المخاطر المرتبطة بصناعة الحديد والصلب

مقدمة حول صناعة الحديد والصلب:

يوجد الحديد على نطاق واسع في قشرة الأرض، على شكل معادن مختلفة (أكاسيد وخامات رطبة وكربونات وكبريتيدات وسيليكات وما إلى ذلك)، ومنذ عصور ما قبل التاريخ، تعلم البشر تحضير هذه المعادن ومعالجتها من خلال عمليات الغسل والتكسير والغربلة المختلفة، وذلك عن طريق فصل الشوائب والتكلس والتلبيد والتكوير من أجل جعل الخامات قابلة للصهر والحصول على الحديد والصلب.

وفي العصور التاريخية تطورت صناعة الحديد المزدهرة في العديد من البلدان، وذلك بناءً على الإمدادات المحلية من الخام وقرب الغابات لتزويد الفحم بالوقود، في أوائل القرن الثامن عشر، مما أدى اكتشاف إمكانية استخدام فحم الكوك بدلاً من الفحم إلى إحداث ثورة في الصناعة، مما جعل تطورها السريع ممكناً كأساس ترتكز عليه جميع التطورات الأخرى للثورة الصناعية، كما استحقت مزايا كبيرة لتلك البلدان، حيث توجد الرواسب الطبيعية للفحم وخام الحديد بالقرب من بعضها البعض.

كانت صناعة الصلب إلى حد كبير تطوراً في القرن التاسع عشر، ومع اختراع عمليات الصهر من خلال الموقد المكشوف، والذي يطلق عادة بالغاز المنتج (1864)، والفرن الكهربائي (1900)، ومنذ منتصف القرن العشرين، جعل تحويل الأكسجين وبشكل بارز عملية بواسطة أنبوب الأكسجين، وذلك من الممكن تصنيع فولاذ عالي الجودة بتكاليف إنتاج منخفضة نسبياً.

اليوم، يعد إنتاج الصلب مؤشراً للازدهار الوطني وأساس الإنتاج الضخم في العديد من الصناعات الأخرى مثل بناء السفن والسيارات والبناء والآلات والأدوات والمعدات الصناعية والمنزلية، ومما أدى تطور النقل، ولا سيما عن طريق البحر، إلى جعل التبادل الدولي للمواد الخام المطلوبة (خامات الحديد والفحم وزيت الوقود والخردة والمواد المضافة) مربحاً اقتصادياً، ولذلك لم تعد الدول التي تمتلك رواسب خام الحديد بالقرب من حقول الفحم تتمتع بامتياز، وتم بناء مصانع صهر كبيرة ومصانع فولاذية في المناطق الساحلية للدول الصناعية الكبرى، ويتم تزويدها بالمواد الخام من البلدان المصدرة القادرة على تلبية متطلبات اليوم للمواد عالية الجودة.

خلال العقود الماضية، تم تطوير ما يسمى بعمليات الاختزال المباشر وحققت نجاحاً يتم اختزال خامات الحديد، وخاصة الخامات عالية الجودة أو المطورة، كذلك إلى حديد إسفنجي عن طريق استخراج الأكسجين الذي تحتويه، وبالتالي الحصول على مادة حديدية تحل محل الخردة.

إنتاج الحديد والصلب:

بلغ إنتاج الحديد الخام في العالم 578 مليون طن في عام 1995، والشكل التالي يوضح حجم الإنتاج.

بلغ إنتاج العالم من الصلب الخام 828 مليون طن في عام 1995، والشكل التالي يوضح معدل الإنتاج.

شهدت صناعة الصلب ثورة تكنولوجية، وكان الاتجاه في بناء قدرة إنتاجية جديدة نحو فرن القوس الكهربائي المعاد تدويره باستخدام خردة الصلب (EAF) بواسطة مصانع أصغر على الرغم من أن أعمال الصلب المتكاملة، حيث يصنع الفولاذ من خام الحديد تعمل بمستويات قياسية من الكفاءة، فإن أعمال الصلب في (EAF) بقدرات إنتاجية تقل عن مليون طن سنوياً أصبحت أكثر شيوعاً في البلدان الرئيسية المنتجة للصلب في العالم.

