К черной металлургии относят выплавку чугуна из железных руд, производство стали, проката и сплавов железа и стали с другими элементами (марганец, хром, никель, селен, бериллий и др.).
Технология производства. Руду, поступающую на металлургические заводы, освобождают от пустой породы. На агломерационных фабриках руду дробят, размалывают и засыпают ровным слоем на постоянно движущуюся ленту агломерационной машины вместе с коксом. Проходя через горелки зажигательного горца, кокс на ленте загорается, что обеспечивает спекание руды и выгорание из нее серы и других примесей. Спекшаяся руда (агломерат) в хвостовом конце ленты ломается и падает в приемное устройство (бункерные чаши), где охлаждается (тушится) водой или продуванием воздуха.
В доменном цехе агломерат или отмытую руду и другие компоненты шихты (кокс, известняк, доломит и др.) в определенных пропорциях скиповым подъемником загружают в доменную печь, где вследствие горения кокса при интенсивной подаче в печь кислорода происходит восстановительная плавка. Расплавленный чугун, стекающий в нижнюю часть печи, и более легкий шлак, всплывающий поверх чугуна, периодически выпускают через летки. По специальным канавам на литейном дворе жидкий чугун и шлак стекают в ковши, установленные на железнодорожные тележки. В этих ковшах чугун транспортируют в сталеплавильный цех или на разливочную машину, где его разливают в изложницы и затем извлекают в виде слитков.
Передел чугуна на сталь производят в мартеновских, конверторных или электросталеплавильных цехах. Процесс варки стали заключается в выжигании углерода и ряда других примесей (серы, фосфора и др.), в результате чего металл теряет хрупкость и приобретает упругость. Для получения различных сортов стали при ее варке к ней добавляют хром, никель, марганец и др. Готовую сталь выпускают в ковши и разливают на слитки в изложницы или через установку непрерывной разливки. Из изложниц стальные слитки (до 10—15 т) поступают в обжимные станы (блюминги, слябинги). Обжим изменяет внутреннюю структуру металла, а слитки получают определенную внешнюю форму — так называемые заготовки. Эти заготовки направляют в прокатные станы, где из них прокатывают металл заданного профиля и размера. На установках непрерывной разливки стали получают уже готовые заготовки, которые направляют сразу на прокатные станы.
Условия труда. Мощное нагревательное оборудование, расплавленный и нагретый металл, шлак и агломерат являются источником конвекционного тепла и лучистой энергии, иногда ультрафиолетового излучения (см.). Инфракрасное излучение (см.), помимо прямого воздействия на рабочих, нагревает окружающие поверхности, которые становятся вторичным источником тепла. В результате воздух большинства цехов в теплый период года значительно нагревается. В холодный период года эти тепловыделения, создавая сильный тепловой напор, способствуют интенсивному естественному воздухообмену, в результате чего в некоторых цехах при наличии открытых проемов воздух чрезмерно охлаждается. Рабочие при выполнении многих операций периодически подвергаются воздействию инфракрасной радиации в сочетании с температурой воздуха, относительно высокой в летний и низкой в зимний период года.
Большинство технологических процессов на современных заводах черной металлургии механизировано, однако рабочим нередко приходится выполнять трудоемкие вспомогательные работы, физическая нагрузка при которых в сочетании с неблагоприятными метеорологическими условиями предъявляет повышенные требования к сердечно-сосудистой, дыхательной и терморегулирующей системам организма.
В холодное время года относительно низкие температуры воздуха в цехах, особенно на заводах северных районов страны, неравномерный нагрев в сочетании с интенсивным облучением и сквозняками могут вызывать переохлаждение организма.
Обильное потоотделение летом иногда приводит к значительной влагопотере (нередко с падением веса тела к концу смены), усиленному расходу солей, белков и водорастворимых витаминов, а также к раздражению кожного покрова выкристаллизовавшимися на одежде солями (одна из причин гнойничковых заболеваний кожи).
