Защита от вредных и опасных факторов при производстве метизов

А. А. ФИЛИППОВ, Г. В. ПАЧУРИН, В. И. НАУМОВ







        ЗАЩИТА ОТ ВРЕДНЫХ И ОПАСНЫХ ФАКТОРОВ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ МЕТИЗОВ











Рекомендовано УМО РАЕ по классическому университетскому и техническому образованию в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям подготовки:
20.03.01 «Техносферная безопасность»,
22.03.01 и 22.04.01 «Материаловедение и технология материалов»,
22.03.02 и 22.04.02 «Металлургия», 15.03.01 «Машиностроение»,
15.03.04 и 15.04.04 «Автоматизация технологических процессов
и производств», 15.03.05 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств»












Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2023

УДК 621.77:669.14
ББК 34.2+65.246
     Ф53



Рецензенты:
доктор технических наук, профессор В. К. Мусаев;
кандидат технических наук, доцент С. М. Шевченко




     Филиппов, А. А.
Ф53 Защита от вредных и опасных факторов при производстве метизов : учебное пособие / А. А. Филиппов, Г. В. Пачурин, В. И. Наумов. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2023. - 196 с. : ил., табл.
           ISBN978-5-9729-1396-1

           Выявлены и идентифицированы опасные и вредные производственные факторы при переработке горячекатаного и калиброванного проката, в процессе очистки поверхности от окалины и загрязнений горячекатаного проката, фосфатирования поверхности, при термической обработке бунтов, проволоки и метизных изделий, волочении проката и предложены конкретные мероприятия по снижению на обслуживающий персонал их негативного воздействия.
           Для студентов очной и заочной форм обучения по направлению подготовки 20.03.01 «Техносферная безопасность» (профиль подготовки «Безопасность технологических процессов и производств»), 22.03.01 и 22.04.01 «Материаловедение и технология материалов», 22.03.02 и 22.04.02 «Металлургия», 15.03.01 «Машиностроение», 15.03.04 и 15.04.04 «Автоматизация технологических процессов и производств», 15.03.05 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств». Может быть использовано преподавателями, инженерами и специалистами при эксплуатации промышленного оборудования и безопасной организации работ на производстве.

                                                             УДК 621.77:669.14
                                                             ББК 34.2+65.246




Печатается в авторскойредакции







ISBN 978-5-9729-1396-1

     © Филиппов А. А., Пачурин Г. В., Наумов В. И., 2023
     © Издательство «Инфра-Инженерия», 2023
                            © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2023

ОГЛАВЛЕНИЕ


Введение.......................................................6
1. Назначение и методы получения высокопрочного крепежа........9
  1.1. Назначение крепежа класса прочности 8.8 и выше..........9
  1.2. Технологические схемы подготовки проката для изготовления высокопрочного крепежа.....................................12
2. Основные требования, предъявляемые к материалам для изделий, изготавливаемых методом холодной высадки.............19
  2.1. Свойства стали как материала для изготовления метизных изделий....................................................19
  2.2. Марки стали, химический состав и другие свойства металла......................................................22
  2.3. Влияние химических элементов, определяющих поведение стали при волочении и высадке метизных изделий.....................23
3. Обеспечение технологической пластичности и прочности проката.......................................................26
  3.1. Волочение как основной вид деформации при подготовке проката к холодной объемной штамповке........................26
  3.2. Влияние структуры металла на обеспечение технологической пластичности и прочности проката.............................29
  3.3. Влияние поверхностных дефектов проката на качество метизов...33
  3.4. Термическая обработка как основной способ формирования механических характеристик проката.........................37
4. Общий анализ опасных и вредных факторов в метизном производстве..................................................41
  4.1. Опасные условия и опасные действия под действием опасных и вредных факторов...........................................41
  4.2. Система управления безопасностью труда.................47
  4.3. Обучение и проверка знаний по охране труда.............49
  4.4. Инструктажи по охране труда в цехах метизного производства.51
  4.5. Трехступенчатый контроль охраны труда..................55
  4.6. Обеспечение безопасных условий труда в цехах метизного производства, связанных с применением вредных веществ......60
  4.7. Требования к машинам, оборудованию и инструменту.......63
  4.8. Требования к транспорту и погрузочно-разгрузочным работам..66
  4.9. Требования к отоплению, вентиляции, обеспечение пожарной безопасности, водо- и газоснабжения, освещения и канализации.69
   4.10. Санитарно-гигиенические требования и элементам производственных и вспомогательных помещений..............73

