Безопасность при нагреве исходных материалов для прокатки

Перед прокаткой слитков и заготовок проводят их нагрев с целью обеспечения высокой пластич-ности и мини­мального сопротивления деформации,высокого качества готового про­ката и полу-чения необходимой структуры металла, повышения механи­ческих свойств металла. Повышение температуры нагрева приводит к снижению энергозатрат при прокатке, уменьшению механических воз­действий на рабочие детали стана, увеличению обжатия, а следовательно, производительности стана. Однако высокая температура и неправильный режим нагрева вызы­вают также окалинообразование, обезуглероживание, вскрытие подкор­ковых пузырей, пережог и перегрев, ухудшающие качество металла.

Опасные и вредные производственные факторы при нагреве металла

Нагрев слитков и заготовок проводят в нагревательных колодцах.Посадку слитков в нагреватель-ные колодцев проводят в верти­кальном положении, при этом обеспечивается более равномерный и быстрый нагрев слитка, так как практически вся его поверхность омы­вается продуктами сгорания топлива и подвергается облучению от кладки камеры. При нагреве слитков из специальных марок стали иногда проводят предварительный нагрев в области низких температур в камерных печах с выдвижным подом.В нагревательных колодцах с отоплением из центра поди-ны пламя горелки движется вверх до соприкосновения с крышкой, растекается по ее поверхности и омывает слитки сверху вниз. Дымовые газы после соприкосновения со слитками прохо-дят через каналы в нижней части кладки боковых стен и поступают в керамические рекуперато-ры, расположенные с обеих сторон каждой камеры. Обычно отделение нагревательных колодцев блюминга или слябинга состоит из 12-16 и более групп колодцев, каждая из которых включает две камеры. Ем­кость камер 10-20 слитков. В настоящее время рекуперативные ко­лодцы строят с подогревом воздуха и газа. Воздух нагревают в керами­ческом рекуператоре, а газ - в металлическом трубчатом рекуператоре сварной конструкции. Для экономии топлива нагрев воздуха проводят до 800-850°С, газа до 300-350°С. В качестве топлива приме­няют коксодоменный, природный и генераторный газы, в ряде случа­ев-жидкие нефтепродукты. На окружающую среду отделения нагревательных колодцев влияет режим нагрева слитков и возникновение интенсив­ного окалинообразования. При окислении металла обра­зующаяся низкоплавкая окалина скатывается на подину камеры, сва­ривается со слоем коксика, образуя шлак, количество которого в этом случае возрастает, что требует больших затрат на его уборку. Поэтому в последние годы перешли на жидкое шлакоудаление, при котором на подину насыпают порошок ферросилиция и на подине образуется жидкотекучий сварочный шлак, содержащий железо. Его направ-ляют в доменный цех для добавления в шихту доменных печей.

Методические печи с торцовой загрузкой и выдачей оборудованы загрузочными рольгангами с решетками, толкателями и разгрузоч­ными рольгангами. Заготовки со склада мостовыми кранами переда­ют на загрузочное устройство печного рольганга, которое состоит из решетки, оборудованной толкателем и механизмом подъема и кантовки заготовки.При уборке окалины от блю-минга и слябинга окалина и куски металла вместе с водой попадают н наклонные стенки каналов, расположеннных под рабочими валками. При применении газа должна быть исключена утечка газа и меры пожаро- и взрывобезопасности, пре­дупреждающие возникновение взрывоопасных смесей газа с воздухом. При утечке газа из газопроводов и арматуры возможны отравления. Возможны и внезапные прорывы газа в результате выбивания через водяные затворы.

Тепловыделения. В отделениях нагревательных колодцев и нагре­вательных печей возникают интенсивные тепловые выделения конвективного и лучистого тепла. Нагревательные устройства прокатных цехов выделяют радиацион­ное тепло- от стен печей выделяется ~ 40 % конвективного тепла и 60 % радиационного в открытые окна 100 % радиационного тепла. В общих тепловыделениях в отделениях нагревательных печей теплопотери через стенки печей составляют ~20 % общих потерь, тепло­излучение из окон 40 % из-за выбивания газов через неплотности крышки ~ 24 % т.е. половина всех выделений тепла в прокатном цехе. На 1 м³ объема здания нагреватель-ных колодцев удельная тепловая нагруз­ка равна 0,23-0,24 Вт/м². Однако распределяются тепловыделения неравномерно по объему здания: у собственно колодцев выше, чем в районе железнодорожных путей. Газы и пламя выбиваются через открытые смотровые отверстия в крыш-ках окон печей, а также из-под крышек из-за того, что в печном пространстве для исключения подсоса воздуха создается положитель­ное давление.

