Безопасность производства металлических порошков

Министерство образования и науки Российской федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

Кафедра безопасности производств Реферат Безопасность производства металлических порошков Санкт-Петербург 2013 г.

Пожарои взрывоопасность процессов порошковой металлургии обусловлена применением тонкодисперсных порошков, а также легковоспламеняющихся и хорошо горящих основных и вспомогательных материалов (водород, диссоциированный аммиак, конвертированный природный газ).

Пирофорность порошков (способность при определенных условиях воспламеняться под действием внутренних экзотермических процессов) и их взрываемость зависят от природы порошка, его дисперсности, формы частиц и др.

Взрывная активность смеси порошков повышается при возрастании содержания наиболее активной примеси, снижении степени окисленности, уменьшении размера частиц, повышении их удельной поверхности.

1. Применение марганца в металлургии

Основной потребитель марганца — черная металлургия, доля его использования составляет в среднем 8−9 кг марганца на 1 т стали. Для введения марганца в сталь применяют чаще всего его сплавы с железом — ферромарганец (70 — 80% марганец, 0,5 — 7,0% углерода, остальное железо и примеси).

Марганец необходим в производстве стали, и сегодня ему нет эффективной его замены. С введением марганца в ванну с расплавом, он выполняет следующие функции. При раскислении и рафинировании стали марганец восстанавливает оксиды железа, превращаясь в оксид марганца, который устраняется в виде шлака. Марганец взаимодействует с серой, и образовавшиеся сульфиды также переходят в шлак.

Марганец вводят в доменную шихту именно для того, чтобы удалить серу из чугуна. Сродство к сере у марганца больше, чем у железа. Марганец образует с ней прочный легкоплавкий сульфид MnS. Сера, связанная марганцем, переходит в шлак.

Способность марганца связывать серу, а также ее аналог — кислород широко используется и в производстве стали. В 19 в. металлурги научились выплавлять зеркальный чугун, с содержанием 5−20% марганца и 3,5−5,5% углерода. Исследователем в этой области стал английский металлург Генри Бессемер. Зеркальный чугун, подобно чистому марганцу, обладает свойством удалять из расплавленной стали кислород и серу.

Несмотря на то, что получение ферромарганца Гендерсоном было технически прогрессивным процессом, этот сплав долгое время не находил применения из-за трудностей, возникающих при выплавке. Промышленная выплавка ферромарганца в России началась в 1876 в доменных печах Нижне-Тагильского завода. Русский металлург А. П. Аносов еще в 1841 в своем труде «О булатах» описал добавление ферромарганца в сталь. Кроме ферромарганца в металлургии широкое применение находит силикомарганец (15−20% Mn, около 10% Si и меньше 5% С).

Марганец обычно вводят в сталь вместе с другими элементами — хромом, кремнием, вольфрамом. Однако есть сталь, в состав которой, кроме железа, марганца и углерода, ничего не входит. Это так называемая сталь Гадфилда. Она содержит 1…1,5% углерода и 11…15% марганца. Сталь этой марки обладает огромной износостойкостью и твердостью. Ее применяют для изготовления дробилок, которые перемалывают самые твердые породы, деталей экскаваторов и бульдозеров. Твердость этой стали такова, что она не поддается механической обработке, детали из нее можно только отливать.

В Британии в 1878 были начаты исследования сплава железа с другими металлами и в 1882 получена сталь с 12%-ым содержанием марганца. В 1883 британскому металлургу Гадфилду, проводившему эти исследования, был выдан первый британский патент на марганцовистую сталь. Был сделан вывод, что закалка стали Гадфилда в воде придает ей такие замечательные свойства, как износостойкость и увеличение твердости при длительном действии нагрузок. Эти свойства сразу нашли применение при изготовлении железнодорожных рельсов, гусениц тракторов, сейфов, замков и многих других изделий. В технике широко применяются тройные сплавы марганец-медь-никель — манганины. Они обладают большим электрическим сопротивлением, не зависящим от температуры, но зависящим от давления. Поэтому манганины используются при изготовлении электрических манометров. Действительно, обычным манометром нельзя измерить давление в 10 тыс. атмосфер, это можно сделать электрическим манометром, заранее зная зависимость сопротивления манганина от давления.

