Кокильное литье с точки зрения гигиены труда Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

Б. П. ГУРИНОВ и доц. М. П. КАЛИНУШКИН

Кокильное литье с точки зрения гигиены труда 1

Из Центрального научно-исследовательского санитарного института им. Эрисмана

I

В последнее десятилетие перед Отечественной войной, а во время войны в особенности широко начал применяться новый вид литья — литье в кокили (постоянные металлические формы). Литье в кокили имеет ряд технических и экономических преимуществ по сравнению с обычным литьем в землю.

Кокильная литейная имеет следующие отделения: стержневое, пла-вильно-литейное, выбивное и отделение очистки и отделки готовых отливок. Землеприготовительное отделение и формовочные операции, обязательные для обычных литейных, в кокильных литейных отсутствуют; в гигиеническом отношении это является значительным прогрессом, так как избавляет рабочих от пыльных и грязных работ.

Работ, посвященных вопросам гигиены труда при кокильном литье, до настоящего времени ни в советской, ни в доступной нам зарубежной литературе не имеется. Настоящая работа является первой попыткой осветить эти вопросы.

Наиболее широкое применение кокильное литье получило при литье алюминиевых и магниевых сплавов; литье магниевых сплавов как наиболее вредное нами и было подвергнуто изучению. В гигиенической литературе по литью электрона (магниевого сплава) имеются две работы: инженера Федоровского и доктора Озерова «Оздоровительные мероприятия и основные принципы вентиляции в литейных электрона» и доктора Быховского «Профвредности и пути оздоровления электронно-литейного производства». Обе работы проводились почти в один и тог же период (1932—1935). Кокильный метод литья тогда еще мало применялся, и потому указанными авторами изучался только обычный метод — литье в землю. Наличие указанных работ дает возможность сравнить условия труда в смысле загрязнения воздуха цеха при литье электрона в кокили с условиями труда при обычном способе литья в землю.

Литье в кокили — это литье в неподвижные чугунные или стальные формы с применением силы тяжести. Из нескольких имеющихся способов плавки металла в тиглях наиболее часто применяется так называемый американский метод плавки сплава, когда на поверхности металла имеется сгущенный флюс, предохраняющий металл от загрязнения. Раздача сплава производится или простыми ковшами, или ковшами типа чайника.

Состав магниевых сплавов бывает различный; основными компонентами их являются: магний, алюминий, цинк, марганец, кремний. Для защиты магниевых сплавов от окисления применяют серу или флюсы, состоящие из KCl, MgCl2 и NaF.

Флюс загружают в тигль, в котором плавится электрон, в таком количестве, чтобы флюс мог, как рубашкой, обволакивать металл со всех сторон. Различные ковши, нагретые до высокой температуры, во избежание загорания металла при заливке промывают во флюсе, для чего

1 Работа выполнялась \в 1944—1945 гг. при участии техника Н. Т. Макарова, кандидата биол. наук Д. П. Сендернхиной, лаборантов К. И. Дроновой и Г. И. Фрейд-лия.

имеется отдельный тигль с расплавленным флюсам. Обычно после

15—20 плавок флюс полностью обновляется в тигле, что бывает связано с выделением значительного количества газов.

В соответствии с величиной и сложностью отливаемых изделий ко-кили применяются различной величины и устройства, начиная от простой небольшой формы, состоящей из двух разъемных половинок, без всяких стержней, до весьма крупных громоздких кокилей из нескольких составных частей, разъем и соединение которых можно производить только при помощи соответствующих механизмов.

Для получения в кокилях отливок сложной формы применяются земляные или металлические стержни. При крупных отливках в коки-ли вкладываются большие сложные земляные стержни, достигающие веса 100 кг и более. Процесс кокильной отливки можно разбить на два цикла: а) заполнение кокиля металлом и б) разборка кокиля, выталкивание (или вынимание) отливки и сборка кокиля.

На обследованных нами заводах применяется ручней метод сборки и разборки кокиля, требующий при отливке средних и крупных деталей значительного физического напряжения. На одном из заводов был изготовлен опытный кокиль с пневматическим устройством для перемещения его частей. Указанное устройство должно было бы значительно облегчить работу кокильщика, устранив затрату физической силы рабочего, но по техническим неполадкам кокиль с пневматикой в производстве не привился.

