Влияние вредных примесей на свойства стали. Влияние вредных веществ в воздухе рабочей зоны на организм человека - реферат

Резко отрицательное действие на хладостойкость оказывают вредные примеси: фосфор и сера. Растворяясь в феррите, фосфор заметно искажает кристаллическую решетку твердого раствора и повышает температуру перехода в твердое состояние. Охрупчивающее влияние фосфора усиливается при обогащении им межзеренных границ благодаря развитию ликвационных процессов. Обогащение фосфором границ аустенитных зерен может также явиться следствием перераспределения примесей из-за неодновременного протекания процессов превращения неравновесных структур. Обратимая отпускная хрупкость способствует не только абсолютному уменьшению уровня ударной вязкости, но и существенному повышению порога хладноломкости. Легирование молибденом снижает как склонность стали к отпускной хрупкости, так и порог хладноломкости. Повышение содержания фосфора на 0,01 % в литой стали 35Л увеличивает критическую температуру хрупкости на 20 °С.

В отличие от фосфора сера практически нерастворима в феррите и присутствует в стали в виде сульфидов. Сернистые включения могут иметь вид обособленных сульфидов и в виде строчек располагаются по границам зерен. Последний вид включений особенно вреден с точки зрения хладостойкой стали, так как приводит к ослаблению границ зерен и затрудняет пластическую деформацию. Введение марганца в жидкую сталь приводит к образованию сульфида марганца вместо сульфида железа, что несколько уменьшает вредное влияние серы. Однако сульфиды марганца пластичны при температурах горячего деформирования и не улучшают ударную вязкость в направлении, перпендикулярном направлению прокатки. Увеличение содержания серы в литой стали 25Л от 0,02 до 0,05 % более чем в два раза снижает ударную вязкость при –40 °С.

Действие вредных примесей, особенно серы, может быть существенно ослаблено модифицированием за счет введения в жидкую сталь кальция и редкоземельных металлов (РЗМ). Модифицирование кальцием способствует снижению концентрации серы, формированию более мелких трудно деформируемых неметаллических включений, имеющих более благоприятную глобулярную форму. Ударная вязкость возрастает в 1,5–2 раза, резко уменьшается скорость распространения усталостной трещины, увеличиваются характеристики вязкости разрушения.

Введение кальция существенно влияет на тип и распределение неметаллических включений, способствуя образованию более мелких равноосных глобулярных комплексных включений. Дополнительное введение бария в кальцийсодержащую сталь способствует еще большему измельчению неметаллических включений и их равномерному распределению в матрице.

РЗМ, вводимые в жидкую сталь, не входят в состав твердого раствора, не обогащают границ зерен, а полностью находятся в неметаллических включениях глобулярной формы. При введении небольших добавок РЗМ (до 0,15 %) они вступают во взаимодействие только с серой и кислородом. С увеличением добавок РЗМ до 0,4 % возрастает вероятность связывания ими фосфора, мышьяка, сурьмы и др. в неметаллические включения, что уменьшает опасность охрупчивания стали при понижении температуры. При этом достигается более существенное снижение порога хладноломкости и, кроме того, уменьшается склонность стали к обратимой отпускной хрупкости.

Эффективным технологическим приемом, позволяющим существенно повысить хладостойкость литых сталей, является обработка их комплексными лигатурами, содержащими редкоземельные и щелочноземельные металлы (ЩЗМ). Однако десульфирующая и модифицирующая способность подобных лигатур в значительной мере определяется степенью раскисленности стали. Это объясняется тем, что РЗМ и ЩЗМ обладают высоким сродством как к кислороду, так и к сере, и в случае низкого содержания алюминия в стали в основном расходуются на раскисление. С увеличением концентрации алюминия содержание несвязанного кислорода в стали уменьшается и, следовательно, вероятность взаимодействия РЗМ и ЩЗМ с серой возрастает. Так, для стали 12ХГФЛ, обработанной лигатурой ЩЗМ, степень десульфурации (9 %) оказалась при содержании алюминия 0,015 %, при увеличении концентрации алюминия до 0,055 % степень десульфурации возросла до 46 % (рис. 13.8).

Рис. 13.8. Влияние алюминия и ЩЗМ на ударную вязкость стали 12ХГФЛ:

1 - без обработки ЩЗМ, 2 - с обработкой ЩЗМ

При концентрации остаточного алюминия в стали менее 0,03 % наблюдается падение ударной вязкости, связанное с присутствием пленок сульфидных эвтектик, располагающихся по границам зерен (второй тип включений по классификации Симса и Даля). В этом случае обработка стали комплексным сплавов малоэффективна в связи с тем, что основная часть его расходуется на раскисление, а загрязненность его пленочными сульфидами практически не меняется.

Повышение ударной вязкости стали, обработанной ЩЗМ, наблюдается при относительно высоких (более 0,03 %) концентрациях алюминия. Металлографические исследования показали, что кальций в этом случае принимает активное участие в формировании оксисульфидных глобулярных включений. Это подтверждено микрорентгеноспектральным анализом, проведенным как на шлифах, так и на изломах образцов после ударных испытаний. При этом распределение включений в объеме металла приобретает более равномерный характер, а общий индекс загрязненности стали снижается на 25–30 %. Кроме того, существенно уменьшаются размеры включений (характерный размер включений без обработки лигатурой составляет 3,75–8,75 мкм, а в стали, обработанной лигатурой, - 1,25–6,25 мкм).

