Взрывы при завалках мартеновских печей
Заваливаемые в мартеновские печи шихтовые материалы состоят из двух частей: металлических и неметаллических.
Металлическая часть, в зависимости от местных условий, состоит из одного жидкого чугуна, из чугуна и небольшого количества железного лома и, наконец, из железного лома и небольшого количества холодного чугуна. Неметалическая часть шихтовых материалов состоит главным образом из руды и известняка или извести.
Выплавка стали в мартеновской печи из жидкого чугуна, руды и известняка или извести называется «рудным процессом»; если в состав указанных шихтовых материалов входит еще железный лом, то такой способ выплавки стали называется «скрап-рудным процессом», и, наконец, если шихтовые материалы в печи состоят из одного металлического лома с добавкой небольших количеств холодного или жидкого чугуна, руды и известняка, то такой способ называется «скрап-процессом».
На металлургических заводах наибольшее количество стали выплавляется скрап-рудным процессом; а на заводах, где нет доменных печей и нет жидкого чугуна, сталь выплавляется скрап-процессом.
При завалках мартеновских печей и плавлении шихтовых материалов иногда, по разным причинам происходят хлопки и взрывы. Взрываются заваленные в печь боеприпасы, в которых сохранились остатки взрывчатых веществ; рвутся вследствие нагревания полые металлические детали или обрези труб с затянутыми концами; раздаются хлопки и взрывы вследствие завалки влажных шихтовых материалов или кусков снега, льда, обледенелых кусков руды, скрапа и т. д.
Хлопки и взрывы происходят и при заливках в печь жидкого чугуна при скрап-рудном процессе, если шихтовые материалы твердой завалки (руда, скрап и др.) сильно подплавлены или совсем расплавлены, а чугун сливается толстой струей. Эти взрывы возникают вследствие бурных химических реакций, протекающих между составами чугуна и расплавленными железными окислами, находящимися в ванне мартеновских печей.
Этот вид взрывов будет рассмотрен в следующей главе.
Взрывы боеприпасов и военного снаряжения, в которых сохранились взрывчатые вещества, при завалках мартеновских печей происходят сравнительно редко. Они были частыми в военное время, когда на металлургические заводы на переплавку поступало много поврежденной военной техники. Однако и в мирное время не исключается привоз на заводы металлического лома, среди которого имеются остатки взрывчатых веществ.
Для контроля за предупреждением попадания в мартеновские печи взрывоопасного лома на заводах организована специальная пиротехническая служба, которая проводит надзор и обезвреживание всего поступающего на завод металлического лома.
Основные меры предосторожности следующие:
1) прием и контроль на взрывобезопасность всего поступающего на завод и перерабатываемого на заводе металлического лома по наружному осмотру по ГОСТ 4475—48;
2) транспортировка к месту обезвреживания и своевременного уничтожения, взрывоопасных предметов;
3) инструктаж рабочих, бригадиров и мастеров, занятых на переработке металлического лома.
Взрывы, вызываемые водой или влажными материалами, загружаемыми в мартеновские печи, являются наиболее частыми. Вода попадает в печи вместе с шихтовыми материалами в виде отдельных кусков льда, снега, обледенелых руд и металлического лома и т. д.
Взрывы, вызываемые проникшей в печь водой, бывают двух видов:
1) глухой хлопок с выбросом через завалочные окна части полурасплавленных шихтовых материалов и длинных языков горящих газов;
2) звонкий взрыв, при котором, кроме того, взрывной волной повреждается кладка печи — свод, стенки или головки.
Первый вид взрывов происходит в период прогрева и плавления шихтовых материалов твердой завалки, а второй во время загрузки в печь добавочных материалов — руды, известняка, лома или холодного чугуна, когда уже все шихтовые материалы расплавлены и находятся в виде жидкого металла, покрытого шлаком.
Первый вид взрыва вызывается испарением воды, скопившейся под шихтовыми материалами. Вследствие прогрева сверху заваленных на подину материалов находящаяся в них влага постепенно начинает стекать вниз, собираясь в местах плохо прогретой шихты. Испарение этой влаги происходит, когда сильно прогревается вся масса шихтовых материалов. Образующийся пар в местах скопления воды не имеет свободного выхода, вследствие чего давление его повышается и достигает такого значения, когда он поднимает лежащий над ним слой шихты и с силой прорывается в рабочее пространство печи.
