Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ воздействия предприятий горно-промышленного комплекса на окружающую природную среду и современные представления о возможных направлениях утилизации твёрдых отходов и некондиционных продуктов перерабатывающей промышленности 9
1.1. Современное экологическое состояние и взаимодействие предприятий горно-добывающей отрасли с окружающей средой 9
1.2. Технологии охраны окружающей среды 14
1.3. Антропогенное воздействие на атмосферу при добыче, переработке и транспортировке минерально-сырьевых ресурсов 19
1.4. Мероприятия по снижению влияния горных работ на состояние атмосферы в прилегающей местности 30
1.5. Экологическая и экономическая оценка ущерба окружающей среде от складирования твердых отходов на поверхности 38
1.6. Использование отходов горного и перерабатывающих производств в других отраслях народного хозяйства 43
1.7. Опыт и перспективы использования попутно добываемых пород в производстве сварочных материалов 54
1.8. Сырьевая база России для производства сварочных электродов 62
1.9. Цели и задачи исследования 71
Выводы к главе 1 72
2. Исследование физико-химических свойств твёрдых отходов горного производства и возможности их применения в качестве сырья для производства сварочных материалов 73
2.1. Основные принципы построения методики оценки отходов горного производства как компонентов обмазки сварочных электродов 73
2.2. Методика проведения экспериментов 76
2.3. Исследование свойств сырьевых материалов методами комплексного термического анализа 89
2.4. Исследование сварочно-технологических свойств разрабатываемых электродов и оптимизация состава шихты покрытия 94
2.4.1. Методика оценки стабильности процесса сварки исследуемыми покрытыми электродами 94
2.4.2. Оценка устойчивости горения сварочной дуги 102
2.5. Исследование влияния гранулометрического состава шихты на свойства покрытых электродов 106
Выводы к главе 2 113
3. Сравнительная санитарно-гигиеническая оценка новых электродов, содержащих в составе обмазки доломит, туфогенный песок и сланец 114
3.1. Физико-химические процессы, обусловливающие возникновение вредных факторов 114
3.2. Вредные вещества, сопровождающие процесс сварки и их воздействие на организм человека 116
3.3. Предельно допустимые концентрации вредных веществ, выделяющихся при сварке 121
3.4. Гигиенические особенности различных методов сварки 125
3.5. Методы изучения структуры твёрдой составляющей сварочных аэрозолей 126
3.6. Методика первичной санитарно-гигиенической оценки сварочных электродов 128
3.7. Прогнозирование состава сварочного аэрозоля при ручной дуговой сварке 143
3.8. Радиационная оценка сварочных материалов 145
3.9. Гигиеническая оценка новых сварочных материалов 148
3.10. Сравнительная санитарно-гигиеническая оценка новых электродов LB 52 TRU и УОНИ-13/55Ц с базовыми электродами УОНИ-13/55 150
Выводы к главе 3 154
4. Определение экономической эффективности утилизации минерально-сырьевых отходов. Усовершенствование технологии серийного изготовления разработанных сварочных материалов в соответствии с требованиями экологичности и ресурсосбережения 155
4.1. Условия, определяющие критерии подбора компонентов шихты 155
4.2. Требования к обмазочным массам в свете современной технологии изготовления электродов 160
4.3. Методы оценки технологических свойств электродных обмазочных масс 163
4.4. Применение вулканического пепла Гизельдонского месторождения в качестве пластифицирующего и стабилизирующего компонента в покрытиях электродов основного типа 175
4.5. Усовершенствование и освоение технологии серийного изготовления разработанных электродов в производственных условиях 180
4.6. Определение экономической эффективности утилизации минерально-сырьевых отходов 185
4.7 Оптимизация состава шихты обмазки электродов и внедрение результатов исследований в практику 194
Выводы к главе 4 198
Заключение 199
Список литературы 201
Приложения 212
- Современное экологическое состояние и взаимодействие предприятий горно-добывающей отрасли с окружающей средой
- Основные принципы построения методики оценки отходов горного производства как компонентов обмазки сварочных электродов
- Вредные вещества, сопровождающие процесс сварки и их воздействие на организм человека
- Условия, определяющие критерии подбора компонентов шихты
Введение к работе
Актуальность работы. В условиях мощного антропогенного воздействия требуется осуществлять поиск и выполнение экономически, социально и экологически сбалансированных решений, которые должны обеспечить основную задачу - получение природных ресурсов с минимальным воздействием на окружающую среду и социальную сферу.