Интересны сплавы марганца с медью (особенно 70% Mn и 30% Cu), они могут поглощать энергию колебаний, это находит применение там, где необходимо уменьшить вредные производственные шумы.

Как показал Гейслер в 1898, марганец образует сплавы с некоторыми металлами, например с алюминием, сурьмой, оловом, медью, которые сами по себе немагнитны, отличаются способностью намагничиваться, хотя они и не содержат ферромагнитных компонентов.

Это свойство связано с наличием в таких сплавах интерметаллических соединений. По имени первооткрывателя подобные материалы называются сплавами Гейслера.

Основной потребитель марганцевой руды — ферросплавные заводы. Здесь в результате различных технологических процессов получают сплавы марганца (с железом, кремнием) или металл в чистом виде. Дальше путь марганца лежит в сталеплавильный цех.

2. Физические свойства марганца

Марганец — твердый серебристо-белый металл. Плотность Марганца 7,2−7,4 г/см3; tпл 1245 °C; tкип 2150 °C.

Марганец имеет 4 полиморфные модификации: ?-Мn (кубическая объемноцентрированная решетка с 58 атомами в элементарной ячейке), ?-Мn (кубическая объемноцентрированная с 20 атомами в ячейке), ?-Мn (тетрагональная с 4 атомами в ячейке) и ?-Mn (кубическая объемноцентрированная). Температура превращений: ?=? 705 °C; ?=? 1090 °C и ?=? 1133 °C; ?-модификация хрупка;? (и отчасти ?) пластична, что имеет важное значение при создании сплавов.

Атомный радиус Марганца 1,30 A. ионные радиусы (в A): Mn2+ 0,91, Mn4+ 0,52; Mn7+ 0,46. Прочие физические свойства ?-Mn: удельная теплоемкость (при 25°С) 0,478 кДж/(кг· К) [т. е. 0.114 ккал/(г· °С)]; температурный коэффициент линейного расширения (при 20°С) 22,3· 10−6 град-1; теплопроводность (при 25 °С) 66,57 Вт/(м· К) [т. е. 0,159 кал/(см· сек·°С)]; удельное объемное электрическое сопротивление 1,5−2,6 мком· м (т. е. 150−260 мкОм· см): температурный коэффициент электрического сопротивления (2−3)· 10−4 град-1. Марганец парамагнитен.

Марганец образует сплавы со многими химическими элементами; большинство металлов растворяется в отдельных его модификациях и стабилизирует их. Так, Cu, Fe, Co, Ni и другие стабилизируют ?-модификацию. Al, Ag и другие расширяют области ?- и ?-Mn в двойных сплавах. Это имеет важное значение для получения сплавов на основе марганца, поддающихся пластической деформации (ковке, прокатке, штамповке).

3. Производство порошка марганца

В настоящее время существует несколько разнообразных методов приготовления порошка, что делает возможным придание изделиям из порошка требуемых физических, механических и других свойств. Качество и стоимость порошка в значительной мере зависит от метода изготовления. Выделяют два способа получения порошков: физико-химические и механические.

К физико-химическим методам относят технологические процессы производства порошков, связанные с глубокими физико-химическими превращениями исходного сырья. В результате полученный порошок по химическому составу существенно отличается от исходного материала. К физико-химическим методам относятся: электролиз, термическая диссоциация карбонильных соединений, восстановление оксидов твердыми восстановителями и газами, метод испарения и конденсации и др.

Механические методы получения порошков состоят в воздействии внешних механических сил, при которых исходный металл измельчается в порошок без изменения его химического состава. Распространено измельчение твердых материалов в мельницах различных конструкций. К механическим методам относят: измельчение металла резанием, размол в шаровых мельницах, измельчение в вихревых мельницах, дробление в инерционных дробилках, распыление струи жидкого металла паром, водой, сжатым газом.

Механические методы получения порошков

К основным механическим методам получения порошков металлов относятся: дробление и размол металла, диспергирование расплава металла, грануляция расплава металла.

1. Измельчение стружки, обрезков и компактных материалов проводят в шаровых, вихревых, молотковых и других мельницах. Этим способом получают порошки железа, меди, марганца, латуни, бронзы, хрома, алюминия. КПД при таком процессе сравнительно мало.

2. Струю расплавленного металла диспергируют, разрывают на частицы механическим способом (воздействием центробежных сил и др.) или действуя на нее потоком энергоносителя (газа или жидкости). Таким образом получают порошки алюминия, свинца, цинка, бронзы, латуни, железа, стали, меди.