3

  4.11. Санитарно-гигиенические требования к элементам бытовых помещений..................................................74
5. Опасные и вредные факторы при обработке поверхности проката......................................................82
  5.1. Химическое травление поверхности проката................83
      5.1.1. Опасные и вредные факторы при химическом способе травления..............................................94
      5.1.2. Приточно-вытяжная вентиляция при химическом способе травления поверхности проката..........................96
  5.2. Дробеструйная обработка поверхности проката............104
  5.3. Механические способы очистки поверхности проката и проволоки...............................................110
      5.3.1. Обработка абразивным инструментом................110
      5.3.2. Очистка поверхности окалиноломателями............112
      5.3.3. Поверхностная обточка проката....................113
      5.3.4. Снятие окалины щетками...........................117
  5.4. Опасные и вредные факторы при механической очистке проволоки и проката.......................................119
  5.5. Причины и расследование несчастных случаев на производстве..............................................121
6. Роль освещения в обеспечении безопасных условий труда производственных помещениях при изготовлении метизов........128
   6.1. Классификация освещения и требования к освещению......128
   6.2. Искусственное освещение и источники искусственного света.,,129
   6.3. Гигиенические требования к естественному освещению...133
   6.4. Виды и системы естественного освещения................135
   6.5. Требования к естественному производственному освещению....140
   6.6. Приспособления, ограничивающие слепящее действие прямой или отраженной блескости на рабочих местах...............141
7. Основные требования к электробезопасности и безопасности к грузоподъемному оборудованию в метизном производстве.......146
  7.1. Опасность поражения электрическим током................146
  7.2. Грузоподъемные краны, используемые в производстве при подготовке проката........................................154
  7.3. Требования безопасности к грузоподъемному оборудованию.157
  7.4. Механизмы подъема и торможения грузоподъемных кранов...158
  7.5. Электрозащитные устройства мостового крана.............159
  7.6. Защитное заземление мостового крана....................160
  7.7. Регистрация и техническое освидетельствование кранового оборудования..............................................161

4

8. Способы снижения воздействия опасных и вредных факторов при подготовке структурно-механических свойств проката....164
  8.1. Электроплазменная очистка проката.................164
  8.2. Индукционный нагрев при подготовке проката........169
  8.3. Изотермическая обработка при подготовке проката...174
Заключение...............................................180
Библиографический список.................................182
Приложение...............................................190

5

    ВВЕДЕНИЕ


     Производственный травматизм представляет собой совокупность травм, возникших в результате выполнения своих трудовых обязанностей. По данным Международной организации труда, в мире на производстве ежегодно погибает около 2 млн человек, что составляет около 9% от общего числа смертей. При этом травмируется около 270 млн человек и 160 млн человек страдает от профзаболеваний.
     Министерство здравоохранения и социального развития России информирует, что за последние пять лет в нашей стране было зарегистрировано 44 тысячи профессиональных заболеваний. Уровень смертельного травматизма достиг 12 случаев на 100 тысяч работающих, т.е. в несколько раз выше, чем в США и странах Евросоюза. Средняя продолжительность жизни в России составляет 66 лет, что на 12 лет ниже, чем в США, и на 11,5 лет ниже, чем в Евросоюзе. При этом дополнительные расходы государства приводит к тому, что страна теряет ежегодно 4% ВВП. Из-за болезней в среднем теряется до 10 рабочих дней на одного работающего. Общие потери рабочего времени, согласно экспертным оценкам, составляет около 70 млн дней в году.
     Развитие экономического хозяйства Российской Федерации требует постоянного роста объемов промышленного производства. В стране появляются новые производства, наблюдается возрастание материальноэкономического, энергетического, информационного потенциала производственных комплексов и систем. Применяются достаточно новые и наукоемкие, экологичные, материало- и энергоэкономные, ресурсосберегающие технологии, которые связаны с научно-техническим прогрессом и требуют новых, более полных представлений о производственном травматизме и различных опасных производственных факторах, а также переоценки старых и выработки новых критериев оценки и профилактики травматизма.
     Между тем, на большинстве предприятий России анализ производственного травматизма производится только на основе расчета стандартных показателей несчастных случаев - коэффициентов частоты, тяжести несчастных случаев и некоторых других. Расчет этих коэффициентов не дает информации о характере возможных несчастных случаев и их последствиях, а значит, практически бесполезен при решении проблемы выявления возникновения опасных производственных факторов. Уровень производственного травматизма на многих предприятиях остается достаточно высоким и вызывает серьезную озабоченность при постоянном росте травматизма и частоты тяжелых повреждений.
     Согласно статистическим данным, основными причинами производ

