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合金熔鑄過程中安全因素分析

文檔作者：陳勇文檔來源：攀鋼集團江油長城特殊鋼有限公司鈦業(yè)分公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年06月21日
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第17卷總第68期
2011年第3期
特鋼技術
Special Steel Techonlogy
Vo1．17(68)
2011．No．3
合金熔鑄過程中安全因素分析
陳勇
(攀鋼集團江油長城特殊鋼有限公司鈦業(yè)分公司l~)ll江油621701)
摘要：對海綿鈦為原料的鈦生產(chǎn)過程的危險因素，根據(jù)所在工序、工作環(huán)境、使用設備有針對性的作一個簡單辨識，及其所
采用的安全措施做一簡單介紹。重點闡述電極熔煉所使用的真空自耗爐的爆炸危險因素及其應對措施。
關鍵詞：危險因素；真空自耗爐；辨識；安全措施；爆炸
中圖分類號：TG088—4 文獻表示碼：C 文章編號：1674—0971(2011)03—064-03
Analysis on Risk Factors in Alloy M elting Cast
Chen Yong
(Titanium Branch Company，Siehuan Changcheng Special Steel Co．，Ltd．，Pangang Group，Jiangyou，Sichuan 621701)
Abstract：From the viewpoints of production process，working environment an d used equipments，the risk factors during the pro·
duetion of titanium product by using sponge titanium as raw material were analyzed，and the corresponding counter-measures were de。
scribed．Among which，the risk factors for explosion and its counter—measures in electrode melting by VAR were primarily expounded．
Keywords：Risk factors，VAR，Identification，Safety measures，Explosion
引言
攀長特鈦業(yè)分公司是攀鋼集團江油長城特殊
鋼有限公司災后重建的重要項目之一，對于一個全
新的項目，很多員工對新的環(huán)境、設備不了解，為預
防和減少安全事故的發(fā)生，提高職工的安全意識，
有必要對以海綿鈦為原料的鈦生產(chǎn)過程的危險因
素，根據(jù)所在工序、工作環(huán)境、使用設備進行有針對
性的辨識。
1 電極壓制工序
電極壓制是本單位第一個工序，有自動上料機
構、45MN液壓機、翻倒機構、真空等離子焊箱等較
為大型設備，主要工作任務是將海綿鈦原料壓制成
二分之一圓、或三分之一圓，再用真空等離子焊箱
焊接成電極棒。
1．1 主要危險因素
1)本工序涉及到原料從倉儲送到生產(chǎn)現(xiàn)場，存
在車輛傷害可能性；
2)原料桶開蓋時，可能出現(xiàn)物體打擊和其他傷
害如劃傷、割傷，站在桶上有可能高處墜落；
