炼钢液态钢渣处理中防放炮安全事故的方法探究

摘要：传统的钢渣处理模式主要有渣场热泼法和渣池闷渣法，虽各有特点但也存在明显不足。渣场热泼法处理钢渣流程为：先进行液态钢渣凝固，然后打水。由于没有液态钢渣与水的接触，从工艺设计上杜绝了放炮事故的发生。然而在实际操作中，由于泼渣场一般为露天建设，极易受到天气因素、管理因素的制约，易产生放炮事故，影响作业率，威胁安全生产。渣池闷渣法处理流程为：将几罐钢渣集中入一个渣池，再进行打水。该方法大大缩小了场地面积，可在厂房内操作，消除了天气影响，能够连续作业，大大提高了作业率。但渣池闷渣法处理钢渣，水打在钢渣壳上，一旦使液态钢渣与水发生扰动，就会发生放炮，相应的控制条件比较严格。

关键词：液态钢渣处理 热泼法 防放炮方法

Abstract: the traditional mode of steel slag processing mainly residue field hot splash method and the slag pool Menzha method, although different characteristics but also has the obvious deficiency. Slag treatment process for the residue field hot splash method: first solidification of liquid steel slag, and then kick. Due to the lack of liquid slag and water contact, from process design to eliminate the occurrence of blasting accidents. However, in actual operation, because of splashing slag field is generally open construction, vulnerable to weather factors, management factors, easy to produce effect of blasting accidents, work rate, threatening the safe production. The slag pool Menzha method treatment process: a few cans of steel slag concentrated into a slag pool, then kick. This method greatly reduces the space, can be operated in the plant, eliminating the effect of weather, continuous operation, greatly improving the operation rate. But the slag pool Menzha treatment of steel slag, steel slag water in the shell, when the liquid slag and water disturbance occurs, blasting, the corresponding control condition is strict.

Keywords: anti blasting method of liquid slag treatment hot splash method

中图分类号： TF703文献标识码：A

绪 论

炼钢钢渣来源于铁水带的铁渣及转炉冶炼过程中为去除杂质、调整成分而添加的造渣材料，是炼钢生产的副产品，约占钢产量的10%～15%，其主要化学成分为：CaO含量为40%～60%、SiO2含量为13%～20%，主要矿物相是硅酸三钙（Ca3Si）、硅酸二钙（Ca2Si）、钙铁橄榄石、游离氧化钙（f-CaO）、游离氧化镁等，并夹裹部分金属铁及氧化铁（FeO、Fe3O2）。钢渣经过回收其中的铁元素后，可作为钢渣微粉、钢渣砌块砖、路基水稳层等原料，是一种有较高利用价值的固废资源。

一、蒸汽爆炸机理（放炮机理）

（一）蒸汽爆炸基本原理

蒸汽爆炸是水急剧沸腾产生大量过热而引发的一种爆炸式沸腾现象。热从高温物体向与之接触的水快速传热，水瞬间转变成过热状态，骤然气化和体积膨胀，体积扩大1600倍以上，造成蒸汽爆炸。

蒸汽爆炸的研究开始于1957年，当时将它称之为“BLEVE”。 按照BLEVE字面的翻译，可以称之为“沸腾液体扩展为蒸汽爆炸”，但过于烦琐，将其可简化为“蒸汽爆炸 ”。认为这是一种物理爆炸，爆炸能量来自沸腾水和蒸气的膨胀。水蒸汽爆炸不产生火焰 ,但破坏力很大 ,有时也能形成冲击波。国内外都曾发过一些水蒸汽爆炸事故。最大可能发生在冶炼、铸造、锻造、电炉等工作场所。

（三）高温液态钢渣与水的热传递理论

Q=hAT

(h-热传导率，A-两者接触面积，T-温差)

由上公式可以看出，对于特定的液态钢渣与水h及T是一定的，Q仅与A相关。

（四）液态钢渣与水的放炮机理

对于本研究中，高温液态钢渣与水的接触有两种方式，其发生放炮的机理如下：

1、水在高温液态钢渣表面

钢渣表面强烈蒸发--凝固形成渣壳--蒸发减弱--钢渣逐步形成固态物。此过程中一般不会发生放炮，因为A相对较小，但由于外力作用，渣壳破裂，水与高温液态钢渣接触，水瞬间气化为蒸汽，若不能及时排出，就会使水与液态钢渣扰动，水与液态钢渣混合，加巨扰动，A不断扩大，水就会急剧气化，形成放炮。

