CC BY
18
Канд. мед. наук. Г. М. ШИФМАН и инж. И. Л. КАПЛИНСКИЙ (Москва)
Вопросы оздоровления условий труда в современных термических цехах
Из Всесоюзного института охраны труда ВЦСПС
Термическая обработка является неотъемлемой частью технологического процесса металлообработки и состоит обычно из процессов отжига, нормализации, закалки, отпуска, цементации, цианирования.
Отжиг имеет своей целью устранение остаточного напряжения и твердости, появляющихся при ковке, и заключается в постепенном нагреве изделий до 850°, выдержке их в медленном охлаждении в самой печи.
Сущность процесса нормализации та же, что и при отжиге, но охлаждение изделий происходит вне пет
Целью закалки является придание изделиям высокой твердости путем их нагрева до 650—1 250° с последующим быстрым охлаждением в ваннах с водой или с минеральными маслами. В ряде случаев напрев под закалку производится в свинцовых или соляных ваннах-печах при температуре 450—840°.
Рис. 1. Печь для газовой цементации непрерывного действия с толкателем. 1 — загрузочное отверстие; 2 — толкатель для передвижения деталей в печи; 3 — подводка пиролизного газа в муфель печи; 4—воздушный цилиндр с поршнем; 5 — загрузочное отверстие с заслонкой u
Отпуск имеет целью ослабить возникающую после закалки жесткость и хрупкость изделий. Процесс заключается в повторном нагреве остывшего изделия до 200—300°, а в некоторых случаях до 400—600° с последующим более млн менее медленным охлаждением.
Цементация — процесс науглероживания поверхности изделий. Цементация производится обычно в металлических ящиках посредством твердого карбюризатора, -содержащего смесь древесного угля с углекислыми солями бария, кальция.
В последние годы на заводах СССР начала внедряться газовая цементация с применением светильного или пиролизного газа. Цементация при этом способе производится в атмосфере окиси углерода, предельных и непредельных углеводородов. Цементация производится при температуре 900—920° в печах непрерывного действия или периодических с последующим охлаждением изделий на воздухе (рис. 1).
Азотирование (нитрация) имеет своим назначением отложение азота для увеличения твердости поверхностного слоя и увеличения кзнососпособности. Азотирование производится в специальной аппаратуре (рис. 2) при температуре 500—550° в парах аммиака из баллонов. Аммиак разлагается на водород и азот. Последний проникает в сталь и дает с железом различные нитриды, отличающиеся значительной твердостью.
Цианирование предназначено для повышения наружной твердости и увеличения износоспособности за счет насыщения поверхности азотом и углеродом; производится в специальных ваннах-печах с применением цианистых соединений при температуре 820—840°.
В последнее время в практику работы американских и наших заводов начинает внедряться так называемая нитроцементация, заменяющая собой процессы цианирования и азотирования, при которой в печах непрерывного или периодического действия при температуре 580—595 и 595—815° происходит насыщение поверхностей азотом и углеродом в газовой сфере, состоящей из смеси цементирующего и нитрирующего газов (генераторный, светильный или пиролизный газ, а также аммиак).
Из новых методов термообработки следует также отметить поверхностную закалку (головок рельс, зубчатых колес) на кислородно-ацетиленовом пламени и электротермообработку поверхностей изделий индукционным током высокой частоты.
Современные термические цехи располагаются обычно в помещениях со значительной кубатурой (10 000—50 000 м3, а »а заводах тяжелого машиностроения (до 100 000 м8) при высоте 10—18 м и выше.
Рис. 2. Печь для азотирования типа «Хомо». 1 — трубка, подводящая аммиак; 2—масляный затвор; 3 — нагревательные элементы сопротивления; 4 — неподвижный нихромовый цилиндр, в который вставляются изделия; 5— пропеллер; 6 — трубка, подводящая воздух для охлаждения; 7 — электромотор; 8 — трубка, отводящая аммиак и продукты его разложения; 9 — трубка, [выводящая охлаждающий воздух
Производственное оборудование термических цехов чрезвычайно разнообразно-Нагревательные печи различаются по характеру используемого топлива, конструкций и подводки пламени (пламенные печи, ванны с расплавленным свинцом, цианистыми соединениями, с селитрой и др.), по конструкции рабочей камеры (камерные печи, шахтные, ямные, периодического действия) и по способу передвижения материалов в печи и вне ее (садочные, прямоточные с толкателями, конвейерные и др.) (рис. 3).
Для закалки изделий пользуются ваннами, закалочными машинами. Для перемещения деталей внутри или вне агрегатов служат толкатели, конвейеры, рольганги, тельфера, а для крупных деталей — краны.