3)壓制海綿鈦時存在機械傷害、高壓油管破裂
時物體打擊的可能性；
4)焊接電極時可能電弧灼傷、觸電。
5)清掃真空等離子焊箱時可能產(chǎn)生窒息。
6)海綿鈦在空氣中遇明火產(chǎn)生劇烈燃燒，可能
產(chǎn)生火災。
1．2 應對如措施
1)車輛只能低速(5 km以下)行駛，不能進人劃
定分界線以內(nèi)；
2)使用專門的吊具吊運，指吊人員手式規(guī)范統(tǒng)
一
， 上下原料桶時小心；
3)高壓油管加保護罩，操作人員與現(xiàn)場作業(yè)人
員搞好聯(lián)?；ケ?；
4)戴好護目鏡，設備故障必須由專職電氣維修
人員處理。
5)焊箱門打開后必須用空氣吹掃10 min才能
進入。
6)海綿鈦周圍10 m內(nèi)嚴禁動火，配置沙箱。
2 熔煉工序
熔煉工序是將焊接好的電極棒熔煉成鈦錠，有
一臺電加熱器、兩臺國產(chǎn)3 t真空白耗爐、一臺進口
10 t真空自耗爐，是本單位最為危險、危害程度也最
收件日期：2011一O6—28
作者簡介：陳勇電氣工程師、全國注冊安全工程師，從事專職安全工作5年，現(xiàn)供職于攀鋼集團四)ll長城特殊鋼有限責任公司鈦業(yè)分公司。
Tel：(0816)3650563
2011年第3期 陳勇：鈦業(yè)分公司危險因素辨識 · 65 ·
高的工序：
2．1 主要危險因素
1)電極棒在空氣中放置較長時間，要從空氣中
吸收水分，在熔煉前必須在電加熱器中加以烘烤，
進出爐時可能造成物體打擊、機械傷害、觸電等。
2)真空自耗爐冶煉，進出爐時行車吊電極，電
極棒可能突然斷裂，可能造成物體打擊，開關爐蓋
時可能造成機械傷害，熔煉中因操作不當和設備故
障時可能產(chǎn)生爆炸、灼燙。
3)鋸切鈦錠和去除飛邊時可能發(fā)生機械傷害
和灼傷。
4)操作及檢修時在地坑可能發(fā)生窒息。
2．2 可能產(chǎn)生爆炸的因素及其應對措施
2．2．1 電弧穩(wěn)定對真空自耗爐熔煉安全的影響 ：
真空自耗爐是以高溫電弧供給能量，在惰性氣
氛保護或在真空條件下進行所需特殊金屬和金屬
合金的熔煉，熔煉過程中產(chǎn)生的高溫電弧若處于不
穩(wěn)定狀態(tài)時，將產(chǎn)生邊弧或擴散弧，易使水冷銅坩
堝被灼穿，產(chǎn)生漏水和可能導致可怕的爆炸事故。
可見熔煉電弧的穩(wěn)定，對真空白耗爐保證熔煉安全
有著至關重要的影響。
2．2．2 氣相壓力(真空度)對電弧穩(wěn)定的影響
因為真空熔煉具有加熱溫度均勻、弧柱壓降
小、熱效率高的優(yōu)點，被我公司熔煉所采用，實驗表
明，當氣相壓力在1．013 X 10 ～6．65 X 10。Pa熔煉
產(chǎn)生的電弧是穩(wěn)定的，坩堝內(nèi)電弧在熔池面上散開，
自耗電極的電弧成鐘狀向下墜落，有時沿電極端移
動，但并不影響正常熔煉；當氣相壓力在6．65 X 10。
～ 6．65×10 Pa時，幾種不正常的放電(如輝光放電、
微光放電等)經(jīng)常出現(xiàn)，擴散弧、脈動弧也頻繁發(fā)生，
自耗電極的電弧沿電極移動頻繁，且呈擴散狀，坩
堝內(nèi)電弧常會離開熔池，而在坩堝壁上下游竄，這
種電極與坩堝壁之間產(chǎn)生的擴散弧極易擊穿坩堝，
造成嚴重的爆炸事故；當氣相壓力小于6．65×l0 Pa
時擴散弧、脈動弧消失，熔煉電弧趨于穩(wěn)定。因此
稱6．65×10 Pa為臨界壓力值 。
2．2．3 電弧長度對電弧穩(wěn)定的影 ¨
電弧長度是由電弧的電壓降來反映的．電弧過長
易出現(xiàn)側弧、擴散弧、脈動弧，造成電弧處于不穩(wěn)定狀
