Шум при плавке в ДСП. Снижение уровня шума. Защита персонала от шума
Основными источниками шума дуговых сталеплавильных печей являются температурные колебания столба дуги, осцилляция столба на катоде и аноде образование ударной волны при повторном зажигании дуги в момент пробой разрядного промежутка и возникновение аэродинамического шума под действием магнитного поля дуги. Кроме того, шум по время электроплавки возникает при завалке шихты в печь, при работе кислородной фурмы и газо-кислородных горелок, а также при отсосе газов из печи и использовании аэродинамических уплотнителей электродных отверстий. Уровень шума при работе дуговой электропечи зависит от особенностей ее конструкции, мощности трансформатора, электрических параметров элетропечной установки, характера переплавляемой шихты и других факторов. Уровень шума на электропечи, в различных точках вокруг нее в различные периоды плавки значительно различается, поэтому для обеспечения возможности сравнения различных печей по уровню шума необходимо установить основные точки измерения и усреднять уровень шума во времени Данные об уровне шума без уточнения места и времени могут привести к ошибочным выводам.
Для упрощения задачи измерения уровня шума в конце 60-х годов немецкими специалистами была предложена базисная точка измерения, расположенная под углом 45° к оси печи на расстоянии 5 м от кожуха на стороне, противоположной трансформатору, на высоте 2 м над уровнем рабочей площадки.
Наиболее высокий уровень шума (до 120 дБ) отмечается в начальный период плавления. В это время шум состоит из стохастически распределенных взрывных звуков. Спектр частот шума в период плавления колеблется от нескольких герц до 10 кГц. По мере проплавленин колодцев шум дуги переходит в равномерный гул, при этом доля его высокочастотных составляющих уменьшается, низкочастотные составляющие проявляются сильнее. Посла расплавления шихты уровень шума обычно снижается до 90 дБ, основной спектр частот - шума находится в пределах частот электропитания печи. Значительное влияние на уровень шума при работе электропечи оказывает характер переплавляемого скрапа. Чем мельче и однороднее лом, чем меньше в нем неметаллических примесей, тем устойчивее горит дуга и тем меньше выделение шума. Так, при использовании легковесного лома (обрезь листа и стружка) средний уровень шума примерно на 10 дБ ниже, чем при использовании тяжеловесного лома (слитки и трубы), поэтому дли снижения уровня шума целесообразно использовать лом ножничной резки. В среднем на 12 дБ снижается уровень шума также при переплаве губчатого железа (металлизованных окатышей).
Наиболее характерными с точки зрения оценки уровня шума являются первые 5 мин каждой фазы расплавлания. При увеличении удельной мощности электропечной установки с 300 до 700 кВт/т уровень звуковой мощности увеличивается на 12 дБ. Отмечается снижение уровня шума при увеличении силы и плотности тока, проходящего по электрической дуге.
Среди первичных мероприятий по снижению шума, т.е. мероприятий, касающихся непосредственно работающей печи как источника шума, можно, кроме перечисленных выше, отметить следующие: предварительный подогрев лома в бадье или газо-кислородными горелками в печи; повышение устойчивости горения дуги вследствие уменьшения потенциала ионизации при введении в шихту ионизирующих добавок, например извести. Эти условия обеспечиваются при послойной загрузке в бадью лома и извести. Кроме того, значительный эффект обеспечивают:
- использование полых электродов;
- введение в зону горения дуги легко ионизирующихся материалов или применением электродов со специальными добавками, например, титана;
- применением тиристорных регуляторов вместо электромашинных с использованием быстродействующих самонастраивающихся систем автоматического регулирования;
- переход к дугам постоянного тока, что позволит снизить уровень шума по сравнению с дугой переменного тока не менее чем на 20 дБ.
Вторичные мероприятия по снижению уровня шума направлены на предотвращение его распространения и отрицательного воздействия на обслуживающий персонал и окружающую среду. Одним из способов снижения уровня шума дуговой печи является использование стального кожуха с огнеупорной футеровкой (не менее чем на 50 дБ). Вместе с тем увеличение толщины футеровки и кожуха не приводит к существенному улучшению звукоизоляции, так как основным местом выделения шума являются открытые отверстия. Общая площадь отверстий составляет 0,5-1 % от площади поверхности печи и складывается из трех примерно равных частей: площадей отверстия отбора газов, трех кольцевых зазоров в своде вокруг электродов и зазоров в рабочем окне и между корпусом и сводом.
