ВАЖНЫЕ НОВОСТИ
«Туполев» готов восстановить один из самолётов Ту-144 для превращения его в летающую лабораторию

Тему возрождения гражданской сверхзвуковой авиации ранее поднимал президент России Владимир Путин на встречах с общественностью и в ходе визитов на Казанский авиационный завод. В 2018 и 2019 годах он акцентировал внимание на необходимости проведения новых исследований и внедрения современных технологий для модернизации гражданской авиации в стране. Недавно вице-премьер Виталий Савельев заявил, что...

6 ноября на Балтийском заводе ОСК был спущен на воду пятый атомный ледокол проекта 22220 «Чукотка»

Судно строится по заказу госкорпорации «Росатом». Его закладка состоялась в декабре 2020 года, а ввод в эксплуатацию запланирован на декабрь 2026 года. Церемония спуска привлекла ряд почетных гостей, включая полномочного представителя Президента РФ в Северо-Западном федеральном округе Александра Гуцана, начальника Управления Президента РФ по вопросам национальной морской политики Сергея Вахруко...

На Арбатско-Покровской линии московского метро начал курсировать поезд «Дальневосточный экспресс»

На Арбатско-Покровской линии московского метро запустили брендированный поезд «Дальневосточный экспресс» в рамках фестиваля «Дни регионов Дальнего Востока в Москве». Этот запуск, уже седьмой по счету, позволит пассажирам познакомиться с уникальными особенностями 11 регионов Дальневосточного федерального округа, туристическими местами и перспективами, которые предлагает Дальний Восток для жизни, ра...

Российские компании предпочитают отечественное программное обеспечение при внедрении искусственного интеллекта

Согласно исследованию Высшей школы экономики, более двух третей ПО, используемого для работы с технологиями ИИ, произведено в России. Такие данные приводятся в исследовании* Высшей школы экономики, посвящённом ИИ. Распределение затрат компаний на ИИ выглядит следующим образом: 32% — на машины и оборудование, 17% — на покупку программного обеспечения, 51% — на прочие р...

В рамках выставки «Металл-Экспо 2024» состоялось заседание Коорсовета по промышленной политике в металлургическом комплексе

Заседание прошло под председательством заместителя Министра промышленности и торговли Российской Федерации Михаила Юрина, в нем приняли участие представители органов власти, руководители ключевых металлургических предприятий и производителей оборудования, отраслевых институтов и ассоциаций. Участники Коорсовета обсудили текущее состояние металлургического комплекса России и основные направления...

Минпромторгом России подготовлен проект постановления об изменениях в постановлении Правительства №855

Минпромторг России разработал проект постановления, предусматривающий с 1 января 2025 года практически полное возвращение к требованиям технического регламента ТР ТС 018/2011, который регулирует параметры безопасности транспортных средств, согласно постановлению Правительства № 855 от 12.05.2022. С 2022 года российские производители либо наладили производство критически важных автокомпонентов, ...

12 Октября 2011

Нейтрализация взрывоопасной смеси, образовавшейся в результате контакта воды с выплавляемым реакционным металлом.

Нейтрализация взрывоопасной смеси, образовавшейся в результате контакта воды с выплавляемым реакционным металлом.
Спocoб oбеcпечения взрывoбезoпаcнocти при экcплуатации вакуумнoй дугoвой печи для выплавки cлитков реакционных металлов
Споcоб обеcпечения взрывобезопаcноcти при экcплуатации вакуумной дуговой печи для выплавки cлитков реакционных металлов

Автор: Альтман Петр Семенович

Изобретение отноcитcя к цветной металлургии, преимущественно к способам вакуумной дуговой плавки высокореакционных металлов, в частности титана и его сплавов. В способе производят флегматизацию парогазовой смеси при аварийном образовании ее в рабочем пространстве. В качестве флегматизатора используют водяной пар, при этом в рабочем пространстве печи поддерживают давление, исключающее срабатывание возвратного клапана на период, равный времени охлаждения слитка. Изобретение позволяет нейтрализовать взрывоопасную смесь, образовавшуюся в результате контакта воды из системы охлаждения кристаллизатора с выплавляемым реакционным металлом, исключить детонацию взрывоопасной смеси. 1 ил.

