Аварии в металлургии

Металлургический завод — сложный «организм», который живет и развивается по своим законам. Неудивительно, что в его работе иногда случаются сбои. Организм «болеет» из-за износа оборудования или внезапно ломается по причине аварий. С первой опасностью хорошо справляются капитальные ремонты и замена морально устаревшего оборудования, а вот аварийные ситуации — это фактор с элементом непредсказуемости и внезапности. Вместе с тем, аварии могут быть весьма живописными в своей «первобытной» красоте: море огня, взрывы или обрушения — все это напоминает природные стихийные бедствия (извержения вулканов, землетрясения), которые издревле пугали, но и восхищали человека.

Причины аварий могут быть совершенно разными, начиная от сбоев в работе оборудования и завершая человеческим фактором. Оставим классификацию происшествий специалистам по охране труда и посмотрим на этот процесс, как сторонние наблюдатели. Видео, которые вы увидите ниже, во многих случаях сняты самими сотрудниками предприятий, поэтому нередко содержат ненормативную лексику. Просим воспринимать эти «термины», как эмоциональную реакцию на неординарные события.

Черная металлургия ассоциируется прежде всего с реками расплавленного металла. Доменный и сталеплавильный передел — это десятки миллионов тонн чугуна и стали, обузданные гением инженерной мысли. Иногда в этом потоке производства случаются «проколы» - и тогда огненная река выходит из берегов, сметая все на своем пути. Причины и механизм могут быть совершенно разными, поскольку только в доменном и сталеплавильных цехах расплав и шлак находятся в 10-15 различных агрегатах. Рассмотрим наиболее распространенные и зрелищные «события».

Аварийная ситуация - Прогар

Начнем с прогара футеровки и брони агрегата. Жидкая сталь при транспортировке и обработке имеет температуру около 1650 °С, чугун - около 1350 °С. Именно поэтому «емкости» для транспортировки и обработки расплава имеют усиленный стальной кожух, а изнутри выкладываются огнеупорным кирпичом. В процессе эксплуатации футеровка (огнеупорная кладка) подвергается интенсивному воздействию температур, разрушается из-за химического воздействия металла и шлака, изнашивается под влиянием высокотемпературных потоков жидкой стали. В большинстве случаев ковши и печи вовремя останавливают и выводят в ремонт, но случаются и «осечки». Тогда металл находит путь наружу, с легкостью прожигая стальной корпус.

Прогар сталеразливочного ковша

На видео видно, как локализуется процесс прогара в стенке ковша. В этом случае есть шанс спасти весь или часть металла, слив его в другую емкость или приямок. Эта технологическая операция требует опыта и быстроты принятия решений, а также определенной смелости от исполнителей.

Прогар ковша и перелив металла в другой ковш

В некоторых случаях прогар чугуновозных ковшей происходит «в пути», тогда машинист везет за собой мини-вулкан с выливающейся «лавой». Цель такого мероприятия: вылить чугун равномерным тонким слоем, чтобы не залить железнодорожные пути и не блокировать транспортное соединение между доменным и сталеплавильным цехами. Кроме того, тонкий слой застывшего чугуна легче и быстрее убрать, чтобы затем использовать в качестве шихты в конвертере.

Прогар «на колесах»

После аварии металл подрывают краном или режут резаками, чтобы повторно использовать в технологическом процессе производства стали. Такие меры позволяют достаточно быстро освободить площадь цеха и коммуникации.

Прогар миксера на комбинате «Азовсталь»

Потери могут исчисляться несколькими тоннами или даже суточным запасом чугуна для конвертерного цеха, как это произошло на комбинате «Азовсталь», где в 2019 году в результате прогара миксера разлилось 2 тыс. тонн чугуна.Прогар миксера на комбинате «Азовсталь»

Аварийная ситуация - Прорыв

Еще одним близкородственным процессом является «прорыв». Так называют аварию, которая происходит при разливке стали на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ). Суть процесса при нормальном его протекании заключается в следующем: сталь заливается сверху в специальную бездонную форму метровой длины (кристаллизатор), а снизу непрерывно вытягивается заготовка с жидкой сердцевиной. В штатном режиме металл в кристаллизаторе успевает затвердеть по краям, образуя «трубу» с расплавленной сердцевиной. Далее эта заготовка поливается водой, охлаждаясь и полностью затвердевая. Обычно параллельно происходит разливка в 2-8 кристаллизаторов и каждая из таких линий носит название «ручей». В итоге такого безаварийного процесса получается квадратный, круглый, прямоугольный или более сложный профиль, подходящий для дальнейшей прокатки.

