轉(zhuǎn)爐爐內(nèi)“噴爆”原因分析及預(yù)防對策

轉(zhuǎn)爐爐內(nèi)"噴爆"原因分析及預(yù)防對策吳〉勇濤;黃志強(qiáng);熊永平;尹振江【摘要】結(jié)合事故統(tǒng)計(jì)分析將轉(zhuǎn)爐爐內(nèi)〃噴爆”事故分為材料引起〃噴爆”、操作引起〃噴爆”、設(shè)備引起〃噴爆”、工藝引起〃噴爆”、綜合因素引起〃噴爆”等五類，剖析了〃噴爆”產(chǎn)生機(jī)理，并就〃噴爆”事故預(yù)防原則與控制重點(diǎn)進(jìn)行了探討.【期刊名稱】《河南冶金》【年(卷)，期】2014(022)004【總頁數(shù)】4頁(P19-22)【關(guān)鍵詞】噴爆;機(jī)理;預(yù)防;控制【作者】吳勇濤;黃志強(qiáng);熊永平;尹振江【作者單位】方大特鋼科技股份有限公司;方大特鋼科技股份有限公司;方大特鋼科技股份有限公司;方大特鋼科技股份有限公司【正文語種】中文0前言轉(zhuǎn)爐是煉鋼的容器和冶煉發(fā)生器皿，鐵水、廢鋼、生鐵、造渣材料、護(hù)爐材料、含鐵物質(zhì)、氧氣等在轉(zhuǎn)爐內(nèi)激烈反應(yīng)進(jìn)行冶煉，控制不當(dāng)時(shí)爐內(nèi)反應(yīng)的激烈程度大于轉(zhuǎn)爐容器〃容忍”的空間，即刻發(fā)生〃噴爆”，爐內(nèi)材料高溫熔融物、氣體從爐口，或炸開爐體薄弱部位“飛”出，巨大的“氣浪”沖擊和高溫熔融物的傷害，造成設(shè)備損壞和人員傷亡，形成事故。因此，對〃噴爆”事故進(jìn)行分析，查找事故原因，制定防范措施具有極其重要的意義。1轉(zhuǎn)爐煉鋼系統(tǒng)構(gòu)成1.1轉(zhuǎn)爐冶煉工藝流程轉(zhuǎn)爐冶煉分為五步：①通過行車將鐵水、廢鋼、生鐵等原料加入轉(zhuǎn)爐;②轉(zhuǎn)爐降氧槍供氧吹煉，期間通過爐頂料倉加入造渣等材料;③倒?fàn)t倒渣、取樣、測溫等;④轉(zhuǎn)爐出鋼脫氧合金化處理;⑤濺渣護(hù)爐。轉(zhuǎn)爐冶煉工藝流程如圖1所示。圖1轉(zhuǎn)爐冶煉工藝流程1.2轉(zhuǎn)爐煉鋼流程構(gòu)成要素構(gòu)成轉(zhuǎn)爐冶煉的要素有：轉(zhuǎn)爐爐體，轉(zhuǎn)動爐子的傳動機(jī)構(gòu)，鐵水、生鐵、造渣料等原材料，加入原材料的行車，倒渣的爐口、密封爐口的煙罩、煙道、承重轉(zhuǎn)爐的托圈、下料管等水冷件及其水冷系統(tǒng)，氧槍及供氧系統(tǒng)。這些要素的關(guān)聯(lián)關(guān)系如圖2所示。圖2轉(zhuǎn)爐煉鋼構(gòu)成要素關(guān)聯(lián)示意圖2轉(zhuǎn)爐爐內(nèi)〃噴爆”事故機(jī)理轉(zhuǎn)爐煉鋼是一個高溫的物理化學(xué)反應(yīng)過程，整個工藝過程都在高溫狀態(tài)下進(jìn)行。轉(zhuǎn)爐爐內(nèi)〃噴爆”主要是氣體瞬間膨脹或大量氣體產(chǎn)生，爐內(nèi)沒有空間或及時(shí)弛壓”，氣體從爐口或薄弱部位，附帶爐渣、金屬等高溫熔融物沖出爐體，形成事故?！銡怏w有兩類，一類是CO,—類是蒸汽。