Известна вакуумная дуговая печь, содержащая водоохлаждаемый кристаллизатор с предохранительным клапаном, защитную вакуумную камеру (бронекожух), электрододержатель, источник тока, систему вакуумирования (Плавка и литье титановых сплавов. /Андреев А.Л., Аношкин Н.Ф., Бочвар Г.А. и др. - М., "Металлургия", 1994, стр.150-156). Процесс ВДП заключается в переплаве расходуемых электродов на слиток электрической дугой при давлении 0,06-0,6 Па в водоохлаждаемом кристаллизаторе, состыкованном с вакуумной камерой.

Конструкция кристаллизатора испытывает большие тепловые нагрузки. Тепловые потоки через его стенку в зоне горения дуги и верхней части формирующегося слитка составляют от сотен до тысяч киловатт на квадратный метр, в аварийных ситуациях (при переброске дуги на стенку кристаллизатора) превосходят эту величину. С наружной стороны кристаллизатор охлаждается водой, находящейся под давлением не ниже 4 атм.

Общим событием, предшествующим и необходимым для создания аварийной ситуации, является повреждение стенки кристаллизатора, отделяющей внутреннее рабочее пространство от полости водяного охлаждения кристаллизатора. Повреждения происходят чаще всего в результате горения дугового разряда между расходуемым электродом и внутренней стенкой кристаллизатора. В этой ситуации предпринимаются меры пассивной защиты:
  • - отключается питание печи;
  • - уменьшается количество подаваемой охлаждающей воды;
  • - печь отключается от вакуумных насосов;
  • - срабатывают герметические возвратные клапаны.

(Плавка и литье титановых сплавов. Отв. редактор В.И.Добаткин. М., Металлургия, 1978, с.68). Однако это не исключается попадание воды в рабочий объем кристаллизатора.

Попадание воды на расплавленный металл, имеющий температуру более 1700°С, сопровождается интенсивным парообразованием. Это взаимодействие может быть импульсным (паровой взрыв) или замедленным.

Образовавшаяся парогазовая смесь заполняет рабочее пространство до момента открытия клапана, а если он не справляется, то и после. В последнем случае внутреннее давление может превысить прочность герметических соединений элементов конструкции печи, что приведет к разрушению наиболее слабого места и выходу смеси в бронекожух. Следует отметить, что энергия, выделяемая при паровом взрыве, гарантированно локализуется защитной камерой печи, имеющей многократный запас прочности.

Параллельно, с образованием пара, вода вступает в химическую реакцию с титаном с образованием свободного водорода. Не исключены также электролиз и термическая диссоциация воды с образованием водорода и кислорода.

Смешивание водорода с кислородом воздуха может произойти в результате выхода водорода в бронекожух и втекания воздуха в рабочее пространство печи через открывшиеся проемы и отверстия, причем эти процессы могут происходить одновременно.

Источник воспламенения - расплавленный металл - всегда имеется внутри печи. Кроме того, искры от удара клапана или металлических частей при их разрушении могут воспламенить водород, выходящий из печи и распространяющийся по объему бронекожуха с огромной скоростью. Последствия взрыва смеси воздуха и водорода несравнено более тяжелые и могут привести к разрушению не только собственно печи, но и защитного кожуха печи. Поэтому предотвращение взрыва является необходимым условием предотвращения аварий, приводящих к катастрофическим последствиям.

Для возникновения химического взрыва необходимы условия выхода водорода в защитный кожух с одновременным втеканием воздуха в печь, в результате чего взрывоопасная смесь образуется как внутри, так и вне рабочего объема кристаллизатора, и взрыв, начавшись внутри кристаллизатора, легко распространяется в бронекожух.

