1、八钢热闷渣工艺过程中的爆炸机理分析与控制措施梁军 俞海明 姜新平（宝钢集团新疆八一钢铁股份公司第二炼钢厂，中国新疆乌鲁木齐， 830022）摘要：八钢热闷渣处理工艺中间，响爆现象频繁，为此安监部组织了公关，笔者就响爆的机理和控制措施在本文做一简述。关键词：热闷渣、响爆、控制措施1、前言热闷渣工艺最常见的事故是爆炸的危害和各类的粉尘危害，蒸汽的烫伤等危害。热闷渣处理过程中的爆炸一种是向热闷渣渣池子内倾倒红热态钢渣时发生的爆喷，以及热闷过程中热闷渣渣池子内气体产生的爆炸，其中以气体爆炸的频率为最，热闷装置（热闷池）爆炸严重影响了各个钢铁企业，钢渣处理过程中的顺利生产，甚至威胁到职工的生命安全，增加
2、了职工的对于热闷渣处理工艺的恐惧感，增加了职工工作的不安全感，甚至部分职工产生了迷信恐怖的心里。如何防止热闷装置爆炸是钢渣热闷处理工艺要进一步探索和研究重要的问题之一。2、热闷渣工艺过程中的爆炸事故的产生机理2.1、热闷装置产生可燃气体的形成在氧气顶底复吹转炉冶炼的基本工艺是向在铁水和废钢组成的熔池表面上，吹入高速的氧气射流，通过氧化钢中的硅、锰、磷、碳、硫等元素，实现熔池内的铁液成分达到熔炼钢种成分要求的过程，转炉的吹炼示意图如下图在高速射流氧气射流冲击下，一方面射流冲击区熔池内的铁液部分被冲击脱离熔池进入熔池的上方，一部分的小颗粒被除尘系统抽吸，进入除尘系统，一部分颗粒偏大的铁液，凝固或者
3、以液态的形式，在重力的作用下重新跌落，跌落过程中，一部分停留在渣中，一部分停留在熔池上方加入渣料形成的钢渣中间；另外一方面氧气射流冲击区域的铁液被氧气射流撕裂成金属液滴，在熔池内强烈的碳氧反应的作用下，会冲入渣中，与钢渣相互混合，形成乳化液。以上的两个方面造成钢渣中间混合有铁液或者铁珠，其形成示意见下图。这些进入渣中的金属铁液或者铁珠，随着转炉冶炼的继续，一部分随着钢渣界面的反应，会重新进入熔池，一部分则留在了钢渣中间，在转炉倒渣过程中随钢渣进入渣罐，所以转炉钢渣中间存在着部分的金属铁珠，钢渣中间铁珠的量占钢渣总量的2% 5%，此外转炉在倒炉倒钢渣时，操作不当，部分的钢液也随着钢渣倒入渣罐，部
4、分没有熔化的废钢也会进入渣罐。以上这些因素造成钢渣中间存在含铁的金属料，而这些金属料中间或多或少的含有碳元素。碳元素的特点是在铁液中间的含碳量在 4%左右，并且随着温度的降低，碳元素在铁液中间的溶解度将会随温度的降低而析出，进一步氧化为 CO。这是普通的钢渣在热态情况下着火燃烧的原因。在热闷渣工艺过程中，工艺中间的向高温的钢渣打水产生大量且高浓度的蒸汽，蒸汽分子将闷渣池子内的空气置换，导致使池内氧气分子减少，这些就为CO 的产生提供了条件。在热闷渣的工艺中间，在产生 CO 的同时还会产生 H2。因为水(H 2O)的分子里有一个氧 (O)原子和两个氢(H)原子，水一遇上火热的碳（C） ，氧原子立
5、刻被碳（C）夺走了，结果生成一氧化碳(CO)和氢气(H 2)。 一氧化碳和氢气都是会燃烧的气体，工业上把这样的混合气叫“水煤气” ，其反应式如下：C+H2O 高温CO+H 2 (主反应)C+2H2O 高温CO 2+2H2 (主要副反应)CO 和 H2 都是无色无味的易燃气体，在现场的人员是无法闻到的。这也就验证了在作业现场，高温钢渣入池后分层打水降温时有燃烧火焰产生这一现象。另外，这也就可以解释有时候在热闷后期，热闷池盖上面排气阀产生燃烧火焰和有时在热闷前期时热闷池的水封槽周围缝隙里有燃烧火焰的发生原因了。不同的厂家，在热闷渣池子的周围，检测到了有煤气的存在，证明了这一点。下表为热闷池周围不同
