15 мая 2016г.
В нашей стране появляются новые и модернизируются действующие производства, внедряются более совершенные экологичные и энергосберегающие технологии и оборудование. К сожалению, действующие производства продолжают оставаться источником опасных и вредных производственных факторов [3,13]. Поэтому вопросы профилактики травматизма и профзаболеваний на обрабатывающих метизных предприятиях актуальны на сегодняшний день и требуют постоянного контроля [4,12,11].
Одним из способов повышения эффективности технологии при производстве болтовых изделий является уменьшение числа технологических операций и потребность в снижении трудозатрат. На текущем этапе развития машиностроения изделия с высоким уровнем физико-механических характеристик можно получать или за счет использования новых материалов, или за счет разработки новых технологических процессов их получения [6,9]. В метизном производстве к металлам предъявляются достаточно жесткие требования, особенно к химическому составу [2], механическим характеристикам и эксплуатационной долговечности [8]. Требования снижения затрат, экономии материальных и энергетических ресурсов также остро стоит на повестке дня любого производственного предприятия [7].
К метизам относят проволоку, проволочные изделия, крепеж и пружины. Достаточно широкий сортамент и большие разнообразия механических характеристик метизов специфичен при их использовании в различных областях машиностроения. В метизных компаниях, изготавливающих крепеж для двигателей автомобилей, традиционно применяют среднеуглеродистые стали марок 35Х, 38ХА и 40Х. Действующая технология, которая используется для переработки сортового металлопроката стали 40Х и изготовлении болтов моторной группы диаметром М10 (исходный размер горячекатаного проката - 12,0 мм, готовый размер калиброванного проката – 9,65 мм), представлена в следующем виде:
- исходное состояние - горячекатаный прокат диаметром 12,0 мм:
- отжиг горячекатаного проката в камерных газовых печах при температуре 770°С (общее время отжига – 28 часов);
- травление металлопроката до полного удаления окалины;
- покрытие смазочным материалом калиброванного проката;
- волочение проката с диаметра 12,0 на диаметр 10,25 мм;
- рекристаллизационный отжиг при температуре 770°С;
- травление металлопроката до полного удаления окалины;
- покрытие смазочным материалом калиброванного проката;
- волочение проката с диаметра 10,25 на конечный диаметр 9,65 мм;
- формообразование болтовых изделий;
- закалка готовых болтов;
- отпуск болтовых изделий.
Действующая технология получения готовых болтовых изделий не только достаточно трудо– и энергозатратная, но и обладает существенными недостатками, которые приводят к ухудшению условий труда и воздействию на обслуживающий персонал целого ряда опасных и вредных производственных факторов:
1. При термической обработке горячекатаного проката в камерных печах с выдвижным подом термист подвержен воздействию инфракрасного излучения (ИК-излучение). При этом сопровождается выделение тепла, причем тепло выделяется как камерными печами с выдвижным подом, так и бунтами нагретого металлопроката. Находясь вблизи нагретого металла, нагретых поверхностей оборудования, пламени, обслуживающий персонал подвергается ИК-излучению. Потенциальная опасность облучения оценивается по величине плотности потока энергии и превышает 350 Вт/м2, что не соответствует требованиям ГОСТ 12.4.124-83 «Средства защиты от статического электричества». Суммарный уровень облученности на удалении 0,7 м составляет более 560 Вт/м2.
Поэтому основными мероприятиями, направленными на снижение отрицательного воздействия ИК-излучения на работников, являются:
- удаление рабочих мест от источника;
- защитное экранирование источника или рабочего места;
- теплоизоляция горячих поверхностей или их охлаждение;
- применение воздушного душирования;
- использование средств индивидуальной защиты (спецодежда, очки со светофильтрами и щитки);
- лечебно – профилактические мероприятия (рациональный режим труда и отдыха).
2. Уровень шума на участках, где проводиться отжиг металла в камерных печах, превышает допустимые нормы согласно ГОСТ 12.1.003 ССБТ «Шум. Общие требования безопасности» в результате сгорания газа в форсунках печи и перемещения грузоподъемных механизмов.