Вследствие того, что сульфиды кальция и сульфиды марганца образуют ряд твердых растворов с высокой температурой плавления, происходит выделение комплексных сульфидов на более ранней стадии кристаллизации стали. Комплексные сульфидные включения, содержащие CaS, хорошо ассимилируются известково-глиноземными расплавами - продуктами раскисления. Поэтому в стали, раскисленной алюминием и ЩЗМ, выделяющаяся оксидная фаза оказывается в сульфидной оболочке. В этом случае оксидные сегрегации Al 2 O 3 остроугольной формы превращаются в глобулярные, равномерно распределенные в объеме металла, частицы, что существенно уменьшает их отрицательное влияние как концентраторов напряжений.

Из газов, растворенных в стали, особенно неблагоприятное действие на хладостойкость оказывает водород. Водород в стали может находиться либо в твердом растворе внедрения в виде атомов или ионов, либо в молекулярной форме. В последнем случае он располагается в порах, иногда называемых коллекторами водорода, причем давление водорода в коллекторах может достигать значительных величин. При повышенных температурах и давлении водород может взаимодействовать с углеродом с образованием метана СН 4 . Реакция образования метана протекает преимущественно по границам зерен, что ослабляет связь между ними. Внутреннего давления водорода в порах недостаточно для образования трещин. Разрушение развивается при миграции водорода в очаг деформации перед растущей трещиной. Подвижность водорода и его способность легко перемещаться вместе с дислокациями приводит к скоплению водорода в местах концентрации напряжений, на границе включение - матрица, что способствует хрупкому разрушению стали, особенно при низких температурах.

Эффективное очищение стали от вредных примесей и газов достигается при использовании установок внепечного рафинирования и вакуумирования (УВРВ). В них наводится высокоактивный шлак, применяется вакуумное раскисление углеродом и дегазация. В табл. 13.2 приведены некоторые показатели выплавки толстолистовой высокопрочной среднелегированной стали марки 35Х2Н4МДФА по двум вариантам. Первый вариант предусматривал обработку полупродукта на УВРВ с применением РЗМ для раскисления и десульфурации, вакуумирование, раскисление кремнием на 0,15–0,18 % и окончательное раскисление алюминием из расчета 0,3 кг/т с введением РЗМ в количестве также 0,3 кг/т. Второй вариант предусматривал обычную мартеновскую выплавку с раскислением, аналогичным первому варианту.

Обработка на УВРВ позволяет существенно уменьшить содержание вредных примесей, газов и неметаллических включений, что благоприятно влияет на уровень механических свойств при низких температурах.

На рис. 13.9 приведены температурные зависимости ударной вязкости, доли вязкой составляющей в изломе при испытании на статический изгиб образцов с надрезом и статической трещиностойкости, определенной на компактных образцах.

Влияние на механические свойства в углеродистых сталях оказывает содержание углерода. При увеличении содержания углерода повышаются прочность, твердость и износоустойчивость, но понижаются пластичность и ударная вязкость, а также ухудшается свариваемость

Изменение прочности стали в зависимости от содержания углерода.

Феррит (твердый раствор углерода в железе) - очень пластичен и вязок, но непрочен.

Перлит , механическая смесь тонкодисперсных пластинок феррита и цементита, придает прочность. Цементит очень тверд, хрупок и статически прочен. При повышении в стали содержания углерода (в пределах до 0,8%) увеличивается содержание перлита и повышается прочность стали. Однако вместе с этим снижаются ее пластичность и ударная вязкость. При содержании 0,8% С (100% перлита) прочность стали достигает максимума.

Марганец вводят в любую сталь для раскисления (т. е. для устранения вредных включений закиси железа). Марганец растворяется в феррите и цементите, поэтому его обнаружение металлографическими методами невозможно. Он повышает прочность стали и сильно увеличивает прокаливаемость. Содержание марганца в углеродистой стали отдельных марок может достигать 0,8%.

Кремний , подобно марганцу, является раскислителем, но действует более эффективно. В кипящей стали содержание кремния не должно превышать 0,07%. Если кремния будет больше, то раскисление кремнием произойдет настолько полно, что не получится «кипения» жидкого металла за счет раскисления углеродом. В спокойной углеродистой стали содержится от 0,12 до 0,37% кремния. Весь кремний растворяется в феррите. Он сильно повышает прочность и твердость стали.

Сера - вредная примесь. В процессе выплавки стали содержание серы снижают, но полностью ее удалить не удается. В мартеновской стали обыкновенного качества содержание серы допускается до 0,055%.

Присутствие серы в большом количестве приводит к образованию трещин при ковке, штамповке и прокатке в горячем состоянии, это явление называется красноломкостью . В углеродистой стали сера взаимодействует с железом, в результате чего получается сернистое железо FeS. В процессе горячей пластической деформации по границам зерен, образуются горячие трещины.

Если в сталь ввести достаточное количество марганца, то вредное влияние серы будет устранено, так как она будет связана в тугоплавкий сульфид марганца. Включения MnS располагаются в середине зерен, а не по их границам. При горячей обработке давлением включения MnS легко деформируются без образования трещин.

Фосфор , подобно сере, является вредной примесью. Растворяясь в феррите, фосфор резко снижает его пластичность, повышает температуру перехода в хрупкое состояние, или иначе - вызывает хладноломкость стали. Это явление наблюдается при содержании фосфора свыше 0,1 %.

Области слитка с повышенным содержанием фосфора становятся хладноломкими. В мартеновской стали обыкновенного качества допускается не более 0,045% Р.