6、时段检测的一氧化碳含量 1（单位：L/L）：检测位置 红渣打冷却水 热闷初期 中期 末期 开盖时 出渣时含量 3660 550 430 110 550 5300以上这些工艺条件，是热闷渣产生爆炸气体的主要原因。2.2 热闷渣爆炸的原因可燃气体（蒸气）或粉尘与空气的混合物并不是在任何比例下都有可能发生爆炸的，它有一个最低的爆炸浓度，爆炸下限，和一个最高的爆炸浓度即爆炸上限。如果可燃物质在混合物中的浓度低于爆炸下限，由于空气所占的比例很大，可燃物质浓度不够，因而遇到明火，既不会爆炸，也不会燃烧。如果可燃物质在混合物中的浓度高于爆炸上限，由于含有大量的可燃物质，空气不足，缺少助燃的氧气，遇到明火，虽
7、然不会爆炸，但接触空气却能燃烧。气体的浓度只有在这两个浓度之间，才有爆炸的危险。所有的气体爆炸发生都是有一定的条件的，即气体的浓度在爆炸极限范围以内。其中一氧化碳爆炸的条件 2：1) 达到爆炸极限（12.55%74.25% ） ；2) 温度到达一氧化碳的着火点（650） ；3) 有足够的氧气供给燃烧；4) 空间有限,处于相对封闭的系统。 氢气爆炸的条件比较简单，即氢气加上氧气在爆炸极限范围(4% 75%)内遇到明火之后在短时间之内产生大量的水蒸气，使得体积急剧膨胀，发生爆炸。热闷渣的基本工艺是将高温转炉钢渣倾翻到热闷池内，当装渣量达到 7080% 时，然后盖盖后给水封槽加水进行密封，挂好安全挂
8、钩。最后，开始打水产生大量水蒸气进行热闷作业。在热闷初期不但产生大量温度较高的水蒸气，而且这时水蒸气的密度较大，它们的量积累以后产生的压力大于大气压，即负压现象，造成大部分蒸汽从池盖上面的排气阀和池壁上的排气孔排出，池内产生的可燃气体（CO 的密度为 1.25g/L 和 H2 的密度为 0.0899g/L）密度都小于这个时段水蒸气的密度（水蒸气的密度：见下表 3） ，也就是说，可燃气体在水蒸气的上方，它们会随着蒸汽迅速的排出热闷渣池子。表 3：水蒸气密度随温度变化表温度 100 105 120 124 150 180 200密度 kg/m3 0.61 0.71 1.12 1.26 2.55 5
9、.39 7.86因此，在热闷初期池内产生的可燃气体都能够及时的排出，现场的生产运行结果也表明，在热闷初期阶段一般不会发生爆炸的，原因就是如此。随着打水热闷的工艺展开，炉渣的温度逐步下降，池内温度降低，蒸汽量减少，它们产生的压力在逐步减小，高温蒸汽降温以后，体积减少，加上加盖热闷的这一工艺特点，如果它们的压力低于热闷工艺的要求，这些混合气体就被密闭在热闷渣渣池子内，这时可燃气体CO 和H 2，就逐渐的富集在池内某个空间，随着含量的增加，有可能达到爆炸极限范围；同时随着池内温度和压力降低，O 2 的相对浓度逐渐加大，加上钢渣的导热性差，此时如热焖池内局部余留少量红渣，或者邻近的热焖池进行翻罐作业遇
10、到明火，则极易发生爆炸。此外，以下的情况也会造成热闷渣渣池子的爆炸1、在一些特殊的情况下，热闷渣池子密封不严的时候，CO和H 2会沿着压力降低的缺口处四处扩散，在扩散点，如果满足爆炸的要求，就会发生爆炸。我们在热闷渣池子的排气管道附近，就发生过数起此类的爆炸事故，原因就是密封不严引起的。2、热闷渣渣池子相隔的距离太近，如一个热焖池子在翻罐，相邻热焖池处于热焖后期作业，开盖或者密封不严，有气体泄漏时，也会引起爆炸。3、排气系统。多个热焖池子共用1 条排气主管道，也容易造成热闷渣池子间串气。比如一个热闷渣池子在热闷渣的初期，产生的大量的气体排出，密度较小的CO和H 2排出的过程中，有可能进入热闷渣
