Производство порошков горючих метериалов (оценка пожаровзрывоопасности процессов приготовления заводских металлических порошков и способы её снижения)

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.

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.

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.