2、高温液态钢渣进入水中

高温液态钢渣沉入水中，迅速微粒化，A迅速扩大，强化了对水的传热，促使水的爆沸，水在极短的时间内（数毫秒内）气化产生大量水蒸汽，形成放炮。

（五）蒸汽爆炸机理对液态钢渣与水放炮的指导性

液态钢渣与水接触，只能将水打在液态钢渣表面，并要严格防止液态钢渣与水的扰动，才能防止发生放炮。如果液态钢渣进入水中必发生放炮。

二、渣场热泼法防放炮安全事故研究

（一）渣场热泼法工艺分析

渣场热泼法处理钢渣,需建设钢渣处理场，主要设施是用水泥建设的泼渣面（斜面或平面）。钢渣从转炉出到渣罐后，用火车把盛有高温液态钢渣的渣罐运至泼渣场，用起重机将液态钢渣泼在泼渣面上，当钢渣自然空冷凝固后，打水急冷使钢渣粉化，待钢渣冷却到常温后，清理泼渣场，泼渣场自然干燥，以备下次使用。其主要工艺如下：

渣场热泼法处理钢渣由于钢渣空泠凝固时间长，为满足要求，需要的场地必须大，一般只能露天建设，泼渣场应位于居住区和水源地安全健康防护距离以外的低洼地带，并应考虑爆炸、扬尘、有害元素扩散的安全距离。

（二）渣场热泼法安全性分析

渣场热泼法处理钢渣，打水阶段处于液态钢渣凝固后，主要作用是使钢渣粉化，将固态钢渣冷却到常温。由于没有液态钢渣与水的接触，从工艺设计上杜绝了放炮事故的发生。然而在实际操作中，由于泼渣场露天建设，受到天气制约，雨雪天气、气温较低天气泼渣易产生放炮事故，影响作业率，威胁安全生产。

（三）渣场热泼法放炮危险因素分析

1、渣罐运输途中进入雨雪，使用前未处理；

2、液态渣未完全凝固，急于打水；

3、泼渣面有雨雪冒险作业；

4、泼渣打水后泼渣面未干燥，急于泼渣；

5、泼渣打水后泼渣面结冰，冒险泼渣。

（四）渣场热泼法防放炮安全事故对策

1、渣罐使用前应加强检查，作为一道流程，其内不应有水、积雪或其他潮湿物料。

2、打水前要对钢渣的凝固状态进行确认，如用铁钳试探等。打水要均匀，严防钢渣下部积水，蒸气涡流的放炮。

3、雨雪天气严禁泼渣。

4、打水时要掌握水量，一般钢渣打水量按一吨渣打一吨水量计算，使钢渣冷却后，泼渣面基本干燥，防止积水、结冰，泼渣前要对泼渣面干燥情况进行确认。

5、采取一定的技术手段，使作业人员远离泼渣面，更不能让无关人员进入泼渣现场。

三、渣池闷渣法防放炮安全事故研究

（一）渣池闷渣法工艺分析

渣池闷渣法处理钢渣，不需建设渣场，只要建设水泥盛渣池。钢渣出渣后，也只需用天车直接吊起倒入池渣中，当倒满一渣池后，待渣面结壳，打水闷渣降温。钢渣冷却到常温后，清理渣池，留底100mm厚钢渣，防止渣池粘渣，以备下次使用。其主要工艺如下：

渣池闷渣法处理钢渣可将几罐钢渣集中入一个渣池，所需场地仅为渣场热泼法的1/4～1/5，大大缩小了场地面积，为在厂房内操作提供了条件，消除了天气影响，能够连续作业，大大提高了作业率。另外，渣池闷渣法处理钢渣，钢渣粉化好，利于下一步钢渣回收利用。但闷渣产生的粉尘较大，现场环境较差。厂内钢渣处理设施，应布置在主厂房常年最小频率风向的上风侧。

（二）渣池闷渣法安全性分析

渣池闷渣法处理钢渣，水打在钢渣壳上，主要作用是使钢渣冷却，并使钢渣粉化。只要在生产中不使液态钢渣与水发生扰动，就不会发生放炮，相应的控制条件必须做到，才能防止放炮事故的发生。

