автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Совершенствование методов оценки взрывоопасности дисперсных горючих материалов и повышение эффективности взрывозащиты оборудования

московский

ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ''........ ИНСТИТУТ СТАЛИ И СПЛАВОВ

На правах рукописи

. Экз. Ыг

УРШЛНСКИП Михаил Аркадьевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ОЦЕНКИ ВЗРЫВООПАСНОСТИ ДИСПЕРСНЫХ ГОРЮЧИХ МАТЕРИАЛОВ И ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВЗРЫВОЗАЩИТЫ ОБОРУДОВАНИЯ

Специальность 05.26.01. - "Охрана труда и пожарная безопасность"

Автореферат диссертации, представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук

Мосхвз 1993 год

Работа выполнена на кафедре Охраны труда и окружающей среди Московского ордена Октябрьском Революции и ордена Трудоиого Красного Знамени института стали н сплавов.

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент И.В.БАБАЙЦЕБ.

Научный консультант: кандидат технических наук И.С.ТАУБК1Ш.

Официальные оппоненты: доктор физ:исо-математических наук В.М.МАЛЬЦЕВ, кандидат технических наук В.Л.КУЩУК.

Ведущее предприятие: Машиностроительный завод "ИЖМАШ".

Защита состоится 199^г. в ч. ¿7О мин, на

заседании специализированного совета К (153.0S.05 в Московском институте стали и сплавов по адресу: 117936, Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, д.4 \

С дасссртгциеи шею ознакошггьса в библиотеке Московского института стали и сплашк

Автореферат разослав

Справки по телефону; 235-14-05

Учешш секретарь

сгитжз дизироеаицого совета

Муравьев В.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. РАБОТЫ

Актуальность проблещи. Мйогие технологические процесса в металлургическом производстве связаны с использованием дисперсных горючих материалов. Все более расширяется применение порошков алшиния, ферросплавов, комплексных сплавов и модификаторе-?: в сталеплавильном производстве для внепечной обработки жидкс-гс металла и приготовления экзотермических шяакообразующих и утеплявших материалов. Порошковые материалы используются при производстве сварочных электродов, смесей для нанесения огнеупорны:: покрытий методом торкретирования. В доменном производстве проспективным является расширение применения пылеугольного топлива с целью экономии кокса. Дисперсные горючие материалы используются также во все возрастающих объемах в литейном производстве с целы) повышения качества отливок.

Развитие перечисленных технологий в значительной мере затрудняется высокой взрывоопасностью дисперсных горючих материалов. В последние годы были отмечены случаи взрывоз практически на всех перечисленное выше производствах. Анализ причин возя;п:~ "новения взрывов показывает, что зачастую это связано с неправильной оценкой потенциальной взрывоопасности и параметров взрыва дисперсных горючих материалов, используемых в металлургическом производстве. Так,на практике отмечались случаи взрывов материалов, которые на основании определения характеристик пожареззрызо-опасности стандартными методами считались неззрнвоопасними. Использование заниженных значений параметров взрыва при расчете средств взрывозаищты оборудования приводит к снияенип их зфрек-тивности.

. Все это привело к выводу о необходимости усовериекстзсьа-ния методик оценки взрывоопасности горячих дисперсных материа-

лов и офректиБНостк средств взрывозащиты с целью более надек-кой оценки взрывооласности металлургических процессов, в которых они используются.

Целы? работа является разработка экспериментальной метэддкп определения параметров взрыва крупномасштабных аэродксперски:-: систем, вклпчаввдх горшке материалы, применяете в металлургическом производстве, а такае выбор и обоснование эффективных средств взривозадаш оборудования.

Для достижения этой «еж решались следующие ¿адзчи:

- выбор и экспериментальная отработка пиротехнического воспламенителя для загигания аэровзввсей дисперсных интервалов, максимально приближенного по своим энергетическим характеристикам к реально эозиоянда в условиях производства источника;.! зажигания;

- отработка систем создания и воспламенения аэровзвесей во взрывной камере и регистрации параметров взрыва аэровзвеси;

- исследование параметров взрыва дисперсных материалов, использование которых привело к возникновению взрывов на ряде металлургических предприятий;

- исследование влияния плоивди сбросного отверстия и давления разрушения мембраны, установленной на нем, на параметры взрыва азровзвеси во взрывной камере;

- оценка степени участия порошка металла во зврыве;

- исследование влияния способа измельчения горячего материала на параметры взрыва его аэровзвеси.

Научная новизна проведенных исследований заключается:

- в определении давления взрыва аэрозззэссЗ дисперсных материалов и скорости его нарастания в камерах объемом I и 1С" ы;

- в расчетном ж экспериментально! определении давлекиг:

взрыва в камере, снабженной взрызорагрядительным проемом, в зависимости от его плокзди и давления разрушения мембраны, установленной на нем;

- з определении полноты участия порошков металлов и сплаьсз во взрыве аэровзгесей;

- в определении температур горения и скоростей распространения пламени в крупномасштабных аэродисперсных системах.

Практическая ценность работы состоит в тем, что ее результаты позволяют прогнозировать взрывоопасность технологических процессов измельчения металлов и сплавов, в которых возможно образование аэроззвесей дисперсного материала. На основе полученных результатов разработаны рекомендации по взрывозаиите асиирзыпсн-аого оборудования установок дробления и помола металлов и отказов.