Сера и фосфор , вызывая ломкость стали и одновременно понижая механические свойства, улучшают обрабатываемость резанием: повышается чистота обрабатываемой поверхности, увеличивается время между переточками резцов, фрез и т. д. Поэтому для ряда неответственных деталей, подвергаемых механической обработке, применяют так называемые автоматные стали с повышенным содержанием серы (до 0,30%) и фосфора (до 0,15%).

Кислород - вредная примесь. Закись железа, подобно сере, вызывает красноломкость стали. Очень твердые окислы алюминия, кремния и марганца резко ухудшают обрабатываемость стали резанием, быстро затупляя режущий инструмент.

В процессе выплавки углеродистой стали из металлического лома в нее могут попасть никель, хром, медь и другие элементы. Эти примеси ухудшают технологические свойства углеродистой стали (в частности, свариваемость), поэтому их содержание стараются свести к минимуму.

Маркировка сталей

В углеродистых сталях обыкновенного качества допускается содержание вредных примесей, а также газонасыщенность и загрязнённость неметаллическими включениями. И в зависимости от назначения и комплекса свойств подразделяют на группы: А- поставляется с гарантированными механическими показателями, Б- поставляется с гарантированными химическими показателями, В- поставляется с гарантированными химическими и механическими показателями.

Стали маркируются сочетанием букв Ст и цифрой (от 0 до 6), показывающей номер марки, а не среднее содержание углерода в ней, хотя с повышением номера содержание углерода в стали увеличивается. Стали групп Б и В имеют перед маркой буквы Б и В, указывающие на их принадлежность к этим группам. Стали группы А используют в состоянии поставки для изделий, изготовление которых не сопровождается горячей обработкой. В этом случае они сохраняют структуру нормализации и механические свойства, гарантируемые стандартом.

Стали группы Б применяют для изделий, изготавливаемых с применением горячей обработки (ковка, сварка и в отдельных случаях термическая обработка), при которой исходная структура и механические свойства не сохраняются. Для таких деталей важны сведения о химическом составе, необходимые для определения режима горячей обработки.

При производстве сталии современная металлургия использует огромное количество примесей и добавок. Пропорции и количество легирующих элементов, как еще называют добавки, обычно составляют коммерческую тайну металлургической компании.

Углерод - неотъемлемая часть любой стали, так как сталь это сплав углерода с железом. Процентное содержание углерода определяет механические свойства стали. С увеличением содержания углерода в составе стали, твердость, прочность и упругость стали увеличиваются, но пластичность и сопротивление удару понижаются, а обрабатываемость и свариваемость ухудшается.

Кремний - незначительное его содержание в составе стали особого влияния на ее свойства не оказывает. При повышении содержания кремния значительно улучшаются упругие свойства, магнитопроницаемость, сопротивление коррозии и стойкость к окислению при высоких температурах.

Марганец - в углеродистой стали содержится в небольшом количестве и особого влияния на ее свойства не оказывает. Однако он образует с железом твердое соединение повышающее твердость и прочность стали, несколько уменьшая ее пластичность. Марганец связывает серу в соединение MnS, препятствуя образованию вредного соединения FeS. Кроме того, марганец раскисляет сталь. Сталь в состав которой входит большое количество марганца приобретает существенную твердость и сопротивление износу.

Сера - является вредной примесью в составе стали, где она находится преимущественно в виде FeS. Это соединение придает стали хрупкость при высоких температурах - красноломкость. Сера увеличивает истираемость стали, понижает сопротивление усталости и уменьшает коррозионную стойкость.
В углеродистой стали допустимое содержание серы - не более 0,07%.

Фосфор - также является вредной примесью в составе стали. Он образует с железом соединение Fe 3 P. Кристаллы этого соединения очень хрупки, вследствие чего сталь приобретает высокую хрупкость в холодном состоянии - хладноломкость. Отрицательное влияние фосфора наибольшим образом сказывается при высоком содержании углерода.

Легирующие компоненты в составе стали и их влияние на свойства:

Алюминий - сталь, состав которой дополнен этим элементом, приобретает повышенную жаростойкость и окалиностойкость.

Кремний - увеличивает упругость, кислостойкость, окалиностойкость стали.

Марганец - увеличивает твердость, износоустойчивость, стойкость против ударных нагрузок при этом не уменьшает пластичности.

Медь - улучшает коррозионностойкие свойства стали.

Хром - повышает твердость и прочность стали, незначительно уменьшая пластичность, увеличивает коррозионностойкость. Содержание больших количеств хрома в составе стали придает ей нержавеющие свойства.

Никель - также как и хром придает стали коррозионную стойкость, а также увеличивает прочность и пластичность.

Вольфрам - входя в состав стали, образует очень твердые химические соединения - карбиды, резко увеличивающие твердость и красностойкость. Вольфрам препятствует расширению стали при нагреве, способствует устранению хрупкости при отпуске.

Ванадий - повышает твердость и прочность стали, увеличивает плотность стали. Ванадий является хорошим раскислителем.

Кобальт - повышает жаропрочность, магнитные свойства, увеличивает стойкость против ударных нагрузок.

Молибден - увеличивает красностойкость, упругость, предел прочности на растяжение, улучшает антикоррозионные свойства стали и сопротивление окислению при высоких температурах.

Титан - повышает прочность и плотность стали, является хорошим раскислителем, улучшает обрабатываемость и увеличивает коррозионностойкость.

Атмосферный воздух населенных пунктов, в особенности крупных промышленных городов, может загрязняться промышленными выбросами. Источниками загрязнения атмосферного воздуха газообразными примесями являются предприятия химической, коксохимической, металлургической промышленности, производство полимеров, органических растворителей, электростанции, предприятия нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности и т. д., а также домовые топки и городской автотранспорт.