（三）渣池闷渣法放炮危险因素分析

1、泼渣前，渣池中有潮湿物或意外进水；

2、打水过急引起钢渣液面扰动；

3、闷渣没有闷透，清理时水进入液态渣中；

4、误操作，打断了应有流程；

5、其它原因引起的振动，使液态渣与水发生扰动。

（四）渣池闷渣法防放炮安全事故对策

1、泼渣前必须用干燥沙子或炉下渣子垫底厚度达到100mm并且均匀，严禁用湿沙子或湿渣垫底。

2、泼渣前检查渣池内是否干燥，潮湿或者有水严禁泼渣。

3、打水要按规定流程进行操作，特别是打水量和间隔时间要有适合本单位设施的技术条件。

4、渣池打水必须完全浇透，方可进行清理，闷渣时间必须符合本单位设施条件。

5、避免大型设备设施产生振动，或外物掉入闷渣中的渣池，引起扰动。

6、要建立严格的确认制度，保证泼渣、打水、清理等关键环节不发生误操作，如清理错渣池。

7、要采取一定的技术手段，使操作人员远离闷渣池。保证作业现场安全警示灯、警示标志清晰，警示其它人员靠近闷渣池。

四、渣场热泼法与渣池闷渣法放炮安全事故对比分析

我钢厂在使用渣场热泼法处理钢渣的12年中，平均年发生放炮事故7次，受伤0.1人/次。后在改建中，对比渣场热泼法与渣池闷渣法的优缺点，在土地资源紧张的情况下，又消除了天气影响，选择使用了渣池闷渣法处理钢渣。设计了打水闷渣池9个，使用8个，一个渣池容渣10罐，周期12小时。但在使用过程中，发现粉尘污染很大，更严重的是，投产以来已发生多次放炮事故，放炮事故平均年发生4次，受伤2.6人/次。放炮事故次数虽有下降，但受伤人数却大大增加，给人身和设备安全带来威胁，成为困扰安全生产的一大隐患。

对比分析每次事故发生的原因，可以发现，渣场热泼法发生事故的主要原因是受天气影响，特别是连续影响渣场作业（钢厂是连续作业的）的情况下，泼渣面不干燥，在采取一定措施后，冒险作业，液态钢渣遇水发生放炮。但由于场地面积大，人员稀疏，人员危险性较低。渣池闷渣法虽然解决了节约场地的问题，消除了天气影响，但人员相对密集，人员与放炮点的距离减小。更严重的是，遇水的液态钢渣数量上集中，一旦发生放炮，威力大大增强，破坏程度加大。另外从工艺上没有切断水与液态钢渣接触的机会，这就为各种意外原因提供了前提条件。

五、渣池热泼法防放炮安全事故研究

（一）研究新安全处理方法的迫切性

如何既能发挥渣池闷渣法节约场地、不受天气制约的优点，又能解决钢渣放炮事故，一度成为影响安全生产的大难题。一时间职工人心慌慌，不知何时就会发生放炮，操作起来胆战心惊。

我作为安全专业管理人员，对比分析了渣池闷渣法和渣场热泼法的优缺点，考察了不同钢厂的操作方法，又与技术人员进行了工艺技术分析。首先我们肯定了闷渣池厂房内操作的优点，认为探讨的方向应该选定在，钢渣由液态变为固态前，如何杜绝与水的接触，同时又要满足现有的生产条件，必须在渣场热泼法和渣池闷渣法之间找到结合点，在高效率作业的同时，杜绝放炮事故的发生。

（二）新安全处理方法探究过程

为解决这一紧迫问题，我组织成立了攻关组，在现场进行了大胆的试验，在现场使用一个渣池做专题研究。开始时，攻关的重点放在了完善现有工艺，杜绝水与液态钢渣发生扰动的方向上，然而在此试验过程又发生了一次原因不很明确的放炮事故，彻底否决了现进行的攻关方向。此次放炮事故，没有明确的外部原因，流程合规。后分析可能是在渣池角部或边部，冷却强度较高，引起部分渣壳破裂，引起扰动，发生放炮。

后攻关组把方向确定在，如何把渣场热泼法中在液态钢渣凝固前不与水接触这一优点，应用在渣池闷渣法中。矛盾点在于渣场热泼法用大场地为空冷时间提供了条件，而渣池闷渣法无法解决在有限厂房内提供大场地。攻关的难点确定在如何缩短空冷时间，提高作业效率，在现有场地条件下，满足生产需要。攻关组先后采用了多种方法，效果都不明显，在一次冒险试验中，窗户纸被捅破。在泼渣半小时后，机械破壳，可大大缩短空冷时间。关键点的突破，大大加快了试验进度，围绕这一总方向，攻关组开展了完善工作。

首先泼渣方式要发生变化，原来倒入渣池即可，现在要尽量将渣摊开，扩大冷却面，为此必须改造现有渣池，利于摊渣操作，渣池的容量也不再需要原来那么大了，另外渣池也要适应现在机械破壳的需要，还要防止雨水、冷却水等外部水的倒灌，渣池的改造势在必行。