轉(zhuǎn)爐內(nèi)，由于氧氣流股對容池的沖擊，以及脫碳反應(yīng)產(chǎn)生大量CO氣體逸出，造成爐渣及金屬液的飛濺是不可避免的，正常情況下，這種飛濺的高度不會超出爐口，當(dāng)脫碳速度達(dá)到0.4%/min~0.6%/min時(shí)（正常情況是0.20%/min~0.25%/min），短時(shí)內(nèi)產(chǎn)生大量的CO,每秒鐘向爐口排出其體積為鋼液體積3~4倍的。0氣體，氣體具有較大的動能，可將爐渣及金屬液噴出爐外［1］。轉(zhuǎn)爐內(nèi)，原材料水份含量高、封閉器皿帶水、水冷設(shè)備漏水等原因造成水入高溫轉(zhuǎn)爐內(nèi)，水瞬間加熱成蒸汽，體積隨溫度迅速膨脹，經(jīng)計(jì)算：僅500g水被加熱到16001時(shí)，水蒸氣壓力會突然升高到853.8MPa［2］，巨大的蒸汽壓力變?yōu)閯幽埽瑢⒏采w蒸汽的和周圍的爐渣、金屬向低壓方向〃泄壓”，形成爆炸。3轉(zhuǎn)爐爐內(nèi)“噴爆”事故分類及原因分析根據(jù)轉(zhuǎn)爐爐內(nèi)〃噴爆”機(jī)理可知，形成事故的動能有CO和水蒸氣兩種介質(zhì)，但產(chǎn)生這兩種介質(zhì)的要因有以下五個方面，這五個方面也是轉(zhuǎn)爐爐內(nèi)〃噴爆”事故的五個分類。3.1原材料不合格引起〃噴爆”原材料潮濕和原材料中有密封器皿是原材料引起〃噴爆”的主要原因，當(dāng)潮濕原材料和密封器皿加入轉(zhuǎn)爐時(shí)，原材料水分、密封器皿內(nèi)水份或氣體，在轉(zhuǎn)爐內(nèi)經(jīng)高溫瞬間變成氣體，迅速膨脹并帶動爐內(nèi)材料涌出爐體引起〃噴爆”事故。原材料不合格主要有兩種，一種含水量高不合格，一種C含量超過要求不合格。生鐵潮濕，廢鋼密封器皿（主要內(nèi)含水）潮濕，造渣材料、護(hù)爐材料、冷卻劑等水分高加入轉(zhuǎn)爐，不可避免地高溫氣化膨脹，嚴(yán)重引起〃噴爆”事故，此為前一種材料水分不合格引起事故;有的原材料有C要求，若超標(biāo)入爐，一方面碳與氧快速形成C、O反應(yīng)生成CO氣體，或碳與爐渣中高FeO激烈反應(yīng)生成CO氣體，熔池內(nèi)脫碳反應(yīng)的不均勻性而突發(fā)性脫碳，可能引發(fā)〃噴爆”事故。另一方面原材料C高還可能引發(fā)其它設(shè)備事故，如：加入轉(zhuǎn)爐內(nèi)的冷卻劑污泥球碳含量過高，碳氧化產(chǎn)生的CO濃度積達(dá)到一定時(shí)，風(fēng)機(jī)與污泥球粉末摩擦產(chǎn)生火花，造成風(fēng)機(jī)內(nèi)CO與空氣中的氧氣發(fā)生劇烈反應(yīng)，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)爆炸事故［3］，此為后一種材料C含量不合格引起事故。3.2操作不當(dāng)引起〃噴爆”操作不當(dāng)引起的〃噴爆”分兩種，一種是轉(zhuǎn)爐冶煉（供氧）過程發(fā)生的〃噴爆”，另一種是非冶煉過程發(fā)生的〃噴爆”。冶煉過程發(fā)生的〃噴爆”常指嚴(yán)重的〃噴濺”?！皣姙R”是頂吹轉(zhuǎn)爐操作過程中經(jīng)常見到的一種現(xiàn)象，分爆發(fā)性噴濺、泡沫性噴濺和金屬噴濺［4］。噴濺產(chǎn)生初始，只有少量的爐渣、金屬、氣體〃逸出”，一時(shí)得不到控制，噴濺加劇，瞬間大量的爐渣與金屬熔融物、氣體〃爆出”爐外，甚至將爐帽、煙罩等炸開，形成〃噴爆”事故。