11、处于热闷后期的作业或者开盖作业，也有可能是翻罐作业，气体的串气就会引起爆炸。4、转炉出渣过程中，操作不当，有较多的钢液、未熔化的生铁、废钢进入渣罐，没有做好处理，直接翻入热闷渣渣池子，造成水煤气的发生量剧增，闷不透的现象也会增加，这样，爆炸的几率就更大了。5、排气管道内壁积累的粉尘结垢，造成排气困难，容易引起热闷渣渣池子内的气体压力增加，造成爆炸3 热闷装置防止气体爆炸的安全控制3.1 工程设计方面对于防止响爆的因素由前面的分析可知，要防止热闷渣装置的爆炸，主要的控制措施如下：1、结构设计上，要保证热闷渣渣池子之间保持一定安全间距，做好封闭，杜绝渣池子之间相互串气；2、排气系统要保证排气管道通
12、畅，并独立排气，采用每个热焖渣渣池子用一条独立的排气管道，并且排气通道禁止相互串联，使得产生的可燃气体能够及时排出；3、热焖池的布置方式上尽量的不采用连体浇筑式热焖渣渣池子，使用独立的热焖渣渣池子，中间保持2 m以上的间距，避免热焖池间串气。4、热闷渣渣池子的深度，必须保证工艺配置的挖掘机作业时，挖掘机能够将残渣清理干净。3.2 优化操作，控制响爆的发生任何事故的发生，设备和工艺条件都是相互影响的，在操作上，以下的措施对于控制响爆有积极的意义。1、要对热闷池盖本身和安全装置以及排气系统进行检查和清理、改造，使得产生的可燃气体能够及时排出。2、严禁直径在 1 米以上的大块红渣入池，装渣时间应该要
13、分散不要集中，使得钢渣中析出的 CO 与空气接触充分燃烧。3、另外，热闷池内每装一罐红渣后，就给打一定量的水使得产生的可燃气体能够提前及时的排出，然后用挖掘机彻底搅拌一次，使钢渣中的 C 充分与空气中的氧气接触燃烧，这样可以有效降低热闷池在盖盖后，池内产生的可燃气体浓度。4、在热闷后期要保证，池内的温度低于可燃气体的着火点，池外周围要严禁明火以及要尽可能避免红渣飞溅的现象发生。5、从要控制打水作业时间和热焖时间，促进可燃气体随蒸汽排出，中间用挖掘机将红渣彻底搅拌，使钢渣中的 CO 能充分燃烧；绝对禁止热焖池周边明火作业。6、由于渣中的铁珠，在重力的作用下，会沉降在渣罐的罐底，渣罐罐底的罐底渣一
14、般含铁量较高，所以转炉的罐底渣冷却一段时间，待其中间的含铁物质中间的碳析出燃烧充分以后，再入坑热闷。罐底渣含铁量较多的，考虑直接回炉利用或者其他的加工方式处理。7、生产过程中要控制好翻罐节奏，错位作业，避免红渣集中入池；4、结语热闷渣的响爆机理，有多种情况，机理各不相同，只有从原理上认识到位，再采用相应的措施，将爆炸的风险降低到最低，消除职工的心理恐惧，才能够有效积极的促进热闷渣工艺技术的进步。参考文献：1栾秀莉，郑帅强 钢渣热焖的优化与改进装备制造技术2012年第3期:1892柴轶凡，彭军等 钢渣综合利用及钢渣热闷技术概述 内蒙古科技大学学报 2012年9月第3期:2513夏俊双 孙红亮 转
15、炉钢渣热闷技术在济钢的开发应用 工业安全与环保 2009年 第3期：45作者介绍：梁军 49岁 四川 本科 工程师 宝钢集团新疆八一钢铁股份公司炼钢厂生产技术室 类别 类 类 类主要矿物组成 C2S、C 3S、C 4A CaO、MgO、SiO 2 C2S、C 3S、C 4A、C 4AF、C 2PS氧化物相 MgO、FeO Fe2O3、FeO MgO、Fe 2O3、FeO游离氧化物 CaO、MgO CaO碱度 2.02.5 1.82 2.83.5流动性相对值，mm 250600 71260 60110容重，t/m30.71.2 1.82.0 1.62干渣比重，t/m31.31.8 3.07.0 3.23.5熔解热（潜热），J/Kg209340 293400 2093400热容量（比热），J/(kg)1173 1110 1248熔点范围，14001500 12001400 15001600
