Экстремальные отклонения

Экстремальные отклонения параметров безопасности технологическо­го процесса выплавки стали в электросталеплавильных агрегатах носят разнообразный характер. Основными их видами являются обрушение свода, бурное протекание реакций с выбросами металла и шлака на рабочую площадку, прорыв металла через подину, взры­вы при контакте расплавленного металла с водой либо в результате образования взрывоопасных смесей или концентраций.

Особенностью выплавки или переплава металла в вакуумных печах является образование конденсата и оседание его на внутренних конструкциях печи. Компоненты стали или сплава при температуре плавления и более высокой температуре в вакууме испаряются. Мельчайшие взвешенные частицы (конденсат) оседают на холодных конструкциях печи внутри вакуумной камеры. При образовании об­лака пыли из конденсата и наличии активных составляющих (Мп, Са и др.) образуется взрывоопасная смесь, которая может заго­раться и взрываться при наличии источника загорания.

Для предупреждения взрыва конденсата в печи как во время ведения плавки, так и в период его уборки должны быть выполнены определенные требования к конструкции печи, технологии ведения плавки и удалению из печи конденсата.

При выплавке металла в вакуумно-индукционных печах возмож­ны взрывы конденсата

Одним из мероприятий, направленных на снижение пирофорности конденсата и на решение проблемы безопасной эксплуатации вакуумных индукционных печей (ВИП), могут быть отказ от при­менения в качестве раскислителей сплавов магния и кальция и за­мена их элементами с меньшей упругостью паров (например, цирко­нием, лантаном). Снизить пирофорность конденсата можно, применяя в качестве шихтового материала специально выплавленную в от­крытой индукционной печи шихтовую болванку, которая в процессе плавки «обрабатывается» магнием и заменяет никель-магниевую лигатуру. Однако испарение магния при плавке в ВИП качественных сталей резко уменьшается, в результате чего концентрация его в конденсате снижается в 4—10 раз. Значение НКПВ такого конден­сата повышается, а температура воспламенения в слое возрастает до 720-740° С

Для предупреждения воспламенения конденсата ВИП можно применить ингибиторы горения конденсата, которые изолируют частицы его от контакта с кислородом воздуха или влагой, образуя на их поверхности жидкую или твердую защитную пленку.

Безопасная эксплуатация ВИП может быть обеспечена и лока­лизацией конденсата над источником его образования путем улав­ливания специальными устройствами с развитой поверхностью кон­денсации.

Вакуумные индукционные пе­чи и вакуумные системы оборудуют взрывными клапанами с вы­водом из них продуктов взрыва в нерабочую зону и стоками для воды при мокрой уборке, которые следует располагать на самых низких отметках. В конструкции печи, особенно в верхней части, при открытой крышке камеры не должно образовываться непровет­риваемых «мешков», так как при влажном удалении конденсата отдельные активные его состав­ляющие при взаимодействии с водой выделяют газообразный во­дород.

Безопасность производства и применения порошковых экзотермических материалов

При разливке стали в изложницы с целью улучшения качества по­верхности слитков используют экзотермические смеси, при сгорании которых образуются синтетические шлаки. Такая технология раз­ливки стали исключает появление поверхностных дефектов, а следо­вательно, при подготовке слитков к прокатке практически полностью не требуется зачистка не только поверхности слитков, но и прока­танных из них заготовок.

Процесс производства экзотермических смесей широко распро­странен; так как в них используются мелкодисперсные порошки металлов и сплавов, обладающих высокой воспламеняемостью, то сам процесс производства смесей, их хранение, применение при раз­ливке сопряжены с рядом потенциально опасных и вредных произ­водственных факторов. В состав смесей входят горючие вещества и активные окислители, которые повышают вероятность загорания от внешних тепловых воздействий, увеличивают скорость распростра­нения пламени, делая неприменимыми многие способы гашения пла­мени, так как обеспечивают возможность горения некоторых соста­вов без доступа кислорода воздуха.

Опасным свойством экзотермических смесей является возмож­ность их воспламенения и взрыва в результате механических воздей­ствий (при дроблении, помоле, смешении и транспортировании). При образовании взрывоопасных аэровзвесей такое воспламенение может привести к производственным авариям.