Считается, что детонация водорода в смеси с воздухом возможна при объемной концентрацией водорода от 13 до 70%. Предел воспламенения 9-74%.

Возможность детонации зависит от следующих факторов:
  • - относительной концентрации горючего и окислителя;
  • - концентрации флегматизатора (в предлагаемом изобретении - пара);
  • - начальных значений температуры и давления (плотность газа);
  • - формы и размера конструкции, в которой происходит детонация.

Из всех перечисленных факторов наиболее надежным и простым, с точки зрения осуществления, является исключения условий детонации с помощью регулирования концентрации флегматизатора.

Известен способ обеспечения взрывобезопасности при эксплуатации вакуумной дуговой печи для выплавки слитков реакционных металлов, заключающийся в подаче в защитную камеру сжиженного углекислого газа до создания в отсеке избыточного давления, при этом образуется смесь H2 и CO2, которая не подвержена взрыву (решение о выдаче патента от 30.01.2008 по заявке 2006134772 от 02.10.2006, МПК С22И 9/20 - прототип).

Недостатком указанных способов является необходимость наличия специального газового оборудования, обеспечивающие подачу углекислого газа в камеру печи.

Задачей, на решение которой направленно данное изобретение, является способ повышения взрывобезопасности плавления реакционных металлов как последняя возможность в цепи мер безопасности, когда использование известных существующих мер безопасности не предотвращает аварийную ситуацию, при которой во внутренний объем кристаллизатора попадает вода из системы охлаждения и образуется взрывоопасная смесь водорода и воздуха.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении изобретения, является нейтрализация взрывоопасной смеси, образовавшейся в результате контакта воды из системы охлаждения кристаллизатора с выплавляемым реакционным металлом, посредством обеспечения необходимой концентрации флегматизатора в объеме печи, исключающей детонацию взрывоопасной смеси.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в способе обеспечения взрывобезопасности при эксплуатации вакуумной дуговой печи для выплавки слитков реакционных металлов, включающем флегматизацию парогазовой смеси при ее аварийном образовании в рабочем пространстве, в качестве флегматизатора используется водяной пар, при этом в рабочем пространстве печи поддерживается давление, исключающее срабатывание возвратного клапана на период, равный времени охлаждения слитка.

влияние содержания водяного пара на концентрационные пределы горючести и взрываемости водородовоздушной смесиНа чертеже показано влияние содержания водяного пара на концентрационные пределы горючести и взрываемости водородовоздушной смеси, а также на величину давления детонации. Из графика следует, что при содержании пара в смеси более 15% реализовать в ней детонационный режим невозможно, а при содержании пара более 55% смесь не горит.

Данный способ реализуется следующим образом.

При поступлении воды в рабочую зону печи выдаются команды на отключение источника тока, снижение расхода охлаждающей воды. Одновременно включается откачка печи водокольцевым форвакуумным насосом и система частичной конденсации пара, обеспечивающие поддержание давления в рабочем пространстве печи, исключающего срабатывание возвратного клапана на период, равный времени охлаждения слитка. Так как скорость парообразования на порядок больше скорости образования водорода, а последняя снижается по мере охлаждения слитка, в парогазовой смеси поддерживают необходимую концентрацию пара (>15%), обеспечивающую флегматизирующий эффект.

Расчеты показывают, что при поступлении в печи типа ДТВ потока воды 1÷2 кг/с (диаметр отверстия 10 мм) необходимые по давлению и содержанию пара-флегматизатора параметры парогазовой смеси обеспечиваются при суммарной производительности откачки и частичной конденсации ~6 м3/мин.

Предлагаемый способ обеспечивает безопасную эксплуатацию ВДП при выплавке реакционных металлов.

Кол-во просмотров: 15696
Яндекс.Метрика