Данные о взрывоопасности следующих материалов использованы хяя выявления причин взрывов их порошков в промышленных условиях: - взрыв ферросилиция марки ФС65Еэ4 при его измельчении на Кос-грсмскои завдде "Мотордеталь";

• взрыв силикокальция марки СКЗО при проведении ремонта аспира-сиоеной системы размольных бегунов на заводе "Электросталь";

■ взрыв кремния в системе пылеочистки размольной линии на Запорогскш тзтано-магнкев ом комбинате;

• взрыв доменной пыли при ремонте домны на комбинате "Ззпорск-таль";

■ взрыв порошка модификатора ФСМг7 в бункере-накопителе размолкой установки на Актюбинском заводе ферросплавов.

Апробация работы. Материалы работы доложены на II, Щ и ту сесоюзных научных конференциях "Пожаровзрывобезопасность произ-здет:--- - лрсцоссов з металлургии" (1983, 1987, 1991 г.г.).

Всесоюзном семинаре "Пояаровзрквобезопасность технологических процессов е цветной металлургии" (Свердловск 1988 г.)По материала:.; опубликовано 12 статей и тезисов докладов, а также получено 4 авторских свидетельства на изобретения.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выборов к приложении; содержит 190 страниц машинописного текста (в том числе 34 иллюстрации, 37 таблиц ), библиографический список из 157 наименований.

разработка. ЫЕ10Д Ш определения параметров взрыза аэроеззесей штсжрсвьн горючих материалов

В сзязи с тем, что стандартные лабораторные катода определения характеристик взрываемости целого ряда дисперсных горючих Штерналов, используемых в металлургическом производстве (прегде всего, отупнодисперсных и трудновоспламеняемых порошков), не позволяет воспроизвести их взрывы и оценить реальную взрывоопасность, била разработана методика для определения параметров взрыва з?ро-лньеси.ка полигонных установках (взрывных камерах) объемом I и 10 1.-Е. Камеры имеет форму куба с дайной, ребра I и 2,15 соответственно. Распыление испытуемого порошкового материала осуществлялось импульсом сжатого воздуха снизу вверх с помощью форсун-ее, распслс.тенной в нижней части камеры. Давление распыляпсего воздуха в ресивере изменялось в пределах С,05-0,2 ЫПа. я различных типоз горячих материалов в предварителшых экспериментах ьъ'биралось давление распыления, позволявшее получить мзкыыаль-ниэ параметры взрыза. Время распыления изменялось в пределах

| » о с «

Втюанаазирсвбны характеристики источников зажигания -

аззеси в производственных условиях,и в экспериментах с порошками органических и металлических материалов опробованы различные виды ,1шротахЕ2ческзз: вссплскгяиталей, энергетические характеристики которых и вредя воздействия' отвечают наиболее опасным условия!»!, раализукизикя на практике. 3 частности для зажигания 'наиболее труднозоспламеняемых систем (порошки ферросилиция и крупнодисперсного алкялиния) использовался воспламенитель, состоящий

из смеси

порошков ПАЫ-4 и Л/а//оз (соотнесение компонентов 40:60 - 70:30, масса до .20 г), который инициировался промежуточным воспламенителем из пороха марки ДРП (до I г), зажигаемым нихрсмовой раскаленной проволочкой. Выделяемая воспламенителем моздость могла достигать величины 110 кВт- В зависимости от плотности и дисперсности испытуемого материала выбирались два режима зажигания: для малоплотных органических и мелкодисперсных металлических материале занигание' азроззвеси осуществлялось после полного распыления испытуемого образщ,.для более плотных металлических материалов образец.распылялся при уже горящем воспламенителе. Во всех случаях воспламенитель помечался в нижней части камеры.

давление в камере регистрировалось с использованием датчиков ПД-JQ, индуктивного дзухканальнсго индикатора давления ИЯ-2П и осциллографа K-II5. Погрешность измерения давления в, зависимости зт его величины составляла 5-10 % (большая величина для низких хавленпй 0,01-0,1 Ша). Для определения скорости распространен:!--: иаменп по азроззвеси и темперэтуры ее сгорания, применялись Ьотодиоды ФД-3,4 и вольфраи-рениевые термопары с толщиной спал 25 шм, показания которых регистрировались на том ае ссппллс" з -?е. Управление системами распыления и зажигания азревзвеетх (стк-зытие электромагнитного клапана на трубопроводе сбитого ьездухз i подача напряжения на воспламенитель в заданное время, а так.-.:

автоматический запуск адущей развертки'осциллографе) производили с псмощьш специального пульта. .

Ирг обработке осциллограмм фиксировались следующие величины: максимальное давление взрыва Р^д^., шксимптг^ттяст скорость нарастания давления взрыва Р/с/С)мак, максимальная температура горения аэровзвеси •гоштая скорость распространения пламен]

по азровзвеси Ид, время распыления- испытуемого образца Дисперсно] материала, мпмевт подачи напряжения на спираль.воспламенителя, момент срабатывания воспламенителя (го показаниям фотодиодов).

При оценке результате© экспериментов возникновение, взрыва фиксировалось но сдедувдш признакам: по повышению температуры в камере, по подъему давления в камере выше максишльнаго их значения в холостых экспертаенгах, з которое давление повышалось толы га счет вдувания воздуха и сгорания воспламенителя, по наличии кг стенках и днище камеры слоя продуктов сгорания, окрашенных в цве^ характерный дли оксида данного металла.