3. В процессе грануляции расплава порошок образуется при сливании расплавленного металла в жидкость (например, в воду). Получают крупные гранулы порошков железа, меди, свинца, олова, цинка.

4. В процессе обработки металлов резанием подбирают такой режим резания, который обеспечивает образование частиц, а не стружки. Резанием получают порошки стали, латуни, бронзы, магния, меди.

В широко распространенных измельчительных установках — шаровых мельницах реализуются такие механизмы разрушения, как раздавливание и удар, в случае необходимости получения крупных частиц; истирание и удар, обеспечивающих получение высокодисперсных частиц.

При измельчении до крупной фракции комбинируют раздавливание и удар. При тонком измельчении организуют удар и истирание. При дроблении затрачиваемая энергия расходуется на упругую и пластическую деформацию, на теплоту и на образование новых поверхностей:

sAS +KAV

где sAS — энергия, расходуемая на образование новых поверхностей при разрушении твердого тела;

s — удельная поверхностная энергия;

AS — приращение поверхности, образуемое в процессе измельчения;

KAV — энергия деформации;

Кработа упругой и пластической деформации на единицу объема твердого тела;

AVдеформированная часть объема твердого тела.

Поскольку при крупном дроблении вновь образующаяся поверхность невелика, в указанном соотношении имеет место неравенство: sAS<> KAV, а расход энергии на образование новой поверхности приблизительно пропорционален величине вновь образующейся поверхности.

Среди методов получения крупнодисперсных металлических порошков наибольшее распрстранение получил метод обработки металлов резанием с последующей обработкой мелкой стружки в шаровых, вихревых, молотковых и других типах мельниц, а также газодинамическое и ультразвуковое диспергирование.

Приготовление порошков в шаровой мельнице

Шаровая мельница, представляющая цилиндрический барабан, заполняемый измельчающими (рабочими) телами — твердосплавными шарами является наиболее распространенным аппаратом, применяемым для измельчения различных материалов, в том числе и металлов.

Эффективность измельчения в шаровых мельницах определяется коэффициентом заполнения барабана шарами f, массой шаров и её отношением к массе измельчаемого материала. Обычно в мельницу загружают 1,7 — 1,8 кг стальных шаров на 1 литр объема мельницы. При этом величину коэффициента заполнения f=0,4 — 0,5 полагают оптимальной.

Соотношение между массой рабочих тел (шарами) и массой измельчаемого материала принимают равным 2,5 -3, а с целью интенсификации процесса это отношение увеличивают до 6 — 12 и выше., Отношение между дробящим и истирающим действием рабочих тел зависит от отношения диаметра цилиндра D к длине цилиндра L мельницы при одинаковом её объеме. При D: L>3 преобладает дробящее действие размольных тел (предпочтительно для хрупких тел), при D: L<3 — истирающее действие (более эффективное для пластичных материалов).

На интенсивность и механизм размола оказывают сильное влияние скорость (частота) вращения барабана мельницы, число и размер размольных тел, масса измельчаемого материала, продолжительность и среда размола. С увеличением скорости вращения мельницы размольные тела падают с большей высоты, производя преимущественно дробящее действие. При дальнейшем увеличении скорости вращения барабана размольные тела будут вращаться с барабаном и материал будет измельчаться

Рисунок 1. Силы, действующие на материал в шаровой мельнице.

Оптимальным коэффициент заполнения ф барабана мельницы является при значениях 0,4 — 0,5. При больших значениях ф количество шаров увеличено, и больше энергии тратится на соударение шаров друг с другом, и не производят достаточно эффективного измельчения, а при меньшей загрузке шаров резко снижается производительность измельчения.

Количество (масса) загружаемого для размола м; должно быть таким, чтобы при измельчении его объем не превышал объема пустот между размольными шарами. Если материала будет больше, не вмещающаяся в зазоры, измельчается будет происходить менее интенсивно. Обычно соотношение между массой размольных тел и массой измельчаемого материала составляет 2,5−3, при интенсивном измельчении это соотношение увеличивается до 6 — 12 и даже более.

Размер размольных тел (диаметр шаров) также оказывает влияние на процесс Размер размольных тел должно быть в пределах 5 — 6% внутреннего диаметра мельницы. Лучше применять набор размольных тел по размерам (например, в соотношении 4:2:1).