態(tài)，一則使鈦金屬液發(fā)生飛濺，損壞設備；二則導致電
弧能量分散至坩堝壁，加大坩堝擊穿的可能性。
2．2．4 電極質(zhì)量對電弧穩(wěn)定的影響
真空自耗爐所用的自耗電極一般為海綿鈦分
塊壓制組焊而成，若組焊好的整根電極強度無法承
受熔煉過程中的升降振動及瞬時短路時的突然加
載與熱應力，熔煉過程中將會出現(xiàn)電極突然掉塊或
脫落現(xiàn)象，造成熔煉電弧的不穩(wěn)定，甚至發(fā)生整節(jié)脫
落砸穿坩堝現(xiàn)象；同時若組焊成的整根電極平直度
不好，局部與坩堝壁的間隙小于安全熔煉的電弧長
度時，就可能產(chǎn)生側弧，導致熔煉電弧的不穩(wěn)定。
2．2．5 坩堝比(d／D)對電弧穩(wěn)定的影響
真空自耗爐中，自耗電極直徑d與坩堝直徑D
之比d／D，稱為坩堝比，它是影響熔煉電弧穩(wěn)定的重
要參數(shù)之一。d／D過大，要求組焊自耗電極平直度
高，不僅操作難度很大，而且影響熔化速度及熔煉
時的除氣效果，排氣阻力大，熔池氣體來不及排出
而返回熔池被熔煉金屬吸收，同時熔區(qū)壓力增大導
致電弧的不穩(wěn)定；cYD過小，電極截面小，熔化速度
快，既不易操作，又不利于熔池內(nèi)氣相壓力的降低，
從而影響電弧的穩(wěn)定性，此外還影響設備的總體設
計高度及冶煉質(zhì)量，降低生產(chǎn)效率。
2．2．6 電磁場對電弧穩(wěn)定的影響
真空自耗爐熔煉過程中存在i種主要磁場，即
熔化電流自生的水平磁場，外加的縱向磁場和真空
白耗爐自身及周圍鐵質(zhì)結構件產(chǎn)生的雜散磁場，三
種磁場對真空自耗爐在熔煉過程中保證熔煉電弧
的穩(wěn)定性起著相當大的影響，三者匹配不好，同樣
導致側弧、擴散弧等不穩(wěn)定電弧的出現(xiàn)。
2．3 坩堝系統(tǒng)對真空白耗爐熔煉安全的影響”1
坩堝作為真空自耗爐的重要部件，其安全運行
至關重要，真空自耗爐是在水冷銅坩堝上進行電弧
燃燒，集中大量的熱量，溫度很高，一旦坩堝系統(tǒng)供
水不足或供水中斷，造成坩堝被灼熔，坩堝冷卻系
統(tǒng)的殘留冷卻水進入壓力較低的坩堝內(nèi)，與熔融的
鈦或已結晶但處于高溫狀態(tài)的鈦錠發(fā)生物理化學
反應，即
2H2O+Ti— TiO+2H2
若此時空氣進入爐內(nèi)，就會發(fā)生進一步反應即
2H +O 一高壓高溫一一2H O+A Q
當氫氣比例達到4％ ～76．4％時，就能發(fā)生嚴重
的爆炸反應，國內(nèi)及國外發(fā)生過多起此類事故。
2．4 油增壓泵對真空自耗爐的影響
眾所周知，泵的抽速不是恒定的，它隨系統(tǒng)的
壓力變化而變化，是壓力的函數(shù)，而各種泵的最佳
抽速范圍的真空度和極限真空度不同，在油增壓泵
的前級要配維持泵來保持一定的真空度，否則一旦
進人大量的空氣，由于充人空氣的熱膨脹，造成熱
的泵油(油蒸氣)通過油標指示器或其它開口通道
· “6 * 特鋼技術 i?蒼第
噴I葉J，嚴重時將產(chǎn)生高溫油蒸氣傷人事故。另外，
油增 泵的循環(huán)水冷系統(tǒng)是否正常運行也影響著
真空白耗爐的熔煉安全，若冷卻不暢將造成油溫過
高，泵油m現(xiàn)熱損壞，町能危及設備操作人員安全。
2．5 其它因素對真空自耗爐熔煉安全的影響
熔煉過程中操作不當、自耗電極短路、電極升
降制動失效、電極氣動快速提升過慢等，這些因素嚴
重時也能導致真空自耗爐發(fā)生爆炸事故。
2．5．1 針對以上情況的應對措施
