發布時間：2018-11-29所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要:從高爐冶煉的基本原理和關鍵技術節點入手，結合近年來發生的高爐火災事故案例，分析總結了高爐的主要火災危險性及火災特點，提出了針對金屬冶煉企業高爐火災的撲救對策，為處置此類火災提供參考。 關鍵詞:冶金企業,高爐火災,處置對策 金屬冶煉主要包括
摘要:從高爐冶煉的基本原理和關鍵技術節點入手，結合近年來發生的高爐火災事故案例，分析總結了高爐的主要火災危險性及火災特點，提出了針對金屬冶煉企業高爐火災的撲救對策，為處置此類火災提供參考。
關鍵詞:冶金企業,高爐火災,處置對策
金屬冶煉主要包括鐵礦燒結、煤炭焦化、煉鐵、加碳煉鋼、精細加工等生產環節。近年來，冶金企業火災呈現多發態勢，火災造成嚴重的人員傷亡、財產損失和環境污染。在整個金屬冶煉生產環節中，高爐冶煉占據十分重要的地位，而與高爐有關的生產安全、火災事故危害更大。例如，2011年10月5日，南鋼煉鐵廠5號高爐在停爐預休風期間由于爐壁突然破裂發生鐵水外溢，造成了12人死亡、1人受傷[1]。可見，全面認識高爐冶煉的火災危險性，掌握此類火災的撲救對策，對冶金企業安全生產具有重要意義。
1高爐冶煉原理和火災危險性
1.1高爐冶煉原理
高爐是鋼鐵冶煉的主要設備，高爐中的主要爐料是燒結礦(球團礦)、焦炭以及石灰石等其他固體物質。爐料從高爐的頂部加入到高爐中，焦炭和風機吹入的氧氣發生反應產生以CO和H2為主要成分的高爐煤氣，燒結礦與高爐煤氣發生如下的氧化還原反應生成高溫液態的生鐵水。鐵水定期從鐵口放出，爐渣從渣口排出，部分新建的高爐不設出渣口，爐渣也從出鐵口定期排出。常見的煉鐵高爐自下而上可分成5個部分:爐缸區、風口回旋區、滴落帶、軟熔帶以及塊狀帶[2]，如圖1所示。
(1)當溫度<800℃時，與CO的反應:3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2Fe3O4+CO=3FeO+CO2FeO+CO=Fe+CO2(2)當溫度>800℃且<1100℃時，與H2的反應:3Fe2O3+H2=2Fe3O4+H2OFe3O4+H2=3FeO+H2OFeO+H2=Fe+H2O
1.2火災危險性
高爐冶煉是一個獨立完整的生產體系，除了上述部位和分區外，還要有供料、裝料、送風、噴吹、除塵等系統。高爐冶煉的過程中，高爐內部壓力溫度都很高，且高爐上部會排出未完全反應的高爐煤氣，下部會分別排出高溫爐渣和溫度約為1600℃的鐵水[3]。
高爐在作業過程中采用機械控制，其供電線路、控制線路排布復雜，這些都為高爐火災事故的發生埋下了隱患，可能引發火災事故的主要危險源有以下幾方面:
1.2.1高溫鐵水、爐渣
(1)高爐冶煉的產物包括含碳量較低的高溫鐵水，高爐下部排出的鐵水的溫度約為1600℃。正常工況下，高爐中產生的鐵水會由魚雷運輸車轉運到轉爐中進行進一步作業。在高爐生產、車輛運輸的過程中，鐵水若不慎泄漏，高溫的鐵水將會引燃其所流經路線上大部分的可燃物，造成火勢的迅速擴大。若鐵水流經其他可燃氣體管線、電纜井等部位，將造成更大的損失。
(2)高爐作業還會排出部分爐渣，其主要成分是礦石中的雜質、焦炭殘余物等，部分爐渣在排出時為熔融狀態，具有一定的流動性。爐渣排出后存于爐渣坑內，在其排出的30min內溫度都處于較高水平[4]。爐渣不具有快速流淌性，但若有可燃物落入爐渣坑，也會引起燃燒。例如，2001年5月6日，某鋼鐵廠工人在進行清渣作業時不慎落入沖渣溝，當場死亡。