Изучение условий труда в современных термических цехах проведено нами на 8 крупных заводах (Уралмаш, Новокраматорск, ЗИС, ГПЗ-1 и др.).
Основными профессиональными вредностями термических цехов являются:
а) значительные тепловыделения наружных поверхностей нагревательных печей, ванн-печей и др., вызывающие повышение температуры воздуха;
б) интенсивное теплоизлучение из открытых отверстий нагревательных печей, от раскаленных крышек, стенок и нагретых изделий;
в) большие пылевыделения при отдельных рабочих процессах;
г) возможность выделения окиси углерода (вследствие неполного сгорания топлива, при утечке газа из-за неисправного состояния;
горелок и форсунок, через неплотности газоходов), паров свинца,, цианистых соединений (при нагреве под закалку изделий в расплавленном состоянии) и углеводородов (при закалке в минеральном масле).
При наличии отсоса от печей в цех выделяется 50—60,°/о тепла от сожженного топлива. Количество тепловыделений в цех зависит от характера термообработки, загрузки цеха теплоотдающим оборудованием и степени термоизоляции стенок нагревательных печей. Удельная
Рис. 3. Агрегат для нагрева под закалку и отпуск непрерывного действия. / — загрузка деталей; 2—выгрузка; 3—конвейер
величина тепловыделений находится в связи с размерами здания и составляет, по материалам нашего обследования, в среднем 60— 100 кал/м3/час.
Обследование показало, что общий воздухообмен в основном обеспечивается естественным проветриванием (аэрацией). Доля механической вентиляции (незначительна, не свыше 20% общего воздухообмена.
Летом, при организованной аэрации 15—20-кратный воздухообмен давал возможность поддерживать относительно удовлетворительные температурные условия в рабочей зоне. Перепад между температурой наружного воздуха и в рабочей зоне не превышал в среднем 5—7° и только непосредственно на рабочих местах у печей и на отдельных, участках достигал 8—9°. Температура воздуха в рабочей зоне летом была в пределах 22—34°. В термических отделениях, размещенных в нескольких открытых пролетах больших по кубатуре зданий прессовых цехов на заводах тяжелого машиностроения, перепад температуры между наружным воздухом и в рабочей зоне не превышал 1—2°. В цехах с тепловой нагрузкой в 100 и больше калорий на 1 м3 помещения теплоизбытки достаточны для подогрева наружного воздуха в холодное время года до потребной температуры. Опытным путем установлено, что при поступлении наружного воздуха с температурой —10 —15° через створки в среднем поясе остекления продольных стен в рабочей зоне получились удовлетворительные температурные условия, порядка 16—19° при 12—18-кратном воздухообмене.
Данные об интенсивности облучения на рабочих местах представлены в таблице на стр. 10.
Температура наружных поверхностей стенок печей обычно достигает 100°, доходя в отдельных случаях до 170—180°. Поскольку излучающие поверхности нагревательных печей достаточно велики, особенно необходимы меры борьбы с тепловым облучением.
Устройство стационарных металлических щитов с воздушной прослойкой при температуре наружной стенки печи 170—180° позволило получить снижение температуры поверхности стенки экрана до 40—50°. Целесообразно также применение установленных у передних стенок печей щитов и рам, охлаждаемых циркулирующей в них водой (например, при закалке резцов из сверхтвердых сплавов).
Расстояние Интеиснпвость
Место исследования от печи в и облучения на 1 см' в г/кал 1 мин.
У нагревательных печей при закалке ..... 1,3—1, 5 1,5—2; 5 -3,5
У нагревательных печей при выгрузке после
цементации ................. 1,2-1,7 4,6
У нагревательных печей при загрузке цемен- 1,3
тационных ящиков в прямоточную печь . . . 1,2-1,4
У прямоточной печи с толканием (при закалке):
при загрузке ................. 1,3 0,75-1,5
при выгрузке ................ 1,5 1,8 —2,5
У печи непрерывного действия с толкателем
при нормализации:
при загрузке ................. 2,0-1, 3 0,7—1,3
при выгрузке ................ 1-1, 5 1,5-2,5
У закалочно-отпускного агрегата: 1-1,
при загрузке..............■ 5 1,6-2,0
при выгрузке ............... 1 0,5-0,7
При надевании цепи на педаль перед подъемом •
из ямной печи ................ 2-2, 5 1,5-3,0
При подъеме слитка из ямной печи ...... 1.5-2, 0 3,4—6
При подъеме деталей из вертикальной печи . . 2 3-3,5
Значительным пылевыделением сопровождаются процессы приготовления твердого карбюризатора (500—800 мг/м3), а также загрузка карбюризатора в цементационные ящики и выгрузка последних (70—120 мг/м3). Это вызвано несовершенной герметизацией и недостаточным эффектом пылеотсасывающих устройств'.