1)真空度要求保證不大于1Pa；
2)電弧長度絕對 大于電極和坩堝壁之間的
距離，以15 mm為宜；
3)電極質(zhì)量要求保證其密度大于3．2 g／cm。抗拉
強度大丁10 MPa，電極進爐前要烘烤。
4)坩堝比0．625～0．88；
5)改變縱向磁場的方向和大小；
6)沒計合理的坩堝的系統(tǒng)；
)對真空自耗爐制定嚴格合理的日常檢修保
養(yǎng)汁劃，并認真執(zhí)行；設置防爆墻；加強對操作人員
的技術培訓，認真開展應急演練
3 鍛造工序及精整工序
鍛造I 序是將熔煉好的鈦錠壓制成板坯丁 序，
有i臺天然氣加熱爐、兩臺電加熱爐、45MN 機
旋轉平車、裝取料機等。
精整工序是將鈦錠(板)鋸斷、表面精整，倒
角。有i臺車床、j臺銑床、兩臺鋸床、一臺銫銑
床、_|臺吊掛砂輪。
3。1 主要危險因素
1)鈦錠加熱時可能發(fā)生天然氣爆炸、灼燙；
2)進 爐時可能發(fā)生機械傷害、物體打擊、觸電；
3)檢修爐體、45MN時可能高處墜落；
4)45MN油罐儲有20噸以上的液 油，f1j’能發(fā)
生爆炸，火災。
3．2 應對措施
1)使用天然氣爐時要加強檢查，先點火后外入
然氣；
2)人員站位適當，搞好聯(lián)?；ケ?；
3)高空作業(yè)必須佩戴安全帶；
4)滅火器材充足，自動報警系統(tǒng)，每班專人檢食
參考文獻
【1】莫畏鄧國珠羅方承．4k；~,-k- ．．北京．冶金工業(yè)出版社：1998
【2J傅杰．等特種冶煉．北京 臺金_r-,lk出版社；1982
【3】JM拉弗蒂．程積高喻立責譯真空電弧理論和應用機械
工業(yè)出版社：
(L接第63頁)信息報告和披露以及重大流程內(nèi)
部控制的有效機制，通過采取規(guī)避、化解、對沖、轉
移等手段，有效降低各類不確定性因素可能給企業(yè)
經(jīng)營帶來的風險和損失，從根本上避免企業(yè)遭受重
人損失，保訌E企業(yè)經(jīng)營績效的穩(wěn)定、持續(xù)增長，從而
促進企業(yè)價值的不斷提升。
5 結論
諾!，!爾經(jīng)濟學獎獲得者丹尼爾·卡尼曼提出的
預期理論揭示：人們在做決策時，理性永遠是有限
的。風險就是關于“未來的不確定性”。風險與企
業(yè)經(jīng)營日標緊密相關。一般來說，企業(yè)目標定得越
高風險越大，目標定得越低風險越小。風險對企業(yè)
經(jīng)營目標的影響表現(xiàn)為實際行為的結果可能與我
們預定的目標之間存在的差距。全面風險管理是
企業(yè)管理的重要內(nèi)容，風險管理機制更是企業(yè)管理
體系的關鍵組成部分。建立健全企業(yè)傘面風險管
理體系，強化全面風險管理，建立有效的風險管控
機制，盡可能地防范經(jīng)營風險，對增強企業(yè)競爭力，
促進企業(yè)持續(xù)、健康、穩(wěn)定發(fā)展具有十分重要的意
義。風險管理并不僅僅是幾個部門或者決策層
應關注的事，即使是最成功的管理者，他f『J的想法
也未必會一直那么理智，事實上，成功的風險管理，
需要企業(yè)每一個員T的重視和參與 有全員提高
風險防范意識，風險管理才具有最}泛的群眾基
礎。只有共同參與建設全面風險管理體系，才能使
企業(yè)走得更快、更穩(wěn)，從而實現(xiàn)百年企業(yè)、基業(yè)長青
的夢想。
參考文獻
【1 J國務院國有資產(chǎn)監(jiān)督管理委員會《中央企業(yè)全面風險管
理指引》

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