Сила взрыва зависит от количества воды, проникшей и печь вместе с шихтовыми материалами, толщины и плотности слоя материалов, лежащих на подине печи.
Второй вид взрывов, вызываемых водой, объясняется сложными физико-химическими процессами, протекающими в мартеновской печи над ванной. В печи во время нормального процесса плавки находится расплавленный металл, покрытый сверху слоем шлака. Загрузка в такую ванну добавочных шихтовых материалов не всегда приводит к их глубокому погружению в ванну; многие из них погружаются в шлак и находятся на поверхности металла.
На одном заводе был проведен следующий опыт: в расплавленную ванну мартеновской печи в период ее доводки вылили два литра воды. Как только вода коснулась шлака и разлилась по его поверхности, немедленно последовал взрыв. Звук взрыва был звонкий и довольно сильный, но вследствие небольшой массы воды взрыв не причинил конструкциям печи никаких повреждений; показалось лишь пламя из окон.
Вылитая на поверхность шлака вода вследствие более легкого удельного веса разлилась по поверхности тонким слоем и вскоре перешла в пар. Испарение ее происходило пленочным режимом, а такой процесс испарения воды при атмосферном давлении не дает взрыва.
Если бы рассматриваемые взрывы вызывались образованием пара, тогда их можно было бы наблюдать при поливках сверху жидкого шлака или жидкого чугуна и даже при поливках раскаленных слитков.
Однако в этих случаях, как известно, взрывы не происходят.
Причины взрывов, происходящих в печах при попадании воды на расплавленный шлак или при завалке мокрых материалов шихты, пока еще не изучены. Предположительно им можно дать следующее объяснение, которое кажется наиболее вероятным.
Вода, попавшая на поверхность шлака в печи нагревается и переходит в пар, и одновременно происходят процессы химического взаимодействия образующегося пара со шлаком.
Химическое взаимодействие пара со шлаком протекает по следующей реакции:
Водород и остатки пара поднимаются с поверхности шлака, переходят в газовую атмосферу печи и становятся там возбудителями (катализаторами) для окиси углерода. В результате взрывчатость окиси углерода в газовой атмосфере печи сильно повышается и, так как газы в печи нагреты до температуры выше точки их самовоспламенения и имеют избыток кислорода, то, как только завершается процесс смешения с паром, (происходит взрыв смеси.
Из приведенного нельзя делать такой вывод, что взрыва не последует, если в газовой атмосфере печи будет мало окиси углерода.
По данным исследований в присутствии пара и водорода окись углерода ведет себя как водород, нижний предел взрываемости которого при высоких температурах значительно понижается. Следовательно, и при малом содержании в газовой атмосфере печи окиси углерода взрыв произойдет и он возникнет даже в том случае, если образование смеси произойдет в каком-либо одном месте.
Предотвратить взрывы, возникающие при завалках, во время подогрева и плавления шихтовых материалов в мартеновских печах можно путем тщательного надзора за состоянием заваливаемых в печь материалов, руководствуясь специально разработанными инструкциями, имеющимися на каждом заводе.
Для предотвращения хлопков и взрывов при завалках мартеновских печей рекомендуется строго соблюдать мероприятия, изложенные в правилах безопасности в мартеновском производстве.
Главнейшие мероприятия, обеспечивающие безопасность при завалках мартеновских печей, следующие:
1) заваливаемые в печь материалы во время завалки должны подсушиваться выдержкой мульд в печи и медленным их поворачиванием в атмосфере горящих газов;
2) завалка руды и известняка в мартеновскую печь должна производиться слоями небольшой толщины с прогревом каждого слоя. Не допускается загромождение рабочих пространств в печи, образование куч из шихтовых материалов;
3) но время полировки плавки в печь следует загружать только кусковую руду или агломерат;
4) все шихтовые материалы должны быть сухими п храниться в закрытых помещениях, где все они рассортированы по видам и сортам;
5) все шихтовые материалы в мульдах прежде, чем загружать их в печь, должны быть осмотрены сталеваром, а на шихтовом дворе пиротехником;
6) во время завалки печей рабочие не должны находиться вблизи передней стенки печи во избежание травмирования выбросами из печи.