ственного травматизма являются:

6

  •  старение и износ основных производственных фондов;
  •  несовершенство и нарушение технологических процессов;
  •  неудовлетворительная организация производства работ;
  •  эксплуатация неисправных механизмов и оборудования;
  •  ухудшение производственного контроля;
  •  ухудшение обеспечения средствами индивидуальной защиты
     и  систем коллективной защиты;
  •  снижение производственной и технологической дисциплины;
  •  снижение ответственности работодателей и руководителей производств за состояние условий и охраны труда;
  •  различные психофизиологические факторы.
     Всестороннее рассмотрение данной проблемы в масштабах Российской Федерации показало, что структура травматизма отличается постоянством и мало зависит от его уровня. По мнению специалистов, методологической основой профилактики травм является адекватный анализ опасных и вредных производственных факторов риска их возникновения. Для разработки профилактических мероприятий по снижению травматизма необходимо располагать достоверными данными на конкретном предприятии, цехе, участке и в конкретное время. В этом случае требуется грамотно и квалифицированно провести расследование несчастного случая на производстве. В противном случае, кроме неправильных выводов по причине конкретного случая и мероприятий по устранению его последствий, могут быть разработаны неадекватные мероприятия по профилактике несчастных случаев.
     Однако приходится констатировать, что современное производство продолжает оставаться источником опасных и вредных производственных факторов. Требуется дальнейшее изучение проблем и причинноследственных связей травматизма и успешного развития производства на данном этапе развития. Необходимо решать вопросы профилактики и снижение риска несчастных случаев в условиях производственного процесса.
     Одним из видов продукции массового назначения являются металлические изделия (метизы). К метизам, получаемым методом холодной объемной штамповки, относятся, например, проволока, проволочные изделия, крепеж и пружины. Достаточно широкий сортамент и большое разнообразие свойств метизов продиктовано спецификой их использования в различных областях машиностроения. Поэтому вопросы профилактики травматизма и профзаболеваний на предприятиях, где производится подготовка проката для изготовления метизных изделий методом холодной объемной штамповки, актуальны и требуют изучения и контроля.

7

     Задачей современного этапа развития метизного производства является улучшение качества исходного металлопроката и изготавливаемых из него изделий, повышение их работоспособности, надежности, долговечности, которые обеспечивают безопасность при дальнейшей эксплуатации конкретного изделия.
     В машиностроительном производстве к стальным изделиям, как к основным конструкционным материалам, предъявляются все более жесткие требования в отношении механических характеристик, эксплуатационной долговечности, а также новых функциональных свойств. Одновременно с этим усиливается потребность в снижении затрат, экономии материальных и энергетических ресурсов, их оборотном использовании в интересах экономики, снижении рисков безопасности производственных процессов и решения все более острых экологических проблем.
     Авторы данного учебного пособия ставят перед собой задачу показать роль и значимость метизных изделий в промышленном производстве, выявить и идентифицировать опасные и вредные производственные факторы при переработке горячекатаного и калиброванного проката, в процессе очистки поверхности от окалины и загрязнений горячекатаного проката, фосфатирования поверхности, при термической обработки бунтов, проволоки и метизных изделий, волочения проката и предложить конкретные мероприятия по снижению на обслуживающий персонал их негативного воздействия.