Атмосферный воздух населенных мест может загрязняться сернистым газом (SO 2), сероводородом (H 2 S), сероуглеродом (CS 2), окисью углерода (CO), окислами азота (N 2 O 5), углеводородами, хлором, свинцом, парами ртути, фосфором, марганцем, мышьяком и др.

Сернистый газ (SO 2). Из химических примесей в атмосферном воздухе чаще всего встречается сернистый газ. Количество его в дымовых газах зависит от содержания серы в топливе. Мощным источником загрязнения воздуха сернистым газом являются котельные, которые сжигают много угля, предприятия цветной металлургии, сернокислотное производство, коксохимические заводы.

Концентрация сернистого газа в атмосферном воздухе зависит от источника загрязнения, расстояния от него, направления ветра и т. д. и варьирует в больших пределах, доходя иногда возле предприятия до 15-20 мг/м 3 .

Сернистый газ раздражает слизистые оболочки верхних дыхательных путей. Порогом обонятельного ощущения является концентрация 2,6 мг/м 3 , порогом раздражающего действия - около 20 мг/м 3 .

Сернистый газ вызывает сдвиги в обменных процессах. Высокие концентрации его при длительном воздействии ведут к развитию катара верхних дыхательных путей, бронхита, диспепсических расстройств. Он способен вызывать гипергликемию, что свидетельствует об общетоксическом действии его. Сернистый газ вредно действует на растительность. В концентрациях 1:1 000 000 он вызывает у растений видимые глазом повреждения. При кратковременном воздействии сернистый газ при концентрации 0,92 мг/м 3 действует на процессы ассимиляции растений, что не имеет места при концентрации 0,62 мг/м 3 .

Окись углерода (CO). Окись углерода - газ без запаха и цвета. Плотность по отношению к воздуху - 0,967. Окись углерода образуется при неполном сгорании топлива, ее образование всегда связано с доменным, коксовым, газогенераторным и другими производствами. Окись углерода обнаруживается в значительном количестве в светильном, водяном, дымовых и выхлопных газах. Вместе с дымом и газами, выбрасываемыми промышленными предприятиями, окись углерода попадает в атмосферный воздух. Воздух на магистралях больших городов может содержать повышенное количество окиси углерода за счет выхлопных газов автотранспорта (в среднем до 10 мг/м 3). На расстоянии 1 км от металлургического комбината в атмосферном воздухе в среднем найдено 57 мг/м 3 окиси углерода.

Окись углерода является кровяным и общетоксическим ядом. Экспериментально и клинически установлена возможность хронического отравления окисью углерода. Наблюдения показывают, что концентрацию окиси углерода порядка 20-30 мг/м 3 можно принять за пороговую, за которой уже наблюдаются нарушения в организме, в частности в нервной системе.

Окислы азота (NO, N 2 O 5 , NO 2). Окислы азота - смесь газов непостоянного состава. Они легко соединяются с водяными парами воздуха и превращаются в азотистую и азотную кислоты.

Окислы азота могут попасть в атмосферный воздух в значительных oколичествах как выбросы промышленных предприятий, при производстве азотной, серной, щавелевой и других кислот, при взрывных работах и определяться на довольно большом расстоянии от предприятий (2,56 мг/м 3 на расстоянии 1 км; 1,43 мг/м 3 на расстоянии 2 км). При длительном вдыхании малых концентраций окислов азота наблюдаются бронхиты, упадок питания, анемия, разрушение зубов, расстройство желудочной секреции, активизируется туберкулезный процесс, ухудшается течение сердечных заболеваний.

Другие газообразные примеси. В атмосферном воздухе может встречаться сероводород (H2S), источником которого являются промышленные предприятия (химические заводы, металлургические предприятия, нефтеперерабатывающие заводы), процессы гнилостного разложения органических веществ, скопление нечистот, утилизационные заводы и пр. В последнем случае атмосферный воздух может загрязняться и другими продуктами органического разложения - сернистым аммонием, летучими жирными кислотами, индолом, скатолом и т. д. Их присутствие даже в незначительных количествах воспринимается обонянием и вызывает неприятные субъективные ощущения, иногда доходящие до тошноты и рвоты. Порогом раздражающего действия является 14-20 мг/м 3 . Концентрация 0,04-0,012 мг/м 3 является порогом ощущения запаха.

Заводы по производству сероуглерода и вискозы могут быть источником загрязнения атмосферного воздуха сероуглеродом (слабый запах сероуглерода ощущается при концентрации 0,05 мг/м 3 воздуха). Атмосферный воздух может загрязняться и высокотоксическими веществами (пары ртути, свинец, фосфор, мышьяк и т. д.).

Механические примеси в воздухе

Атмосферный воздух населенных пунктов содержит то или иное количество пыли: наземной пыли (почвенная, растительная), морской, пыли космического происхождения и т. д. Но главным источником пылевой загрязненности атмосферного воздуха являются промышленные предприятия (рис. 11). Пыль представляет собой аэродисперсную систему, в которой дисперсной фазой является раздробленное твердое вещество, а дисперсионной средой - воздух. Пыль бывает органическая (растительного или животного происхождения), неорганическая (металлическая, минеральная) и смешанная. В атмосферном воздухе наблюдается обычно смешанная пыль.

