Metal Dust Explosion Hazards: A Technical Review

Abstract

Metal dust deflagrations continue to pose a critical threat toward safety in the metal processing industry. This paper begins with introduction of the fundamental requirements for an explosion and reviews the modern developments in explosion prevention techniques, while describing the challenges confronted with applying these techniques to nonstandard metal dust applications. Variability in several intrinsic properties associated with bulk solids conveyance (such as propagation behavior, degree of turbulence, particle size, and moisture content) contributes to metallic fuels having the increased potential to act as highly reactive explosion hazards. Upon ignition in a contained enclosure volume and propagation to interconnected vessels, metal dusts exhibit augmented explosion severity and sensitivity because of their large heats of combustion, higher burning temperatures, radiative heat transfer effects, and abnormally reactive interactions with water. These characteristics are specific to metal dust fuels and are not commonly demonstrated in organic combustion.

Eklemeli imalat yöntemlerinde metal tozu patlama riski ve önleme yöntemleri

“…(3) tozun havadaki konsantrasyonu, (4) yeterli ateşleme kaynağı, (5) kapalı ortam olarak sayılabilir [10]. Şekil 1.…”

“…Şekil 1. Toz Patlama Beşgeni [10] Havadaki oksijen, çoğu yanıcı madde için en yaygın oksitleyicidir. Bununla birlikte, materyali oksitleyebilen diğer gazlar da yanıcı bir toz olayında bir oksitleyici görevi görebilir.…”

“…2010 yılında, New Cumberland, WV'de bir metal üreticisi olan AL Solutions şirketinde arızalı bir karıştırıcıda sürtünmeli ısıtma veya kıvılcımlar tarafından tetiklenen yıkıcı bir metal tozu patlaması yaşanmıştır. Bu titanyum ve zirkonyum tozu patlaması üç kişinin ölümüne ve bir ciddi yaralanmalara yol açmıştır [9,10]. Ağustos 2014'te Çin'in doğu Jiangsu Eyaletinde General Motors'a parça sağlayan bir fabrikada çok daha yıkıcı bir başka metal tozu patlaması meydana gelmiştir.…”

“…Yetersiz tesis bakımı ve yetersiz izolasyon teknikleri, alüminyum alaşımı tozunun tehlikeli bir şekilde birikmesine ve yeterli bir tutuşma kaynağı bulması ile patlamasına sebep olmuştur. Bu patlamanın ise 146 kişinin ölmesi ve 114 kişinin yaralanmasıyla sonuçlanması, toz patlamasından kaynaklanan kazaları önlemek için daha etkili yöntemler ve maddeler geliştirme ihtiyacına yol açmıştır [10,11].…”

Mitigation of Iron and Aluminum Powder Deflagrations via Active Explosion Suppression in a 1 m3 Sphere Vessel

“…Metal dust fuels exhibit a notably heightened explosion risk due to their substantial heats of combustion, burning temperatures, flame speeds, ignition sensitivities, and explosibility parameters (maximum rates of pressure rise [ K St ] and maximum pressure observed in a contained deflagration [ P max ]). During propagation of a metal dust flame, energy input to the preheat zone is driven by a greater degree of radiative heat transfer, in addition to standard conduction and convection pathways, which leads to a more substantial flame proliferation rate and explains the amplified spontaneity commonly associated with metal powder combustion. − …”