Для интенсификации процесса размола его проводят в жидкой среде, что препятствует распылению материала. Кроме того, проникая в микротрещины частиц, жидкость оказывает большое капиллярное давление, способствуя измельчению. Жидкость также снижает трение между размольными телами и между частицами обрабатываемого материала. Жидкой средой обычно служат спирт, ацетон, вода, некоторые углеводороды и пр.

Длительность размола составляет от нескольких часов до нескольких суток.

Для шаровых мельниц соотношение средних размеров частиц до и после измельчения, называемое степенью измельчения (степенью сокращения), составляет 50 — 100. Форма частиц, получаемая в результате размола в шаровых мельницах осколочная, т. е. неправильная, с острыми гранями, а шероховатость их поверхности невелика.

Для получения частиц крупностью менее 20 мкм размол материала путем разрушения его частиц в шаровой мельнице становится не эффективным. Длительность размола в таких случаях составляет от нескольких часов до нескольких суток.

Получение металлических порошков из расплава.

Сущность получения металлических порошков из расплава заключается в нарушении сплошности его потока (струи или пленки) под действием различных источников возмущений, способствующих образованию дисперсных частиц.

Рисунок 2. Превращение потока жидкости в гранулы при действии центробежных сил

Диспергирование расплавленного металла струей предварительно сжатого газа, жидкости или его распыление механическим способом, является другим распространенным способом получения металлических порошков. Метод распылении широко используют для получения не только порошков железа, сталей и других сплавов на основе железа, но и порошков алюминия, меди, свинца, цинка, тугоплавких металлов (титана, вольфрама и др.), а также сплавов на основе этих металлов. Распыление весьма эффективно при получении порошков многокомпонентных сплавов, обеспечивая объемную равномерность химического состава, оптимальную структуру каждой образующейся частицы. Это обусловлено перегревом расплава перед его диспергированием, способствующего повышению его однородности на атомарном уровне из-за полного разрушения наследственной структуры, интенсивного перемешивания и кристаллизацией дисперсных частиц в процессе высокоскоростного охлаждения — от 103 — 104 и выше градусов в секунду.

По виду используемой энергии методы диспергирования металлического расплава различаются в зависимости от способа нагрева металла (индукционный или косвенный, электродуговой, электронный плазменный и др.), в зависимости от вида силового воздействия на расплав при диспергировании (механическое воздействие, энергия газовых и водяных потоков, силы гравитации, центробежные, ультразвуковые воздействия и др.), а также по типу параметрам среды, в которой происходит диспергирование (восстановительная, окислительная, инертная или другая с заданным составом, вакуум давление и т. п.).

Диспергирование расплавленного металла или сплава струей сжатого газа механическим способом характеризуется высокими параметрами производительности, технологичности, глубины автоматизации, энергоэффективности, экологичности.

Центробежное распыление представляет собой одной из разновидностей диспергирования расплава. По виду вращающегося электрода распыление происходит в момент формирования расплава под действием энергии электрической дуга, электронного луча или других источников энергии. Образовавшаяся на торце расходуемого, вращающегося со скоростью 2000;20 000 об/мин, электрода пленка расплава толщиной 10 — 30 мкм под действием центробежных сил перемещается к его периферии и срывается с его кромки в виде частиц-капель преимущественно размером 100−200 мкм. Увеличение диаметра расходуемою электрода и скорости его вращения приводит к уменьшению размера частиц-капель. Кристаллизация капель со скоростью охлаждения пор) 104 °С/сек происходит в атмосфере инертною газа.

Рисунок 3. Схема диспергирования при автономной подаче жидкого металла

При других схемах диспергирования плавление металла проводят вне зоны распыления. Когда струю расплава подают на вращающийся со скоростью 24 000 об/мин диск, на его вогнутой поверхности образуется пленка жидкого металла, от которой отрываются капли — частицы преимущественно размером менее 100 мкм и кристаллизуются в атмосфере инертного газа со скоростью 105 — 106 °С/сек.