Горение экзотермических смесей протекает с образованием ток­сичных газообразных продуктов, которые выносят из изложницы большое количество пыли исходных компонентов смеси и продуктов их превращения. Поэтому при производстве и применении экзотер­мических смесей должны быть соблюдены определенные меры, обес­печивающие безопасные и безвредные условия труда персонала

Меры. безопасности включают предотвращение образования взры­воопасных концентраций, исключение возможности возникновения источников воспламенения осевшего порошка и аэровзвесей, прове­дение профилактических мероприятий, способствующих локализации взрыва при случайном возникновении его очага в аварийных ситуа­циях.

К числу мероприятий по предотвращению образования взрыво­опасной концентрации относится сокращение операций процесса, связанных с пересыпкой металлических порошков. Операции пере­сыпки порошков проводят в изолированных, закрытых помещениях. Важной мерой снижения пожаро-взрывоопасности ряда операций является предварительное смешивание порошков с инертными добав­ками. Так, помол силикокальция ведут совместно с бурой или сили­катной глыбой, которые измельчаются предварительно, а затем под­вергаются помолу совместно с силикокальцием.

Снижению взрывоопасности аэровзвесей способствует и приме­нение легких мелкодисперсных негорючих материалов, например тех­нической кальцинированной соды. При смешении компонентов экзо­термических смесей в смеситель загружают сначала горючий поро­шок, затем все инертные компоненты, далее проводят предваритель­ное смешивание, в последнюю очередь добавляют окислитель.

Для предотвращения загорания готовых экзотермических смесей от брызг металла и других воздействий смеси в разливочном пролете сталеплавильного цеха временно хранят в металлических контейне­рах, полностью закрытых для доступа посторонних веществ и частиц металла. Наиболее эффективным способом снижения пожароопасности смесей является применение компонентов, обеспечивающих го­рение смесей лишь при повышенных температурах. Одним из таких компонентов является силикокальций, который обеспечивает высо­кую скорость шлакообразования при сгорании на поверхности метал­ла при высоких температурах.

ПРОКАТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

Технологический процесс прокатки и факторы безопасности

Прокатное производство характеризуется сложностью и разнообра­зием механического оборудования, в связи с чем в производственном процессе в основном имеют место опасные физические факторы; фи­зико-химические факторы являются основными только при нагреве металла перед прокаткой, огневой зачистке поверхности проката и термообработке, холодной прокатке и нанесении защитных покрытий.

В прокатном производстве для нагрева слитков и заготовок пе­ред прокаткой и для термической обработки полупродукта и готовой продукции применяют различные типы нагревательных устройств. Крупные слитки перед прокаткой на блюминге или слябинге нагрева­ют в рекуперативных нагревательных колодцах (рис. 64) с различ­ным направлением пламени. При расположении горелки в центре подины пламя направлено вверх. Ударяясь о крышку колодца, оно растекается по ее поверхности, омывает слитки сверху вниз, после чего дымовые газы уходят через каналы в нижней части двух бо­ковых стен. Такое расположение пламени при недостатке воздуха на горение топлива может привести к образованию взрывоопасных газо-воздушных смесей и их взрыву при открывании крышки колодца.

В новой конструкции нагревательных колодцев горелка распо­ложена в верхней части камеры, вследствие чего направление дви­жения пламени и отходящих газов совсем иное: пламя выходит из горелки в верхней части, омывает слитки, ударяясь о противополож­ную стенку камеры, изменяет направление и продукты сгорания уда­ляются внизу также с одной стороны. Поэтому в случае недостатка воздуха для горения газа остатки топлива уйдут в борова и будут выброшены через трубу в атмосферу, но уже в охлажденном виде. Таким образом исключается возможность взрыва газов непосредст­венно в рабочей камере нагревательного колодца.

Значительно повышают безопасность процесса нагрева слитков системы автоматизации работы нагревательных колодцев, которые регулируют температуру в колодцах и рекуператорах, необходимое соотношение объемов топлива и воздуха, давление газов в камере, отключение газа при открывании крышек колодца и переключение газовых и воздушных клапанов.

