彭波 伍穎 廖森登 黃家維 夏小明 姚俊

【摘 要】鋼渣廠熱燜生產(chǎn)處理渣罐過程中，熱燜渣池爆炸偶有發(fā)生，危及員工安危，造成廠房設備的損害，影響轉爐的生產(chǎn)。文章分析了熱燜過程發(fā)生爆渣的原因，并針對問題提出了工藝優(yōu)化方案。

【關鍵詞】熱燜渣；爆炸；工藝；優(yōu)化

【中圖分類號】TF758 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2017）05-0154-03

0 前言

熱燜渣工藝最常見的事故是爆炸和各類的粉塵危害，以及高溫輻射及蒸汽的燙傷等。熱燜渣處理過程中發(fā)生的爆炸有向熱燜渣渣池內傾倒紅液態(tài)鋼渣時發(fā)生的爆噴和熱燜過程中熱燜渣渣池子內氣體產(chǎn)生的爆炸。如何杜絕熱燜過程中發(fā)生燃爆是鋼渣熱燜處理工藝探索和研究的重要課題之一。

1 工藝技術參數(shù)

熱燜渣渣池子數(shù)量：8個；鋼渣處理溫度：300～1 600 ℃；處理周期：12～18 h；每個池子處理的渣量：200～250 t。

2 熱燜渣工藝過程中爆炸事故的發(fā)生機理

2012年，某鋼渣廠熱燜渣投產(chǎn)以來共發(fā)生爆炸事故12次，具體原因分類統(tǒng)計見表1。

2.1 在扒渣過程中發(fā)生爆炸

在液態(tài)渣表面的水分未蒸發(fā)吸收完全的情況下，扒渣器同時對液態(tài)渣進行扒攪，并將液態(tài)渣中有水分的位置覆蓋起來；由于水分受熱蒸發(fā)，體積急劇膨脹（當1 kg水完全變成蒸氣后，其體積要增大約1 500倍），形成極大的壓力，并暫時束縛于液態(tài)渣下，形成爆噴現(xiàn)象（如圖1所示）。

2.2 上蓋燜渣后期和開渣蓋發(fā)生爆炸

可燃氣體（蒸氣）或粉塵與空氣的混合物發(fā)生爆炸需具備一定的條件，即氣體的濃度達到爆炸極限范圍，其中一氧化碳燃爆的條件如下：達到爆炸極限（12.55%～74.25%）；溫度超過一氧化碳的著火點（650 ℃）；有足夠的氧氣供給燃燒；相對密閉的有限空間。

氫氣爆炸的條件相對簡單，即氫氣與氧氣在爆炸極限范圍（4%～75%）內遇到明火之后迅速燃燒，燃燒急驟產(chǎn)生大量的水蒸氣，在密閉的有限空間內體積急劇膨脹，導致爆炸發(fā)生。

在熱燜初期產(chǎn)生大量溫度較高的水蒸氣，水蒸氣富集后形成的壓力大于大氣壓，造成大部分蒸氣從池蓋上面的排氣閥和池壁上的排氣孔排出，池內產(chǎn)生的可燃氣體（CO的密度為1.25 g/L、H2的密度為0.089 9 g/L）密度都小于燜渣打水過程產(chǎn)生的水蒸氣密度（水蒸氣的密度見表2），即可燃氣體在水蒸氣的上方富集，它們會隨著蒸氣迅速地排出熱燜渣池子。

因此，在熱燜初期，池內產(chǎn)生的可燃氣體都能夠迅速排出，現(xiàn)場的運行結果也表明，在熱燜初期階段不會發(fā)生爆炸。

隨著打水熱燜的工藝繼續(xù)進行，爐渣的溫度逐步下降，池內溫度降低，蒸氣量減少，它們產(chǎn)生的壓力逐步減小，高溫蒸氣降溫以后，體積減小，加上加蓋熱燜的這一工藝特點，如果它們的壓力低于熱燜工藝的要求，這些混合氣體就被密閉在熱燜渣渣池子內，這時可燃氣體CO和H2就逐漸地富集在池內的某個空間，隨著可燃氣體含量的增加，有可能達到爆炸極限范圍；同時，隨著池內溫度和壓力降低，O2的相對濃度逐漸加大，加上鋼渣的導熱性差，此時如果熱燜池內局部殘留少量紅渣，或者鄰近的熱燜池進行翻罐作業(yè)的高溫液態(tài)渣進入共用排氣管道或飛濺到正在燜渣的渣池氣體泄漏點，都存在引發(fā)燃爆的安全風險。

某鋼渣廠投產(chǎn)初期發(fā)生了2次上蓋燜渣過程中的爆炸，都是燜渣后期遇到相鄰渣池倒渣飛濺引起的，了解原因進行相應的改進后未再發(fā)生過燜渣時的爆炸事故。