В основе загрязнения окружающей среды при ведении любых технологических процессов горного производства лежит прежде всего загрязнение земли, вод или воздуха отходами при нерациональном использовании недр, деградация этих элементов среды и нарушение сложившихся равновесных биохимических и геохимических связей. В связи с этим в основу инженерного решения задач охраны окружающей среды должно быть положено прежде всего понятие о том, что при любом горно-технологическом производстве, отходов как таковых не бывает, если их рассматривать как сырье для смежных или сопутствующих производств.
Разработка и внедрение мероприятий по комплексному использованию полезных ископаемых и так называемых отходов производства может дать значительный экономический эффект не только на горных предприятиях, но и в других отраслях народного хозяйства. Так как количество отходов велико и при сохранении существующей технологии отработки по прогнозным данным будет возрастать, использование их в качестве сырья для различных отраслей промышленности является важной народнохозяйственной задачей.
Всё это определяет актуальность исследований по экономическому обоснованию внедрения научно обоснованной технологии утилизации некондиционного сырья горно-промышленного комплекса РСО-Алания.
Методы исследований: анализ и обобщение литературных источников и данных практики; аналитические методы изучения состава и свойств материалов; методы математического планирования и обработки экспериментов;
лабораторные эксперименты; физическое и экономико-математическое моделирование; технико-экономические расчёты с оценкой технологических решений и апробация на практике.
Цель работы - научное обоснование комплексной природоохранной технологии использования широкого спектра отходов горно-промышленного комплекса Республики Северная Осетия - Алания в производстве ресурсосберегающих сварочных материалов.
Идея работы заключается в обеспечении сохранения и сбалансированного развития геоэкологии Северо-Кавказского региона в результате применения отходов горного производства в составе импортозамещающих сварочных материалов нового типа.
Научные положения, представляемые к защите;
1. Применение отходов горного производства и попутно добываемых пород в других отраслях промышленности позволяет намного сократить общее число горнодобывающих предприятий и увеличить количество практически безотходных, чистых производств, кардинально решая тем самым вопросы защиты окружающей среды.
2. Использование отходов добычи доломитов, сланцев и туфа в качестве компонентов обмазки сварочных электродов, позволяет улучшить их технологические свойства, при одновременном снижении себестоимости на 15-18%.
3. Выбор экологически чистых вариантов освоения отходов горных предприятий производится по критерию замыкающих затрат с учетом предотвращенного ущерба окружающей среде.
4. Оптимизация рецептур композиций обмазки, полученная с применением экспериментальных и расчетных методов, даёт возможность обеспечить снижение содержания вредных веществ в сварочном аэрозоле на 10 - 20%, что благоприятно скажется на здоровье сварщиков и снизит техногенную нагрузку на окружающую среду.
Научная новизна работы:
1. Определена область рационального использования продуктов переработки отвалов карьеров РСО-Алания с учетом их свойств для комплексного улучшения экологии горнопромышленного региона.
2. Предложены нетрадиционные технологии применения твёрдых отходов горного производства, впервые в качестве компонентов обмазки электродов применены слюдистые сланцы и вулканический пепел.
3. Разработаны принципиально новые рецептуры шихты для изготовления сварочных электродов с улучшенными экологическими характеристиками, имеющие в своей основе некондиционное сырьё.