بالنسبة لصنع الحديد، فإن الميزة الأساسية هي الفرن العالي، حيث يتم صهر خام الحديد (تقليله) لإنتاج الحديد الخام، كما أن الفرن مشحون من الأعلى بخام الحديد وفحم الكوك والحجر الجيري؛ حيث يتم نفخ الهواء الساخن، المخصب في كثير من الأحيان بالأكسجين، ومن القاع؛ كما ويقوم أول أكسيد الكربون الناتج عن الكوك بتحويل خام الحديد إلى حديد خام يحتوي على الكربون، يعمل الحجر الجيري كتدفق. عند درجة حرارة 1600 درجة مئوية، حيث يذوب الحديد الخام ويتجمع في قاع الفرن، ويتحد الحجر الجيري مع الأرض لتشكيل الخبث، كما يتم النقر على الفرن (أي إزالة الحديد الزهر) بشكل دوري، ويمكن بعد ذلك سكب الحديد الخام.

تحتوي بعض النباتات الكبيرة على أفران فحم الكوك في نفس الموقع، تخضع خامات الحديد عموماً لعمليات تحضيرية خاصة قبل شحنها في فرن الصهر (الغسل، والتقليل إلى حجم الكتلة المثالي عن طريق التكسير والغربلة وفصل الخام الناعم للتلبيد والتكوير، والفرز الآلي لفصل الشوائب والتكليس والتلبيد وتكوير)، وقد يتم تحويل الخبث الذي يتم إزالته من الفرن في المبنى لاستخدامات أخرى، لا سيما في صناعة الجيم.

يحتوي الحديد الزهر على كميات كبيرة من الكربون بالإضافة إلى الشوائب الأخرى (الكبريت والفوسفور بشكل رئيسي)، لذلك يجب صقلها، كما يجب تقليل محتوى الكربون، وأكسدة الشوائب وإزالتها وتحويل الحديد إلى معدن عالي المرونة يمكن تشكيله وتصنيعه، وهذا هو الغرض من عمليات صناعة الصلب هناك ثلاثة أنواع من أفران صناعة الصلب، مثل فرن الموقد المفتوح ومحول عملية الأكسجين الأساسي وفرن القوس الكهربائي، حيث تم استبدال أفران المجمرة المفتوحة في معظمها بمحولات أكسجين قاعدي (حيث يصنع الفولاذ عن طريق نفخ الهواء أو الأكسجين في حديد مصهور)، وأفران القوس الكهربائي (حيث يصنع الفولاذ من الحديد الخردة وكريات الحديد الإسفنجي).

المخاطر المهنية الناتجة عن صناعة الحديد والصلب:

في صناعة الحديد والصلب، تتم معالجة كميات كبيرة من المواد ونقلها ونقلها بواسطة معدات ضخمة تفوق تلك الموجودة في معظم الصناعات، وعادةً ما تحتوي أعمال الصلب على برامج سلامة وصحة متطورة لمعالجة المخاطر في بيئة يمكن أن تكون لا ترحم، وعادة ما يكون هناك حاجة إلى نهج متكامل يجمع بين ممارسات الهندسة والصيانة الجيدة وإجراءات العمل الآمنة وتدريب العمال واستخدام معدات الحماية الشخصية (PPE) للتحكم في المخاطر.

قد تحدث الحروق في العديد من النقاط في عملية صناعة الصلب: في مقدمة الفرن أثناء سحب المعدن المنصهر أو الرذاذ، وذلك ناتج من انسكاب أو ترشيش أو ثوران المعدن الساخن من المغارف أو الأوعية أثناء المعالجة أو الزحام (السكب) أو النقل، ومن خلال التلامس مع المعدن الساخن أثناء تشكيله إلى منتج نهائي.

قد تولد المياه المحتجزة بمعدن مصهور أو خبث قوى انفجارية تطلق معدناً ساخناً أو مادة على مساحة واسعة، وقد يتسبب إدخال أداة رطبة في المعدن المنصهر أيضاً في حدوث ثوران عنيف.