2.3 打水分解燃燒導致燃爆

熔融液態(tài)渣含有少量的碳，在高溫狀態(tài)時與水反應生成一氧化碳和氫氣，都是可燃燒氣體，工業(yè)上把這樣的混合氣俗稱“水煤氣”，其反應式如下：

C+H2O高溫→CO+H2 （主反應）

C+2H2O高溫→CO2+2H2 （主要副反應）

根據(jù)某鋼渣廠發(fā)生的“3·16”事故分析，當用集束水向熔融液態(tài)渣表面同一位置打水時，產(chǎn)生的一氧化碳和氫氣與空氣中的氧氣劇烈燃燒，其反應式如下：

2CO+O2點燃→2CO2

2H2+O2點燃→2H2O

劇烈燃燒致周圍空氣不足，火焰迅速熄滅形成負壓，大量空氣被補充吸入池內，與池內富集的一氧化碳及氫氣混合發(fā)生劇烈燃爆。

2.4 傾倒渣殼時發(fā)生爆炸

根據(jù)某鋼渣廠發(fā)生的“11·30”爆炸事故分析，渣罐存儲超過15 h，渣罐自然冷凝時間太長而形成整體、密閉的約9 t重的渣殼，挖掘機敲罐2次，密閉渣殼高速沖向池底，渣池瞬間發(fā)生爆炸。首先池底備坑用渣水分超過10%，第一罐渣殼烘烤使池底渣之間的空隙形成和儲存了大量水蒸氣，池底儲存的水蒸氣被快速壓縮與高速下落的渣殼中高溫氣體相互碰撞，混合氣體迅速膨脹、燃爆，密閉的渣殼爆裂產(chǎn)生強烈的沖擊波。

3 工藝優(yōu)化方案

通過對以上事故產(chǎn)生的要因進行分析后，確認引起爆炸的主因是高溫液態(tài)渣和燜渣必需的水，鋼渣廠針對這一主要矛盾制定和實施一系列措施來優(yōu)化熱燜渣處理工藝，從工藝上保證生產(chǎn)過程的安全，具體工藝優(yōu)化如下。

3.1 扒渣打水工藝優(yōu)化

根據(jù)發(fā)生的原理，要防止爆噴，就要避免水分被覆蓋于液態(tài)渣下。

（1）將過去的“邊打水邊扒渣”工藝改為“打水扒渣分開”的操作，即打水的時候不扒渣，扒渣時要等到渣表面水分完全蒸發(fā)后才可操作。

（2）打水時要用散水分散打水，避免使用集束水在渣面上形成積水，也利于水分迅速蒸發(fā)。

（3）冷卻挖掘機扒渣器時，扒渣器上殘留的水分未完全蒸發(fā)不得進行扒渣操作。

（4）使用足夠厚的干渣備坑，冷卻時間超過10 h的渣罐，渣殼不能倒入渣池。

（5）熱燜操作工打水時必須在自制的防護盾后操作，以免發(fā)生爆噴時對人造成直接傷害。

3.2 燜渣過程中的工藝優(yōu)化

（1）對渣池蓋本體和安全裝置及排氣系統(tǒng)進行檢查和清理，使池內產(chǎn)生的可燃氣體能夠及時排出。

（2）嚴格執(zhí)行燜渣打水量>1.8 t水/t渣的標準，在熱燜后期要加大打水量，將池內的溫度降低到可燃氣體的著火點以下，同時稀釋池內可燃氣體的含量。

（3）扒渣作業(yè)過程中用挖掘機將紅渣徹底攪拌，使鋼渣中的碳能與空氣充分接觸燃燒，池外周圍要嚴禁明火及盡可能地避免紅渣飛濺的現(xiàn)象發(fā)生。

（4）開熱燜渣池工藝參數(shù)：燜渣蓋溫度<60 ℃，CO含量<1 000 PPM。

4 結語

根據(jù)分析總結，揭示出熱燜渣的燃爆機理后，我們首先組織新工藝培訓，讓職工明白了爆炸的原理，明白只有嚴格執(zhí)行安全工藝規(guī)程才能消滅燃爆事故，才有安全的作業(yè)環(huán)境。實施“打水扒渣分開”工藝后，近2年未發(fā)生打水扒渣的爆炸事故。推行燜渣過程量化標準化作業(yè)，通過對打水量、燜渣蓋溫度、CO含量等參數(shù)進行嚴格控制，目前已經(jīng)將爆炸的風險降低到最低，同時提高了燜渣粒化效果，使渣和鋼充分分離，拓寬了尾渣綜合利用的渠道。

參 考 文 獻

[1]趙鳳俊.轉爐的濺渣護爐操作[J].上海金屬，1999（5）：

10.

[2]鄭沛然.煉鋼學[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2003：

55.

[3]欒秀莉，鄭帥強.鋼渣熱燜的優(yōu)化與改進[J].裝備制造技術，2012（3）：189.

[4]柴軼凡，彭軍.鋼渣綜合利用及鋼渣熱悶技術概述[J].內蒙古科技大學學報，2012（3）：251.

[5]夏俊雙，孫紅亮.轉爐鋼渣熱悶技術在濟鋼的開發(fā)應用[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2009（3）：45.

[6]梁軍.熱悶渣工藝過程中的爆炸機理分析與控制措施[J].工業(yè)加熱，2013，42（4）.

[責任編輯：陳澤琦]