4. Установлен характер влияния гранулометрического состава используемых компонентов на физико-химические свойства новых материалов.
5. Обоснована экологическая целесообразность применения предложенных ресурсосберегающих технологий, без необходимости строительства дополнительных перерабатывающих комплексов в окрестностях эксплуатируемых месторождений.
Практическая ценность и реализация результатов работы.
Доказано, что утилизация некондиционных продуктов горного производства в качестве компонентов обмазки сварочных электродов обеспечивает полноту использования недр и оздоровление окружающей среды. Разработанные рекомендации по оценке и обоснованию эколого-экономической эффективности освоения неиспользуемых отвалов карьеров предложены в качестве основы для модернизации горного производства РСО-Алании. Разработаны ТУ для трёх компонентов электродных покрытий наиболее широко распространённых марок. Освоен технологический процесс изготовления электродов марок ОСА, LB 52 TRU на ООО «Электрод-Цей» (г. Владикавказ) и ООО «Ротекс» (г. Краснодар). Объём производства электродов на указанных предприятиях достиг 500 т. Экономический эффект от производства од ной тонны электродов марки LB 52 TRU составляет 3000 руб., от применения такого же их количества - 6500 руб.
На основании проведённых работ возможно создание принципиально новой для PC О-Алания отрасли промышленности.
Достоверность научных положений, выводов и результатов подтверждается использованием комплекса современных методов исследования: анализ и научное обобщение литературных источников, статистических и практических данных; аналитические, графические и графоаналитические методы; методы математической статистики с применением вычислительной техники; методы математического моделирования. А также достаточным объёмом экспериментальных данных; надёжностью обработки статистической информации; корректностью и сходимостью результатов моделирования и аналитических расчетов с натурными исследованиями; реализацией разработок на практике.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы и её отдельные положения докладывались и получили одобрение на П-й международной конференции по сварочным материалам стран СНГ «Дуговая сварка. Материалы и качество на рубеже XXI века» г. Орёл, 2001 г., IV-й международной конференции «Устойчивое развитие горных территорий: проблемы регионального сотрудничества и региональной политики горных районов» г. Владикавказ, 2001 г. и на 1-ой международной научно-практической конференции «Защита окружающей среды, здоровье, безопасность в сварочном производстве» г. Одесса, 2002 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 печатных работ, получено 3 патента РФ.
Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения и списка литературы из 126 наименований. Работа изложена на 212 стр. машинописного текста, включает 43 рисунка и 35 таблиц.
Современное экологическое состояние и взаимодействие предприятий горно-добывающей отрасли с окружающей средой
Добыча полезных ископаемых по многоплановости и необратимости воздействия на среду является лидером среди промышленных технологий. Объем добычи полезных ископаемых в мире удваивается каждые 10-15 лет. Интенсификация добычи минерального сырья расширяет масштабы влияния на биосферу. К 1990 г. человек изменил исходные природные ландшафты на 55% территории Земли, т.е. 2,3 га на жителя планеты. Доля утилизации отходов добывающего и перерабатывающего производств не превышает 10%. Общее количество не утилизированных отходов горного производства в России - до 45 млрд. тонн на площади 250 тыс. га. Деятельность рудников, карьеров и заводов вызывает необратимые изменения в виде: разрушения земной коры; перераспределения напряжений; изъятия из оборота почв; загромождения поверхности отвалами; заболачивания или обезвоживания почв; изменения состояния элементов биосферы; изменения характера атмосферных явлений и запыленности; увеличения уровня радиации; изменения видов и количества флоры и фауны; возникновения биогенных мутаций, выход на поверхность сточных вод, сход лавин и селей, изменение рН грунтовых вод и их загрязнение [1].