يعتبر النقل الميكانيكي ضرورياً في صناعة الحديد والصلب ولكنه يعرض العمال للمخاطر المحتملة التي تتعرض للضرر، كما توجد الرافعات العلوية في جميع مجالات أعمال الصلب تقريباً تعتمد معظم الأعمال الكبيرة أيضاً بشكل كبير على استخدام معدات السكك الحديدية الثابتة والجرارات الصناعية الكبيرة لنقل المواد.

تتطلب برامج السلامة الخاصة باستخدام الرافعة تدريباً لضمان التشغيل السليم والآمن للرافعة وتجهيز الأحمال لمنع سقوط الأحمال، يعتبر التواصل الجيد واستخدام إشارات اليد القياسية بين سائقي الرافعات والقلاع لمنع الإصابات الناجمة عن حركة الرافعة غير المتوقعة، كما أن برامج الفحص والصيانة لأجزاء الرافعة ورافعة الرفع، كذلك الرافعات والخطافات لمنع سقوط الأحمال والوسائل الآمنة للوصول إلى الرافعات لتجنب السقوط والحوادث على الطرق العرضية للرافعة.

التسمم بأول أكسيد الكربون:

تنتج أفران الصهر والمحولات وأفران الكوك كميات كبيرة من الغازات في عملية تصنيع الحديد والصلب، وبعد إزالة الغبار، يتم استخدام هذه الغازات كمصادر وقود في المصانع المختلفة، ويتم توفير بعضها للمصانع الكيماوية لاستخدامها كمواد خام، كما تحتوي على كميات كبيرة من أول أكسيد الكربون (غاز الأفران العالية ، 22 إلى 30٪ من غاز أفران الكوك، 5 إلى 10٪ من غاز المحول، 68 إلى 70٪).

ينبعث أول أكسيد الكربون في بعض الأحيان أو يتسرب من أسطح أو أجسام الأفران العالية أو من العديد من أنابيب الغاز داخل المصانع، مما يتسبب في حدوث تسمم حاد بأول أكسيد الكربون، حيث تحدث معظم حالات التسمم أثناء العمل بالقرب من أفران الصهر، وتكون خاصة أثناء عمليات الإصلاح، حيث تحدث حالات أخرى أثناء العمل حول المواقد الساخنة، أو جولات التفتيش حول أجسام الفرن أو العمل بالقرب من أسطح الفرن أو العمل بالقرب من الشقوق الخرسانية أو شقوق التنصت.

وقد ينتج التسمم بأول أكسيد الكربون أيضاً عن الغاز المنطلق من صمامات ختم المياه أو أواني الختم في مصانع تصنيع الصلب أو مصانع الدرفلة، وذلك من الإغلاق المفاجئ لمعدات النفخ أو غرف الغلايات أو مراوح التهوية ومن التسرب من الفشل في تهوية أو تطهير أوعية العمليات أو خطوط الأنابيب أو المعدات بشكل صحيح قبل العمل وأثناء إغلاق صمامات الأنابيب.

الغبار والأبخرة:

يتولد الغبار والأبخرة في العديد من النقاط في صناعة الحديد والصلب، حيث تم العثور على الغبار والأبخرة في عمليات التحضير، وخاصة التلبيد، وذلك أمام أفران الصهر وأفران الصلب وفي صناعة السبائك، حيث لا تسبب الأتربة والأبخرة الناتجة عن خام الحديد أو المعادن الحديدية التليف الرئوي بسهولة، كما أن داء الغدد الرئوية نادر الحدوث، وكما يُعتقد أن بعض سرطانات الرئة مرتبطة بمواد مسرطنة موجودة في انبعاثات أفران الكوك، وقد تؤثر الأبخرة الكثيفة المنبعثة أثناء استخدام رماح الأكسجين ومن استخدام الأكسجين في أفران المجمرة المفتوحة بشكل خاص على مشغلي الرافعات.