Разлет окалины при прокатке слитков. При прокатке на обжимных станах в первых проходах возникает разлет окалины, образующейся на поверхности слитков. Скорость разлета достигает нескольким десятков метров в секунду и зависит от толщины слоя печной окалины, обжатия за проход, интенсивности охлаждения рабочих валков стана и возможности попадания воды в трещины окалины, образования при этом водяного пара, а также наличия газовых подкорковых пузырей в спитке. Процесс окалинообразования при нагреве слитков зависит от атмос­феры камеры нагревательных колодцев, продолжительности нагрева, температуры нагрева. В общем виде зависимость изменения толщины окалины от продолжительности нагрева слитков и температуры всада определяется уравнением регрессии для условий блюминга ЧМЗ

у = 3,23 - 0,443x₁ + 0,78х₂ + 0,215х₁² + 0,365х₂²,

где X₁ - температура всада,°С;

Х₂ - продолжительность нагрева, мин.

При увеличении толщины слоя окалины частота выбросов возрастает:

q = 0.0058-2.37^δ

где: δ - толщина слоя окалины, мм;

q - частота выбросов, %.

В первых проходах металл испытывает сложное напряженное состо­яние. При этом в поверхностных слоях вместе с окалиной действуют сжимающие напряжения, распространяющиеся и на заднюю внешнюю часть слитка.В результате наблюдаются отслоение окалины от металла и по-падание воды в образующийся зазор между окалиной и металлом. Вода под влиянием высокой температуры превращается в перегретый пар, давление которого превышает атмосферное. Локальные взрывы приводят к отрыву окалины и разлету ее с большой скоростью. Изменение изобарно-изотермического потен­циала реакции парообразования составляет 156,7 кДж/моль и дав-ление пара при температуре прокатки ~3800 ГПа. Скорость разлета окалины под действием такого давления, рассчитанная для частиц окалины раз­личной массы, находится в пределах от 16,5 до 40,5 м/с для массы час­тиц 0,001 кг и от 2,3 до 5,7 м/с для массы частиц 0,05 кг. Большие зна­чения скорости относятся к максимальным объемам пара, образовав­шегося в полости под окалиной. Угол разлета окалины при различных условиях составляет 14-38^О. Дальность полета ее частиц согласно расчетам достигает 125 м. В ряде случаев разлет окалины обусловливается вскрытием подкор­ковых газовых пузырей. При этом значение скорости разлета от 1 до 31 м/с.

Зачистка, резка и уборка полупродукта. После прокатки блюмы и слябы поступают по рольгангу к машине огневой зачистки, в которой удаляется слой металла определенной толщины. При этом образуется металлическая пыль и создается возможность взрыва газо­воздушной смеси. Далее транспортным рольгангом блюмы и слябы по­дают к ножницам с верхним или нижним резом, где производят резку на мерные длины, обрезку переднего и заднего концов.

Борьба с пылеобразованием. Снижению образования пыли способствует вода, подающаяся для охлаждения валков блюминга и сля­бинга. Вода растекается по поверхности раската, испаряется и, переходя в пар, вырывается с большой силой в направлении движения металла, отрывает окалину и раздробляет ее до состояния мелкодисперсных частиц. Основным методом борьбы с пылеобразованием на обжимных станах является предотвращение или уменьшение окалинообразования при нагреве слитков в нагревательных колодцах. В качестве специальных мер следует применять систему гидрообеспыливания подачей воды под высоким давлением: 1-1,2 МН/м². Водяные струи, увлажняя пыль, предотвра­щают ее распространение. Таким способом осаждается 70—80 % пыли.

При зачистке металла на машине огневой зачистки образуются боль­шие количества металлической пыли и газов. Для защиты от них при­меняют специальное укрытие с отсосом их от машины огневой зачистки. При этом вредные выделения удаляются с последующей очисткой.

Защита от отлетающих донных пробок. При прокатке слитков на блюмингах потенциальную опасность создают донные пробки, устанавливаемые в изложницы, отрыв которых при обжатии слитков валками создает возможность пораже­ния персонала и разрушения ограждений