Способность пылевых частиц удерживаться в воздухе во взвешенном состоянии или выпадать из него, оседая с разной скоростью, зависит от их размеров и удельного веса. Взвешенная в воздухе пылинка подвергается воздействию двух противоположно направленных сил - силы тяжести и силы трения. Если сила тяжести больше силы трения (пылевые частицы размером больше 10 мк), то частицы оседают с возрастающей скоростью, если сила трения уравновешивает силу тяжести (частицы пылинок размером 10-0,1 мкм), то они оседают с постоянной скоростью (закон Стокса), а пылевые частицы диаметром меньше 0,1 мкм, как правило, не выпадают из дисперсной системы, находясь в постоянном - броуновском - движении.

Со степенью дисперсности пыли, определяющей, таким образом, поведение ее в воздухе, связана и судьба пыли в дыхательных путях. Пылевые частицы размером 10 мкм и больше задерживаются в верхних дыхательных путях (нос, носоглотка, трахея, крупные бронхи), пылинки меньше 10 мкм проникают в альвеолы и там задерживаются, оказывая патологическое действие на организм в зависимости от характера пыли. Наибольшую опасность в этом отношении представляет пыль с размером частиц меньше 5 мкм. Более крупные пылинки, по-видимому, выпадают из струи вдыхаемого воздуха, не достигая альвеол. Пылинки размером меньше 0,1 мкм на 64-77% задерживаются в легких, а не выводятся из них током выдыхаемого воздуха, как принято было считать.

Вместе с тем имеется ряд обстоятельств, препятствующих оседанию пыли в дыхательном аппарате: разность температур вдыхаемого воздуха и стенок дыхательных путей, испарение влаги с этих стенок, способствующее отталкиванию пылевых частиц и т. д.

Вблизи промышленных предприятий там, где не применяются пылезащитные установки (пылеулавливающие), атмосферный воздух содержит в основном пылевые частицы небольших размеров. В пыли электростанций, загрязняющей атмосферный воздух, содержатся пылинки следующих размеров:

Для характеристики пылевой загрязненности воздуха и гигиенической оценки ее важное значение имеет выяснение количества пыли, содержащейся в определенном объеме воздуха. Количественная характеристика выражается обычно в весовых (гравиметрических) показателях - в миллиграммах пыли на 1 м 3 , воздуха. Определение запыленности воздуха путем подсчета пылинок в 1 см 3 воздуха (кониметрический метод) в настоящее время имеет мало сторонников.

Максимальные разовые концентрации пыли в атмосферном воздухе промышленных городов при отсутствии очистных сооружений могут достигать 1-3 мг/м 3 , а в отдельных случаях - 6,82 мг/м 3 .

По данным Р. А. Бабаянца, максимальные разовые концентрации пыли в обследованном им городе находились в пределах от 0,84 до 13,85 мг/м 3 . По данным Института гигиены имени Ф. Ф. Эрисмана, в одном из крупных городов максимальные разовые концентрации пыли после проведения мероприятий по золоулавливанию были: в центре города 0,15-1,48 мг/м 3 , в жилом районе 0,22-1,38 мг/м 3 , в промышленном районе 0,67-1,93 мг/м 3 .

Гигиеническая характеристика загрязнения атмосферного воздуха

Газообразные вещества и пыль атмосферного воздуха, превышая допустимые уровни, оказывают вредное воздействие на организм.

В продуктах неполного сгорания каменного угля, нефти установлено наличие канцерогенных соединений, вызывающих в эксперименте рак у мышей. В каменноугольной смоле обнаружено большое количество канцерогенных веществ, из которых сильнодействующими являются 3,4-бензпирен, 1,2- и 5,6-дибензантрацен. Многие авторы связывают рост удельного веса рака легких среди городского населения с наличием канцерогенных веществ в саже, содержащейся в атмосферном воздухе.

Имеются указания на то, что в задымленных районах Цинциннати рак легких встречается в 4 раза чаще, чем в малозадымленных. В промышленных городах ФРГ и США отмечается повышенная заболеваемость органов дыхания (фарингиты, бронхиты, трахеиты) и др.

В известных метеорологических условиях вследствие поступления в атмосферу окислов серы при сжигании топлива наблюдались токсические туманы, вызывающие расстройство дыхания и сердечно-сосудистой деятельности.

В декабре 1962 г. в Лондоне наблюдался туман, который сопровождался повышенной смертностью населения, особенно детей раннего возраста и лиц старше 55 лет. Наблюдения показали, что в туманные дни с 5 по 8 декабря в атмосферном воздухе резко повысилась концентрация сажи и сернистого газа, адсорбируемых водяными парами (в 10 раз более обычных).

С 1 по 5 декабря 1930 г. под Льежем (Бельгия) было зарегистрировано несколько тысяч случаев отравления среди населения, из них 70 смертных, вследствие того что выпускаемые в воздух сернистый газ и фтористый водород в связи с сильным туманом достигли опасных концентраций. Загрязнение атмосферы городов иногда является следствием фотохимических реакций углеводородов и окислов азота.

Газообразные вещества, загрязняющие атмосферный воздух, могут вызывать хроническое отравление. Не исключена возможность понижения резистентности организма к инфекционным заболеваниям в результате длительного вдыхания небольших концентраций ядовитых веществ, находящихся в атмосферном воздухе. Нельзя не учитывать и вредного воздействия неприятных ощущений, связанных с распространением запахов таких газов, как сероуглерод, сероводород, сернистый и серный ангидрид, хлор и др., а также действия на организм аллергенов, присутствие которых в атмосферном воздухе в ряде случаев не исключено. Не может не сказаться на здоровье населения и влияние аэрозолей тяжелых металлов (свинец, цинк), если они постоянно и в значительном количестве присутствуют в атмосферном воздухе. Экспериментально установлено, что в районе выбросов медеплавильного завода в организме животных происходит накопление свинца.