Рисунок 4. Схема установки для получения быстрозакаленных порошков

В последнее время активно развиваются методы распыления расплавов, обеспечивающие очень высокие скорости охлаждения частиц. Один из вариантов, обеспечиваю затвердевание жидкой капли со скоростью 107 — 108°С/с, позволяет получать называемые распыленные и быстрозакаленные порошки (РИБЗ). Конструктивно способ реализуется установкой на пути летящей капли охлаждаемого экрана, расположенного под углом 15- 45° к направлению ее движения.

При ударе об экран капля перемещается по его поверхности и, охлаждаясь, кристаллизуется в виде частицы пластинчатой формы. Высокоскоростное затвердевание расплава обеспечивает извлечение малых объемов металла кромкой быстровращающегося (2000 5000 об/мин) в вертикальной плоскости листа из высокотеплопроволного материала. При контакте с кромкой диска затвердевает некоторый слой металла, затем он выходит из расплава и охлаждается, после чего частица отделяется от кромки диска (скорость охлаждения, 108°С/с).

В любом случае методы распыления при кристаллизации капли расплава со скоростью более 106 °С/с приводят к получению порошков, частицы которых имеют структуру, придающую им чрезвычайно специфические свойства, позволяют получать уникальные материалы для различных отраслей техники.

4. Производство порошка марганца с помощью дезинтегратора

Установка дезинтегрирования представляет собой устройство в основу которого положена мельница ударного типа. Характерной особенностью данной машины, является высокая частота ударного воздействия на материал, высокая интенсивность действия сил, быстрый отвод тепла от взаимодействующих тел, высокая энергонапряженность.

Рассматриваемый дезинтегратор представляет из себя машину состоящею из вращающихся навстречу друг другу с высокими скоростями дисков (угловая скорость с использованием высокочастотных двигателей до 5000 об/мин и более) с концентрично расположенными на них пальцами. Обрабатываемый материал, проходя через загрузочно-подающее устройство, попадает в зону помола пространство между дискам, частица материала проходя через зону помола взаимодействует с пальцами и последовательно испытывая высокоэнергетические механические воздействия, приводящие к быстрому разрушению, уменьшению размеров фракции и активации материала.

Активация материала это накопление измельченным веществом энергия невыраженное в увеличении температуры, проявляющиеся в изменении энтальпии материала, повышении химической активности, снижении температуры плавления, спекания, и других физико-химических явлениях. Известно, что температура снимает активацию. Это явление наблюдается в большинстве мельниц и устройств измельчения. Особенностью данной установки является то, что в ней материал подвергается высокоэнергетическому и кратковременному разрушающему воздействию практически не приводящему к изменению температуры, то есть активное состояние материала сохраняется.

Сегодня в обогатительно-добывающей промышленности существует проблема, при измельчении материала с целью извлечения из него полезного продукта традиционными методами (шаровые, барабанные, планетарные мельницы и мельницы самоизмельчения) наблюдается переизмельчение материала и, в связи с этим ухудшение качества извлекаемого продукта. Представленная установка позволяет избежать этого вредного явления, путем установки строго определенного количества рядов пальцев и строго определенного количества пальцев в ряду, мы можем управлять количеством взаимодействий каждой частицы, и соответственно управлять степенью измельчения материала и избегать переизмельчения.

Гранулометрический состав образующихся частиц может задаваться в интервале 10 -3 — 10 -5 м. Размер исходного сырья от 3*10 -1 — 2*10 -2 м и менее. Возможна обработка суспензий хрупких веществ с любым соотношением твердой и жидкой фаз. Высокая эффективность обеспечивается применением разработок, основанных на новейших физических достижениях.

Характеристики процесса измельчения

Преимущества использования дезинтегратора в порошковой металлургии:

— получение высокоактивированных высокодисперсных порошковых добавок (хром, марганец, никель, вольфрам, ферросилиций, карбид титана, ниобия и молибдена) в сплавы и композиционные материалы;

— получение порошковых материалов используемых в процессах порошковой металлургии;

— вторичная переработка отходов твердосплавного инструмента.

Газодинамический дезинтегратор

Новая разработка — газодинамический дезинтегратор, принцип действия которого основан на использовании энергии газа для разрушения материала, дает возможность получать в массовых количествах особо мелкодисперсные порошки с заданной влажностью из практически любых материалов органического и минерального происхождения.