Установлено, что элементы окружающей среды представляют собой единую систему, они взаимосвязаны и взаимозависимы. Большинство из них образуют структуры глобального плана, имеющие облик сфер: атмо-, гидро-, лито- и биосферу. Биосфера пронизывает все оболочки, но основная масса ее сосредоточена на стыке атмосферы, литосферы и гидросферы, образуя тонкую оболочку толщиной от десятков до первых сотен метров. По степени мобильности, являющейся определяющим фактором распространения минеральных загрязнений, геосферы образуют миграционный ряд: атмосфера -поверхностная гидросфера - подземная гидросфера - биосфера - литосфера. Отдельно взятые компоненты геосферы переходят самостоятельно из иммобильного в мобильное состояние, например, при добыче полезных ископаемых. Окружающая среда обладает большим арсеналом в разной степени выраженных аккумуляционных свойств. Это реакционные, нейтрализационные, сорбционные, обменные свойства отдельных ее элементов. При этом во многих случаях аккумуляционные свойства являются необратимыми в масштабах больших промежутков времени. В наибольшей мере аккумуляционные свойства находят проявление в литосфере при образовании разнообразных веществ, в том числе и месторождений полезных компонентов, а также в растительном мире и почвенном покрове. Под влиянием космических, планетарных и местных факторов аккумуляционная деятельность элементов окружающей среды постоянно нарушается, следствием чего является рассеяние и миграция веществ. С развитием человеческого общества окружающая среда в возрастающей степени испытывает результаты его деятельности. В настоящее время эта деятельность распространилась практически на все геосферы, кроме подкорковой и внутренней частей планеты и проникла в космическое пространство. В наибольшей степени она сосредоточилась в приповерхностной части Земли, т.е. в зоне обитания основной видовой и количественной массы живого вещества. Деятельность человека распространилась на все доступные геосферы и объединила их в ноосферу, представляющую собой "очеловеченную природу". В вертикальном разрезе геосферы исследованиями выделены зоны (рис. 1.1).
Наиболее глубоко залегающая зона локализации полезных минералов -потенциальный источник минерального загрязнения; -расположенная над ней промежуточная зона, в которой концентрации полезных минералов не представляют практического значения, но целостность ее служит гарантом сохранности экосистем на земной поверхности; -приповерхностная зона, в пределах которой сосредоточено основное количество живого вещества - объект минерального загрязнения в результате техногенного воздействия. Зона локализации представляет собой обводненный стратиграфический или литологический горизонт или комплекс небольшой и переменной мощности, сложенный между водоупорами, внутри которого опасности подвергаются только микроорганизмы. Промежуточная зона состоит из чередующихся стратиграфических или литологических горизонтов, среди которых и водоносные. Мощность промежуточной зоны составляет десятки и сотни метров. Как и в зоне локализации, биологические объекты отсутствуют. Если промежуточная зона оказывается маломощной или отсутствует, месторождение располагается практически в зоне обитания биологических видов. В состав приповерхностной зоны или зоны обитания входят материнские породы и почвы, породы зоны аэрации и грунтовых вод, грунтовые и поверхностные воды, приповерхностные части атмосферы, населенные представителями растительного и животного мира. Мощность зоны обитания на суше - первые десятки метров, в континентальной гидросфере - первые сотни метров и в тропосфере также первые сотни метров. В океаническом пространстве мощность зоны обитания живого вещества не превышает сотен метров. Эта зона является основным объектом минерального поражения в результате техногенного воздействия. Каждое месторождение полезных ископаемых до начала эксплуатации является потенциальным источником минерального загрязнения окружающей среды. С началом разработки предприятия по добыче и переработке минералов становятся генераторами загрязнений. Компоненты-загрязнители активизируются и становятся мобильными. Образуются новые компоненты-загрязнители, которые не были свойственны исходному состоянию.
Основные принципы построения методики оценки отходов горного производства как компонентов обмазки сварочных электродов
В процессе выполнения работы производились сравнительные испытания сварочно-технологических свойств покрытых электродов, которые были изготовлены с использованием предлагаемых сырьевых материалов на Днепропетровском экспериментально-исследовательском заводе сварочных материалов (ДЭИЗСМ), Владикавказском предприятии ООО НУП «Электрод-Цей», Краснодарском отделении концерна ООО «Ротекс».