Пыль атмосферного воздуха может содержать известное количество свободной SiO 2 . Обычно возможность возникновения бытового силикоза среди городского населения маловероятна вследствие сравнительно невысокой запыленности воздуха городов. Однако в населенных местах вблизи мощных электростанций возможность пресиликотических изменений не исключена.

К этому нужно добавить, что содержание пыли в атмосферном воздухе городов обусловливает потери части солнечной радиации, которая поглощается пылевыми частицами. Так, интенсивность солнечной радиации в городах на 15-25% ниже, чем в сельских местностях. Эта потеря происходит также за счет ультрафиолетовой части солнечной радиации, за счет лучей с длиной волны от 315 до 290 ммк, имеющих большое значение для роста и жизнедеятельности организма, особенно в детском возрасте. Путем эксперимента на белых крысах установлено, что потеря 15-25% ультрафиолетовых лучей приводит к повышению уровня фосфатазы и понижению фосфора, т. е. к явлениям, идущим параллельно с тяжестью рахита.

Запыленность атмосферного воздуха уменьшает общую освещенность и способствует образованию туманов. Так, освещенность рассеянным светом в промышленных районах крупного города на 40-50% меньше, чем в его окрестностях.

Пылевые примеси воздуха могут способствовать образованию туманов в силу их способности превращаться в ядра конденсации водяных паров. В результате этого в такой местности увеличивается количество пасмурных дней, а следовательно, возрастает и неблагоприятное воздействие климата на население (недостаточность солнечных дней, понижение общей освещенности, высокая влажность воздуха и т. д.).

В крупных городах отмечается глазной травматизм вследствие попадания в глаз угольной пыли.

Промышленные выбросы (пыль, сернистый газ) оказывают неблагоприятное влияние на растительность, причем это влияние иногда распространяется на очень далекие (до 25 км) расстояния от предприятия.

Пыль и сажа, содержащиеся в атмосферном воздухе, проникают в жилище и, естественно, ухудшают санитарные условия жизни населения, проживающего в районе выбросов промышленных предприятий.

Мероприятия по санитарной охране атмосферного воздуха. Забота о здоровье населения выдвигает требования борьбы с загрязнением атмосферного воздуха.

Начиная с 30-х годов XX столетия в результате бурного развития промышленности определилось новое направление в гигиене населенных мест - санитарная охрана атмосферного воздуха. Большой фактический материал, накопленный в результате исследований, лег в основу передового советского законодательства об охране чистоты воздушного бассейна промышленных городов. С этой целью установлен контроль по соблюдению гигиенических нормативов предельно допустимых в атмосферном воздухе концентраций (ПДК) загрязняющих его веществ.

Всесоюзная государственная санитарная инспекция утвердила предельно допустимые концентрации веществ в атмосферном воздухе населенных мест (табл. 4).

Предельно допустимой концентрацией вредного вещества считается такая концентрация, при которой исключается неблагоприятное воздействие этого вещества на организм в течение неограниченно длительного времени. Различают разовую предельно допустимую концентрацию, под которой подразумевается наиболее высокая концентрация, определяемая путем кратковременного (15-20 минут) отбора проб, и среднесуточную - среднеарифметическое из многих проб, отобранных в течение суток. Обеспечение чистоты воздуха на уровне приведенных ПДК в атмосферном воздухе промышленных городов требует проведения санитарно-гигиенических мероприятий. Коренное разрешение этой задачи немыслимо в капиталистических странах, где промышленные предприятия принадлежат буржуазии, которая не заинтересована в проведении этих подчас дорогостоящих мероприятий. В Советском Союзе ведется огромная работа по санитарной охране атмосферного воздуха. Для обеспечения чистоты атмосферного воздуха большое значение имеют мероприятия по борьбе с выбросами котельных, электростанций и теплоэлектроцентралей, борьба с выхлопными газами автотранспорта, теплофикация городов, исключающая необходимость мелких котельных установок, газификация их, способствующая значительному снижению загрязнения атмосферного воздуха сажей, электрификация железнодорожного транспорта, рекуперация (возвращение материалов или энергии, израсходованных один раз при проведении процесса, для повторного использования в этом процессе) промышленных выбросов и пр.

Санитарно-технические мероприятия направлены на обеспечение очистки промышленных выбросов от пыли и газов, загрязняющих атмосферный воздух. Для улавливания пыли и золы существуют различные устройства от простых (пылеотстойные камеры) до более или менее сложных (циклон, мультициклон, различного рода золоулавливатели и т. д.).

Очистка воздуха в циклонах (рис. 12) и мультициклонах (рис. 13) осуществляется следующим образом. Проходя через эти устройства, воздух получает вращательное движение. В результате образовавшейся центробежной силы пылевые частицы отбрасываются к стенкам циклона, выпадают из воздуха и скапливаются в нижней части прибора, откуда и удаляются. Коэффициент очистки воздуха в циклоне составляет обычно 40-50%, мультициклоне - 63%. Большей эффективностью отличается мокрый золоулавливатель (92-98%). Наконец, высокоэффективным устройством для золо- и пылеулавливания являются электрофильтры (рис. 14). Они основаны на следующем принципе. Когда запыленный воздух проходит через трубку, соединенную с положительным полюсом постоянного тока, в центре которой имеется проволока, соединенная с отрицательным полюсом, пылевые частицы приобретают отрицательный заряд, отбрасываются к стенкам трубки, теряют свой заряд и выпадают из воздуха.

