浅析钢渣热闷装置爆炸原因及控制措施

浅析钢渣热闷装置爆炸原因及控制措施

贺世雄（天铁资源有限责任公司）

摘要：本文介绍了转炉钢渣的产生，钢渣的化学成分及热闷处理工作原理，热闷装置内可燃气体的形成、可燃气体发生爆炸的条件，分析热闷装置的爆炸原因并提出几点安全控制的措施。

关键词：钢渣热闷爆炸安全控制

1.前言

随着钢铁工业的快速发展，钢铁渣的数量随之增加，钢铁渣的“零排放”成为钢铁工业走循环经济道路，实现可持续发展的重要途径之一。目前，转炉钢渣处理技术有了很大的进步和提高，并且已成功应用于生产实践中，最具有代表性的是钢渣热闷处理工艺，它兼顾了钢渣性能的稳定和环保要求。因此，国内大型钢铁企业应用热闷处理工艺越来越普遍。但是，热闷装置（热闷池）爆炸严重影响了各个钢铁企业，钢渣处理车间的顺利生产，甚至威胁到职工的生命安全，使得一线职工不能全身心的投入工作。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.转炉钢渣的产生

炼钢过程实质是一个氧化过程，将铁水及废钢中过剩的碳被氧化，燃烧成CO气体逸出，以及利用氧气氧化生铁中的Si、Mn 、

P、Mg等元素，并在高温下与石灰石、白云石、萤石等起反应熔化成两个互不熔解的液相（一个是钢液一个是钢渣液），当探头测得达到预定的含碳量时，即停止吹氧并出钢。由于钢和钢渣的密度不同而分离，转炉内下部为钢液，上表层则为钢渣。每炼一吨钢约产生0.12吨的钢渣，钢渣中的含渣钢量大约在8﹪~10﹪，钢的含碳量在0．0218％－2.11％，炼钢的这个实质也就足以说明，转炉钢渣中是含有一定量的碳元素存在。

2.1转炉钢渣主要化学成分（单位：%）表1：

2.2转炉钢渣热闷工作原理

将热态钢渣装入热闷装置（热闷池），使得钢渣冷却至300~800℃，当热闷池盖盖密封后，打水时使热闷池内产生大量饱和蒸汽与热态钢渣作用，钢渣中游离氧化钙（f-CaO）和游离氧化镁（f-MgO）与水反应,由于巨大的膨胀力使钢渣开裂、粉化及渣铁分离。

3．热闷装置产生可燃气体的形成

由于转炉钢渣中是含有一定量的碳元素存在，每当装渣入池过于集中，或者有大块入池使得钢渣中过剩的碳就不能充分燃烧，

同时将高温的钢渣打水产生大量且高浓度的蒸汽，导致使池内氧气分子减少，这些条件就为水煤气的产生奠定了基础。因为水(H2O)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），氧原子立刻被碳（C）夺走了，结果生成一氧化碳(CO)和氢气(H2)。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”。

水蒸气通过炙热的碳，就会引起水蒸气的分解，生成一氧化碳和氢气，其反应式如下：C+H2O高温→CO+H2(主反应)

C+2H2O高温→CO2+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。

表2为热闷池周围不同时段检测的一氧化碳含量（单位：μL/L）：

4.可燃气体发生爆炸的条件

爆炸是人们日常生活中经常见到的现象。一般认为，物质发生急剧变化并放出大量的能量对周围介质做机械功，同时可能伴随有声、光、热效应的现象，称为爆炸。

当可燃性气体（蒸气）或可燃性粉尘与空气（氧气）混合并达到一定浓度时，遇到火源就会发生爆炸。这些可燃物质与空气所形成的爆炸混合物能够发生爆炸的浓度范围，叫做爆炸极限。通常用可燃物质在爆炸混合物中的体积百分比来表示，有时也用每立方米或每升混合物中含有可燃物质若干克来表示。

爆炸极限说明可燃气体（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棗爆炸下限，和一个最高的爆炸浓度棗爆炸上限。只有在这两个浓度之间，才有爆炸的危险。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，虽然不会爆炸，但接触空气却能燃烧。

4.1 一氧化碳爆炸的条件

一氧化碳爆炸条件总共有一下四点，缺少一个都不会发生爆炸的：第一，达到爆炸极限（12.5%-74.2%）；第二，温度到达一氧化碳的着火点（650℃）；第三，有足够的氧气供给燃烧；第四，空间有限。

4.2氢气爆炸的条件

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。

5.热闷装置爆炸原因

将高温转炉钢渣倾翻到热闷池内，当装渣量达到70～80%时，然后盖盖后给水封槽加水进行密封，挂好安全挂钩。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，大部分都是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：见表3），也就是说，可燃气体在水蒸气的上方。因此，在热闷初期池内产生的可燃气体都能够及时的排出，根据多年现场经验可知，在热闷初期阶段一般不会发生爆炸的，原因就是如此的。

随着热闷时间的推移，池内温度逐渐降低，水蒸汽温度也跟着降低，蒸汽量也逐渐减小，这时池内产生的可燃气体一氧化碳的密度就大于这个时段水蒸气的密度，则热闷池内上方水蒸气，下面为可燃气体，也就是说，从池壁上的排气孔和池盖上的排气阀上首先排出的为水蒸气，在这个阶段产生的一氧化碳如果不能及时排出时，就会聚集在池内某一个空间，再随着热闷时间的推移，产生的可燃气体的量逐渐增加，最终达到可燃气体的爆炸极限范围。同时随着热闷后期池内温度的降低、池内压力降低，池内氧气浓度（氧气密度1.429克/升）将会增大，再加上池内如果有少量的高温红渣，或者由于热闷池相临的池子在倾翻红渣时稍有迸溅时，温度条件就满足了一氧化碳爆炸的条件，最终就造成了热闷池盖在某一瞬间发生起爆，对整个安全生产