Цель проведения исследований заключалась в установлении постоянства характеристик экспериментальных электродов различных марок, изготовляемых на различных заводах, для использования полученной информации, при решении вопросов внедрения новых материалов в производство.
Поскольку по известным причинам (сложность и быстротечность протекающих при сварке процессов, многокомпонентность реакционной системы, взаимное каталитическое влияние составляющих шихты на металлургические реакции, в характер которых вносит особенности наличие в реакционной зоне электрического поля) достаточно эффективное применение классической термодинамики при разработке электродов было затруднено, основным приёмом её осуществления являлся экспериментальный подбор состава шихты, который в настоящее время является ведущим методом создания новых сварочных материалов. Так как лимитирующими условиями разработки экономически целесообразного варианта электродов типа Э50А для сварки в различных пространственных положениях являлись механические свойства однопроходных вертикальных швов соединений стали толщиной 12-14 мм; состав шихты покрытия экспериментальных электродов планировался по результатам испытаний таких швов. При этом, для выявления влияния одного из исследуемых компонентов на свойства электродов и металла шва изготавливалось несколько их вариантов, состав шихты которых изменяли добавляя в различных количествах этот компонент без изменения остальной ее композиции, а также с использованием приемов математического планирования экспериментов по методике работы. Для завершающих же вариантов электродов, отвечающих требованиям, близким к необходимым, проводились полные комплексные испытания согласно ГОСТ 9466-75 и 9467-75 по типу Э50А. Кроме того, выполнялась гигиеническая оценка полученных материалов.
В качестве изучаемых факторов, обусловливающих дислокационную структуру наплавленного металла и её подвижность под действием нагрузок, а тем самым и механические свойства сварных соединений, были приняты: химический состав наплавленного металла (содержание С, Si, Мп , S, Р, легирующих -А1, Ті, газов - N2 02,1) микроструктура шва. Поскольку для разработки электродов требовалось параллельное решение круга задач, при проведении экспериментов, как правило, соблюдался принцип комплексности исследований изучаемых вариантов электродов, преимущества которого заключаются в возможности более точного и полного вскрытия единства и взаимосвязи изучаемых факторов. Окончательная оценка электродов проводилась по результатам использования их при сварке в монтажных условиях. На основании данных лабораторных и производственных испытаний разрабатывались технические условия на элек 75 троды и используемые материалы, а также инструкция по сварке ими металлоконструкций в различных пространственных положениях. Номенклатура веществ, использованных при проведении исследований для варьирования рецептурой шихты экспериментальных электродов, представлена в работе. В неё входили компоненты базового варианта электродов и выбранные по результатам обзора [35]. Подготовка компонентов к замесу производилась по технологии, принятой при серийном изготовлении электродов УОНИ 13/55. В качестве основного металла при исследованиях применялась сталь марки ВСт. Зпс по ГОСТ 380-71. Содержание в наплавленном металле и металле швов элементов определяли химическим анализом для углерода - по ГОСТ 22536.0-77, марганца - ГОСТ 22536.1-77, кремния - ГОСТ 22536.2-77, серы - ГОСТ 22536.4-77, фосфора - ГОСТ 22536.5-77; спектральным анализом - для алюминия, титана по ГОСТ 11930.13-77. При этом, для определения зависимостей "химсостав шва - механические свойства" использовали данные анализов стружки, снятой с испытанных на растяжение образцов и спектрального анализа поверхности излома испытанных образцов на ударную вязкость, что обеспечивало большее соответствие отмечаемого положения реальной действительности. Состав же наплавленного металла определялся по пробам, отобранным согласно ГОСТ 7122-81. Для оценки чувствительности электродов к колебаниям рабочего напряжения при сварке в качестве основного был использован критерий "диапазон рабочих напряжений", за который принимали разность между минимальным напряжением на дуге, обеспечивающим устойчивое ее горение (без упирання электродов в ванну) и максимальным, на котором отмечалось появление пор в изломах тавровых образцов. Учитывая, что вероятность образования в шве пористости для покрытых электродов определяется целым рядом факторов, в т.