Для сероочистки предложено несколько методов (магнезитовый, известковый, аммиачный и др.), основанных на улавливании сернистого газа, причем наиболее совершенные из них позволяют очистить воздух от сернистого газа на 98-99%. К важным мероприятиям по охране атмосферного воздуха относятся запрещение строительства в селитебной зоне предприятий, загрязняющих атмосферный воздух, размещение их на специальных промышленных площадках с учетом направления господствующих ветров, соблюдение установленных санитарными нормами (CH 245-63) разрывов между промышленными предприятиями и жилыми кварталами, широкое и массовое озеленение городов, их благоустройство и рациональная санитарная очистка.

Сера создает возможность образования горячих или кристаллизационных трещин в металле шва. Ее содержание в металле и сварочных материаловвседа следует жестко лимитировать. Это достигается при введение в сварочную ванну марганца. Общее снижение серы в металле при сварке возможно при сильно основных шлаках. Бескислородные фторидные флюсы способствуют удалению серы из металла в результате образования летучих фторидов металла и твердых сульфидов.Сера хорошо удаляется при электрошлаковой сварке и переплаве металлов.

Фосфор яв-ся вредной примесью в метлах,снижающих их пластичность.Так при кристаллизации стали фософор образует ряд соединений с железом,отличающихся своей хрупкостью,кристаллы которых могут стать зародышами холодных трещин. Содержание фософра в металле шва при дуговой сварке понизить практически нельзя,т.к. он удаляется в окислительных шлаках,а сварочные шлаки-восстановительные.Концентрация фософра в шве значительно снижается при эл.шлакофой сварке

Кислород вредная примесь в металле при сварке,снижающая пластические свойсва в металле,поэтому при всех видах сварки предусматрвается процесс раскисления металла шва до допустимой нормы.

При кристаллизации металла сварочной ванны азот образует-нитриды различной степени устойчивости.Нитриды железа Ау4ТбАу2Т образуют хрупкие игольчатые кристаллы,разрушение которых приводит к зарождению холодных трещин.Из промышленных металлов только медь не дает устойчивых нитридов и поэтому можно сваривать в атмосфере азота.

Водород является вредной примесью которая вызывает водородную хрупкость.

Источники водорода при сварке металлов:

1)водород поглощенный металлом из атмосферы дугового заряда(вызывает возникновение пор и трещин)

2)Водород,растворенный в основном металл

Защита сварочной ванны от воздействия окружающей среды

Для предохранения металла сварочной ванны от воздействия воздуха создают газовую защиту, которая оттесняет воздух от расплавленного металла. В результате снижается возможность растворения кислорода и азота воздуха в жидком металле.

Защитные газы образуются при сгорании компонентов покрытия электродов (при ручной дуговой сварке) и флюсов (при сварке под флюсом).

При сварке в среде защитных газов зону сварки защищают от воздуха аргоном, гелием, углекислым газом, смесью газов и др.

Защита сварочной ванны от воздействия окружающей среды:

Шлаковая;

Газовая;

Газошлаковая;

Вакуумная (применяется при сварке конструкций из титана, молибдена, ванадия и других химически активных и тугоплавких металлов)

Шлаковая защита при дуговой сварке образуется за счет расплавления
флюсов, электродных покрытий и сердечников порошковой проволоки. Наиболее надежна шлаковая защита при сварке под флюсом. Образование капель при плавлении электрода и их перенос происходит в объеме газового пузыря, заполненного парами металла и флюса. Взаимодействие с атмосферными газами практически исключается.
Менее надежна шлаковая защита при сварке покрытыми электродами и порошковой проволокой. Капли электродного металла проходят через открытый дуговой промежуток и взаимодействуют с атмосферой. Наличие на каплях шлаковой пленки не всегда предохраняет их от этого взаимодействия. При сварке наряду со шлаковой защитой должна создаваться и газовая защита. В электродные покрытия и сердечники порошковой проволоки в соответствии с этим вводят шлакообразующие и газообразующие компоненты.

Шлаковая защита.

Шлаковая защита сварочной ванны реализуется при автоматической сварке под слоем флюса. Электрическая дуга, перемещаемая вдоль сварного шва, поддерживается в замкнутом пространстве расплавленного флюса, при этом газы дуговой атмосферы (пары металла и компонентов флюса) поддерживают давление внутри полости флюса выше, чем давление окружающей атмосферы. В результате плавления флюса и металла на поверхности сварного шва образуется шлак.

Шлаками называются сложные вещества (в основном окислы металлов) получающиеся в результате плавления металла и флюса. Шлаки представляют собой жидкие при высокой температуре вещества, отделяющие зеркало металла от действия воздуха. Шлаки не изолируют металл от окружающей газовой среды, а только заменяют непосредственное взаимодействие газов с металлом диффузионным.

По типу взаимодействуя с металлической ванной шлаки разделяются на окислительные и восстановительные.

При сварке используют плавленые, гранулированные, керамические флюсы.

Наибольшее применение получили плавленые флюсы. Плавленые флюсы по своему составу и назначению делятся на алюмосиликатные и фторидные.

Алюмосиликатные флюсы предназначены для сварки сталей. Фторидные для сварки титана и других цветных металлов.

Флюсы разделяются по физическим свойствам:

По структуре зерна на стекловидные и пемзовидные;

По характеру изменения вязкости на длинные и короткие;

По характеру взаимодействия с металлом на активные и пассивные.

Основными компонентами флюсов являются: окись кремния Si O 2 , окись марганца Mn O и фторид кальция Ca F 2 .