3. После травления бухт металлопроката присутствуют вредные отработанные растворы. Утилизация таких растворов химическим способом весьма трудоемкая и связана с большими затратами материалов и энергии. Промышленные отходы, которые содержат тяжелые металлы, являются весьма опасными для человека и окружающей среды. Для любого метизного предприятия их нейтрализация является важной экономической и экологической задачей. При накоплении продуктов взаимодействия кислот с железом и другими компонентами, входящими в состав протравленного металла, раствор срабатывается и подлежит сливу. Они могут содержать до 100 г/л и более кислоты и до 300 г/л и более закисного (Fе2Оз) и окисного (FеО) железа. Промывные воды содержат те же загрязнения, но в значительно меньших концентрациях. Отработанные растворы спускают периодически (2-
3 раза в сутки). Промывные воды спускают сравнительно равномерно. Наиболее загрязненными и концентрированными являются отработанные травильные растворы, количество которых составляет от 5 до 7 м3 на 1 т расходуемой кислоты. При современном уровне потребления кислоты образуются большие массы отработанных травильных растворов, исчисляемые сотнями тысяч кубометров в год [1].
4. Любые бухты металла, которые прошли очистку поверхности от окалины, должны обязательно промываться струей воды. Объем сточных вод, который образуется при промывке металла после операции травления, составляет не менее 3,0 м³ на 1 тонну обработанного кислотой металла. На действующих производствах расход промывных вод достигает объема 300- 400 м³ в час. Если предприятие сбрасывает в водоемы загрязненные сточные воды, то в них резко увеличивается концентрация вредных веществ, при этом значительная часть которых осаждается вблизи места выпуска.
5. В процессе травления металлопроката образуются вредные выделения, которые удаляются через бортовые отсосы в течение всего технологического процесса. После травления для удаления травленого шлама и кислоты прокат промывается в горячей и холодной воде. Промывка в горячей воде производится при температуре 50-800С в течение 1-2 минут. Холодная промывка осуществляется под давлением 5-6 атм. в течение 1-2 минут. Для нейтрализации остатков серной кислоты и уменьшения коэффициента трения при волочении и холодной штамповки прокат подвергается известкованию в растворе 3-5% извести. При этом на поверхности проката должна быть сплошная пленка извести. Нейтрализацию кислоты можно производить в водном растворе мылом.
Вредные вещества, которые выделяются при травлении в воздух рабочей зоны, по степени воздействия являются высоко опасными и не соответствуют требованиям ГН 2.2.5.1313 – 03 «ПДК вредных веществ в воздухе рабочей зоны».
6. Химический метод травления обладает достаточно низкой производительностью. Продолжительность травления зависит от количества окалины на поверхности проката и состава концентрации раствора кислоты. При травлении больших бухт металлопроката требуется продолжительное время и постоянное нахождения обслуживающего персонала на рабочем месте опасного и вредного технологического процесса.
7. В условиях производственного процесса травление представляет собой физически тяжелую и опасную операцию для работающего персонала. Все процессы происходят в емкостях, прокат в бунтах или прутках постоянно переносится из одной емкости в другую. Обогрев травильных и других ванн постоянно производится горячим паром. Так как каждая операция протекает при температурах 40-100оС, то идет неизбежный процесс испарения, который сопровождается вредными запахами на постоянных рабочих местах травильщиков металла. Концентрация вредных паров в воздухе рабочей зоны часто превышает значения, установленные ГОСТ 12.1.005 - 88 ССБТ «Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны».
Возможен непосредственный контакт обслуживающего персонала с химическими веществами, горячими материалами и заготовками, которые осуществляют на них опасное воздействие. При этом могут создаваться аварийные ситуации. Вполне возможно попадание вредных веществ (кислот и их паров) в водный и воздушный бассейны.
8. Уровень шума на травильных участках превышает допустимые нормы, которые предъявляются требованиями ГОСТ 12.1.003 ССБТ «Шум. Общие требования безопасности» в результате технологических перемещений грузоподъемных механизмов, продувки бухт металлопроката после промывки водой и прогрева пересыщенным паром.