Основными преимуществами газодинамического дезинтегратора перед другими типами измельчителей являются:

— высокая удельная (на 1 м³ объема) мощность, которая в сотни раз выше, чем у лучших образцов механических дезинтеграторов;

— возможность получения порошков любой требуемой крупности (от 1 мкм);

— высокая стабильность режима помола: выход однократно измельченной фракции крупностью менее 10 мкм составляет до 80% общего объема измельченного материала, в сравнении с 10 — 15% у лучших образцов механических, например вибрационных, дезинтеграторов;

— возможность длительной непрерывной работы с поточным характером загрузки;

— чрезвычайно низкая энергоемкость процесса; расход электроэнергии на производство 1 тонны измельченного продукта крупностью менее 10 мкм составляет 150 — 200 кВт. ч, по сравнению с 700- 1000 кВт.ч. у других типов измельчителей;

— высокое качество получаемого измельченного материала поскольку измельчение в струях газа исключает его засорение продуктами износа измельчительного оборудования;

В конструктивном отношении газодинамический дезинтегратор представляет компактное устройство, простое в эксплуатации и в обслуживании. Для работы дезинтегратора требуется сжатый воздух с начальным давлением 3 кг/см2 и, в случае необходимости термической обработки материала (сушка, обжиг рудного сырья и т. п., требуется источник тепловой энергии (камеры сгорания, электронагреватели, плазменные генераторы и т. п.). Высокоэффективным источником горячего энергоносителя может служить турбореактивный двигатель, отработавший свой летный ресурс.

марганец взрывоопасность дезинтегратор мельница

5. Факторы опасности при производстве порошков металлов

Содержание примесей в металлическом порошке определяется нормируемым содержанием их в сплаве на выходе продукции. В порошках значительно содержание газов — водорода, кислорода, азота и др., как внутри гранул металлических частиц, так и адсорбированных на поверхности.

Порошок при соприкосновении с кислородом воздуха способен к самовозгоранию даже при небольших температурах, что в условиях производства может привести к пожару, взрыву и повреждению оборудования.

Пожароопасность зависит от химического состава, размера и формы гранул металлического порошка, образования оксидной пленки и шероховатости поверхности на поверхности металла.

Воспламеняемость порошка в первую очередь зависит от состояния, в котором находятся его гранулы. Состояние порошка в виде аэровзвеси значительно повышает его воспламеняемость. Аэрогель — порошок в свободно насыпанном состоянии в тех же условиях не подвержен воспламеняемости. Для состояния аэрогеля определяется температура самонагревания, тления, самовоспламенения и энергию воспламенения.

Взрываемость порошка — свойство распространять взрывную волну за счет высокой скорости химического взаимодействия с кислородом атмосферы. Взрываемость порошков рассматривают для состояния аэрозолей, так как аэрогели не способны к распространению взрывной волны. Взрываемость также зависит от размера гранул, толщины оксидной пленки на поверхности и концентрации кислорода в окружающем газе.

6. Снижение взрывоопасности при производстве порошка марганца

С целью снижения пожаровзрывоопасности производства порошков горючих материалов, был разработан — новый способ измельчения — струйное (пневмоимпульсное) измельчение, который впервые был применен на ПО «Ижсталь». (2). Принцип действия струйной мельницы (импульсного пневмоизмельчителя) основан на периодическом режиме разгона под действием кратковременно подаваемых импульсов сжатого газа и ударе об отбойную поверхность кусков измельчаемого материала. Использование импульсных пневмоизмельчителей позволяет сократить производственные площади за счет снижения габаритов, уменьшить затраты электроэнергии и эксплуатационные расходы, снизить потери сырья.

Особенностями данного метода применительно к ферросплавам, делающие его более безопасным, чем большинство других методов измельчения являются: возможность измельчения в инертной среде с отсутствием подсоса воздуха извне (из-за высокого давления в системе), отсутствие переизмельчения при своевременном уносе мелких частиц. Но сами порошки, полученные измельчением в инертной среде, могут иметь повышенную вэрывоопасность, вызванную малой толщиной окисной пленки на частицах. Рассмотрим характеристики пожаровзрывоопасности трех порошков, исследованных в работе (2), полученных струйным измельчением: ферротитана марок ФТиЗОА и ФТиЗО, ферромарганца марки ФМн1.0 и ферросилиция марки ФС45. Измельчение проводилось в среде азота.

Готовые порошки ферротитана и ферромарганца выгружались в контейнер, заполненный азотом.