Обследование газового загрязнения воздушной среды в термических цехах, оборудованных печами, работающими на нефти, генераторном и светильном газе, показало, что концентрации окиси углерода и углеводородов при нормальном ведении производственного процесса не выходят за допустимые пределы. Так, например, при газовой цементации концентрация окиси углерода колебалась от 0 до 0,013 мг/л, а суммарное содержание углеводородов (выраженное по углероду) не превышало 0,2 мг/л.
Испытание местной отсасывающей вентиляции ряда печей установило, что решающим фактором для максимального удаления тепла и газов являются достаточные размеры зонта.
Испытанием бортовых отсосов у закалочных вавн установлено, что суммарные концентрации углеводородов оказались ниже предельно допустимых при скорости отсоса 0,7—0,8 м/сек. Содержание углеводородов в воздухе у закалочных машин лежало в тех же пределах.
Отсос от селитровых и отпускных ванн-печей и отдельных небольших ванн для масляной закалки в виде бортовых отсосов с крышками также дает удовлетворительный эффект.
При наличии укрытия над ваннами для цианирования и при скорости отсоса в открытом сечении отверстия в 1 —1,2 м/сек в рабочей зоне летучих цианистых соединений и цианистого водорода не найдено. На рабочих местах у цианагрегата на ЗИС также не было обнаружено паров цианистых соединений. Концентрации паров цианистых соединений в пробах воздуха над ваннами достигали 0,00045—0,0024 мг/л, а в воздуховодах отсасывающей вентиляции они лежали в пределах 0,003—0,0137 мг/л.
Следовательно, при отсутствии вентиляции пары цианистых соединений могут попасть в воздух помещения и конденсироваться также на открытых частях аппаратуры и на воздуховодах. Подтверждением этому может служить нахождение в осевшей пыли цианистых соединений в количестве 0,025—0,58—1,38%>.
На рабочих местах у свинцовых ванн, снабженных укрытиями, при недостаточной скорости отсоса в открытом сечении свинец был обнаружен в количестве 0,05—0,14 мг/м3, в то время как предельно допустимая концентрация его 0,01 мг/м3.
У крупных закалочных масляных баков, не снабженных местными отсосами (в термических цехах заводов тяжелого машиностроения), пары масла, вследствие большой высоты и весьма значительной кубатуры здания, быстро удаляются естественным путем через створки в фонаре. При этом концентрации углеводородов в воздухе не выходили за пределы допустимых.
Вентилирование приямков шахтных и ямных печей осуществляется в основном естественным путем. Эффективность проветривания в отношении снижения температуры и газового загрязнения воздушной среды в приямках зависит от наличия проемов и решоток в полу цеха (в перекрытиях) и приямке. Если есть решотки и проемы достаточных размеров как в полу цеха, так и в межэтажных перекрытиях приямка и рабочих площадках (по высоте печей), возвышающихся над уровнем пола, перепад температуры воздуха в приямке над наружной составлял 7—9°, при отсутствии же решоток и достаточно больших проемов температурный перепад достигал 17—25°. Содержание окиси углерода при исправном состоянии коммуникационной сети и хорошем проветривании помещения приямков шахтных печей не превышало пределы допустимых концентраций.
Однако при плохом проветривании, а также наличии в кладке ямных печей неплотностей возможно выделение в приямках окиси углерода в количествах, превосходящих предельно допустимые. Так, например, в одном термическом цехе в приямке в проходах у ямных печей нами было обнаружено до 0,4—0,6 мг/л СО.
Помимо размеров самой коробки здания, планировки, рационального оборудования и хорошей вентиляции, большое гигиеническое значение также имеет внедрение нового, более современного оборудования и новых, более совершенных методов термообработки. Так, электрические печи имеют с гигиенической точки зрения то основное преимущество перед печами, работающими на твердом, жидком или газообразном топливе, что при них устраняется возможность выделения газов. Кроме того, они имеют лучшую термоизоляцию, чем топливные печи.
Однако в отношении излучения у печных отверстий никакими преимуществами электрические печи не обладают. Значительно облегчаются условия труда при работе у прямоточных печей (с загрузкой и выгрузкой с разных сторон) для отжига, нормализации, закалки и цементации, снабженных толкателями, рольгангами, конвейерами с автоматическим передвижением деталей и автоматическим открыванием загрузочных и разгрузочных отверстий. В дальнейшем следует добиться устройства кожухов с отсосами и боковыми теплоизолированными стенками над рольгангами и конвейерами, где происходит остывание деталей (например, после цементации).