Камера объемом I м3 в большинстве экспериментов была полно! тью герметичной .и использовалась для определения максимального давления взрыва, камера объемам Ю м3 имела взрыворазрядитель-ные проемы на боковой стенке, площадь которых изменялась от 0,280 до 0,840 м2. Еа проемах устанавливались мембраны с различными давлениями вскрытия. В ряде экспериментах взрыворазрядя-

р

тельный проем (площадь могла изменяться от 0,0079 до 0,05 м ) имелся и на камере объемом I м3. Бри вскрытии мембраны на осциллограмме фиксировался момент ее разрушения по разрыву электричек кой цепи, проходящей через датчик {полоска тонкой металлическсГ. фольги), установленный на мембране, давление взрыва в камере до г после вскрытия мембраны. Взрывозапнта считалась эффективной, если после разрушения мембраны прекращался рост давления.

Для грубодасиерсных материалов, которые было затруднительно полностью распылить в объеме камеры, проводились эксперименты по лсдаятзпж) свободно надавит ввртикзлытх струй. Масса образка при тагах испытаниях достигала 3 нг» высота падения 6 м. В качестве источника воспламенения'использовался состав ПАМ-4//1/а 40/60 или 70/30, помещенный в трубку, выполненную из алхминиевой фольги, сгоранцяй с образованием шарового факела диаметром около 5и см. При проведении экспериментов фиксировалась высота распространения пламени навстречу падающей струе.

Разработанные установки были использованы для определения параметров взрыва различных дисперсных материалов, используемых в металлургическом производстве: отходов горючих органических материалов, применяемых для изготовления утепляющих смесей (льняная пыль, костра); угольной пыли, применяемой для вдувания в доменную печь; коксовой мелочи; алюминиевых порошков и алюмосодер-sscnx отходов (струнка, измельченные шлаки); порошков кремния и крешяйсодерзащих сплавов (ферросилиций, силикокальцяй); ферроспла-< вов (ферротитав, ферромарганец, комплексные сплавы)-; порошков твердых сплавов (карбид титана, быстрорежущая сталь). Для испытаний в основном выбирались материалы, при получении и использовании которых произошли крупномасштабные взрывы. Для всех таких материалов, включая и те, которые не взрываются в условиях стандартных лабораторных испытаний, были получены взрывы. Это не только позволило выявить причины производственных аварий и оценить реальную поззровзрывоопасность горючих материалов, но и с больней надежностью обосновать выбор невзрызоопасных материалов, тспользуемых в качестве горючих компонентов (некоторые промы1£-тенные отхода).

- 13'

ЭКСПЕШ1ЕНТАЖШЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВЗРЫВА АЭРОВЗВЕСЕЙ ДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Основным объектом исследований явились дисперсные горючие материалы, взрывы которых были причиной крупномасштабных аварий на металлургических заводах, сопровоадаякцихся значительными разрушениями и гибелью ладей.

Из взрывов порошков металлов и сплавов наибольшая доля црпхо дптся на порошки алюминия и его сплавов. Взрывы дисперсного алюмк кия отмечались в течение ста лет, причем не только в цветной, но и в черной металлургии, в которой он используется в качестве компонента экзотермических смесей и раскислптеля стали. Полигонные испытания порошков адшгнля были проведены в связи с серией взрывов на предприятиях черной металлургии, произошедших в 1979-1981 гг. (ЕнакяевскиЕ металлургический завод, з-д "Днепроспецсталь",

Испытывались порошки первичного и вторичного алюминия, испол: зуемые з черной металлургии в наибольшие количествах. Для испытаний применялся полидисперсный порошок в состоянии поставки. Кроме юге. проводились испытания порошка вторичного алюминия, от которого была отсеяна фракция с размерами частиц менее 100 мкм. Такой порошок предлагался рядом организаций для снижения взрывоопаснос-ти тех}: -логических процессов.

Наиболее опасные условия распыления и зажигания порошка была выбраны на основе экспериментов, проведенных при отработке методика полигонных испытаний. Масса распыляемого материала при испытаниях в катаре объемом I ы2 изменялась от 50 до 2500 г , ааваси~ кости шксиаального давления взрыва (Рц^) аэровзвеси алшкнзя с -т-зр^зтг нарастания давленая ((¿РАФы^) от хоашн-

' - J1 -

трацш (G ) приведены на рис. I а,б. P,jMK для порошков алгавшзй достигает 1,45 МПа, а (d P/cf?^ МПэ/с. Максимальные параметра взрыва наблюдались при концентрациях аэровзвеси от 600 до I4G0 г/м , что значительно ваше стехиометрического значения. Пел превышении этих концентраций параметры взрыва несколько снижались. При G менее 600 г/м3 Ркак резко уменьшалось и при 6 =200 г/м3 Р?лак=0,05 Ша, что равнялось 'приросту давления за счет сгорания восшгагЕнителЯ'И подачи сзатого воздуха для распыления.