从渣池中清理出的固态钢渣温高仍在1000℃左右，并不能立即装车运走，可利用原有的存渣场地存放。为了利用钢渣余热自解粉化，使渣铁分离，利于下一步回收利用，需要进行打水处理，要建设均匀、高效的打水设施。为节约用水，水还需循环利用。为防止水与液态钢渣的接触，还需对存渣场进行改造。

经过大约半年时间的反复试验、论证，最终确定了一种新的处理方法。

（三）新安全处理方法的关键点

1、闷渣池改造为泼渣池

用耐高温水泥混凝土建设泼渣面，表面用50mm钢板包裹，保证一定的强度和耐高温性。泼渣面要有一定的向外坡度，坡度为3/1000～5/1000，保证任何水不进入泼渣池。泼渣面建完后，用围档把泼渣面分割，形成泼渣池。泼渣池泼渣方向的后面及两侧建围档，围档高度为500～1000mm，根据渣罐的高度确定，保证泼渣中钢渣不外流，不碰撞渣罐；泼渣池的宽度以渣罐的最大宽度加1000mm的两倍；泼渣池的长度=（罐体积/渣池宽度/200）+2000mm；泼渣池的最少数量=1.5小时内需泼渣罐的数量。

2、改造存渣场

存渣场地与泼渣池要有5米以上的距离。存渣场地连接泼渣面要有一定的向外坡度，坡度为3/1000～5/1000，保证任何水不进入泼渣池。在存渣场地建打水设施和排水设施，防止渣场水倒灌渣池，保证泼渣池的干燥，杜绝液态钢渣与水的接触。

3、使用要点

用天车吊起渣罐，从前向后泼渣，泼渣时尽量使液态渣展开，最厚不要超过200mm，扩大冷却面，每个渣池只泼一罐渣，进行自然冷却。半小时后用反铲破壳，打碎摊平，提高冷却效果。1个小时后，钢渣完全凝固，用机械进行清理。在清理时，在泼渣面上留一定的干渣，保证再次泼渣时不粘底，在渣池外沿留400mm的干渣，保证泼渣时，液态渣不外流，具备下一次泼渣，泼渣池中始终保持干燥状态。将渣清理至存渣场，进行打水冷却至常温，所用水循环使用。

（四）渣池热泼法的确立

液态钢渣按此方法已安全地处理至固态，装车运去钢渣回收场，进行下一步资源利用。该处理方法克服了渣场热泼法的缺点，利用了渣池闷渣法的优点，消除了天气影响、减小了场地面积，安全高效。既然此种方法集渣场热泼法和渣池闷渣法的优点于一体，同时又克服了彼此的不足，我们就将此种方法命名为渣池热泼法。

六、渣池热泼法与渣场热泼法及渣池闷渣法的对比

安全性 受天气影响 占用场地 环保性 效率

渣场热泼法 易发生放炮事故 受天气制约 大 粉尘小 低

渣池闷渣法 易发生放炮事故 不受天气制约 渣场热泼法的1/4～1/5 粉尘大 中

渣池热泼法 安全 不受天气制约 渣场热泼法的1/5～1/6 粉尘很小 高

结 论

渣池热泼法已成功在我钢铁公司应用，从工艺上彻底截断了水与液态钢渣的接触机会，向本质安全化迈进了一大步。实地记录，平均在1.5小时内，处理钢渣5～7罐，仅使用6个渣池就完全满足原来钢渣的处理要求，钢渣处理过程安全，扬尘很少，效果良好，使用以来没有发生过一起放炮事故。若是新建场地设施还可以继续优化，场地面积可以减小到渣场热泼法的1/5～1/6。

在使用中我们还不断完善渣池热泼法工艺，使其发挥了更大的作用。我们建设了自动喷淋设施，减小了工人劳动强度；建设了冲洗设施，防止车辆外带渣粉；与钢渣回收场联建，用皮带运输，进一步降低处理费用；利用钢渣的碱性处理工业酸性废水等等。

防止放炮安全事故，除了从操作上规范，把防放炮安全事故对策因地制宜地落实到生产实际中，更要从工艺方法上进行革新，追求本质安全化是安全监管的重要任务，更是安全生产追求的最高境界。渣池热泼法集渣场热泼法和渣池闷渣法两者的优点于一体，同时又克服了彼此的不足，是当前炼钢液态钢渣处理的一种优选方法。

参考文献

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