При заливке металла в кокили с земляными стержнями в воздух выделяется большое количество газообразных веществ — результат выгорания крепителей стержней. Стержни для заливки кокилей изготовляются из массы, состоящей из песка, крепителя с добавкой1— при электронном литье—серного цвета (около 1,5%) и борной кислоты. Для разных видов отливок применяются различные крепители. При цветном литье наиболее употребительны масло С и сульфитные щелоки. Масло С обычно состоит из 50% льняного масла, 25% канифоли и 25% уайтспирта (или керосина).

При выгорании масел, входящих в состав крепителей, выделяются продукты разложения масел, среди которых имеются непредельные углеводороды (акролеин и др.), которые сильно раздражают слизистые оболочки глаз и верхних дыхательных путей. При выгорании серы, входящей в состав стержней для электрона, а также применяемой для присыпки залитого в кокили металла, воздух цеха сильно загрязняется сернистым газом. При плавке сплава с применением флюса происходит выделение хлористых и фтористых соединений.

Кроме того, в воздух цеха попадает окись углерода, которая образуется от растопки печей, при подсушке форм газовыми горелками, при литье и т. п.

Таким образом, при электронном литье вообще и при кокильном в частности воздух цеха загрязняется следующими газами: акролеином (и другими непредельными углеводородами), сернистым газом, окисью углерода, хлористыми и фтористыми соединениями.

Нами обнаружены следующие газы, загрязняющие воздух цеха у рабочего места заливки в кокиль электрона для получения детали средней величины (табл. 1).

На изучаемом предприятии плавка металла ведется в тиглях на газовом топливе, все формы и металлические стержни подогреваются газом, что обусловливает загрязнение воздуха цеха СО, даже при отсутствии литья, в концентрациях от 0,02 до 0,06 мг/л. Это указывает на то, что имеется утечка газа из газовой сети.

Фтористых и хлористых соединений в воздухе цеха обнаружить не удалось. Это, повидимому, объясняется тем, что они выделяются в основном при плавке металла в тиглях и уносятся мощными тепловыми

4 Гигиена и санитария. Ли

25

Таблица 1

Название газов Обнаруженные концентрации в мг/л Количество проб Предельно допустимые концентрации в мг/л Методика определения

минимальные максимальные

so2..... СО..... Акролеин . . 0,001 0,02 . 0,005 0,07 0,28 0,01 00 00 00 — См 0,03 С,04 0,002 Нефеломе-трический метод Приборы Ре-берга Колориметрический с уксуснокислым бензидином

потоками через укрытие тиглей, а в помещение цеха они поступают только периодически и то в концентрациях, которые не поддаются определению.

Таким образом, большинство обнаруженных концентраций окиси углерода и акролеина превышает предельно допустимые (в 5—7 раз по окиси углерода и в 4—5 раз по акролеину). Сернистый же газ превышает предельно допустимую концентрацию только в единичных ¡фобах.

Ейри сопоставить загрязнение воздуха при литье электрона в землю (работа Быхо'вского) с показателями при кокильном литье (табл. 2), то видно, что концентрации акролеина и сернистого газа как при литье в землю во влажные формы, так и при литье в кокили весьма близки между собой. Загрязнение же окисью углерода при кокильном литье на нашем объекте значительно выше, чем при литье в землю, что, как выше уже было указано, повидимому, вызывается местными условиями изучаемого нами объекта — наличием в цехе разветвленной газовой сети, дающей значительную утечку газа.