Отсев кедкой фракции снизал взрывоопасность порозка вторичного алЕкиния: взрыз возникал только при Gj»600 г/м3, уменьшалось Р,_эк и (d P/d'C )lsaK. Однако, порошок в принципе оставался . взрывоопасен. Таким образом, этот путь обеспечения безопасности применения• порошков.алшпндя не является перспективным, тем беле?, что при отсеве мелкой фракция может теряться до 40-50 % исходного материала. .

Порошки «лвкшяя .стщтывадпсь такае в камере объемом 10 м3, снайгевной взрыворззрядит&яънша проекта! площадью 0,28 м2, который закрывайся .кедаши хембраната с давлением вскрытия (Р ) 'от 0,014 до 0,057.ИЕЕэ.. Максимальное повышение давления при сгорания воспламенителя в.холостых испытаниях достигало в этой камере 0,01 МПа п не приводило в разрушению иеибраны. Мембрани разрушались при поджигании азровзвесеЗ первичного алюминия у.~е при G =60 г/м3, а вторичного алзшгания с отсеянной.мелкой фракцией - 1200 г/м3. Е6 всех опытах давление в камере после вскрытия мембраны не повышалось.

При подаигании свобаднопадащих струй всех испытанных порошков наблвдалось распространение горения от места заяигания до разгрузочного устройства, расположенного на высоте 2,5 м, что свидетельствует о возможности распространения взрывных процессов при засыпке алюминия в оборудование или при его разгрузке.

Зависимости максимального давленая взрыва (а). и максимальной скорости нарзстандя давленая (б) взрыва аэровэвеси псрошсов алюминия ст концентрации во взрывной камере

объемом I м3

1 - порошок вторичного алюминия (0-2,С),

2 - порошок первичного влиминия,

3 - порошок вторичного ЕДЕНИКИН •

Сопоставление результатов испытаний порошков алюминия по разработанной методике и в стандартных условиях показало, что при крупномасштабных испытаниях повышается P;iar (при сравнительной оценке результатов учитывалось повышение давление sa счет сгорания воспламенителя и подачи воздуха з камеру при распылении). Кроме того, ваяло отметить, что были получены взрывы порошков вторичного алшпния с отсеянной мелкой фракцией, которые в стандартных условиях зосбде не взрывались. Эффективным способом обеспечения ззрынсбезс-пасности производства алидосодерлащг-гх экзотермических материален является замена порозов аяхяния на измельченную алЕмлззегуо стручку и алюмоссдернащпе шлаки, которые зхлячавт до 25% алюминия. Взрывы этих материалов не били получены при испытаниях в камерах объемом I я 10 м3, а такяе при поджигании в струях.

Были определены параметры взрыза азровзвеси смеси порошксЕ кремния марок ICO, KPI и SP2, изъятых из циклона и фильтра систе-пылеочистки аспирацпоннсго воздуха з размольно-дрсбильпсм отделении. Запорояского титано-магниевого комбината, на котором произошел. разрушительный взрыз, приведший к гибели 7 человек. Наиболее высокие параметры, взрыва были получены при испытанх! материала, отобранного из Фильтра со следующим дисперсным составом: более 100 мкм - 7,8%, Ш-ГОО мкм 34,3?, 63-80 мкм - 11,5?. менее 63 мкм - 46,3^. Взрывы наблэдались уже при концентрации 40-60 г/м3. для этого порошка составило 0,86 МПа, (d Р/сГС)мак=4,27 МПа/с. Эти'максимальные параметры взрыва отмечались при G =200-400 г/м3, то есть вблизи ее стехиометрическогозначения (245 г/м3). Таким образом,НКПР порошка оказался вдвое нине, а максимальное давление взрыва в 1,5 раза выше, чем в условиях стандартных испытаний. Проведенные эксперименты показали, что категория помещения отделения была определена неправильно, а меры по.-каровзрывобезопасности язи-

- 14 -

лгсь недостаточными и неэффективными.

В связи с многочисленными случаями взрывов на производстве • порошков различных ферросплавов были проведены испытания ряда этих материалов. Эксперименты проводились с полидисперсными материалами, изготавливаемыми на металлургических предприятиях. Наиболее взрывоопасным из изученных кремнийсодеркаиих сплавов является еиликокальцнй марки СКЗО. Для образца, изготовленного на Новслепец ком металлургическом комбинате (размол в шаровой'барабанной мельнп не непрерывного действия), НШР составлял 100 т/ы3. Р,.„..=1,1 Ша,

* Кал

{d?/dt)lss}¿=Z,IQ Ша/с. Для образцов шли, отбрашшх в вентсисте-мах,?J:ai; и (d P/dT)шк были выше, чем для готового продукта при тех se концентрациях.

В настоящей работе впервые определена взрызоопасность силико-кальция, полученного методом избирательного измельчения, устраняющим переизмельчение материала за счет удаления вентелируняцим агентом из размольного оборудования частиц определенного размера. В работе исследованы порошки, полученные при различных реаимах (расходах вентилирующего агента) работы установки. Показано, что взрызоопасность снижается с увеличением расхода агента. Этот метод позволяет получить порошок, отвечающий необходимым требованиям по дисперсности (для сталеплавильного производства: размер частиц не более 1,5 км с долей менее 0,4 ш - 85¡S) и имеющий параметры Езры-воопасвости значительно ниже, чем для порошка полученного традиционным способом: ЩЦР> 1000 г/ы3, Ршк=0,18 Ша, (£1Р/с1^шк=С,13 Ж Определение параметров взрыва ферросилиция, помимо его широко! распространенности, было таете обусловлено и необходимостью оценка эффективности разработанной методод. Вследствие его низкой воспламеняемости при испытаниях в стандартных условиях получают низкие параметры взрыва или взрыв вообще на возникает. Для порошка £С45 фракции цанее 80 шэд Pw=ü,75 Ша (G~ G стехвомеграческоЛ), тоглз

как при испытаниях в стандартных условиях оно составляло всего 0,04 Iiffia..

