ZESZYTY NAUK OVE POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ
Seria: MECHANIKA z. 73 Nr kol. 699
1981
Andrzej SOSULSKI
BIERNE ŚRODKI OCHRONY PRZED HAŁASEM W STALOWNIACH ELEKTRYCZNYCH
Streszczenie. Przedstawiono całokształt prac projektowych zwią
zanych z opracowaniem kompleksowego zabezpieozenia załogi elektro- stalowniczcgo pieca łukowego przed działaniem bezpośredniej fali akustycznej.
1. WPROWADZENIE
Od kilku łat w Instytuoie Podstaw Konstrukcji Maszyn Politechniki Śląskiej w Gliwioaoh prowadzone są pod kierunkiem doo. dr inż. Zdzisława JASKÓŁY prace badawcze mająoe na oelu zabezpieczenie załogi obsługującej elektrostalownioze piece łukowe przed hałasem. Praoe projektowe biernyoh środków ochrony przed hałasem prowadzone były w sposób metodyozny i kom
pleksowy.
Stosowane w hutniotwie pieoe łukowe emitują hałas stanowiący jedno z największyoh zagrożeń zdrowia załogi obsługującej pieo. Głównym źródłem drgań akustycznych jest łuk elektryozny.
Przeprowadzone badania wykazały, że poziom emitowanego hałasu jest rzę
du 110 dBA, a w początkowej fazie podczas roztapiania złomu zimnego osią
ga nawet 120 dBA. Dodatkowymi ozynnikami pogarszająoysii warunki pracy są wysoka temperatura i zapylenie.
2. ANALIZA CELOWOŚCI TECHNICZNEJ
Rys. 1. Rozkład pola akustyczne
go w obszarze pomiędzy piecem łu
kowym 50 t a kabiną sterowniczą
Przeprowadzone badania rozkładu po
la akustyoznego w obszarze pomiędzy pie
cem łukowym 50 t a kabiną sterowniozą wykazały, że istnieje wyraźne zognisko
wanie energii akustycznej od łuku elek
trycznego na dwóch kierunkaoh poprzez krawędzie okna wsadowego.Ponadto w pew
nej odległośoi od pieoa zogniskowanie energii na dwóch wymienionych kierun
kach powoduje przewyższenie emisji ha
łasu na wprost okna wsadowego .Tak więo, wapółozynnik kierunkówośoi promieniowa-
A. Sosulaki
nia śródłm dźwięku, Jakim jest pieo lukowy na kierunku pleo - kabina ste
rownicza, Jaat stosunkowo duży. Przykład rozkładu pola ekustyoznego na po
deści« roboozya elaktrostalowniczego pieca lukowego 50 t pokazano na ry
sunku 1.
3. KONSTRUKCJA EKRANU AKUSTYCZNSGO
W celu ozęśolowsgo odizolowania praoowników od działająoege obiektu zde
cydowano wykorzystać ekran akustyozny. Zaprojektowany ekran składa się z 10 sogmejttśw zawieszonych z mo
żliwością obrotu i przesuwu na belce dwątsowej, usytuowanych przed okn4c wsadowym w polu aku
stycznym pieoa łukowego (rys.2).
Każde dwa segmenty są połączone między sobą, ce daje możliwość częśoiowągo lub oałkowltego zło
żenia ekranu i odsłonięcia pie
oa po zakoóozeniu okresu topie
nia. Złożony ekran akustyozny może być usytuowany z JadnsJ strony bslki nośnsj przy słupie podpieraJąoym belkę.
Geometryozne ceohy konstruk
cyjne ekranu dobrano w taki s p o sób, aby stosunek szerokośoi do długośoi teoretycznej fali aku- styoznaj był zaaoznie większy od jednośoi. Jednooześnie przyjęto założenie, że źródło hałasu orsz miejsce praoy obsługi powinno znajdować się poniżej górnej kra- wędai akranu.
Podstawowym tworzywom skranu są płyty z wełny mineralnej TS- -60 o grubości 80 mai. Znajdują
ce się pomiędmy arkuszami z bla
chy palnej oraz blaohy perforo
wanej. Płyty te oharakteryzuJą się dużą odpornością na działa
nia wysokich temperatur. Kon
strukcja segmentu ekranu akuaty- oznago została pokazana na ry
sunku 3.
JE3-
Rys.
1 - i
Ekran akustyczny pieoa łukowego
», 2 - koło josdne, 3 - »sement ekranu
Bierne środki ochrony przed hałasem... . ______2J_
Rys. 3. Segment ekranu akusfryoznego Rys. k. Współczynnik pochłaniania 1 - blacha pełna, 2 - blacha perfo- dźwięku w funkcji częstotliwości weł- rowana, 3 - ceowiik, k - wełna -i- ny -»feralnej Ts-ĆO
neralna Ts-60
Rec. N u : t________
D a te ---1f.