Таблица 2

Название газов Литье в землю Литье в кокили

минимум в мг/л максимум в мг/л минимум в мг/л максимум в мг/л

SO¡¡............. 0,001 0,05 0,001 0,07

СО............. 0,007 0,018 0,02 0,28

\ 0,01 — 0,01

Приведенные данные с очевидностью указывают на то, что возникающее при первом ознакомлении с кокильным литьем предположение о меньшем загрязнении воздушной среды при этом способе литья, чем при литье в землю, в действительности не подтверждается. При литье в землю происходит выделение газов в результате выгорания составных компонентов земляной формы и стержней, при заливке же сплава в металлическую форму, в которую вкладываются только стержни, выделяются газы от выгорания крепителей и присадок стерж-

ней. Ясно, что при литье в землю выделяется значительно большее количество газов, чем при литье в кокили. Тем не менее воздух цеха при кокильном литье загрязняется не меньше, а й отдельных случаях даже больше, чем при литье в землю, так как, во-первых, тоннаж отливаемых изделий при заливке в кокили на той же площади в 3—4 раза больше, чем при литье в землю, и, во-вторых, процесс литья происходит без надлежащей вентиляции мест заливки и остывания изделий.

Кроме исследования загрязнения воздушной среды у рабочих мест, путем постановки специального эксперимента (см. ниже) нами изучалось также валовое выделение газов при заливке и остывании отливок на единицу веса стержня.

В обследованной литейной ранее была предусмотрена общая аэрация цеха через фонари, а также через местные механические отсосы посредством центробежных вентиляторов. Местные отсосы в виде зонтов расположены над предполагаемыми местами кокильной отливки. В настоящее время механическая вентиляция демонтирована. Все плавильные печи оборудованы укрытиями. Во время войны светомаскировочные приспособления сильно затрудняли аэрацию цеха, которая была совершенно недостаточной. Для того чтобы предотвратить загрязнение рабочей зоны литейными газами, целесообразно размещать цех в большом просторном и высоком корпусе, что способствует рассеиванию и удалению выделяющихся газов. В то же время длительное нахождение в литейном зале кокильных отливок до полного их остывания (продолжающегося 2—3 часа) способствует дополнительному загрязнению воздуха цеха, что при отсутствии местной вентиляции является существенным организационным недочетом технологического процесса.

Температура и влажность воздуха при кокильном литье на' данном объекте были обычными для литейных цехов: температура +20°, +26°, при наружной от —2° до —16°, относительная влажность от 40 до 70°/о1 Исследование лучистого тепла (актинометром Калитина) на рабочих местах у плавки и разливки металла в кокили показало, что возле плавильных печей имеется «сильная» и «повышенная» радиация (по классификации проф. Галанина): от 2,3 до 3,5 гк/ем2/мин. Такому облучению подвергаются рабочие следующих категорий: горновые, пиро-метристы и особенно плавильщики, которым по характеру выполняемой работы приходится периодически более длительное время находиться в непосредственной близости к печам. Кокильщики-заливщики подвергаются воздействию «средней» радиации, у их рабочих мест облучение не превышает 2,3 гк/см2/мин.

Работа со средними и крупными отливками требует значительного физического напряжения. Ввиду высокой температуры кокилей {до 400—450°) рабочие подвергаются опасности ожогов.

II

При оценке кокильного литья в отношении его влияния на условия труда важным показателем является количество выделенных при литье газов, загрязняющих воздух цехов. Этот показатель является исходным элементом для расчета вентиляции кокильных литейных. Выделение газов происходит в основном в результате выгорания стержней, а также за счет выгорания окраски кокилей и присыпок. При нормальном составе стержней выделяется главным образом сернистый газ (БО?) и окись углерода (СО).

В соответствии с организацией кокильного литья процесс выделения газов можвт быть разбит на два основных этапа: первый этап (продолжительностью 2—3 минуты) — заливка металла в кокиль и застывание металла и второй этап (продолжительностью 30—40 минут) — остывание вынутой из кокиля отливки со стержнем.

Для экспериментального определения выделения газов была сконструирована установка в виде сваренного из листового железа усеченного конуса, укрепленного на ножках (рис. 1). Конус располагался над кокилем или отливкой и ограничивал распространение газов, которые

вследствие высокой температуры вместе с подсасываемым окружающим воздухом устремлялись вверх и выходили через калиброванное отверстие конуса. В плоскости этого выпускного отверстия конуса располагались измерительные приборы.

Для проведения эксперимента, заключающегося в отсасывании проб газа для анализа на содержание БОг и СО, точно фиксировалось время начала измерений (от момента заливки металла в кокиль), а анемометром измерялась также скорость истечения газа из конуса.