ч. кинетикой плавления и переноса электродного материала, равномерностью плавления шихты и оболочки, определяемой, при прочих равных условиях, температурами их плавления, временем существования сварочной ванны, защищенностью её и капли шлаком, вылетом при сварке и характером протекающих на нем в шихте твердофазных реакций, токовой нагрузкой, а тем самым и связанной с ними скоростью плавления электродов, её предварительной термической обработкой [36], положением сварки [37], оценка чувствительности электродов к колебаниям рабочего напряжения с целью выявления новых закономерностей осуществлялась параллельно с исследованием этих факторов применительно к наиболее характерным ее вариантам, содержащим изучаемые компоненты шихты и с явно отличными диапазонами рабочих напряжений. Методики таких исследований, уже разработанные другими авторами, обеспечивали выявление новых закономерностей, которые могли быть применены для практического руководства при разработке электродов. Из них для изучения указанных факторов использовались, петрографический, минералогический, рентгеноструктурный, микрорентгеноспектральный анализы. Для высокотемпературных измерений применялись сравнительный нагревательный микроскоп и техника измерений с помощью термопар [38]. Для разработанных электродов производились отработка режимов сварки в нижнем, вертикальном и горизонтальном положениях низкоуглеродистых и низколегированных сталей толщиной до 40 мм, механические испытания свойств соединений, выполнялась гигиеническая оценка электродов.
Вредные вещества, сопровождающие процесс сварки и их воздействие на организм человека
Одной из основных задач в области разработки и производства электродов является повышение качества их изготовления с целью обеспечения устойчивых свойств металла швов. Из практики электродного производства и металлургической промышленности известны сведения о влиянии гранулометрического состава компонентов шихты на качество электродных материалов и металла шва [45]. Различные размеры частиц шихты, обуславливая различную удельную поверхность контактирующих фаз, влияют на общий ход протекания реакций [46]. Гранулометрический состав, кроме этого, оказывает влияние на опрессовываемость электродов [47] и сыпучесть шихты порошковой проволоки, в значительной мере определяя качество этих сварочных материалов.
О повышении интереса к использованию в практических целях влияния гранулометрического состава компонентов шихты на свойства сварочных материалов указывают, в частности, данные патента США [48]. В этом патенте показано, как за счёт использования строго заданного гранулометрического состава добиваются получения определённых свойств металла шва. Однако, проведённый обзор литературных и патентных материалов не позволил выявить таких данных о влиянии гранулометрического состава, которые могли бы использоваться в практике разработки сварочных материалов. Это послужило основанием для проведения исследований, результаты которых изложены в работе [49]. Данные этой работы указали на большое влияние гранулометрического состава ферротитана, флюорита и доломита на такие свойства электродов, как диапазон рабочих напряжений и проплавляющую способность.
В настоящей работе были выполнены исследования влияния гранулометрического состава указанных компонентов на механические свойства, химический состав и газонасыщение металла швов, наплавляемых электродами с одинаковой рецептурой шихты, с целью использования результатов этих исследований для практических целей, а именно улучшения свойств электродов и в дальнейшем для других сварочных материалов. Анализ результатов экспериментов выявляет большое влияние гранулометрического состава шихты на технологические свойства электродов и металла шва.
Для проведения экспериментов по методике работы были, согласно ядру эксперимента центрального композиционного планирования, для двух факторов изготовлены электроды с одинаковыми химическими составами шихты, с различным гранулометрическим составом компонентов для групп «CaF2 - СаМ(СОз)г» и «Fen - FeMn». Гранулометрический состав остальных компонентов был для всех экспериментальных электродов одинаков.