8

    1. НАЗНАЧЕНИЕ И МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОПРОЧНОГО КРЕПЕЖА

    1.1. Назначение крепежа класса прочности 8.8 и выше

     К метизным изделиям относят в первую очередь проволоку, пружины (рис. 1.1), проволочные и крепежные изделия. Богатый сортамент и большое разнообразие свойств метизов продиктованы спецификой их использования в различных областях.


Рис. 1.1. Пружины

     Особенную роль занимает высокопрочный крепеж. Преимущества использования высокопрочного крепежа состоят в следующем:
   • целесообразно применять крепежные изделия меньшего размера при тех же нагрузках;
   • выдерживает разрушающее воздействие нагрузки в два-три раза выше, по сравнению с классом прочности 4.8;
   • сокращается металлоемкость крепежа и соответственно цена снижается на 15-25 %.
     Главными требованиями к применению данного вида крепежа являются наличие высоких разрывных усилий, повышенные статистические и динамические нагрузки. Высокопрочный крепеж является наиболее массовым видом деталей машин и показан на рис. 1.2.
     По действующей международной классификации к высокопрочному крепежу относятся изделия, у которых временное сопротивление разрыву больше или равно 800 МПа.


9

Рис. 1.2. Высокопрочный крепеж

     Исходя из этого параметра, классы прочности для высокопрочного крепежа начинаются для болтов с класса 8.8 и заканчиваются классом прочности 12.9. Прочностные характеристики болтовых изделий определяются выбором соответствующей марки стали и технологией изготовления. Высокопрочный крепеж изготавливают методом холодной объемной штамповки (ХОШ) чаще всего из сталей марок 35, 35Х, 20Г2Р, ЗОГ1Р, 38ХА, 40Х и других.
     Начиная с конца 80-х годов XX столетия, для изготовления высокопрочного крепежа используют низкоуглеродистые борсодержащие доэв-тектоидные стали 20Г2Р и 30Г1Р. Данные марки стали имеет некоторые преимущества перед другими сталями. Такими преимуществами являются удовлетворительная пластичность и прокаливаемость. Использование в массовом производстве борсодержащих сталей ряда металлургических производств показало, что прокат имеет нестабильную прокаливаемость по длине и сечению мотка.
     Состояние горячекатаного проката не гарантирует получения из него качественных высокопрочных болтовых изделий. Это связано с тем, что на прокаливаемость проката сталей 20Г2Р и 30Г1Р оказывает влияние не весь присутствующий в стали, а только «эффективный» (твердорастворимый, не связанный в нитриды) бор. Если это условие нарушено, то это приводит к нестабильности свойств борсодержащих сталей. Как правило, 10

сталь 20Г2Р используется для изготовления болтов класса прочности 8.8 и не более. Для изготовления болтовых изделий классов прочности 9.8 и 10.9 используется борсодержащая сталь 30Г1Р.
     Иногда российские производители высокопрочного крепежа вынуждены закупать горячекатаный прокат в бунтах из борсодержащих сталей за рубежом (например, фирма «Овако» Финляндия), что приводит к удорожанию продукции. Опыт ряда отечественных заводов позволил сформулировать общие рекомендации по применению унифицированного ряда борсодержащих сталей 12Г1Р, 20Г2Р, 30Г1Р для изделий классов прочности 6.8, 8.8, 9.8 и 10.9 диаметром до 24 мм.
     Для изготовления болтов больших диаметров на заводах РФ применяют конструкционную легированную сталь 40Х. Цена одной тонны горячекатаного проката стали марки 40Х, как правило, ниже, чем у сталей 20Г2Р и 30Г1Р. Стоимость одной тонны проката борсодержащей стали импортного производства и одной тонны проката стали 40Х отечественного производства составляет существенную разницу в пользу последней.
     Удовлетворительной микроструктурой проката, предназначенного для дальнейшего изготовления из него болтов методом холодной высадки, является зернистый перлит. Микроструктура зернистого перлита калиброванного проката показана на рис. 1.3.
     Однако болтовые изделия с такой микроструктурой не соответствуют требованиям ГОСТ Р 52627-2006 (ИСО 898-1:1999) и должны быть подвержены объемной закалке и отпуску, чтобы обеспечить необходимые механические характеристики, которые соответствуют классу прочности 8.8 и более. В этом случае крепеж приобретает необходимую твердость и прочность.