Анимация прорыва

Впрочем, иногда из-за нарушения режимов охлаждения процесс идет не столь гладко. Тонкая (от 10 мм) корочка заготовки не выдерживает давления жидкого расплава, разрывается и через образовавшуюся трещину выливается металл. Такая авария называется «прорывом». В результате ЧП расплавленная сталь заливает достаточно «чувствительное» оборудование МНЛЗ, принося значительные убытки.

Прорыв одного из ручьев МНЛЗ

При прорыве ручей аварийно охлаждают, останавливают МНЛЗ, а затем извлекают поврежденный участок из кристаллизатора, как это показано на следующем видео, и приступают к замене поврежденных узлов. Стоимость ликвидации прорыва МНЛЗ составляет около 500-600 тыс. долларов. При этом сама машина выводится на внеплановый ремонт, продолжительность которого составляет от 3 до 8 суток, что «сбивает» ритм работы всего сталеплавильного цеха, снижает производительность и вынуждает изменять схему производства.

Последствия прорыва

Аварийная ситуация - Выбросы

Металлургия — это масса химических процессов, многие из которых проходят с бурным выделением тепла или образованием газообразных веществ. Специалисты стараются использовать свои знания для работы с «джинном в бутылке», но иногда «химия» выходит из-под контроля. Одним из последствий может стать слишком бурная реакция и, как результат, выброс стали и шлака из агрегата. Выглядит это достаточно эффектно, но персоналу следует быть бдительным, ведь с расплавленным металлом шутки плохи.

Выброс металла и шлака из конвертера

Особенно бурные реакции происходят в кислородном конвертере, что учтено в его конструкции. В спокойном состоянии объем расплавленной стали в этом агрегате составляет около 1/7 от его внутреннего рабочего пространства. В ходе технологического процесса шлако-металлическая эмульсия, словно пена в стиральной машинке, заполняет весь конвертер и в критических случаях может извергнуться наружу кипящей лавой.

Выброс металла и шлака из дуговой сталеплавильной печи и взрыв

Выброс может стать началом более мощного явления — взрыва. Риск развития такой ситуации особенно велик при выплавке стали в дуговой сталеплавильной печи, внутреннее пространство которой имеет водоохлаждаемые панели. Подробнее о причинах этого явления мы поговорим в следующем подразделе.

Аварийная ситуация - Вода

Прогар или выброс иногда дополняется упомянутыми вторичными явлениями, которые усугубляют ситуацию. «Вода камень точит» — это выражение известно каждому. Впрочем, у воды есть еще масса скрытых «талантов». С ее помощью можно резать металл или раскалывать камни. При контакте с жидким металлом вода превращается в грозную силу. Дело в том, что при ее испарении колоссально быстро выделяется водяной пар, объем которого гораздо больше, чем жидкости. Высокая скорость процесса приводит к мощным выбросам и даже взрывам.

Система охлаждения старой доменной печи бельгийского завода Hauts-Fourneaux B (взгляд снаружи)

Система холодильников на новой доменной печи №6 на заводе Voestalpine в австрийском Линце (взгляд изнутри)

Где же вода контактирует с металлом? Доменная печь или дуговая сталеплавильная печь имеют систему принудительного охлаждения паром или водой. Для этого используются холодильники (в ДП) или водоохлаждаемые панели (но только в ДСП, но и в установке «печь-ковш»). Принцип охлаждения прост - теплоноситель циркулирует по трубам и отбирает избыточное тепло агрегата, обеспечивая его нормальное функционирование.

Система охлаждения дуговой сталеплавильной печи («змеевики» внутри корпуса — водоохлаждаемые панели с циркулирующей водой)

Иногда от температуры, ударов или других факторов холодильник или панель «ослабляются» и прогорают, что приводит к контакту металла с водой.