Введение в ферросилиций небольших добавок активных металлов (например, барил и мапшя) заметно повышает его взривоопзсность. Так,для порошса марки ¿С55Ба4, взрыв которого произошел на з-де "¡Лотордеталь", ухе при G =200 r/;.r Р„мк было близкпм к Р,/лк. достигнуто:^ при исштзн::ях vC65, а при G =ЗСО г/к3 ?,„„=1,015 !£1п.

мдк

ККП? порсака комплексного модификатора уСГЛгЗ, взрыв которого произошел на Актпбпксксм заводе ферросплавов, составляет всего 40 г/у3 (порошок отобран из аспирационной системы).

Целый ряд взризоз произошел в электродного производства при приготовлении поропкоз ферромарганца, форротитана и ферросилиция марки £€45, ззрив которого не удавалось ранее полутать при испытаниях дазе мелкоЯ фракции. В условиях полигонных испытаний были определены параметры взрива всех материалов в полидиспорсиом состоянии на различных стадиях переработки. Так для порсагл фарроеггх-ция £С45, отобранного из рухазного фильтра, ?т}с=0,5£ 1£а.

Еа примере форротитана и ферромарганца было показано, что замена аарових барабанных мельниц на KO¡tycii»a аноргзенные дрсбхиз прз-водит к увеличении в:рызсопаснсст2 долндиспорсного мзтерзалэ ая счет его переизмельч^нил.

Долгое время пороски кокса считались неазрывооласшиг. Сгязяа, испытания коло=никсвс2 пыли, вгрыз готорс2 прохзссед spa реавятв доменной печи на кемсинзто "Запсрсхстагь", пегазаля, что esa ээри-

ваетсч с ? =^С,33 Ша. Это позволило выявить apsruray аазряа в ро-' * мак

кемендезгть дополнительные требования за безоттзсявстг яра про ведении ремонта доменных печей.

3 связе с проектгревзстеа установок зргтфтаагегия к вдувлявя з дсяйненс печи шдеугадьаого тооетва * ряасм аадраЗ as дах йшгщ

czr.-bwrw г;арз,у<!тры взрыаа лиги jtjls «сараи Т (L2~l4Z <с«"гу чу-»).

НлП? составляет 50 г/м3, ?глз.л д остита с? 1,05 1ЛПа. Результаты испытаний показали необходимость введения.корректив.в правила безопасности при приготовлении пылеугольного топлива.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТЕПЕНИ УЧАСТИЯ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ ВО ВЗРЫВЕ

С целыо оценки возможности использования получешшх результата экспериментов для различных металлов и сплавов для определения категории помещений по взрывопояарной ипоааркой опасности согласно ОКТП 24-86 било проведено экспериментальное определение коэффициента стопешт участия "Z порошка кремния (сызса марок KFO-KPI) с размерами частиц менее ICO ¡.по: во взрыве его -аэровзвеси в камере объемам I м3, Величина -^-определялась яо.отношению прироста массы продуктов горения по сравнению а начальной, массой образца к максимально во2ко.тло:.ту приросту массы при псишш' окислении крегоиш до ЗкО^Срснтгеноструктурный фазовый анализ продуктов взрыва похсазад, что omi состоят из-кварца с. прпмесш кремния]. Из результатов экспериментов, приведенных в таблице I, видно, что величина Z уменьшается с увеличением б и достигает 0,77.вблизи -НКПР,'что выше значения 2" =0,5, рекомендованного ОНТП 24-86.

Полученные результаты были использованы для расчета'коэффициента негерметичности и неадиабагичностя процесса Кц по отношении' максимального расчетного прироста давления в камера при-экспериментально определенной Z к-Ршк. Значение Кд мокет быть шшодьзоваио для сценки полноты энерговыделения по величине Ршк при взрыве других материалов. При этом следует принимать Kjj=I-I,атак как при, ccz'.::,:x значениях расчет зеличины Z по отношении Р^^акотчес-г.э^у к его максимально возможному дает ее больцув .величину. Ввиду

того, что часто точ^й состав продуктов горения металлов и сплавов

Таблица I.

Значения 3 (экслср;з.'.с-италь!гке) и К. (расчетное) :::.:: различных концентрациях аэровзьеси порошка к;.смн;:л

о Т и ; ?мэк т Тмак ! 2 — г..... -■;-.—

гАг ! 1 1.21а ! К ! ! ! 1 1

6С 0,55 1530 0,77 1.0

100 0,55 -2320 0.70 1.1

200 0,91 2320 0,59 1.1

300 1,02 2214 0,42 1.1

400 1,10 2320 0,39 1.2

600 0,91 - 0,25 1.4

определить затруднительно, более удобным является охспергагея-тальное определение произведения гН^ (Н, - удельная теплота горения).

На примере экспериментов с порошкам сталх марта ЮР6К5К5 а карниза титана, которые изготовлялись на НПО "Усталь", были определены значения 21-1, и категряи помезешй цеха псрозковоП металлургии. ¡Максимальные значения этой' величины пре различных концентрациях . аэроьзвеси з камере объемом I кэ составила для порошка стали 6С9В кйг./кг ( б =250 .г/м2), а для кзрбпха титана 13328 :<Дк/кг ( 5 =100 г/:.г}. Следует отметить, что расчет величины X , проведенный в предположении, что при полной скгслеаиа порозаив продуктами реакции является "рсдо^, и С2, СС2, дзл шгсаальные значения этого коз1йгциента 0,63 для порошка сталг г 0,72 хлг яорояка глр-сида титана (размер частиц зтгг порошков сил кенее 20 ьсое}. Тзкгсм образок, расчет прироста давленая по «етодиюе. прав-едеяноЗ ь '-гГГП 24-65, с испалк: сваляем рекомендуемого значения дает

ЕИЕенное значение максимально возможного прироста давления ирг ~гркве гтатт порошков в поаетрнчта.

В2РЫВ03АШ1ТА ТШОЛОШЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ.

В КОТОРОМ ОБРАЩАЮТСЯ ДИСПЕРСШЕ ГОЕОЧИЕ

шрш

Для предотвращения разрушения технологического оборудования при взрыве аэровзвесей широко применяются взрыворазрадителыше проезды - один из наиболее эффективных и сравнительно дешевых способов взривозапмты, Е эффективность определяется удельной площадью (Р/У) давлением вскрытия (Рв) мембраны, закрывающей проем, и прочностными характеристиками оборудования.. Максимальное давление взрыва посг ло разрушения мембраны не должно превышать предела прочности корпуса защищаемого аппарата. С позиций взрывобезопасности является наиболее предпочтительным вариант взрывозадшты кохда после вскрнтия. мембраны происходит сброс давления без его дальнейшего роста.

Ка основании экспериментальных данных (каксимальное давления взрыва в герметичной камере (Ршк)и камере, снабженной взрывор^зря-дительным проемомСРМ) .максимальная скорость нарастания давления (¿Р/сЛ')мак в герметичной камере), полученных при взрывных пспитэеи-ях льняной пыли, которая использовалась как модельная, в.камерах • объемом I и 10 м3 был проанализирован ряд существующих теоретических подходов к расчету необходимой удельной площади взрыворазряди-телькых проемов. Выполненный анализ позволил выбрать и скорректировать расчетный метод, позволяющий наиболее надежно решать поставленные задачи: определять необходимую удельную площадь, при которой не происходит рост давления в аппарате после вскрытия мембраны (Рв=?м); определять Рм при заданных значениях Я/У и Рв.

Пргдлсгека следующая система дифференциальных уравнений.

где: А - величина, пропорциональная средней скорости тепловыделения при взрыве в замкнутом объеме V, равная А=(Р, 0 -р )/г =

МЗК О J4

=(dP/cJr)Cp,'t м- время достижения в герметичной камере; Р, 9 ,7-- давление, плотность л температура горючей среды,(кодекс I для истекающего газа), Ъ - показатель адиабаты для встехзЕцего га:а, Р0- начальное давление в объеме У » равнее атмосферное (Ра).

На рис. 2 представлены экспериментальная з расчетное (расчет вышеприведенной системы дидаренцпалыгнх уравнений выполнялся на ЗВГ.1 численным интегрированием)зависимости ?„ от величины r/V для взривной камерн объемом У =10 и3 при ?B=2G кПз (срочность ме?.:браны с Р3г< 10 кПа :.га~ет быть недостаточна для герметизации оборудования при нормальном технологическом ро/има,' а то ла врс-ця чем ниае Ра, тем ннге Рм, которое для аппаратов, аходялзх а дылеу-лавливашше системы лелгно находиться на уровне предела их срочности <~2С-150 кПа). Как видно из рисунка при -^(Р^у-Р^Д-ц рзечзт позволяет достаточно кадезно определить необходимее значение P/V, при котором Рм=?в. 3 то гх- время в области белее нлзхлх значений F /V расчетные значения Р„ нега экспериментальных, что недопустимо с позиций взр-квобезопасностя. Есля принять A*(d r/dt)^,, длл заданного объсиз V . расчетные значенгя с запасом Ерс«2!сзат экспериментальные.. Такт образом, при определс-киз ьеглчигы r/V , при заданном ? (например, на стадии проеггирозгяия) А аехче прг-нлть равной (?,ак-Р0)/1 При спределеага Рц прг

заданном значении г /У А дсояно быть равно кзяепплиге* езг»-рости нарастаяля давленая ь замгзутса сй-.огге У . (dF/ift)^ пра взрыве аэрсвгзеса какого либо пгрегза а кгмгр« сбадэка* I а3, мозно по "губгтчесхоху" закону (С d F/cfT «сслЛ ^дздай-

ноЛ взрывоопасней саесз) слредаггть «« зяачеяа* дя* башг«го объема. В^лоллнмостг этого завоза была деезазйз spa зшйааятз сбъеаа

- 20 -

Зависимости максимального давления взрыва аэроззвеси льняноИ пыля ( G ='¡¿0 г/м3) в камере объемом 10 м3 от удельной площади взрыворазрх^ттельного проема (Р3=0,02 Ша)

0.1J

ю

vi *

2J 1 3

X

1- эксперимент и

2- расчет при —--

г м

=1,43 ¡.¡Па/с

3- ргсчет при А=(4Р/<^'С)ыак= =2,5 Ша/с

О

Рис. 2

аэровзвеси льняной пыли от 0,125 до 10 ы в широком интервале кевдентраццй. Применение вышеприведенной системы уравнений даст »шдолные расчетные значения. для аэровзпесей дисперсных гс-

ргтлх ьатераалов, при взрыве которых по методике приведенной рэнс-. , ( й ?/сГГ).„„ в камере объемом I ы3 не превышает величины 10 -- 12 Ша/сг прз объемах аэрсдксперснах систем по тайней мере.?о Юм3.

ОШШ В4ВСЦУ ПО РАБОТЕ

I. Разработана экспериментальная методика определения параметров взрыва азродпсперсных систем в условиях, приближающихся к реальным, характерным для процессов приготовления и использования порешкоз металлов и сплавов в металлургическом производстве. Эта методика использована для выявления причин аварий, связанных со взуыгага порсх-сов .ферросилиция, едликокальцкя и алюминия в сталеплавильном производстве; порошков ферросилиция, содержащего барий,

ь л^тейкгм производстве; порошков кремния в производстве полупро-

водниковых материалов; пороиков угля и кокса в доменном производстве.

2. Показано, что полигонные методы испытаний позволяют научить параметры взрыла дисперсных материалов (например, ферросилиция, угольных и коксовых порошкоз, полидисперсиого алюминия), не взрывающихся в условиях стандартных методов определения погаровзры-воопасных характеристик. Таким образом, применение полигонных методов необходимо для оценка потенциальной взрызоопасностл металлургических материалов и эффективности мероприятия по снизюклп ззрыво-опасности их применения. _

3. При испытаниях з камере объемом I м3 с использованной полного пиротехнического воспламенителя были получены более висоета параметры взрыва для ряда материалов по сравнении с гмезхзгмзея в литературе экспериментальными данными. Особенно супестаекно это различие для труднозоспламекяемых и грубодисперсннх по:,о:л:оз.

Л. Показано, что отсев фракции с размереи частиц менее ICO ша от полидисперсного вторичного алшинид нз иекдвчавт зозмохностз взрыва его аэровзвесей. В то ze время замена порошков аххшнгя яа его струнку и птахи алгг.ипжезого производства позволяет полностью предотвратить образована« взрывоопасных аоробзвесе£. 3tz результаты использоэаны для создания ззрывойезсдасксс экзотермических смесей.

5. Устаневлено, что категоргрование действу шла арозззлдста порошка кремния по взрывспсхэрноЗ z позарясЗ опэенвелг, ссиовая-нсе на результатах стандартных испытаний этого ¡¿атергала, яз уа-тызает реальных параметров взрыва его аэрзвгв«« 2 дсхяяо Стъ скорректировано с учетом полигонных zcektзеи2.

5. Устаноэлено, что введение бзрал о ферросхшшдЯ суакетмявз позылзвт его ззркзоссасность до уровня сьавсохадыая. Такаа обра-

зом, лаге при небольших добавках бария в ферросилиций долены реа-лизовываться меры взрывобезопасности, аналогичные нормированным в процессах размола силккокальция.

7. Получены данные, позволяющие сравнивать по взрывоопаснос-ти пореши ферросплшзоз, приготовленных с использованием различных технологий. Показано, что способ избирательного измельчения позволяет получить для нузд сталеплавильного производства менее опасные порошки, чем традиционные способы размола, причем параметры взрыза конечного продукта могут регулироваться изменением расхода вентиляционного агента. При замене барабанных и вибрационных мельниц на конусно-инерционные дробилки для приготовления порошков ферросплавов, используемых в электродном производстве, возможно получение конечного продукта с более высокими параметрами взрыва аэровзвеси. .

8. Определены параметры взрыва аэровзвеси порошков угольной пыли и кокса, которые должны быть учтены в правилах безопасности в доменном производстве с целью прогнозирования возможности возникновения взрыза и разработки мер взрывопредупреядения.

9.- Экспериментально определена полнота участия порошка кремния в горении аэроазвеси. Коэффициент участия материала, во взрыве зависит от концентрации аэровзвеси, причем эта зависимость сохраняется м при концентрациях, меньшее, чем стехиометрическая. Вблизи НКПР значение коэффициента участия достигает 0,77, что превышает в полтора раза значение, рекомендованное в нормативах.

10. Показано, что для порошка кремния расчетный коэффициент кеадиабатичности взрывного процесса в камере объемом I м3 нз завн-сет от концентрации г-.-.оззвесп и близок к I. Это позволяет для материалов с параметрами взрыва.сравнимыми с кремнием,определят ь по эхеперицактальпему дазлешш взрыва в камере величины теплсвы-

гния, необходимее для категорироаания помэгенай по изрнвепохй;-и попарной опасности.

II. На основании экспериментальных да:-ших, получешосс прз ¡дслешги параметров взрыва аэровзБсск льняной гклз в каис-рах imom I и 10 к3, снабженных ззрыьоразрядптагшымл проt-asia, )лнен анализ основных существующих способов расчета удсл:лс2 1ади взрыворазрядительных проемов. Предложена скорректированная )дика оценки величины их удельной плссади г иакегмзльаого дзало-взрыва аэровзвссп в объеме, скабхекном взрыаорззряднтслькуи ¡мом с заданными значениями удельной пдгетди я ляклони/: раз-¡ния мембраны, установленной на нем.

Основное содержание диссертации спуСликсзано в paioroг:

1. Параметры взрыва грубодисаерсных порошков агхшахя в еыб-к''ъемом 10 ^.//Ахачйнскяй A.B., Папаран D.H., ?эу2дп! И.С., ¡некий Ц..,.- В с£.: ¡^аарсвзрызобечссзсноеп, прсгюодгтьошис; ;гссов з метгдлургет. ¡¿.: 'M2sS, ISC3, с. I36-I4C.

2. Параметры взр^ьд грубодгспсрскшс ссроамв алм^гл £ кзк-.-»бъемои I ы"%//Ахач22'СгЭЕ2 A.B., Паггархя E.H., A.C., ¡некий ¡¿.А.- Б сс.: "^гарсззрызйбсзслагкость

:eccos в металлурги. Н.: 'm'.2zZ. 1253, с.

3. Зглгений пслароьзрыььсгагясста езгт'лг ~еггр7_тп:?..//*7з;гехш: И.С., Düapzri E.H., ixsuacxzS.

гоь A.v., Iz^-.üz—l H.A.- В =£.: :т/-?е.ктаг:ль1 rzesee^.-.?--b. H.: H-L-Sm-/-:-:rz;. I--G4. SI5, 55 с.

4. ВгхгЕгсс^гглссть ^рросгисак с ат&гавдг s ■Г.-Т7----—Г ver¡LB.. TsjCrot Z.C.. Z.7.. з Л.С., 2.A.- Иста^ттрг. 1357. Ш, с. 3&-4Sv

IL Д.. "ijtirri 3LC». ArrasnsS LS. f^Jtuur.r^--

кис развития игрива аэроззвесл пили в замшгутом объема.- В сб.: Псгзроззрывойе¡-опасность произволе?! жных процессов в металлургии. Li.: LCiCr.C, 128?, с. 20-24.

6. Предел ыгые условия взрывс-мостн порошков металлов в присут-горючих газов.//Еабайцев И.З., Попов U.C., Уршансккй '.'.А.,

Гриценко Н.Э. - В сб.: Химическая физика процессов горения и взры-ьз. Горенке гетерогенных газовых систем. Черноголовка, 1989,с.77-8(

7. Урша::ск::й М.А., Tayöiuu: И.С., Ахачиксккй A.B. О коэффициенте участия порошков, применяемых в производстве карбидосталей, :>о взрыве их аэровзвессй.- В сб.: Пог-зровзрывобезопасность произ-_идс~в-нних процессов в металлургии. М.: '.Й'СиС, 1991, с. 50-53.

6. Определение доли участия порошка кремния во взрыве его азровзьеси в I взрывной камере.//Таубкин И.О., Ахачинский A.B., Уршалский М.А., Российская Е.Р., Прохороз Д.В.- В сб.: Пожаро-ьзрывобезопасность производственных процессов в металлургии. М.: '¿'.Сна, 1391,- C.24-Z7.

_ S. Нормативные характеристики пожаровзрывоопасности твердосплавных смесей марок ВХ60, BX6CU, 3KI5 к ВК20.//Герасимов Ю.Д.А Петров З.С., Таубкин И.С., Уршанский U.A., Федоров Л,-А., Шшшн В.В. - В со.-.Ссзаровзрывобезоиасностъ производственных процессов в • металлургии, 2£.: МХиО, 1991, с. 48-51.

10. Белка? А.П., Воронина С.А., Уршанский М.А. Обеспечение' п о:-:.;; с ь г.р i JBoi с- з спа сн о с ти технологии получения карбидостали.- В сб.: Псогарсзэруьобезспаскссть произвичйтазшшх процессов в металлургии. V'.: IL'.ZzZ, 1931, с. 57-60.

"II. Урсансззгй 1/..А., Таубкин И.С., Ахачинский А.З. Параметры -Г; оьи спликокальцдя во взрывной камере объемом I м3.-

3 . :Пгхз;сьгрыьоСозоиасность технологических процессов в цвет-v: ггии. Свердловск, I9S3, с.44-45.

О расчете давления ззравз аэровзвесой псросков металл';;;// Бзбайцев И.В., Пакарпл D.H., Испои .¿.С., Таубкин И.С., Урез ttc-uii .'.i.A.- В сб.: Поглровзри^сбезсласность произаодстзс-кньсс процессов в металлургии. :.:. : МИСпС, 19?:, с.61-53.

13. Авторское свидетельство на изобретение £II5IIóI. рукль-ни;i фильтр. IS65.

14. Авторское свидетельство кэ изобретете £ IIGliSü. Рукавный фильтр. I9S5.

15. Авторское свизетельство нэ изобретение .»IBICES?. Запорное устройство для перекрытия ьоздтхоьода. I9C5.

15. Авторское свидетельство ка изобретение iM73dII. lyœi— ниЛ фильтр. I5SS г.

i'(. 'LZ

■■ / /

bCrjlil .»'..•. 4 л ûCw

._ сг г.-. Г'.-

л.г с,'.-