(3)高溫鐵水和爐渣還有一個潛在的危險性，即可能引起蒸汽爆炸。當水或含水量較多的物質接觸到高溫鐵水和爐渣時，液態形式的水會迅速汽化，在極短的時間內體積將膨脹40萬倍，這個過程雖然是物理變化，其膨脹過程所形成的破壞力堪比較大化學爆炸。另一方面，高溫會使鐵水和爐渣附近汽化的水蒸氣分解成為H2和O2(水蒸氣分解臨界溫度為1000℃)，從而引發化學爆炸。例如，1982年8月16日，武鋼煉鋼廠1名工人將裝有70余噸物料的重罐誤當成空罐吊起，由于負載過大，造成整個罐體墜落，高溫鐵水四處流散，遇水后立即爆炸，造成14人死亡的嚴重后果[5]。
1.2.2高爐煤氣、粉塵
高爐煤氣是指在高爐內部形成的以CO2和H2為主要成分的氣體，是與鐵礦石反應的主要還原劑。由于生產工藝的限制，高爐中所產生的高爐煤氣不可能完全反應，因此部分高爐煤氣通過管道排出。高爐煤氣濕度大、溫度高且高爐生產過程中還伴隨吹入氧氣，客觀上具有很大的火災危險性。在高爐冶煉的噴吹過程中，噴吹的煤粉也有可能發生粉塵爆炸，其威力十分巨大。生產中常見的由高爐煤氣、粉塵引發的火災事故主要分以下2種:
(1)在生產過程中，由于操作不當或冷卻不及時導致高爐超壓爆炸。例如，2006年3月30日，河北省唐山市某鋼鐵有限公司煉鋼廠高爐在計劃檢修前最后一次作業時，由于長時間懸料導致爐內超壓，高壓引起了爐內塌料，在塌料的瞬間，爐頂出現強大負壓，空氣和尚未汽化的水被吸入高爐，與高爐煤氣發生化學反應進而引起爆炸，共造成6人死亡、6人受傷。
(2)在高爐煤氣轉輸的過程中，由于管道超溫超壓、機械撞擊等原因造成破裂泄漏。高爐煤氣泄漏除了可能引發燃燒爆炸外，還可能造成作業人員中毒，甚至死亡。數據表明，此類事故的發生概率要遠大于火災爆炸發生的概率[6]。
1.2.3電氣控制系統
高爐生產屬于半自動化生產，主要通過工人利用電氣控制系統對高爐生產過程進行控制作業，高爐內部壓力、溫度等參數要時刻處于受控狀態，因此在高爐生產部位附近有大量電氣控制線路。一般情況下，與高爐有關的設備、設施、管道、線路主要位于高爐爐前出鐵場，是高爐生產的控制中心。
電氣控制系統若發生故障或在火災事故中被燒毀破壞，不僅會導致無法利用工藝手段控制高爐火災，更有可能造成更多的可燃物參與燃燒，造成更大規模的事故。生產過程中，曾發生過由于噴吹罐稱重傳感器故障、煤氣及氧氣含量檢測系統故障、員工強行誤操作引起的重大火災事故。同時，由于電氣控制線路多采用埋地電纜井、高空架起等敷設方式，在電氣控制線路發生火災或故障時火災蔓延速度快、滅火劑要求苛刻、撲救困難。
2高爐火災撲救對策
2.1工藝處置措施
高爐作為一種高危險性的生產部位，為防止和減輕火災的危害設計了大量的工藝緊急處置措施，及時從生產工藝角度對高爐火災進行限制和撲救，能夠最大程度地減少火災損失。
(1)對于高爐煤氣泄漏事故。①要時刻關注可燃氣體報警裝置的報警信息，掌握環境空間內高爐煤氣的濃度。利用壓力傳感器查找泄漏部位，在確保安全的基礎上盡快對泄漏部位進行堵漏，切斷危險源;②及時開啟固定消防設施，對環境空間內的高爐煤氣進行稀釋。
(2)鐵水泄漏多發生在爐體破裂時，此時已不具備繼續生產的條件，因此在條件允許的情況下，要對高爐進行緊急停車操作，立即關閉氧氣吹入系統和高爐填料設備，開啟高爐下部鐵水放出口，引導高溫物質在安全區域內流動，防止高爐內更多的危險物質泄漏[7]。
(3)火災發生初期要重點保護電氣控制線路，防止其受到灼燒。若高爐本體的控制線路已經損壞，要立即通知焦化和燒結生產部位停止供料，通知氧氣供給車間停止供氧，并發出火災警報防止火災事故進一步擴大。
2.2沙土石子堵截
在高爐火災事故中，危害最大的是高溫鐵水泄漏。由于熔融鐵水具有較好的流動性，且溫度為1400～1600℃，當其發生泄漏事故時，能夠輕易引燃大部分可燃物，遇水或含水量較高的物質時還可能發生劇烈爆炸，因此在發生鐵水泄漏流散時，首先應當將高溫鐵水控制在一定范圍內。在進行堵截時，應當選用沙土、石子等不燃材料[8]，并應注意以下2點:
(1)重點區域設防。在高爐生產車間內，貼近地面的燃氣管道、電纜管道(井)、人員辦公操作區域、可燃物集中堆放區域是應當重點保護的區域，高溫鐵水或爐渣一旦接觸這些部位，將造成事故的進一步擴大，因此要利用提高砂石堆高度的方法，重點對上述區域做好防護。
(2)及時排除積水。高爐鐵水泄漏有時是在前期事故處置不當時發生的，若前期已有固定滅火設施或企業員工對生產部位進行了射水稀釋或冷卻，要在第一時間將低洼處的積水排除，全力避免蒸汽爆炸事故。實際操作中可以利用砂石將低洼處填實，將積水引流至安全區域。若已經發生了鐵水泄漏事故，也要主動堵截引流，防止鐵水與水的直接接觸。
2.3主動冷卻滅火
常見高爐煤氣的爆炸極限為35.8%～71.9%，因此對于高爐煤氣、粉塵泄漏事故，要主動噴水降溫、稀釋可燃氣體濃度防止爆炸。研究表明，細水霧滅火系統對于高爐煤氣和粉塵稀釋效果極佳，且具有用水量小、機動性強的特點，在防治高爐煤氣和粉塵爆炸的戰斗中要廣泛應用。對于鐵水泄漏的事故，嚴禁用直流水對鐵水或周邊設備進行噴射冷卻[9]。
一方面，大量的水會引發嚴重的蒸汽爆炸。另一方面，直流水的強沖擊作用會使液態的鐵水四處噴濺，有可能對人員和設備造成更大傷害，可以采用噴霧或開花水槍噴射冷卻。對于電氣控制線路或設備火災，要在確保電源已經切斷的情況下滅火，可以采用開花或噴霧水槍或干粉滅火器進行滅火。
2.4注意事項
由于此類火災危害性大，事故極易在短時間內迅速擴張，因此在進行滅火救援時應當注意以下幾點:①設立安全員。安全員要熟悉高爐火災的特征，對火場進行全面的觀察和把控，若現場有爆炸或泄漏等危險，要及時發出警報并引導戰斗人員撤離。②合理選擇陣地。由于滅火過程中采用開花噴霧水槍或細水霧滅火設施，戰斗人員要盡量靠近危險源射水，因此，要合理選擇陣地。可以選取較高地點，避免選擇在壓力容器或可燃物質較多的地方設置水槍陣地。③注意個人防護，防止燙傷或中毒。
3結束語
在研究高爐冶煉基本原理的基礎上，結合近年來發生的高爐火災案例對高爐主要的火災危險源和危險部位進行了分析，得出高爐存在的主要危險源有:高溫鐵水、爐渣、高爐煤氣、粉塵、電氣控制線路等。結合滅火戰術戰法，針對高爐火災提出了有針對性的處置措施，即:工藝措施處置、沙土石子堵截、主動冷卻滅火的處置措施，并對處置過程中的注意事項進行了詳細說明。為企業員工和消防人員處置高爐火災事故提供了參考，促進冶金企業高爐冶煉的生產安全。
參考文獻:
[1]劉淑萍，張淑會，呂朝霞，等.冶金安全防護與規程[M].北京:冶金工業出版社，2012.
[2]吳金花.高爐冶煉過程分析及其鐵水硅含量預測模型研究[D].秦皇島:燕山大學，2016.
[3]佟瑞鵬.冶金企業生產安全事故應急工作手冊[M].北京:中國勞動社會保障出版社，2009.
[4]周傳典.高爐冶煉生產技術手冊[M].北京:冶金工業出版社，2002.
[5]柳飛煙.冶金事故災難應急預案編制指導與典型應急預案范本[M].北京:中國知識出版社，2006.
[6]丁顯孔.鋼鐵冶金企業幾種常見火災爆炸及其防治對策[J].消防技術與產品信息，2007(11):54-56.
[7]劉堂文，秦吉，雷芳，等.高爐旋流除塵器煤氣泄漏火災爆炸安全分析[J].工業安全與環保，2008(1):35-36.
[8]GB50414—2007，鋼鐵冶金企業設計防火規范[S].
[9]費波，金翔，王玉婷.高壓細水霧滅火系統在鋼鐵行業消防中的應用[J].給水排水，2011(7):89-91.
消防工程師評職知識：電氣消防工程師論文發表技巧
電氣消防技術人員在評定工程師職稱時，對于論文有嚴格的要求，但是他們往往不清楚論文要如何發表，有沒有相關的技巧，為此期刊天空的小編在這里介紹：想要發表這類論文，首先要求作者寫作論文，前期需要有一定的積累，或者相關的實驗數據，研究成果，做好論文的準備工作，如果您沒有經驗也可以咨詢我們的編輯老師，給您提供相關的思路。
SCISSCIAHCI