操作不當(dāng)弓I起的〃噴爆”，不僅飛濺的爐渣、金屬產(chǎn)生傷害事故，還會損傷爐帽、煙罩、水冷爐口等設(shè)備，使冷卻水進(jìn)入爐內(nèi)，引起〃噴爆”。非冶煉過程發(fā)生的〃噴爆”常發(fā)生在留渣操作或倒渣不凈時(shí)，高氧化性爐渣遇兌入的鐵水，渣中高“FeO”與鐵水中“C”激烈反應(yīng)，瞬間生成大量的“CO”引發(fā)“噴濺”；另外，雙渣法煉鋼，高FeO含量的爐渣進(jìn)入脫碳期，劇烈的C、O反應(yīng)產(chǎn)生的CO氣體在倒?fàn)t時(shí)“涌”出爐口，會產(chǎn)生“噴爆”事故;轉(zhuǎn)爐更換新爐襯砌筑時(shí)磚膨脹縫未掌握好，或開新爐生產(chǎn)前新爐襯烘烤不夠，倒?fàn)t時(shí)爐襯坍塌，或潮濕爐襯水分氣化膨脹，也會形成“噴爆”事故。操作不當(dāng)主要是對規(guī)程、規(guī)章、制度不熟悉執(zhí)行不到位或違章作業(yè)引起。3.3設(shè)備漏水引起“噴爆”轉(zhuǎn)爐煉鋼離不開水，很多設(shè)備需要水來冷卻，但又懼怕水，而怕就是怕設(shè)備漏水。設(shè)備漏水有兩方面因素，一是設(shè)備質(zhì)量問題或壽命超期引起的漏水，二是操作不當(dāng)造成的設(shè)備漏水。氧槍、氧槍孔、下料管、煙罩、罩裙、煙道、水冷爐口、托圈等水冷設(shè)備因?yàn)榇嬖谫|(zhì)量問題或者延期壽命使用，均可能發(fā)生設(shè)備漏水，而水進(jìn)入轉(zhuǎn)爐爐內(nèi)，經(jīng)高溫瞬間蒸發(fā)成氣體，得不到及時(shí)排出，迅速膨脹涌出爐體引起“噴爆”事故;還有這些水冷設(shè)備，由于操作失誤，燒蝕、急冷急熱、冷卻不足、不均，機(jī)械擠壓等傷害設(shè)備致其漏水，水質(zhì)不當(dāng)最終也會傷害水冷設(shè)備造成設(shè)備漏水，漏水進(jìn)入轉(zhuǎn)爐內(nèi)，均可能會引起“噴爆”事故。設(shè)備漏水是設(shè)備事故，而漏水進(jìn)入轉(zhuǎn)爐內(nèi)，才可能引發(fā)〃噴爆”，形成安全事故。3.4工藝不完善引起〃噴爆”制定的轉(zhuǎn)爐原材料標(biāo)準(zhǔn)、生產(chǎn)方法、操作規(guī)程、設(shè)備規(guī)程不合理（或不完善）等引起的〃噴爆”，統(tǒng)稱為工藝（不合理、不完善）引起〃噴爆”。工藝不合理、不完善主要是指規(guī)程、規(guī)章、制度、規(guī)范、要求的缺失和不合理、不完善，在原材料、生產(chǎn)流程、生產(chǎn)操作、設(shè)備操作、新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備、新材料等方面，由于認(rèn)識不夠、時(shí)間的變化、環(huán)境的改變、人員的變換、方法的不同等都可能使得規(guī)程、規(guī)章、制度、規(guī)范、方法等在制定時(shí)缺失內(nèi)容，或因時(shí)、因地、因人、因物、因法而失效，或系統(tǒng)不完整不合理，這些（方面）的不足，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)、改進(jìn)，就可能釀成事故。工藝不完善表象是文件不完善，根子是制定文件的人，沒有動態(tài)的管理文件，確保文件有效。