В многозонных методических печах, применяемых для нагрева заготовок, направление потока пламени и продуктов сгорания про­тивоположно направлению движения металла. При недостатке воз­духа для горения топлива возникает подсос воздуха через окно и загрузочное отверстие, в случае избыточного давления в печи проис­ходит сгорание газа вне рабочего пространства и выбивание пламени из-под крышек окон. Конструктивные особенности нагревательных печей исключают вероятность взрыва газа в рабочем пространстве печи.

Определенную опасность представляет операция удаления шлака из нагревательных колодцев. С технологической точки зрения жид­кое шлакоудаление является более предпочтительным, однако оно не обеспечивает полной безопасности этого процесса, так как при этом возможны экстремальные отклонения, обусловленные наличием рас­плавленного металла или шлака.

Таким образом, опасными факторами процесса нагрева слитков и заготовок являются выбивание пламени из-под крышек нагрева­тельных устройств, особенно при перекидке клапанов регенеративных колодцев, выплески расплавленного шлака и взрывы при контакте расплавленного шлака с водой или влажным материалом.

Подача исходных материалов от нагревательных устройств к прокатным станам является в основном безопасной операцией.

Однако при транспортировке слитков с незастывшей сердцевиной слитковозами к приемному рольгангу блюминга или слябинга воз­можны выплески жидкого металла. Степень опасности производственного процесса при горячей прокатке металла значительно выше, чем при холодной, что объясняется высокой температурой прокаты­ваемого металла

Основными опасными факторами при холодной прокатке явля­ются нарушения режима прокатки, вызываемые разрушением обра­батываемого металла, поломками или неисправностью соединитель­ных устройств, валков, нажимных механизмов, направляющих про­водок и др. При горячей прокатке дополнительными факторами являются температурный режим нагрева прокатываемого металла, режим прокатки, скорость его охлаждения при деформации и т д.

При резке металла на ножницах горячей и холодной резки опасными являются локальные зоны движущихся и вращающихся частей механизма В случае резки металла дисковыми пилами площадь опас­ной зоны резко возрастает.

Значительно повышает фактор опасности производственного про­цесса использование в потоке машин огневой зачистки металла, вместе с тем этот процесс оказывает большое влияние на улучшение условий труда, способствуя ликвидации опасных и вредных факторов на других стадиях процесса. При огневой зачистке металла возможен взрыв газов.

Остальные технологические операции (охлаждение, клеймение, складирование металла) особого влияния на уровень безопасности производственного процесса не оказывают, за исключением термической обработки.

Нарушения, экстремальные отклонения и меры безопасности

Нагревательные устройства

Использование в качестве топлива доменного, коксового и природно­го газов в нагревательных устройствах прокатных цехов сопряжено с опасностью образования взрывоопасных смесей и их воспламенения. Источниками воспламенения взрывчатой смеси в прокатном цехе яв­ляются открытое пламя, электрическая искра, нагретый металл и т .д. Взрывчатая смесь газов с воздухом обычно образуется при сравнительно низкой температуре. В прокатных цехах газ с горячим воз­духом соприкасается лишь в горелочных устройствах нагревательных печей и колодцев, в остальных случаях газ и воздух могут смеши­ваться в холодном состоянии и поэтому всякое попадание воздуха в газ или газа в закрытое пространство с воздухом может привести к образованию взрывоопасной смеси

Наиболее часто наблюдаются взрывы в боровах нагревательных колодцев Если температура в борове выше 500° С (температура воспламенения газа), взрывчатая смесь не образуется, так как при этой температуре газ, смешиваясь с остатками воздуха, сгорает При температуре ниже 500° С и наличии в боровах воздуха образуется взрывчатая смесь, которая при дальнейшем поступлении в насадку регенератора взрывается При одновременной перекидке газовых и воздушных клапанов эта смесь может взорваться в сборном дымо­вом борове.

Взрывы в регенеративных колодцах при перекидке клапанов I предотвращают устранением подсосов воздуха в регенераторы В борова. Не допускается одновременный перевод газового и воздушного клапанов.