Цель экспериментов: на основании исследования выявленных закономерностей взаимного влияния гранулометрических составов «CaF2 -CaMg(C03)2» и «Fen - FeMn» определить рациональный гранулометрический состав указанных компонентов в шихте разрабатываемых электродов.
Существо экспериментов и их результаты представлены в табл. 2.7. Механические свойства и химический состав приведены для однопроходных без подварки корня швов соединений из стали СтЗ толщиной 12 мм. Ввиду того, что выпускаемые сетки не обеспечивают точной подразбив-ки с выдерживанием заданного планом интервала варьирования грануляцией компонентов, отыскивание уравнений регрессии на ЭВМ представлялось малоцелесообразным, вследствие трудностей определения коэффициентов уравнения регрессии, адекватного реальному процессу. В связи с этим графические зависимости (рис. 2.24 - 2.26) построены по опытным данным (табл. 2.7). При этом принято, что распределение гранулометрического состава внутри каждого уровня подчиняется нормальному закону, т.е. значения грануляции аргументов были приняты равными среднему значению интерва-ла по числу отв./см сеток. Полученные зависимости подтвердили большое влияние гранулометрического состава исследованных компонентов на свойства металла швов. Для доломита и флюорита это влияние сказывается как на механических свойствах металла шва, так и на переходе в него С, Si, Мп и Ті, в то время как Fen и FeMn наиболее явно влияет на ударную вязкость (табл. 2.7). Анализ зависимостей (рис. 2.24 - 2.26) позволяет прийти к выводу, что интенсификация реакций раскислителей приводит к значительному повышению как ударной вязкости, так и относительного удлинения. Причем уменьшение размеров компонентов неоднозначно влияет на этот процесс. При определённой грануляции компонентов имеет место минимальная полнота протекания реакций, что приводит к значительному повышению содержания раскислителей в металле шва. Однако происходящее при этом резкое падение пластических свойств металла швов невозможно объяснить лишь увеличением перехода Si, Мп и Ті, поскольку их содержание лежит во вполне допустимых пределах. Более вероятно, что большую роль в этом играют характеристики механизма реакций дегазации, которые зависят от грануляции компонентов. Что касается реакций с участием углерода, то они существенно зависят от грануляции доломита только при определённом гранулометрическом со-ставе CaF2 ( 2700 OTB/CMZ ). новить наиболее оптимальную грануляцию доломита (900 - 1480 отв/см ), при которой гранулометрический состав флюорита не оказывает существенного влияния на пластические свойства металла шва и является важным фактором устойчивого их качества. В отличие от доломита и флюорита грануляция ферромарганца и Fen незначительно сказывается на переход в шов Si и Ті, более заметно это влияние на переход в шов Мп и С. Причем на переход С большее влияние оказывает гранулометрический состав Fen, а на переход Мп - ферромарганца. Более существенно влияние гранулометрического состава указанных компонентов на механические свойства (рис. 2.26). Если для относительного удлинения оно не вызывает трудностей, поскольку обеспечивает выдерживание высоких значений, отвечающих типу Э50А, то для ударной вязкости его необходимо учитывать обязательно.
Условия, определяющие критерии подбора компонентов шихты
В сварочном производстве, которое успешно развивается и совершенствуется, может быть занято от 1 до 3 % всех рабочих индустриально развитых стран [52], т, е. приблизительно 3 млн. сварщиков, 70 % из которых, как правило, могут сваривать конструкции из различных металлов и сплавов (черные металлы, нержавеющая сталь, алюминий и др.), комбинируя способы сварки. Ручная сварка производится электродами различных марок, отличающимися химическим составом проволоки и покрытий, в состав которых в зависимости от назначения электродов входят: ферромарганец, марганцевая руда, металлический марганец, плавиковый шпат, электродный мрамор, доломит, ферросилиций, кварцевый песок и др. Для того, чтобы иметь представление о потенциальной опасности аэрозоля, образующегося при различных видах сварки, и использовании различных сварочных материалов, важно знать удельные валовые выделения пыли и токсичных её компонентов.