Термообработку (закалка и отпуск) высаженных метизных болтовых изделий часто проводят в соляных печь-ваннах. Рабочей средой для нагрева болтовых изделий служат расплавы солей. Термообработку в соляных ваннах проводят с целью исключения коробления длинномерных болтовых изделий. При термической обработке на данном виде оборудования термист также подвержен воздействию ИК-излучению. Пары аэрозольных выделений нагретых солей негативно влияют на дыхательные пути и вызывают раздражающее действие, что не соответствует требованиям ГН 2.2.5.1313 – 03 «ПДК вредных веществ в воздухе рабочей зоны».
Предложена технология подготовки калиброванного проката, которая исключает закалку и отпуск в технологическом процессе изготовления длинномерных болтовых изделий. Разработана рациональная технологическая схема термомеханической подготовки проката стали 40Х диаметрами 9,65 и 11,7 мм для получения упрочненных длинномерных болтов с низкой обрезной головой, соответствующих классу прочности 9.8, которая заменяет рекристаллизационный отжиг на изотермическую операцию патентирование, исключает операции закалки и отпуска изделий, позволяет снизить трудо- и энергозатраты, повысить экологичность производства и эксплуатационную надежность болтовых изделий. Это дает возможность сократить технологическую цепочку и снизить себестоимость изготовления болтов.
При этом снижается риск появления опасных и вредных факторов в связи с исключением вышеуказанных технологических операций из технологии подготовки проката и метизных изделий.
Список литературы
1. Пачурин Г.В., Филиппов А.А., Кузьмин Н.А. Влияние химического состава и структуры стали на качество проката для изготовления болтов // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований.– 2014. – № 8-2. – С. 87-92.
2. Пачурин Г.В., Елькин А.Б., В.И. Миндрин и др. Основы безопасности жизнедеятельности: учеб. пособие / Г.В. Пачурин [и др.]; Нижегород. гос. ун-т им. Р.Е. Алексеева. – 2-е изд. перераб. и доп. – Н. Новгород, 2014.– 269 с.
3. Пачурин Г.В., Щенников Н.И., Курагина Т.И., Филиппов А.А. Профилактика и практика расследования несчастных случаев на производстве: Учебное пособие / Под общ. ред. Г.В. Пачурина. – 3-е изд., перераб. и доп. – СПб.: Изд. «Лань», 2015. – 384 с.
4. Филиппов А.А., Пачурин Г.В. Ресурсосберегающая технология подготовки калиброванного проката под холодную высадку изделий // Успехи современного естествознания. – 2007. – №12. – С. 139-139.
5. Филиппов А.А., Пачурин Г.В., Кузьмин Н.А. Упрочняющая обработка проката для крепежа с целью снижения его стоимости // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2014.– № 8 (2). – С. 107-110.
6. Филиппов А.А., Пачурин Г.В., Кузьмин Н.А. Анализ качества проката для холодной высадки крепежных изделий // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2014. – № 8 (2). – С. 111-115.
7. Филиппов А.А., Пачурин Г.В. Подготовка проката для высокопрочных болтов: Учебное пособие / А.А. Филиппов, Г.В. Пачурин; под общ. ред. Г.В. Пачурина. – Старый Оскол: ТНТ, 2015. – 176 с.
8. Филиппов А.А., Пачурин Г.В., Щенников Н.И., Курагина Т.И. Производственный травматизм и направления его профилактики // Современные наукоемкие технологии. – 2016. – № 1-1. – С. 45-50.
9. Филиппов А.А., Пачурин Г.В., Кузьмин Н.А. Снижение опасных и вредных факторов при очистке поверхности сортового проката // Современные наукоемкие технологии. – 2016. – № 2-1. – С. 38-43.
10. Щенников Н.И., Пачурин Г.В. Пути снижения производственного травматизма // Современные наукоемкие технологии. – 2008. – № 4. – С. 101-103.