Рис. 1.3. Микроструктура зернистого перлита

11

     Однако в результате закалки может возникнуть обезуглероживание поверхности, коробление, деформации и трещины (показано на рис. 1.4), что снижает качество и повышает отбраковку длинномерных болтов.


Рис. 1.4. Трещины после термической обработки

     Особенно это касается длинномерных болтов длиной более 50 мм. Для термообработки высокопрочных болтов в соляных ваннах и проходных печах требуется дорогостоящая оснастка и, как правило, последующая сортировка и их рихтовка.


    1.2. Технологические схемы подготовки проката для изготовления высокопрочного крепежа

     Горячекатаный прокат в бунтах и прутках, который показан на рис.1.5, закупается метизными предприятиями с металлургических комбинатов, невозможно без предварительной технологической обработки запускать под изготовление крепежных и других изделий методом ХОШ. Такой прокат по точности размера профиля и качеству поверхности не отвечает требованиям калиброванного проката, поэтому его подвергают травлению и волочению.
     Все отечественные металлургические заводы изготавливают горячекатаный прокат по геометрическим параметрам, согласно ГОСТ 2590-88 «Прокат стальной горячекатаный круглый. Сортамент» обычной точности прокатки «В». Данный стандарт регламентирует отклонение по обычной точности прокатки «В» в пределах от +0,3 до -0,5 мм от номинального диаметра, овальность проката не должна превышать 50 % предельных отклонений по диаметру. Это одна из причин невозможности использования данного проката без предварительной технологической переработки под изготовление болтов.


12

Рис. 1.5. Горячекатаный прокат в мотках и прутках

     Другой причиной невозможности использования горячекатаного проката без переработки под ХОШ является структурное состояние и качество его поверхности. Длительная выдержка металла при горячей прокатке в нагревательной печи и на прокатном стане способствует интенсивному образованию окалины, которая не только снижает выход годного, но и усложняет процесс переработки горячекатаного проката.
     Максимальное значение на структуру оказывает скорость охлаждения горячекатаного проката перед его смоткой в компактный бунт. Практически при смотке в бунт условия охлаждения отдельных витков резко различаются. Это различие заключается прежде всего в разной скорости охлаждения витков, а это, в свою очередь, определяет структуру стали. В настоящее время на ряде металлургических комбинатов, таких как ПАО «Белорецкий металлургический комбинат», ПАО «Оскольский электрометаллургический комбинат» и ряде других прокатные станы оснащены линией двухстадийного охлаждения горячекатаного проката, что исключает закаливание его поверхности. Применение данного вида проката позволяет исключить предварительную термообработку при дальнейшем технологическом переделе проката, улучшить его механические свойства.
     При этом получается горячекатаный прокат с мелкодисперсной псевдосфероидизированной структурой. По прочностным и пластическим характеристикам он не отличается от металлопроката, повергнутого традиционному печному сфероидизирующему отжигу. К примеру, Криворожский металлургический комбинат «Криворожсталь» (ныне ОАО «Арселор Миттал Кривой Рог») производит горячекатаный прокат диаметром от 5,5 до 12,0 мм в бунтах массой 200 кг со смягчающей сфероидизирующей обработкой.
     Технология изготовления проката включает ускоренное охлаждение металла перед намоткой в бунт и сфероидизирующий отжиг в проходных роликовых печах с фазовой перекристаллизацией. Разработанные режимы термической обработки горячекатаного проката обеспечивают

13