Разнообразное нагревательное оборудование, особенно работающее под давлением, разветвленная сеть газовых коммуникаций и газовые установки (горелки) являются источниками выделения газов [в том числе окиси углерода (см.)] в рабочие помещения. Однако ввиду значительных габаритов современных цехов и хорошего их проветривания концентрация окиси углерода в воздухе в большинстве цехов, как правило, не превышает предельно допустимой (20 мг/м3) даже в наиболее неблагоприятный зимний период. Исключение составляют доменные цехи, где при повышении давления в печи газ просачивается через неплотности и открытые рабочие отверстия, что ведет к кратковременному повышению концентрации окиси углерода на отдельных участках этих цехов. В остальных цехах кратковременное повышение концентрации окиси углерода наблюдается в местах скопления газовых коммуникаций, где обычно нет постоянных рабочих мест.
Кроме окиси углерода, в некоторых цехах имеет место выделение сернистого газа — на аглофабриках, в доменном цехе и в миксерном отделении сталеплавильных цехов, где он образуется вследствие выгорания серы из руды, агломерата и чугуна, а также от всех нагревательных устройств, работающих на серусодержащих мазутах. Однако концентрация сернистого ангидрида в воздухе не превышает предельно допустимой (10 мг/м3). При варке специальных и легированных сталей, а также при выплавке ферросплавов выделяются пары и окислы легирующих добавок (марганца, хрома, селена, бериллия и др.). При сгорании смол и масел, употребляемых для смазки изложниц, трущихся частей прокатных станов и т. п., воздух загрязняется углеводородом. Все эти газовыделения создают опасность возникновения острых и хронических отравлений и профессиональных заболеваний рабочих. Однако на современных заводах черной металлургии вследствие эффективных мер борьбы с ними профессиональные отравления и заболевания наблюдаются редко.
Пыль (см.) наблюдается преимущественно в цехах и на участках подготовки шихты (размольно-смесительное отделение и цикл возврата аглофабрики, подбункерное помещение доменного цеха, шихтовые дворы мартеновских, конверторных, электросталеплавильных и ферросплавных цехов и т. п.). Эта пыль содержит до 15—20% и более свободной и аморфной двуокиси кремния, свыше 50% окислов железа и другие примеси; концентрации ее на этих участках иногда могут значительно превышать предельно допустимые.
Пыль образуется также при выпуске чугуна из доменной печи, заливке его в изложницы разливочной машины или в миксер сталеплавильного цеха. При этих процессах в воздух выделяется углерод, который конденсируется в графитную пыль. При продувании конвертеров, плавке металлолома в электросталеплавильных печах, газовой резке и зачистке металла выделяются дым и пыль, состоящие из аэрозоля конденсации железа и его окислов, которые нередко не улавливаются полностью и распространяются на большие расстояния от источников их выделения. При обжиме горячего металла в прокатных и трубопрокатных цехах с его поверхности слетает много окалины, состоящей в основном из окислов железа, часть которой рассеивается в воздухе. При зачистке проката на наждаках образуется большое количество наждачной и металлической пыли.
Особое значение имеет пыль, образующаяся при ломке и кладке огнеупоров во время ремонта металлургических печей, миксеров и ковшей. Эта пыль весьма опасна, так как в ней содержится до 70% различных соединений кремния. У некоторых рабочих, подвергавшихся длительное время воздействию повышенных концентраций пыли (в размольно-дробильном отделении аглофабрик, подбункерных помещениях доменных цехов, на ремонте мартеновских печей и др.), наблюдались заболевания пневмокониозами.
Среди других неблагоприятных факторов в цехах заводов черной металлургии следует отметить шум (см.). В доменном цехе он образуется при дутье и достигает 90—100 дБ, в электросталеплавильных и ферросплавных цехах — от вольтовой душ в печах (свыше 100 дБ), в прокатных и трубопрокатных цехах — при опиловке и резке проката на циркулярных пилах (до 100 дБ); у пневмопривода пилигримового стана в трубопрокатных цехах, а также у компрессоров установок непрерывной разливки стали шум достигает 110 дБ. Почти все эти шумы — высокочастотные, при длительном воздействии возможно их неблагоприятное влияние.
Наличие в большинстве цехов горячего оборудования, расплавленного и раскаленного металла, внезапное образование искр и брызг, манипуляции с тяжеловесными орудиями труда, металлом, шихтовым материалом, скрапом и огнеупорами являются нередкой причиной ожогов и других травм. По опасности травматизма заводы черной металлургии занимают одно из первых мест.