3.5綜合因素引起"噴爆"上述兩種或兩種以上因素引起的〃噴爆”，稱為綜合因素引起〃噴爆”，是一種或兩種因素不當(dāng)延伸或誘發(fā)另一因素問題或事故，甚至傳遞到第三因素問題或事故，再引發(fā)〃噴爆”事故。隨著安全工作的進(jìn)步，職工安全意識的提高，單個因素引起的〃噴爆”事故減少，但事故危害輕的操作抱著僥幸心理還存在，如此使得危害在下個因素疊加或引發(fā)事故。4〃噴爆”事故預(yù)防措施安全貫穿于生產(chǎn)的全過程，是針對生產(chǎn)中的一切人、物（材料、設(shè)備）、環(huán)境、方法、計(jì)量等的狀態(tài)進(jìn)行管理與控制，是一種動態(tài)管理。結(jié)合〃噴爆”事故機(jī)理及事故原因分析，制定〃噴爆”事故的預(yù)防措施，要從以下五個方面入手，完善文件、動態(tài)管理，形成有效的安全管理機(jī)制。4.1建立完善的原材料標(biāo)準(zhǔn)與檢驗(yàn)、判定、信息傳遞、入爐工藝等預(yù)防制度在原材料方面，廢鋼、生鐵要避雨堆放，避免潮濕入爐，特殊情況使用，采取轉(zhuǎn)爐先加廢鋼再兌鐵水工藝及其在安全預(yù)警制度下實(shí)施;廢鋼含密閉器皿必須挑除，不準(zhǔn)入爐;造渣材料、護(hù)爐材料、冷卻劑等原材料必須制定水分等要求，特殊情況要使用，嚴(yán)禁多個超標(biāo)材料同時(shí)使用，并要求必須有預(yù)案指導(dǎo)操作（規(guī)定材料使用時(shí)間、地點(diǎn)、數(shù)量、方法、監(jiān)督等）;建立完善的原材料檢驗(yàn)、判定、結(jié)果傳遞、入場、入爐工藝等規(guī)范。4.2嚴(yán)格操作制度在操作方面，主要控制的就是違章操作。這方面依靠的是健全的規(guī)程、規(guī)章、制度、規(guī)范、要求，班組、車間、廠級、部門等定期和不定期的安全檢查，及時(shí)、有效涵蓋規(guī)程、規(guī)章、制度、法律法規(guī)、安全意識等的培訓(xùn)，獎懲嚴(yán)厲的激勵機(jī)制等基礎(chǔ)管理來保證。根據(jù)常見的〃噴爆”事故，應(yīng)嚴(yán)格：轉(zhuǎn)爐砌爐制度、新爐烘烤制度、裝料制度、冶煉操作供氧和加料制度、終點(diǎn)控制（終渣和留渣）制度、濺渣制度等制度的執(zhí)行;重點(diǎn)控制砌爐的膨脹縫，新爐烘烤時(shí)間、方法，鐵水與廢鋼生鐵的不同工藝的加入順序，冶煉渣中FeO控制，氧槍槍位高低，終點(diǎn)溫度和爐渣氧性，爐襯侵蝕等關(guān)鍵控制要素。在操作上還需采取一些監(jiān)控手段，爐殼關(guān)鍵部位測溫監(jiān)控、氧槍防墜落裝置、氧槍槍位班班測量、爐底測量等，有條件的可以上爐襯測厚儀、轉(zhuǎn)爐冶煉音頻化渣儀等監(jiān)測設(shè)備。4.3設(shè)備計(jì)量監(jiān)督、連鎖控制，制定嚴(yán)格的設(shè)備三大規(guī)程和可控的設(shè)備壽命管理在設(shè)備方面，主要指水冷件設(shè)備防止〃漏水”和〃被漏水”。