Вследствие наличия зазоров звуковая изоляция корпуса и свода уменьшается примерно до 20 дБ, а в некоторых случаях и до меньшего значения. Переход на водоохлаждаемые стеновые панели вместо футеровки стен и комбинированный свод практически не изменил уровень шума. Это подверждает мысль, что звукоизоляция печи определяется не материалом и толщиной стен, а площадью отверстий.
Применение экономайзеров для уплотнения электродных отверстий позволило повысить результирующую звукоизоляцию лишь на 3 дБ, поэтому они не получили распространения, а задача уменьшения шума решается за счет уменьшения других неплотностей.
Задача снижения уровня шума на сверхмощных печах не может ограничиваться только перечисленными мероприятиями, так как во многих странах ужесточаются нормы на допустимый уровень шума. Так, во Франции по нормам 1977 г. на всех заводах с численностью персонала более 300 человек ведут карты звукообпучения, ограничивая по возможности число работающих при шуме больше 105 дБ, продолжительность работы не должна превышать 15 мин, причем уровень 90 дБ принят как опасный, и продолжительность работы в этом случае не должна превышать 40 ч в неделю. Повышение частоты с 62,5 до 800 Гц снижает допустимое значение уровня шума с 90 до 70 дБ.
Локальным решением проблемы защиты персонала от шума может быть устройство звукоиэолированных пультов управления, кабин кранов и комнат отдыха, а также применение специальных ушных тампонов и наушников.
Впервые попытка решить проблему снижения уровня шума путем применения строительно-акустических методов была предпринята на заводе в Роскильдефьеор-де (Дания). Здесь был введен в эксплуатацию цех, реализующий систему Demag/DDS, предусматривающую полностью звукоизолированный печной пролет. Электропечь в этом цехе пришлось сместить глубже в печной пролет, а так как это исключает использование мостового крана разливочного пролета для приема металла, то с этой целью был использован сталевоз. Измерения уровня шума, достигаемого при помощи разделительной стенки типа "Сэндвич", показали, что при максимальном уровне звукового излучения печи уровень шума в разливочном пролете снижается на 30 дБ.
Это техническое решение было использовано при строительстве ЭСПЦ на КМК: между печным и соседними пролетами были установлены герметичные звукоизолирующие панели из профилированного настила. В результате этого в шихтовом и разливочном пролетах средний уровень звука удалось снизить с 90 до 85 дБ. Однако внутри печного пролета вследствие увеличения отраженной от ограждений доли звуковой энергии уровень шума даже повысился на 1 дБ. Кроме того, при устройстве звукоизоляции печного пролета ухудшается естественная аэрация цеха и возникает необходимость в усиленной принудительной вентиляции пролета.
Более эффективным способом снижения уровня шума является заключение непосредственного источника шума, в данном случае сверхмощной электропечи, в защитный кожух. Этот кожух должен быть расположен на небольшом расстоянии от печи. При этом снижается возможность распространения шума на другие участки и создаются хорошие возможности для газо-, пылеулавливания.
Устройство защитного кожуха по системе фирмы "Кгuрр" предусматривает блочное расположение печи, при котором каждую печь обслуживают отдельным краном. Завалочный кран при этой системе перемещается перпендикулярно продольной оси печного пролета. Во время завалки шихты защитный кожух остается закрытым благодаря наличию передвижной шторки на кране. В конструкции защитного кожуха другой системы кран проходит над защитным кожухом. При завалке шихты открываются двухстворчатые загрузочные ворота, завалочная бадья вводится внутрь кожуха, ворота закрываются, открытой остается лишь щель в крыше защитного кожуха для прохода тросов крана. Выпуск металла осуществляется в ковш, установленный на сталевоэе, который через ворота на уровне пола въезжает в укрытие. Для прохода к печи обслуживающего персонала в кожухе имеется калитка.
В период, когда включена печь и работают дуги, обслуживающий персонал находится вне защитного кожуха. Это требует высокой степени механизации и автоматизации всех работ по обслуживанию печи и автоматизации управления процессом плавки. Наблюдение за печью осуществляют при помощи телеобъективов, направленных на рабочее окно и сливной желоб. Обслуживающий персонал входит в зону, огражденную защитным кожухом лишь при отключенной печи. Таким образом, применение защитного кожуха позволяет не только исключить распространение шума на другие участки, но и полностью защитить обслуживающий персонал от воздействия шума. Применение защитного кожуха для сверхмощной дуговой сталеплавильной печи позволяет снизить средний уровень шума вне кожуха до 90 дБ, а при более качественном уплотнении и снижении доли площади отверстий (< 0,5 %) до 85 дБ.