В восстановительной зоне сварочной ванны происходят реакции, приводящие к легированию и одновременно к окислению металла сварочной ванны компонентами флюса:

Fe + (MnO) → + (FeO).

2 Fe + (SiO) → + 2 (FeO)

Круглые скобки указывают, что вещество находится во флюсе, шлаке.

Квадратные скобки указывают, что вещество находится в сварном шве.

В этой же зоне происходит окисление углерода стали по уравнению:

+ (C) → + (CO);

и восстановление кремния марганцем:

2 + (SiO 2) → + 2(MnO).

Обогащённый кремнием и марганцем металл попадает в низкотемпературную зону сварки и при понижении температуры эти компоненты начинают раскислять (восстанавливать) металл:

+ → + (MnO),

2 → 2 + (SiO 2)

Керамические флюсы дополнительно содержат ферросплавы и свободные металлы для дополнительного легирования и раскисления металла. Высокая раскислительная способность керамических флюсов позволяют вести сварку металла по окисленным кромкам (ржавчине) свариваемых изделий.

Газовая защита

В настоящее время этот процесс сварки получил очень широкое применение при изготовлении конструкций низкоуглеро-дистых, низколегированных, среднелегиро-ванных и высоколегированных сталей при высоком качестве сварных соединений. В последние годы разработаны способы газовой защиты с применением различных газовых смесей (Аг+Не, Аг+О2, Аr+СО2, СO2+О2 и др.), что расширяет сварочно-технологические и металлургические возможности данного метода сварки.

Из инертных газов наиболее широко применяется аргон, так как он значительно дешевле, чем гелий, а также обладает лучшими защитными свойствами.

Иногда аргонно-дуговую сварку применяют для упрочненных средне- или высоколегированных сталей.

Аустенитные коррозионно-стойкие и жаропрочные стали (12Х18Н10Т и т. д.) хорошо свариваются в среде аргона как плавящимся, так и неплавящимся электродами.

Сварку в среде углекислого газа осуществляют с помощью сварочной головки, перемещающей сварочный инструмент и подающей в зону сварки электродную проволоку. С помощью сопла создаётся поток углекислого газа, омывающий зону дугового разряда и оттесняющий из зоны сварки воздушную атмосферу. Сварка может вестись в автоматическом или механизированном режиме.

При механизированной сварке инструмент (горелка, головка) перемещается рукой сварщика, а электродная проволока подается по гибкому шлангу с помощью отдельно установленного механизма.

Плотность углекислого газа составляет 1,96 кг/м3, поэтому он хорошо оттесняет воздух, плотность которого 1,29 кг/м3. Поставляется углекислый газ в баллонах в жидком состоянии.

Для сварки применяют газ с пониженным содержанием вредных примесей – кислорода, азота, оксида углерода, влаги. Качество сварных швов зависит не только от чистоты СО2, но и от его расхода и характера истечения из сопла под небольшим давлением, обеспечивающим спокойный (ламинарный) характер истечения.

При сварке в струе углекислого газа металл поглощает водород в меньших количествах, чем при других видах сварки.

Металл, наплавленный при сварке в струе СО2 чище по шлаковым включениям, и поэтому его пластические свойства несколько выше, чем при сварке под слоем флюса.

Перегретый водяной пар является самой дешевой защитной средой, но в настоящее время не применяется, так как при этом методе металл поглощает большое количество водорода. При поглощении водорода металл резко ухудшает свои пластические свойства, но они восстанавливаются после термической обработки или при «вылеживании», так как дифузионно-подвижный водород покидает металл с течением времени.

Газошлаковая защита

Газошлаковая защита используется при ручной дуговой сварке толстопокрытыми или качественными электродами.

Благодаря разработке покрытий, плавящихся вместе с металлом электрода, удалось резко повысить качество наплавленного металла и сварного соединения в целом, что обеспечило применение ручной дуговой сварки во всех отраслях промышленности и строительстве, и разработать широкий ассортимент электродов для сварки сталей различного типа и многих сплавов.

Состав покрытия электродов определяется рядом функций, которые он должен выполнять:

защита зоны сварки от кислорода и азота воздуха;

раскисление металла сварочной ванны;

легирование ее нужными компонентами;

стабилизация дугового разряда

Электродные покрытия состоят из целого ряда компонентов, которые условно можно разделить на:

ионизирующие,

шлакообразующие,

газообразующие,

раскислители,

легирующие,

Некоторые компоненты могут выполнять несколько функций одновременно, например мел, который, разлагаясь, выделяет много газа (СО2), оксид кальция идет на образование шлака, а пары кальция имеют низкий потенциал ионизации и стабилизируют дуговой разряд.

Электрический дуговой разряд возникает при касании изделия и горит между электродом и сварочной ванной.

Электродный стержень плавится быстрее, чем покрытие и на торце электрода образуется углубление (втулка) которая направляет поток газов и капли металла в сварочную ванну.

Капли металла проходят через дуговой промежуток уже закрытые тонким слоем шлака. Капля активно взаимодействует со шлаком и газами дугового промежутка и, попадая в ванну, освобождается от шлака, который всплывает и оттесняется давлением дуги.

Плавящийся на торце электрода металл растворяет в себе раскислители, имеющиеся в покрытии. В кристаллизующемся металле ванны идет интенсивная диффузия между основным металлом и металлом электрода, но концентрация может значительно меняться

Важный показатель качества металла сварных швов – образование газов и состав неметаллических включений в покрытии, влияющих на прочностные свойства сварных соединений.

Состав металла шва образуется из основного металла, электродной проволоки и покрытия.