Воздушный клапан включают на 10—15 с позднее газового. Суш­ку и разогрев нагревательных колодцев проводят до тех пор, пока температура в газовых боровах и насадках не поднимается до тем­пературы воспламенения газа, при этом газ, попав в боров, сразу же загружается, не успев образовать гремучею смесь.

Нарушением параметров безопасности в нагревательных устрой­ствах является выбивание пламени и газов из-под крышек нагрева­тельных колодцев и печей. Для предупрежения выбивания пламени и газов необходимо обеспечивать установленный режим горения топ­лива в рабочем пространстве, а также плотное прилегание крышки к стенкам печи. При сильном выбивании из окон печей пламени и газов дутье и тягу регулируют так, чтобы давление в рабочем про­странстве печи на уровне пода при максимальной производительно­сти не превышало 33 Па

Для герметичности крышки люков газовых перекидных клапа­нов уплотняют просмоленным асбестом. Борова уплотняют газоне­проницаемой массой и засыпают просмоленной мелкой рудой и гли­ной с песком.

При применении рекуперативных нагревательных колодцев и ме­тодических печей вероятность взрыва газо-воздушных смесей меньше.

При посадке слитков в камеры колодцев и выдаче их сущест­вует опасность падения слитков на рабочую площадку или железно­дорожные пути, что может привести к аварии. Для предотвращения падения слитков сменные керны клещей крана изготовляют из жаро­прочной износостойкой стали или наплавляют их твердыми сплава­ми и периодически заменяют.

Для горения газа воздух в нагревательные колодцы и печи по­дают вентиляторами под давлением через инжекционные горелки. Во избежание взрывов газа в воздухопроводах и вентиляторах в случае внезапной остановки вентиляторов принимаются следующие меры. В случае необходимости отключения воздуха на подводах дутья в каждой горелке устанавливают задвижки, а на разводящем коллекторе—общую быстродействующую задвижку.

На воздуховодах перед каждой печью устанавливают автома­тически действующие клапаны или другие приспособления для ав­томатической отсечки газа. На концах воздуховодов каждой нагре­вательной печи устанавливают свечи, выведенные наружу здания, через которые продувают воздухопровод после остановки вентиля­тора.

Подавать газ и дутье в горелки можно после того, как вентилятор начнет работать с полным числом оборотов. При применении горелок с предварительным смешиванием газа и воздуха в соотношениях, вызывающих опасность взрывов, смесь должна иметь из­быток газа, а недостающий для горения воздух добавляется непос­редственно в горелки печи. При этом обеспечивается непрерывность действия смесителей.

Для предупреждения взрыва в случае остановки смесителей под­вод газо-воздушной смеси оборудуют автоматически действующими обратными клапанами непосредственно после горелок. Предупрежде­ние обратного удара пламени в горелках с предварительным смеши­ванием газа и воздуха, а также в инжекционных горелках достига­ется тем, что скорость выхода горючей смеси превышает скорость ее воспламенения.

Прокатные станы

При эксплуатации прокатных станов возможны следующие опасно­сти: захват валками или вращающимися шпинделями и соединитель­ными муфтами частей одежды и конечностей вальцовщика и меха­нические повреждения отлетающими осколками прокатываемого металла и окалины

Все соединительные шпиндели, муфты и коренные валы прокат­ных станов ограждают с боков решетчатыми или сплошными щитами или кожухами, а на сортовых и проволочных станах муфты и коренные валы ограждают еще и сверху. На высокоскоростных станах, где возникает опасность разрыва соединительных муфт, пре­дохранительные кожухи должны быть очень прочными, чтобы вы­держивать удары кусков разорвавшихся муфт.

Соединительные шпиндели всех прокатных станов, кроме блю­мингов и слябингов, обязательно ограждают. Шпиндели блюмингов и слябингов обычно ограждают прочным барьером и устраивают площадки с перилами для удобства обслуживания.