Эта скорость измерялась по нескольку раз во время отсасывания проб и принималась для расчета как средняя арифметическая.

Результаты наиболее характерны« измерений, произведенных в разное время, сведены в табл. 3.

Таблица 3

Сернистый газ (аО?) Окись углерода (СО)

дата а к - ^ >4 и о- г м о> и с. г в X г О-В" дата а а ~ а ч и о- г и V и в а г

1.11.1944 23.11.1944 5,0 15,0 25,0 1.7 2,0 5,0 9.7 15,2 22,0 28,5 1,00 0,70 0,40 0,80 0,55 1,10 0,80 0,50 0,25 0,05 1.4 1,1 1.4 1,55 1,6 1.6 1,6 1,55 1,55 1.5 2 500 1 750 1 000 2 250 1 600 3 150 2 300 1 400 70) 135ь 30.VI.1945 5.УН.1945 0,5 1,3 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 35,0 1,25 10,0 15,0 20,0 25,0 35,0 0,10 0,11 0,^9 0,04 0,02 0,12 0,15 0,01 0.Г9 0,06 0,06 0.05 0,02 0,02 1.7 1,7 1,6 М 1.4 1.3 1,2 1,0 1,7 1,6 1.5 1.4 1,3 1,2 150 170 130 55 25 23 16 9 140 85 80 65 23 ¿2

При обработке данных конечной целью являлось определение количества газов, выделенных за время заливки кокиля металлом и за время^ остывания отливки. Весовой расход выделившегося газа, отнесенный к единице веса стержня, и должен был определить искомый показатель. , , ;.» I ¡»-, И"*! ^ { Обработка результатов измерений производилась в следующем порядке: по установленной в лабораторных условиях концентрации газовых проб (<7 мг/л) и скорости истечения газа из конуса (у м/сек.) вычислялся в соответствии" с площадью выпускного отверстия конуса

в 3.14.0,1952 = 0,03 м2 для экспериментов 1944 г. на БО, и

/г= 3'144°'143 =0,015 м2 для экспериментов 1945 г. на СО) расход

исследуемого .газа: С} = 60-1 000 в м2/мин. Общий расход вы-

деленного за все время газа определялся по площади, ограничиваемой кривой, построенной в координатах Я мг/мин. и t мин., т. е. С = — № • О в миллиграммах или граммах.

На рис. 2—5 произведено такое построение для данных, заимствованных из табл. 3.

И

3000

¡¡00 юоо чоо

Iооо —с =52 г---^ г------ЮОО

300 ----- тч.- - ^ 500

{Яи" ° 5 Ю 15 20 25 301 лги»

Рис. 2 Рис. 3

Результаты графического определения расходов, веса исследуемых стержней и искомые показатели приведены в табл. 4.

Таблица 4

Сернистый газ (ЭР?)

дата

к

С ч * О. Ь.

в г и V <и и

во и ш

концентра

ция

Окись углерода (СО)

дата

СС

в М

о. <-

и к м <и н СО о

концентрация

1.11.1944 23.11.1944

30.VI.1945 5.УИ.1945

0,020 0,019

мг1цин 150

125 ЮО 75 59 25 О

5 10 15 20 25 30 35 40 I мин Рис. 4

Из табл. 4 следует, что сернистого газа выделяется значительно больше, чем окиси углерода (примерно в десять раз).

На основе произведенных исследований расчетным показателем выделения сернистого газа на 1 кг стержня можно принять 1,7 + 2 г/кг, а окиси углерода — 0,19 + 0,2 г/кг.

(1

мг/мин 150

125 100

75 50 25

5 10 15 20 25 30 35 40 ¿мин.

Рис. 5

При рассмотрении построенных графиков весьма четко выявляется, что наибольший расход газовых выделений соответствует не моменту заливки, как можно было бы предполагать, а началу остывания. Через 30—40 минут после заливки металла в кокиль выделение газов практически прекращается. Это связано не с выгоранием всей содержащейся в стержне серы и углерода, а с понижением температуры отливки с 300—400° в момент затвердевания металла до 60—80° через 30—40 минут остывания. Естественно, что при таком снижении температуры выделение газов прекращается.