Авария 1

Авария 2

Вынесло фурму доменной печи на АМК

Есть еще один фактор, который может привести к выбросам. Это наличие воды/льда/снега в исходном сырье. Такое случается, когда в сталеплавильном производстве используется некачественно подготовленный лом или сырые ферросплавы. Вспомните, как шипит и брызжет сковорода, если налить масло на влажную поверхность. Вода быстро превращается в пар, пузырьки взрываются, разнося вокруг раскаленное масло. Аналогичным образом ведет себя и сталь в контакте с влагой, приводя к колоссальным взрывам.

Взрыв в дуговой сталеплавильной печи после завалки сырой шихты

Аварийная ситуация - Поломка оборудования

Металлургические и вспомогательные агрегаты проектируются с учетом постоянного или переменного влияния температур, агрессивных веществ и других негативных факторов. Несмотря на это, в практике производства черных металлов встречаются случаи аварийного выхода оборудования из строя с масштабными последствиями. Достаточно часто «виновником» ЧП становится грузоподъемная техника. Это может происходить как в ходе ремонтных работ, так и при штатной транспортировке сырья, агрегатов или продукции.

Обрушение кабины крана на «АрселорМиттал Темиртау»

Если крановое оборудование транспортирует емкость с жидким металлом, последствия могут быть еще более значительными. Такое событие случилось на «Магнитке», когда при перевозке сталеразливочного ковша в мартеновском цехе произошел обрыв серьги. Вылилось 300 тонн металла, страшная сила расплавленной стали унесла человеческие жизни, трагедию до сих пор вспоминают на комбинате.

Обрыв серьги крана на ММК

Обрыв ковша на индийском заводе Rourkela Steel

Аварии на заводах цветной металлургии

Поломки могут настигнуть не только крановое оборудование. К примеру, сам сталеразливочный ковш также представляет собой достаточно сложный механизм. При разливке в его днище открывается запорный механизм (шибер), который перекрывает сталевыпускное отверстие и происходит выпуск металла. В случае поломки или ошибок в обслуживании этого механизма сталь может пойти «некроющим шибером», как этом произошло на ОЭМК в 2020 году, когда 64 тонны металла вылилось на пол электросталеплавильного цеха.

Авария на ОЭМК

Особого внимания заслуживают действия персонала при выявлении неполадок. На следующем видео показано, как при обнаружении неисправности с жидкую сталь из «поврежденного» ковша перелили в пустой исправный ковш и тем самым спасли плавку.

Перелив стали из ковша в ковш

Аварийная ситуация - Огненный змей

До сих пор мы акцентировали внимание на работе с расплавленным металлом, но с точки зрения зрелищности аварии в прокатном производстве бывают не менее живописными. При горячей прокатке «огненный змей» вырывается на свободу, сворачиваясь в смертоносные кольца, поэтому прокатчикам всегда следует быть начеку.

Бурение на сортопрокатном стане

Показанный выше инцидент носит названия «бурёжка», «бурение», «забуривание». Причиной такого явления становится рассинхрон в работе нескольких последовательных клетей. Для экономии ресурсов и площадей цеха, а также для увеличения производительности на современных прокатных станах раскат одновременно находится в нескольких последовательных клетях. Режимы прокатки выбираются таким образом, чтобы скорость полосы в соседних клетях была одинаковой при разных режимах обжатия (в первой клети заготовку обжимают в поперечном сечении, в следующей обжимают еще сильнее и так далее). Такая слаженность достигается правильным выбором калибровки роликов (формы канавок в валках прокатной клети) и скоростных режимов обжатия.

«Умная» укладка раската восьмерками

Иногда в стабильном технологическом процессе «что-то идет не так» и раскат «упирается» в одну из клетей, начиная «змеиться» огненным потоком. В таком случае на современных прокатных станах существуют системы реагирования на бурение, которые останавливают процесс прокатки при возникновении неполадок. Но и в этом случае убытки довольно значительны. Теряется одна заготовка, которую режут на металлолом и отправляют на переплавку в сталеплавильный цех. Еще одна заготовка, вышедшая из нагревательной печи, теряет тепло и отправляется на повторный нагрев.

