Охрана труда в металлургии → Предупреждение взрывов в доменных и сталеплавильных цехахОхрана труда в металлургии → Предупреждение взрывов в доменных и сталеплавильных цехахОхрана труда в металлургии → Предупреждение взрывов в доменных и сталеплавильных цехахВ доменных, мартеновских и конвертерных цехах иногда происходят проливы жидкого металла или шлака на влажные пол, почву, материалы или мокрые конструкции. Такие проливы обычно сопровождаются взрывами или хлопками с выбросом жидкого металла или шлака. Взрывы и хлопки также происходят и при выпуске металла по непросушенным желобам или при сливе в ковш с плохо просушенной футеровкой.
Причины этих взрывов еще плохо изучены, но не подлежит сомнению, что они связаны с образованием пара вследствие контакта жидких раскаленных масс с водой. Взрывы и хлопки происходят только в том случае, если металл (или шлак) находится в жидком состоянии, и их не бывает, если металл (или шлак) находится в твердом виде, хотя бы нагретом до высоких температур, близких к температурам плавления металла (или шлака).
Рассмотрим процессы, которые происходят между пролитым расплавленным металлом (или шлаком) и водой, содержащейся в смоченном песке.
Как только пролитый металл (2) коснется влажного песка (1) (рис. 2), между ним и поверхностью песка образуется паровая прослойка, через которую в дальнейшем и будет происходить переход тепла от металла к влажному песку.
Рис. 2. Схема взрыва при проливе жидкого металла на влажный песок
Пар имеет очень низкую теплопроводность, его коэффициент теплопроводности X = 0,022 ккал/м час°С ниже коэффициента теплопроводности самого лучшего изоляционного материала, который применяется в технике— стеклянной ваты (X = 0,032 ккал 1м час°С).
При таких условиях потери тепла металлом во влажный песок будут относительно небольшими и на поверхности металла, прилегающей к песку, корка будет образовываться очень медленно. Давление же пара в прослойке, из-за отсутствия свободного для него выхода, все время будет повышаться.
Если взять точку А, лежащую в центре паровой прослойки между металлом и влажным песком, то образовавшийся в этой точке пар (3) не может уйти вниз через влажный песок (Р) и через контактную поверхность между металлом и песком (К). Наименьшее сопротивление для выхода пара наружу будет оказывать жидкий металл, находящийся над точкой А.
Если принять толщину пролитого металла hM = 30 см, то гидростатическое давление жидкого чугуна на песок будет равно
Р = hM *y= 30*7 = 210 Г/см2, или 0,21 кГ/см2,
где hM — высота слоя металла, см;
y — удельный вес чугуна, Г/см5; тогда как давление пара в прослойке легко может достигнуть 0,5 кГ/см2 и выше.
В конечном счете давление пара прослойки достигнет такой величины, что он пробьет слабую, еще не окрепшую металлическую корку и в виде отдельных пузырьков проникнет в среду жидкого металла. В среде металла пар нагревается, переходит из влажного в сухой и взаимодействует с окружающей металлической оболочкой. Расчеты показывают, что на нагрев пара в пузырьках и на химические взаимодействия его с окружающей оболочкой затрачивается много тепла, что приводит к затвердеванию окружающей металлической оболочки и размеры пузырьков становятся фиксированными.
Нагревание пара и водорода в изолированном пузырьке будет продолжаться до тех пор, пока давление их не достигнет предела прочности затвердевшей окружающей металлической оболочки. Но как только оно достигнет этого значения, оболочка разорвется на части и газы будут с большой силой выброшены наружу. Произойдет взрыв (4).
Сила звука взрыва зависит от вязкости металла и от толщины его слоя (hм): чем больше вязкость, т. е. чем больше металл охладится и чем толщина его слоя больше, тем звук взрыва сильнее.
Опыты в лаборатории показывают, что при тонком слое пролитого металла никаких взрывов не бывает: металл как бы кипит, когда через его слой проходит пар.
После разрыва металлической оболочки пузырька пар и водород выбрасываются в окружающую атмосферу, водород встречается с воздухом и может образоваться взрывная смесь, которая, в зависимости от условий, сгорает фиолетовым пламенем или взрывается и тогда слышатся хлопки либо раздается звук взрыва.
При сливах большой струи жидкого металла в воду происходят взрывы.
Сущность этого явления плохо изучена, что объясняется трудностью проведения опытов.
Простейшее объяснение взрывов основывается на мгновенном испарении воды вследствие контакта расплавленной массы металла с водой; пар имеет объем и 1600 раз больший, чем объем испарившейся влаги, что и создает ударную волну, вызывающую выбросы и звук взрыва. Аналогичные взрывы происходят и при сливах в воду большой струи шлака.