Большое гигиеническое значение имеет объединение в один общий агрегат нагревательных печей, масляных и промывных ванн, позволяющее автоматизировать все производственные операции, как это, например, имеет место при термообработке мелких изделий на авто- и шарикоподшипниковых заводах. Заслуживает внимания механизация загрузки и выгрузки садочной нагревательной печи в термическом отделении новокузнечного цеха Кировского завода при помощи специального электрокара с подъемным приспособлением для загрузки и выгрузки деталей. При этом способе загрузки интенсивность облучения снижается с 3—4,5 до 1 —1,5 г/кал/см в 1 минуту, а также уменьшается время пребывания рабочего под облучением.
Переходя к оценке новых методов термообработки, следует сказать, что газовая цементация, нитроцементация и азотирование, имеющие ряд технологических преимуществ!, вносят много улучшений по линии оздоровления условий труда. Так, при газовой цементации возможно полностью механизировать процесс, сократить площадь цеха, освободить цех от угольной пыли, едких щелочных веществ и грязи, ликвидировать загроможденность его цементационными ящиками (при пользовании твердым карбюризатором). При газовой цементации необходимо принять меры к недопущению утечки газа (светильного или пиролизного) из коммуникационной сети и устранить опасность взрывов. ,
Заслуживает внимания механизированный бак с опускающимся и поднимающимся посредством пневматического устройства столом для одновременной массовой закалки на поддоне изделий, сконструированный на автозаводе им. Сталина инженером Г. М. Слюсаревым. Такой бак облегчает труд рабочих и уменьшает продолжительность и частоту воздействия на них облучения.
Цианирование имеет ряд технологических преимуществ перед цементацией твердым карбюризатором, но связано с опасностью непосредственного соприкосновения рабочих с цианистыми солями и необходимостью обезвреживания цианистых отходов.
Газовая нитроцементация, или сухое цианирование, имеет ряд технологических преимуществ по сравнению с обычным цианированием, так как устраняет необходимость применения дорогостоящих цианистых солей и большого количества ванн-печей. Гигиеническое значение этого нового метода заключается в том, что при нем устраняется всякое непосредственное соприкосновение рабочего с цианистыми соединениями и можно полностью герметизировать и автоматизировать самый процесс.
Основные гигиенические требования при термообработке сводятся к следующему:
1. Термические цехи должны располагаться в одноэтажных зданиях.
2. При планировке термических цехов следует отдавать предпочтение (для лучшей организации естественного проветривания) расположению их в зданиях, отдельно стоящих или же примыкающих к другим производственным помещениям только торцевыми сторонами.
3. В продольных стенах необходимо сделать створки в оконном остеклении в нижнем ярусе на высоте 1—1,5 м от уровня пола для поступления наружного воздуха в теплое время года и в среднем поясе на высоте 4—5 м для поступления воздуха зимой.
4. В перекрытии должен быть * предусмотрен вытяжной фонарь с механизмами для удобного открывания створок.
5. Если термическое отделение находится внутри здания другого производственного цеха при отсутствии окон в нижнем поясе боковых продольных стен, высота помещения должна превышать высоту примыкающего к нему цеха с таким расчетом, чтобы в верхней части продольных стен можно было устроить окна со створками для поступления наружного воздуха.
6. При расположении оборудования в два ряда вдоль продольных стен с оставлением боковых рабочих и центральных проходов ширина цеха должна равняться 15—20 м, а при расположении оборудования в три ряда — 25—30 м. Рабочие места следует располагать по возможности со стороны наружных стен.
7. Расчет общего воздухообмена должен производиться по избыточному теплу.
Отсасывающая вентиляция от печей (естественная или механическая, с помощью зонтов или укрытий) удаляет 40—50% тепла сожженного топлива.
При предварительном ориентировочном определении тепловыделений в цех (если высота его не менее 12—14 м) можно принимать тепловую нагрузку в 60—100 кал/м3/час.
8. Для получения удовлетворительных метеорологических условий в жаркое время года расчет воздухообмена желательно вести, исходя из необходимости создания перепада температуры в цехе над температурой наружного воздуха не более 5°, что в среднем соответствует 15—20-кратному обмену в час.
£
Вид сбоку ■(¡>650
з
§
§ 850-
"I
1050
§
и
2000-
■ Вытяжной зонт
■1300
Нефт. форсуну
§
500/
-5320-
Ф650
вид по стр.„А'
ш
1
7Б
Ф650
|
ГШ
~"'-гаоо-"
1
1 —2Ш—1
| г §§
1 I ■ 1
—1— I 1Г
--2720--
Рис. 4. Рациональный отсос с естественной тягой от больших нагревательных печей для термообработки (Кировский завод, Ленинград)
9. В термических цехах должен быть в основном естественный воздухообмен.