Sign. - Ż u li!a & 10 3347:
Tune Const: ________
W eight hietw.:_______
Ref Level:___________
Center Frequency 16 3 15 63 125 250 500 1 kHz
QP1152 12.5 25 50 100 200 400 800 1.6
Rys* 5# Typowe widno hałasu pieca lukowego' 50
. Speed:
t 16
Lower L>m. Freqi 2 0 .. Hz W r B r u e l & KjoEtr
Copenhagen
Potentiometer Range: —5 0 cJB Rectifier DO
A. Sosulski
Charakterystyka pochłaniania dźwięku wełny mineralnej TS-60 (rys.U) ze
stawiona z typowym widmem hałasu pieca łukowego (rys. 5).pozwala na stwier
dzenie, że taki właśnie dobór wypełniacza ekranu zapewnia jego skuteozne działanie w danych warunkach.
Ponieważ w stalowni znajduje się kilka pieców, więc moment rozpoczęoia topienia wsadu nie jest jednoozesny. Ekran ruohomy zapewnia tylko częścio
wą ochronę załogi przed hałasem na kierunku piec - kabina sterownicza. Na
tomiast obsługa pozostałyoh pieców jest w dalszym oiągu narażona na dzia
łanie fali akustyoznej.
Postanowiono opracować konstrukcję ekranu akustyoznego, którego zada
niem byłoby ozęśeiowe odizolowanie praoującego obiektu od reszty hali sta
lowni. W ten sposób piec łukowy będzie osłonięty z trzech stron (rys. 6).
Ekran akustyczny stały składa się z ramy, w której umieszczono 9 seg
mentów (rys. 7).
Rys. 6. Usytuowanie ekranów akustyoz- Rys. 7. Ekran akustyczny pieoa łu-
nych kowego 50 t
1 - rama, 2 - segment ekranu
i ł . K A B IN A STEROW NICZA
Jednym ze sposobów zabezpieozenia osób znajdująoyoh się w otoozeniu źródła hałasu są kabiny dźwiękoszozelne. W okresie występowania najwyższych poziomów hałasu pieca łukowego podczas roztapiania wsadu tylko nieliczni pracownioy muszą przebywać w polu emisji hałasu.
Zdeoydowana większość mogłaby w tym ozasie przebywać w pomieszczeniu odizolowanym akustycznie od obiektu emitującego hałas.
Wyznaczając ogólne własności "i żłaśoiwośoi kabiny należy mieć na uwa
dze następujące wymagania:
Bierne środki oelifony przed hałasem...
21
a) k a b i n a d ź w i ę k o s z c z e l n a n i e p o w i n n a i z o l o w a ć p r a c o w n i k a od o t o c z e n i a tak r a d y k a l n i e , b y p o z b a w i ć g o z u p e ł n i e i n f o r m a c j i a k u s t y c z n e j p ł y n ą c e j z o t o c z e n i a . Z b y t s i l n e w y t ł u m i e n i e k a b i n y j e s t b ł ę d n y m r o z w i ą z a n i e m pro
b l e m u ;
b) w p r z y p a d k u g d y p r a c o w n i k b ę d z i e p r z e b y w a ł w k a b i n i e j e d y n i e o k r e s o w o , r ó ż n i c a p o z i o m ó w h a ł a s u n i e p o w i n n a b y ć z b y t d u ż a ;
o) i z o l a c y j n o ś ć a k u s t y c z n a k a b i n y z a l e ż y o d w a r t o ś c i i z o l a c y j n o ś c i p o s z c z e g ó l n y c h jej e l e m e n t ó w o r a z o d c h ł o n n o ś c i a k u s t y c z n e j w n ę t r z a . W s p ó ł c z y n n i k i p o c h ł a n i a n i a d ź w i ę k u i p r z e n i k a l n ó ś c i a k u s t y c z n e j s ą w i e l k o ś c i a m i , k t ó r y o h w a r t o ś ć z a l e ż y o d c z ę s t o t l i w o ś c i .
P o d s t a w o w ą j e d n o s t k ą m o d u ł o w ą je s t t a k i s e g m e n t ( r ys. 8), j a k i b y ł z a s t o s o w a n y w k o n s t r u k o j i e k r a n u s t a ł e g o i r u c h o m e g o ,
Ś o t a n y b o o z n e t w o r z y u k ł a d d w ó c h r a m o d s u n i ę t y c h od s i e n i e o o k o ł o 100 mm.
W r a m a c h t y c h , w y k o n a n y c h z k ą t o w n i k ó w , u m i e s z c z o n e z o s t a ł y w y ż e j w y m i e n i o n e s e g m e n t y .