При отклонении параметров процесса прокатки от заданных, например неравномерном нагреве слитков и заготовок, неправильной калибровке или расточке валков, различной скорости вращения валков, возникает неравномерность деформации с различными проявле­ниями — искривление раската в горизонтальной и вертикальной плос­костях, разрушение металла и т д. Искривление концов раската мо­жет привести к возникновению ударов, поломке оборудования и травмированию персонала.

Устранение неправильного выхода раската из валков достига­ется соблюдением режима нагрева слитков и заготовок. Подавать для прокатки неравномерно нагретые заготовки недопустимо. Сле­дует проводить тщательную настройку стана, устанавливать провод­ки и линейки в строго предусмотренном месте. Применять выводные проводки без боковых линеек недопустимо.

При выходе из последних клетей мелкосортных непрерывных и линейных станов раскат может отклониться от прямолинейного на­правления. Так как скорость прокатки в названных клетях дости­гает 60—70 м/с, такой раскат создает опасную ситуацию. Для ее устранения на отводящих рольгангах станов устанавливают борта надлежащей высоты, а рольганги ограждают высокими бортами.

На мелкосортных станах линейного типа прокатка с большой скоростью увеличивает опасность травмирования. В этом случае воз­можны нарушения процесса выходящий из валков металл сбивает проводки, трубки, линейки и ножи, застревает в валках и уходит в какую-либо сторону и вверх, заворачивается узлом или петлей. Поэ­тому рабочие места вальцовщиков для защиты от петли, создаваемой металлом между клетями, обязательно ограждают предохранитель­ными стенками. Устья приемных желобов перекрывают так чтобы исключить возможность выброса прокатываемого металла за борт желоба.

На крупно- и среднесортных станах линейного типа для предот­вращения выхода раската в сторону прокатное поле ограждается прочными сплошными бортами с наклоном в сторону раската. При наличии длинных раскатов или петель и при отсутствии у станов достаточных площадей устраивают подвесные желоба или подзем­ные карманы с уширением устья, а в необходимых случаях с уста­новкой роликов.

Для обеспечения условий безопасности в процессе прокатки должна быть исправной валковая арматура (направляющие коробки с пропусками, выводные проводки, брусья, проводковые столы, линейки и др.), предназначенные для правильной подачи рас­ката в валки и его выхода из валков. Валковая арматура является одним из важных средств безопасности, так как предупреждает воз­можность возникновения различных отклонений при прокатке — по­падания раската на бурты валков, свертывания, искривления и не­правильного движения раската при выходе из валков.

Прокатка на блюминге, слябинге, толстолистовых станах сопро­вождается выбросами частиц окалины с большой скоростью, оскол­ков металла и брызг шлака. Отлетающие частицы разрушают остек­ление постов управления и могут травмировать операторов-вальцов­щиков и находящийся у станов персонал.

Для удаления окалины с поверхности раската на подводящем рольганге устанавливают устройства гидравлического или механи­ческого действия с надежной защитой от отлетающей окалины.

Для защиты от отлетающих при прокатке частиц окалины, ос­колков металла и брызг шлака перед валками на станине устанав­ливают экраны — прочные сетчатые щиты или густые цепные завесы. С этой же целью вдоль линии стана, против проема в станине рабочих рольгангов устанавливают съемные щиты из густой, прочной сетки Промежуток между валками со стороны, противоположной соединительным шпинделям, закрывают предохранительным щитом

Поломка валков, нажимных устройств и предохранительных ста­канов блюминга связана с возникновением больших усилий, превышающих допустимые, для предупреждения этих поломок необ­ходимо строго соблюдать режим обжатий.

Для безопасного перехода через рольганги, транспортеры, кон­вейеры оборудуют переходные мостики, настил которых футеруют огнеупорным кирпичом для защиты от тепловых воздействий.

При холодной прокатке листовой стали возможны обрывы по­лосы как на заправочной, так и на рабочей скорости стана. Отле­тающие куски листовой стали имеют высокую скорость разлета и могут поразить персонал стана. Для предупреждения обрыва полос при холодной прокатке следует повышать качество и пластические свойства катаной листовой стали, применяемой в качестве подката.

Для удаления паров технологической смазки в межклетевых про­межутках и за последней клетью устанавливают вытяжные зонты.