10. На рабочих местах у нагревательных печей при процессах, связанных с длительным пребыванием рабочих и наличием источников интенсивного облучения, следует предусмотреть устройство воздуш-
Вид по стр. „б" Вид по стр. „А"
Я
- 105 А ~
\
Сдув'
-4- 110
ЪлиВ.тр I ф50 —710-
- 6
Шшшшшшт
Рис. 5. Бортовой отсос с передувкой от закалочных ванн (ЗИС)
ных душей со скоростью 2—3 м/сек. При температуре наружного воздуха в 30—35° необходимо обеспечить охлаждение обдувающего воздуха. Обдувание должно производиться сверху вниз с возможно более полным охватом рабочего места.
11. Удовлетворительное состояние воздушной среды в отношении загазованности позволяет использовать внутрицеховый воздух для душирования и частичной рециркуляции в цехах с большой кубатурой и высотой (при условии, что свинцовые и цианистые ванны находятся в выделенных из общего термического цеха помещениях).
12. При устройстве зонтов у нагревательных печей для удаления тепла и газов нет необходимости устраивать их над всей печыо, а можно ограничиться только местами загрузки и выгрузки, особенно при больших габаритах печей. Вынос зонта следует делать максимальным 0,8—1,2 м (рис. 4). Целесообразно устройство отсосов в виде укрытий с термоизолированными стенками над конвейерами и рольгангами для охлаждения деталей после их термообработки.
13. Следует устраивать механические отсосы от цианистых, свинцовых и соляных ванн-печей в виде закрытого шкафа с возможно меньшим отверстием и дверками. Средняя скорость во всем сечении отверстия должна быть не менее 1 м/сек. Вытяжки от масляных баков для закалки следует устраивать в> виде зонтов, бортовых отсосов или кожухов с открытой передней стенкой (рис. 5). Устройство местной вытяжки от больших масляных закалочных баков в термических цехах заводов тяжелого машиностроения является излишним.
14. Вентиляция приямков вертикальных и ямных печей в термических цехах заводов тяжелого машиностроения должна быть в основном общеобменной. Температурный перепад между наружным воздухом и в рабочей зоне может быть принят в 10°. Облегчает вентилирование приямков устройство решоток в полу цеха и на площадках ямвых и вертикальных печей.
Дополнительное устройство механического притока целесообразно в тех случаях, когда площадь лестничных проемов>, сообщающих цех с приямком, а также площадь решоток недостаточны для обеспечения потребного воздухообмена
Если устройство в полу цеха над приямком решоток недопустимо с точки зрения техники безопасности, необходима общая приточно-вытяжная механическая вентиляция приямков.
15. Для уменьшения теплоотдачи от печей рекомендуются устройство у стенок щитов с воздушной прослойкой, а также применение рам, охлаждаемых циркулирующей в них водой.
16. Для уменьшения запыленности в термических цехах необходимы герметизация аппаратуры для приготовления твердого карбюризатора и механизация операции загрузки и выгрузки цементационных ящиков о обеспечением устройства отсасывающей вентиляции. Наиболее радикальным решением этого вопроса является замена цементации твердым карбюризатором газовой цементацией.
В. В. КУЧЕРУК и Т. Ф. КОЧЕРОВА (Москва)
Водо-воздушные души
Из отделов промышленной гигиены и промышленной вентиляции Всесоюзного института охраны труда ВЦСПС
Всесоюзный институт охраны труда, разработавший основные теоретические и практические вопросы воздушного душирования и широко внедривший этот способ борьбы с неблагоприятными метеорологическими условиями на производстве, в последние годы предложил ряд новых установок: передвижные пропеллерные агрегаты, агрегаты с охлаждением воздуха водой и т. д.
Однако для некоторых особо неблагоприятных условий труда, когда охлаждение воздуха оказывается неосуществимым, эффективность воздушного душирования недостаточна. Именно поэтому необходимо изыскать добавочные возможности эффективного охлаждения с помощью направленного воздушного потока. Увеличение скорости последнего лишь в малых пределах усиливает охлаждающие свойства его. К тому же в поперечном сечении воздушного . потока скорости оказываются неодинаковыми, а происходящее подмешивание окружающего теплого воздуха еще более снижает эффективность душирования (за счет повышения температуры подаваемого воздуха).
Исследования показали, что движение воздуха дает при сравнительно высокой температуре его относительно незначительный эффект
лл.