Затем порошки пассивировались выдержкой в открытом контейнере в течение 24 часов. Также исследовались порошки, дополнительно активированные на лабораторном виброистирателе. С целью сравнения были испытаны порошки ферротитана ФТи70, ФТиЗО и ФТиЗОА, ферромарганца СШ1.0 и 5Мн1, Б, .ферросилиция ФС45, полученные разными способами измельчения.

Результаты показали, что практически все порошки, полученные на струйной мельнице, обладают пониженной взрывоопасностью. Наиболее опасный из порошков, ферротитан ФТи70, имеет НКПР, равный 110 г/м3 для фракции 0−50 мкм и 130 г/м3 для 50−80 мкм. что выше, чем НКПР образцов, полученных другими способами, а его температура самовоспламенения (390 С) сравнима с температурой самовоспламенения образца, дробленного вручную. Скорости окисления порошка, измельченного на струйной мельнице, ниже, чем всех остальных, НКПР и скорости окисления мелкого порошка ФТи70 сравнимы с соответствующими величинами для порошков ФТиЗОА, полученных на конусно-инерционной дробилке и лабораторном виброистирателе, а его температура самовоспламенения даже выше, чем для указанных порошков и равна Тсв порошка ФТиЗО, полученного мокрым помолом.

Порошок ферротитана марки ФТиЗО, полученный пневмоимпульснш измельчением, является немного более опасным (по значениям НКПР и Тсв). чем аналогичные порошки после сухого помола в шаровых мельницах, но значительно менее активным (по тем же параметрам), чем порошки, приготовленные на конусно-инерционной дробилке, виброистирателе и путем мокрого помола в шаровой мельнице. Аэровзвеси порошков ферромарганца и ферросилиция, измельченные на струйной мельнице, являются невзрывоопасными. Виброактивация порошков ведет к снижению НКПР и к повышению скоростей окисления. Порошок ферромарганца струйного измельчения имеет самые высокие значения Тсв (530°С) и Тнэ (330°С) и самые низкие скорости окисления из всех образцов марок 5Мн1,0 и <�ХМн1,5. Ферросилиций имеет ТСв=850°С, что выше, чем значения ТСв всех других образцов ФС45, кроме порошка, полученного мокрым помолом; по ТКэ (540°С), скоростям окисления и энергии активации он немного менее активен, чем продукты после других способов размола, и значительно более безопасен, чем материал, приготовленный с помощью вибромельницы (Тсв 270° С).

Полученные благоприятные результаты можно объяснить тем, что при струйном измельчении доминирующим фактором является осуществление своевременного удаления из системы мелких частиц, что предотвращает образование опасной ультрадисперсной фракции (в отличие от большей части других способов измельчения).

Заключение

Производство порошкового марганца на дезинтеграторе является опасным процессом, при котором существует опасность взрыва и пожара. Причиной этого является повышенная активность порошка марганца, которая возрастает при измельчении частиц и создании аэровзвеси в воздухе.

Снижение взрывоопасности производства будет осуществляться посредством создания инертной газовой среды в рабочем объеме дезинтегратора, которая будет замещать воздух, содержащий окислитель — кислород.

Также предложено изменение технологического процесса дробления рабочими органами дезинтегратора на дробление за счет соударения частиц марганца между собой в газодинамическом дезинтеграторе. Поток сжатого газа при работе уносит наиболее взрывоопасную мелкодисперсную фракцию продукции, что значительно снижает вероятность возникновения взрыва в рабочем объеме дезинтегратора.

1. Вабайцев И. В., Толешов А. К., Державец A.A. Оценка горючести порошков металлов и сплавов.// Металлург.- 1995. Н 9. с.26−27

2. Державец Александр Аврамович. Оценка и снижение взрывоопасности порошков ферросплавов и термитных смесей, используемых в сварочном производстве. Автореферат диссертации. Москва, МИСиС, 1997 г.

3. Карнаух Н. Н. Исследование воспламеняемости экзотермических смесей: Автореферат диссертации. Москва, МИСиС. 1973 г.

4. Белов Л. В., Панарин Ю. Н. Скорость горения экзотермических смесей. Проблемы инженерной охраны труда: Сборник научных трудов МИСиС. Москва, Металлургия, 1987 г.

5. ПБ 11−552−03. Правила безопасности в сталеплавильном производстве.