Методика определения удельных валовых выделений пыли и токсических компонентов была разработана в Институте гигиены труда и профзаболеваний [52]. Для расчёта удельных выделений необходимо знать количество образующейся пыли (или токсических компонентов), количество израсходованных электродов и объём воздуха, из которого с помощью фильтров АФА - В - 18 уловлена пыль. Результаты определения удельных валовых выделений пыли и токсических веществ выражаются в миллиграммах на килограмм израсходованных сварочных материалов.
По экспериментальным данным Института гигиены труда и профзаболеваний, удельное количество пыли (твёрдая фаза аэрозоля), образующейся при сжигании различных электродов, составляет для электродов с покрытием руднокислого типа (марганцевое) 18,6 - 36,5 г/кг; основного типа (фтористо-кальциевое) - 11,3 - 13,5 г/кг; рутилового или рутилкарбонатного - 7,1 - 15,3 г/кг [53].
Основные гигиенические показатели вредности пыли: растворимость, задержка при дыхании лёгочной тканью и фагоцитоз. Многие из исследований [54] (например, растворимость электросварочной пыли в организме) представляют большую практическую ценность при оценке агрессивности сварочного аэрозоля.
Длительное (10-20 лет) воздействие сварочного аэрозоля может стать причиной профессионального заболевания у электросварщиков, которое называется пневмокониозом. При этом заболевании поражаются органы дыхания, в особенности лёгкие, в которых нежная эластичная ткань заменяется грубой соединительной тканью. Жалобы при этом заболевании незначительны, и обнаруживается болезнь главным образом при рентгеновском обследовании. Заболевание протекает медленно, доброкачественно, редко осложняется туберкулёзом.
Основным компонентом (по количеству) сварочного аэрозоля являются окислы железа (45 - 65 %). Однако в зависимости от применяемых электродов в аэрозолях содержатся окислы марганца, цинка, хрома, двуокись кремния и фтористые соединения. Содержание этих веществ по сравнению с окислами железа сравнительно невелико, но вследствие своей токсичности они могут иметь решающее значение при определении степени вредности пыли. Общее содержание пыли, окислов марганца, фтористых и хромсодер-жащих соединений в рабочей зоне определяется составом свариваемого металла, стержня электродов и обмазки, силой сварочного тока и диаметром электродов, положением тела сварщика относительно дуги, конфигурацией свариваемых изделий, эффективностью применяемых противопылевых мероприятий.
К наиболее вредным пылевым выделениям относятся окислы марганца, вызывающие органические заболевания нервной системы, лёгких, печени и крови; соединения кремния, вызывающие в результате вдыхания их силикоз; соединения хрома, способные накапливаться в организме, вызывая головные боли, заболевания пищеварительных органов, малокровие; окись титана, вызывающая заболевания лёгких.
Специально проведёнными экспериментами в лабораторных условиях было установлено, что количество марганца в электросварочной пыли пропорционально содержанию марганца в обмазке [55]. Наименьший процент окислов марганца содержится в аэрозоле, полученном при сжигании электродов с фтористо-кальциевым и рутиловым покрытием, а наибольший - в аэрозоле марганцевых электродов. Окислы марганца, содержащиеся в сварочном аэрозоле, представляют потенциальную опасность в отношении развития интоксикации марганцем. отя сварка электродами с фтористо-кальциевым покрытием сопровождается меньшим выделением окислов марганца, в составе сварочного факела при сжигании этих электродов содержатся фтористые соединения (фтористый водород, четырёхфтористый кремний), концентрации которых в зоне дыхания сварщиков иногда бывают довольно значительны.
