., температура которых определяется тем, что температура внутренних стен достигает 1 700—1 750°,

являются источником больших потерь тепла. Теряется тепло и через неплотности щелей с отходящими газами и воздухом. В применяемых ныне электропечах полезное тепло составляет лишь 47,5—57%.

В отдельные моменты производственного цикла рабочие находят--, ся непосредственно у печи, подвергаясь, таким образом, воздействию излучения от боковых стен печи (0,7—3 г/кал/см2/м), от заслонок (дш 3,5 г/кал/см2), расплавленного металла и шлака (1,25—1,5 г/кдл'/сГК от открытой печи (до 8—10 г/кал/см2) и т. д. .

Металлургия качественных сталей, столь широко внедряемая в про-' мышленность, ставит перед гигиеной труда ряд вопросов. Одни^з них (метеорологические условия) общи с другими металлургич&кими процессами, другие (возможность воздействия окислов металла) .специфичны именно для плавки качественных сталей. * «*

--4 . •

' * £

Инж. И. И. ТРЕТЬЯК и техник В. ГЯНОРКИН

В. Г$Н(

Эффективность применения щитЬ&

у вытяжных фонарей

>г > »

Из Запорожской областной промсанстанции

Существующие типы аэрационных фонарей, за исключением нового фонаря инж. В. В. Батурина и инж. Л. М>. Брандта (видоизмененный тип фонаря Понд), нуждаются в систематической регулировке поворотных фрамуг в зависимости от направления ветра. Процесс регулировки довольно сложен и требует специального обслуживающего персонала как при управлении вручную, так и при наличии различных механизмов управления (электро- и пневмоприводы).

Сравнительно частое изменение направления ветра делает очевидной сложность управления фрамугами. Наши многолетние наблюдения показывают, что даже при наличии механизированных фрамуг на некоторых предприятиях механизмы практически бездействуют, ими никто не пользуется и аэрационные фонари не регулируются. Но даже в случае удачного технического разрешения задачи управления фрамугами существенным недостатком их все же остается односторонняя работа вытяжных фонарей. Не следует также забывать о дороговизне и дефицитности оборудования и материалов по устройству механизированных фрамуг. Из сказанного вытекает важность разработки новых типов фонарей и переоборудования существующих.

Используя указания Н. В. Синебрюхова («Техника безопасности в черной металлургии»), мы впервые применили в производственных условиях установку щитов у вытяжного фонаря глиноземного цеха Днепровского алюминиевого завода с последующей проверкой эффективности фонаря, оборудованного щитами 1.

Опыт установки щитов на этом заводе дал нам основание рекомендовать их для широкого внедрения на ряде предпрятий. Летом 1940 г. нами изучалась эффективность оборудованных щитами фонарей на перечисленных ниже объектах.

1 Статья инж. И. И1. Третьяк и д-ра И. В. Гольдгефтера в журнале «Охрана

труда» № 7, 1939 г.