首先對氧槍、氧槍孔、下料管、煙罩、罩裙、煙道、水冷爐口、托圈等水冷設(shè)備實(shí)施水溫、水壓、水量差計(jì)量監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)與煉鋼連鎖控制，異常參數(shù)拒絕煉鋼;主要水冷件不允許封“點(diǎn)”煉鋼，個別水冷件不封〃點(diǎn)”生產(chǎn)要有規(guī)范;制定全面的氧槍、氧槍孔、下料管、煙罩、罩裙、煙道、水冷爐口、托圈等水冷設(shè)備的操作、維護(hù)（點(diǎn)檢）、檢修三大規(guī)程加強(qiáng)設(shè)備壽命管理和檢修質(zhì)量管理，防止無序延長壽命和不合格的檢修、維修質(zhì)量發(fā)生;建立設(shè)備壽命末期的操作制度，動態(tài)跟蹤、操作、控制壽命末期的設(shè)備；對設(shè)備冷卻水質(zhì)量（成分指標(biāo)、流量、壓力要求）要動態(tài)跟蹤、控制;特別重要的是對上述的水冷設(shè)備要制定事故預(yù)案和進(jìn)行預(yù)案預(yù)演。目前，鋼廠較為突出的難點(diǎn)是設(shè)備壽命管理。設(shè)備壽命不能單純看設(shè)備在線運(yùn)行時(shí)間，是設(shè)備在設(shè)計(jì)、制作質(zhì)量、進(jìn)廠驗(yàn)收、安裝質(zhì)量、過程監(jiān)控、小修、維修質(zhì)量、操作規(guī)范、管理等多方面的綜合體現(xiàn)，建立設(shè)備全壽命周期管理系統(tǒng)，對設(shè)備的全過程狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，是目前較為推行的方法。4.4規(guī)范〃四新”工藝技術(shù)，實(shí)效評價(jià)、修改文件在工藝方面，推行〃四新”技術(shù)時(shí)，應(yīng)組織專業(yè)技術(shù)人員對規(guī)程、規(guī)定、制度等文件評價(jià)，避免在制定安全防護(hù)措施前論證不全面、細(xì)致，安全操作規(guī)程、技術(shù)操作規(guī)程、設(shè)備操作規(guī)程、作業(yè)指導(dǎo)書等操規(guī)制定有缺失;其次，要定期或不定期重新評價(jià)、審定規(guī)程、規(guī)定、規(guī)章、制度等文件，評定時(shí)，要避免組織人員不全，沒有收集各部門、多操作工的意見，文件修改〃走形式”。工藝方面要避開這兩項(xiàng)做法。4.5加強(qiáng)現(xiàn)場信息溝通現(xiàn)場瞬息萬變，信息量很大?，F(xiàn)場是根據(jù)信息作業(yè)，缺乏信息，必會造成盲目作業(yè)，違章生產(chǎn)，因此要加強(qiáng)現(xiàn)場的信息溝通，特別是異常信息的傳遞。要充分發(fā)揮班前、班后會的信息傳遞作用，借助對講機(jī)、電話、計(jì)算機(jī)、大屏顯示等信息傳遞手段共享信息，依靠現(xiàn)場語言、肢體溝通，及互相監(jiān)督，實(shí)現(xiàn)信息正常、有效傳遞。5結(jié)束語轉(zhuǎn)爐爐內(nèi)〃噴爆”是由CO、水蒸氣兩種介質(zhì)的高動能〃做功”產(chǎn)生，可分為原材料不合格引起〃噴爆”、操作不當(dāng)引起〃噴爆”、設(shè)備漏水引起〃噴爆”、工藝不完善引起〃噴爆”、綜合因素引起〃噴爆”五類。根據(jù)各類事故的機(jī)理深入分析了事故的原因，制定了〃建立完善的原材料標(biāo)準(zhǔn)與檢驗(yàn)、判定、信息傳遞、入爐工藝等預(yù)防制度;嚴(yán)格操作制度執(zhí)行;實(shí)施設(shè)備計(jì)量監(jiān)督、連鎖控制，制定嚴(yán)格的設(shè)備三大規(guī)