W ś c i a n i e b o c z n e j l e w e j u m i e s z c z o n o p r z e d n i e o r a z t y l n e d r z w i d ź w i ę k o - i z o l a c y j n e , n a t o m i a s t w ś c i a n i e b o o z n e j p r a w e j u m i e j s c o w i o n e b r a m ę p r z e my sł o w ą .
W ś c i a n i e p r z e d n i e j , u t w o r z o n e j r ó w n i e ż p r z e z u k ł a d d w ó o h ra m , z n a j d u je s i ę d ź w i ę k o s z c z e l n e o k n o p r z e m y s ł o w e , n a t o m i a s t ś c i a n ę t y l n ą t w o r z y u - k ł a d d w ó c h r a m w y p e ł n i o n y c h s e g m e n t a m i .
S u f i t k a b i n y t w o r z ą d w i e r a m y w s p a r t e n a b e l o e t e o w e j , w k t ó r y o h u m i e j s c o w i o n o p o j e d y n c z ą w a r s t w ę s e g m e n t ó w .
K a b i n a m o ż e b y ć z a m o c o w a n a n a p o d e j ś c i e p i e c a p o p r z e z w b e t o n o w a n i e ścian b o c z n y c h l u b t e ż p o p r z e z u m i e j s o o w i e n i e n a s p e c j a l n i e w y k o n a n e j ra m i e . D r z w i d ź w i ę k o i z o l a c y J n y c h , b r a m y p r z e m y s ł o w e j o r a z o k n a p r z e m y s ł o w e g o n i e p r o j e k t o w a n o , s ą t o e l e m e n t y t y p o w e i d o b r a n o je z " I n f o r m a c j i o w y r o b a o h ś l u s a r k i b u d o w l a n e j " , w y d a n e j p r z e z Z P E W B " M B T A L P L A S T " - 1975.
5. K O N C E P C J A O S Ł O N Y A K U S T Y C Z N E J O B E J M U J Ą C E J CAŁY P I E C
O s ł o n a a k u s t y c z n a o p r a c o w a n a w I n s t y t u c i e s k ł a d a s i ę z c z t e r e c h z a s a d n i c z y c h o z ę ś c i :
a) s e g m e n t u s t a ł e g o l e w e g o , b ) s e g m e n t u r u c h o m e g o l e w e g o , c) s e g m e n t u s t a ł e g o p r a w e g o , d ) s e g m e n t u r u c h o m e g o p r a w e g o .
S e g m e n t y s t a ł e z m o n t o w a n e s ą b e z p o ś r e d n i o n a p o d e ś c i e s t a l o w n i . S e g m e n t u s y t u o w a n y jest o d s t r o n y o t w o r u t r a n s p o r t o w e g o i o b e j m u j e p r z e w ó d b e z p o ś r e d n i e g o o d o i ą g u g a z ó w , k t ó r y p r z e d ł u ż o n y je s t d o s k l e p i e n i a p i e o a . S e g m e n t p r a w y g r a n i o z y ze ś c i a n ą p o m i e s z c z e n i a t r a n s f o r m a t o r ó w , k t ó r a r ó w n o —
o z e ś n i e s t y k a s i ę o z ę ś c i o w o z z e w n ę t r z n ą b o o z n ą ś c i a n ą s e g m e n t u . S e g m e n t y
26 A- Soauloki
8000
A -A
Rye. 8. Smkio kabiny eterownioaej piaoa lukowego 50 t.
Bierna środki ochrony przed hałasem.. 97
ruchome swoimi ścianami czołowymi znajdującymi się przed oknem roboozym pieca podparte są na torze jezdnym usytuowanym na podeście stalowni, dru
gi punkt podparcia segmentów znajduje się na torze jezdnym, usytuowanym na występie belki, służącym równooześnie do prowadzenia suwnicy (element bel
ki poasuwnioowej). Osłona akustyczna stanowi całkowite okapturzenie pieoa.
Całkowite okapturzenie przewidziane jest zasadniczo na okres topienia,tzn, od momentu załadowania pieoa złomem d o chwili całkowitego roztopienia wsa
du.
Olą załadowania pieca przewidziane jest rozsunięoie ruchomych segmentów osłony. Segment ruohomy lewy zachodzi na segment stały lewy, natomiast se
g m e n t ruchomy prawy zachodzi na segment prawy, tak więo, po rozsunięciu
segmentów ruohosryoh osłony istnieje możliwość dostępu do pieoa ze wszyst
kich stron.
Kolejne fazy wytopu, a mianowioie: świeżenie oraz rafinacja i wykańcza
nie mogą być prowadzone przy piecu okapturzonym osłoną. Wtedy dla wprowa
dzenia dodatków stopowych oraz pobierania prób należy rozsunąć pokrywy otwo
ru znajdującego się na wysokości okna roboczego pieoa w lewym ruchomym se
gmencie osłony. O d l e g ł o ś ć pomiędzy śoianą czołową osłony a oknem roboozym pieoa jest tak d o b r a n a , aby istniała m o ż l i w o ś ć prowadzenia prao za pomocą wsadzarki k o ł o w e j . W niektórych przypadkach wymienione fazy wytopu można prowadzić przy nieokapturzonym piecu po uprzednim rozsunięciu ruchomych segmentów osłony^, Spust może być przeprowadzony przy osłoniętym piecu, Jed
nak w tym przypadku ruch j e g o j e s t ograniozony segmentami ruchowymi. Po rozsunięciu segmentów ruohomyoh osłony możliwe jest przeohylenie pieoa w pełnym zakresie kąta oraz odchylenie sklepienia pieca w zakresie przewi
dzianym dla pieoa 50 t.
Również wymiana kolumn elektrodowych lub też dokręcenie nowego segmen
tu do kolumny elektrodowej możliwe jest przy rozsuniętyoh ruchomych seg
mentach osłony.
Ściana segmentu okapturzenie składa się z układu nośnego wykonanego z profili walcowanych oraz osłoniętego z jednej strony płytami blaohy peł
nej, natomiast z drugiej płytami blachy perforowanej. Pomiędzy płytami z blach znajduje się wełna mineralna.
Odpylanie wnętrza osłony piecowej przewidziane jest systemem kołpakowym przy kołpaku usytuowanym ponad piecem na wysokości dachu lewego segmentu ruchomego.
Przewiduje się, że tak pomyślana osłona powinna zapewnić redukcję hała
su emitowanego w fazio roztapiania przez 50 t stalowniczy piec łukowy o około 20 dBA.
Szkio osłony akustycznej obejmującej cały piec łukowy 5® t pokazano na rys. 9.
Przedstawione bierne środki o o h r o p y przed hałasem przewidziane są do za
s t o p o w a n i a w krajowych e l o k t r o s tslowciaoh.
98________________________________________________________________ A. Sosulski
Rys. 9. Szkic osłony obejmującej oaZy piso łukowy 50 t.
1 - segment stały lewy, 2 - segment ruchomy lewy, 3 - segment ruohomy pra
wy, h - segment stały prawy, 5 - komora TRAFO
13300
Bierne środki oohrony przed hałasem..
21
LITERATURA
Prace zespołu Instytutu Podstaw Konstrukcji Maszyn Politeobniki śląskiej prowadzone pod kierunkiem doo. dr inż. Z. Jaskóły
[1] Budowa skutecznego zabezpieczenia załogi przed skutkami nadmiernego hałasu przy piecach łukowych 50 t. Gliwioe 1976.
[2] Opracowanie założeń do dokumentacji technioznej wyciszenia hałasu pie
ców łukowyoh. Gliwice 1977.
[3] Opracowanie założeń do dokumentacji technioznej wyciszania hałasu pie
ców elektrycznych. Gliwice 1978.
[U] Opracowanie założeń do dokumentacji techniczne J wyciszania hałasu pie
ców elektryoznych. Gliwice 1979.
[5] Makomaski M . , Sosulski A,: Ekran akustyczny stalowniozego pieca łu
kowego. Oohrona zdrowia hutnika Nr 1/1978, Katowice.
[6] Kaźmierczak J . : Hałas elektrostałowniozych pieców łukowyoh. Oohrona zdrowia hutnika Nr 1/1979, Katowice.
[7] Sosulski A . : Bierne środki oohrony przed hałasem obsługi elektrosta- lowniozego pieca łukowego. IX Sympozjum Podstaw Konstrukcji Maszyn - Gliwioe - Wisła 1979.
Recenzent: Doo. dr bab. inż. Adam Lipowczan
Wpłynęło do Redakcji 20.11.1980 r.
IIACCHBHiiE CPIiJiCTBA SAEjiTK OT nPOHSBOjlCTBEHHUX EiyKOB
B BJIEKTPOCTAJIEriJIABHJIbHiiX. 3 ABO M X
P e 3 10 m e
IIpe,ii;cTaBJieHa coBOKynHOdb npoeKTHHX p a 6 o i no paspaOoTKe KOManeKCHoS 3 a - H h th 6 p n ra i;a ojieKTpocTaJieroiaBHJibHofi ^yroBOii nevn 0 1 aeftciBHH HenocpeflCTBeH-
h o S a K y c T H q e c K O f i b o a h h .
PASSIVE METHODS OF THE ANTI-NOISE PROTECTION IN ELEKTRIC STEEL MILLS
S u m m a r y
The paper reports selected problems of1 passive noise reduction in eleo- trio steel mills. The complex solution of anti-noise protection is presen
ted which has been worked out in the Institute of Machine Design,Silesian Technical University.