Следует добавить, что полученные по сернистому газу результаты (1.7—2 г/кг) были нами лабораторно подтверждены путем сопоставления содержания серы в свежем и отработанном стержнях.

Выводы

1. Кокильное литье, являющееся в техническом и экономическом отношении значительным прогрессом в литейном деле, в гигиеническом отношении при настоящем состоянии организации технологического процесса на обследованных нами заводах не дает всех тех преимуществ, каких можно ожидать от этого вида литья. Неоспоримое преимущество кокильного литья в гигиеническом отношении — это отсутствие формовочных операций с землеприготовлеиием, чго избавляет рабочих от грязных и пыльных работ.

2. Отсутствие механизированного поточного производства и надлежащей вентиляции мест заливки и остывания изделий при литье в кокили способствует значительной загазованности воздуха цеха литейными газами (БОг, СО, акролеином). Основной причиной большой загазованности цеха при кокильном литье является увеличение общего количества газовых выделений на единицу площади пола вследствие увеличения объема литья.

3. Применение кокилей, способствуя загрязнению цеха газозыми выделениями, сопряжено также с интенсивным тепловыделением от кокилей, нагреваемых до 400° и выше. Отрицательно сказывается на условиях труда и значительный вес средних и крупных кокилей, работа с которыми требует большого физического напряжения, а также опасность ожогов, ввиду высокой температуры кокилей.

4. Основными путями улучшения условий труда является организация механизированного поточного производства и применение крепителей и присадок стержней такой рецептуры, которая устранит или уменьшит выделение сернистого газа и акролеина. Важнейшими оздоровительными мероприятиями должны быть устройство эффективной местной вентиляции, механизация работы с кокилями и организация транспортирования отливок. Для борьбы с лучистой радиацией необходимо: а) уменьшить открытые проемы в укрытиях плавильных тиглей, б) снабдить плавильщиков и пирометристов спецодеждой — рукавицами, нарукавниками и фартуками. В качестве технических приемов вентилирования рекомендуется активный местный отсос, устройство вентилируемых тоннелей для охлаждения отливок, применение воздушных душей.

5. При обследовании был произведен эксперимент, давший исходные данные для расчета газовых выделений и вентиляции. Выделение сернистого газа на 1 кг веса стержней можно принимать 1,7—2 г/кг, а окиси углерода — 0.19—0,2 г/кг.

и. н. КОЗЛОВ

Действие на животный организм каменноугольных красителей, применяемых в пищевой промышленности

Из Новосибирского областного санитарного института

Вопрос о токсичности синтетических красителей каменноугольного происхождения до настоящего времени еще недостаточно изучен. В связи с этим не ясен и вопрос о допустимости применения их для окрашивания пищевых продуктов.

При анализе возможного вредного действия каменноугольных пищевых красителей приходится учитывать, что они попадают в организм с пищей в сравнительно малых дозах и периодически. Казуистика острых пищевых отравлений, вызванных каменноугольными красителями, очень скудна и относится к прежним временам, когда применялись запрещенные красители и притом с недопустимыми минеральными или органическими примесями. Таким образом, ввиду малой дозировки, изменения, которые вызывают красители в организме, могут быть недостаточно интенсивными и поэтому долгое время скрытыми от наблюдения. По этому поводу полезно вспомнить слова Хлопина: «Вообще каменноугольные краски по их составу и свойствам являются для животного организма веществами чуждыми и могут вредно влиять на жизненные отправления даже в тех случаях, когда они и не обладают явно ядовитыми свойствами».

Накопившийся экспериментальный материал показывает, что основной предпосылкой для суждения о токсичности красителей является изучение непосредственного их действия на клетки организма.

По данном Насонова и Александрова, проникшие в протоплазму живой клетки красители как чуждые ей вещества часто концентрируются там в виде вновь образующихся гранул. Это гранулообразова-ние служит защитной реакцией клетки, так как связывает краситель и препятствует диффузному пропитыванию им протоплазмы. Такое про-питываниё в ясной форме происходит в случае повреждения клеток или при действии сильно токсичного красителя. Гранулообразование, а так-