Раскат не вошел в прокатную клеть

Простои, связанные с ликвидацией аварии, относительно невелики. Они составляют до 3 часов, после чего прокатный стан вновь запускают в работу. Вместе с тем, при масштабной аварии полоса может повредить оборудование и травмировать находящихся рядом работников. Для предотвращения такой ситуации используют так называемые петлеуловители и другие меры.

Пусконаладочные работы на «Электростали Тюмени»

Пожары. Взрывы. Стихийные бедствия

В этом подразделе мы объединили несколько причин, которые относительно часто влияют на работу металлургических предприятий. Одним из них являются возгорания. Причиной может быть контакт с расплавленным металлом, человеческая халатность или нарушение технологического режима. Дополнительным фактором риска является наличие большого количества горючих веществ в металлургическом производстве. К примеру, в прокатных цехах имеются маслоподвалы, где хранятся ГСМ для обслуживания станов и других агрегатов. Малейшее нарушение техники безопасности — и огонь охватит огромные площади.

Пожар в листопрокатном цехе «АрселорМиттал Темиртау»

Металлургическое предприятие - это еще и место, где существует высокий риск возникновения взрыва. О некоторых причинах мы уже упоминали (попадание металла на воду и пр.), но есть еще масса факторов, которые могут привести к огромным мгновенным выбросам энергии. Взрыв газопровода, попадание баллонов или даже снарядов в шихту, взрыв газов внутри металлургических агрегатов.

Взрыв в конвертерном цехе ArselorMittal Кривой Рог

Стихийные бедствия — еще одна причина проблем для металлургов, которые «страдают» от наводнений, ураганов, цунами. В 2020 году из-за обильных дождей и разлива двух рек на 10 дней был остановлен сортопрокатный цех «НЛМК-Урал» в Нижних Сергах. В декабре 2019 года подтопление привело к остановке доменного цеха на заводе Gary Works, принадлежащего Pittsburgh Steel Company и US Steel. Правда, в этом случае причиной стали не последствия стихии, а прорыв крупного водопровода, который доставляет воду для охлаждения печей из озера Мичиган.

Последствия «наводнения» на заводе Gary Works

Ураган — еще одна неостановимая сила, которая не делает различий между жилыми домами и промышленными объектами. С такой силой в 2012 году столкнулись в итальянском городе Таранто, где находится завод Ilva Steel Mill. Серьезно пострадала портовая инфраструктура, возникло несколько пожаров, повреждено крановое оборудование, конвейеры, конструкции в коксодоменном и конвертерном производстве. В результате стихийного бедствия 38 человек получили травмы, а один сотрудник пропал без вести.

Ураган в Таранто

В 2011 году после очередного землетрясения на японский завод Kamaishi Steelworks компании Nippon Steel обрушилось цунами. Это не первый случай столкновения со стихией, ведь предприятие работает уже около 140 лет и было «участником» стихийных бедствий в 1896 и 1933 годах. Впрочем, Великое восточно-японское землетрясение 2011 года стоит особняком в этом ряду, ведь из-за него произошла остановка нескольких десятков машиностроительных, химических, энергетических, нефтеперерабатывающих и других предприятий по всей стране. Разрушения коснулись и металлургического сектора.

Цунами в городе Камаиши

В результате цунами значительно повреждены портовые сооружения и производственные участки Kamaishi Steelworks, приостановлена работа доменного, сталеплавильного и прокатного цехов другого завода Kimitsu Steelworks, незначительные проблемы возникли на предприятии Muroran Steelworks (все три предприятия принадлежат Nippon Steel). Также было остановлено производство на металлургическом заводе компании Sumitomo в Кашиме.

Разрушения на металлургическом заводе компании Nippon Steel

Действия персонала

Не зря говорят, что у каждой аварии есть своя фамилия. Это в полной мере касается многих аварийных ситуаций в металлургии. Впрочем, есть случаи, когда для определения «виновника» достаточно посмотреть на саму аварию. Мы подобрали для вас несколько роликов, которые особенно наглядно иллюстрируют это явление.

Падение КамАЗа с крана

Падение трубы при монтаже трубопровода на «АрселорМиттал Темиртау»

Падение крана при установке опоры ЛЭП на ЕМЗ

Выводы:

Вместо тысячи слов предлагаем вам просмотреть классический ролик-совет, который невероятно актуален для любого металлургического предприятия: