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炼钢生产安全知识汇总及预防!
信息来源:冶金安全      时间:2018-07-10 10:06:17


一、生产过程概述

炼钢的主要原料是生铁和废钢。钢和生铁都是以铁、碳为主并含有硅、锰、磷、硫等杂质元素构成的合金,其差别主要在于钢中的碳和其他杂质元素的含量较生铁为低。生铁性硬而脆,不能承受冲击载荷,不便压力加工,因而用途受到限制。钢的机械性能则比较全面,既有一定的强度、硬度,又有一定的塑性、韧性,更重要的是这些性能还可通过加工处理使其在一个十分广阔的范围内变化,如果加入一些合金元素,还可获得某些特殊性能。故钢拥有能适应多种加工方法的加工工艺性能和适用于多种使用场合的使用性能。把生铁进一步炼成钢,就使材料的潜在能力得到了一定程度的发挥,因而生铁也就成了炼钢的一种主要原料。此外,钢厂本身和其他工业生产中的大量废钢和废旧设备也是炼钢的重要原料。

(一)工艺过程

炼钢过程主要是通过氧化反应将生铁中的碳和杂质元素转变为各种氧化物并使其进入炉气成炉渣而分离出去。氧化反应所需的氧化剂一般有空气、工业纯氧和铁矿石等。为了促进氧化反应的进行,金属必须加热并保持液态。杂质去除后,钢液中残留有一些以氧化亚铁(FeO)形成存在的过剩氧,对钢的性质极为不利,故还须通过脱氧操作加以去除。如果冶炼合金钢,还要加入铁合金进行合金化,有时为了进一步提高钢质,还要进行炉外精炼,最后获得具有一定成分、一定温度的钢水,并通过浇铸工序铸成合格的钢锭或钢坯。


获得高温钢液的过程主要是在炼钢炉内进行的。炼钢炉的种类甚多,主要的有平炉、电炉和转炉三种。它们在冶炼中与熔融金属和炉渣接触部分所用的耐火材料有的是碱性的(如镁砂、白云石等),有的是酸性的(如石英砂),故三种炼钢炉都有碱性与酸性之分。由于酸性炉冶炼不利于去除有毒杂质磷、硫,故应用不广,而碱性炉则应用十分普遍。

平炉还有固定式和可倾式之分,目前普遍采用固定式。平炉炼钢可以全部用生铁或废钢为原料,也可用按不同比例配合的生铁与废钢为原料,生铁可以是固态的,也可以是液态的。平炉炼钢主要是以燃料(煤气或重油等)燃烧发出的热能来作为热源,炉火内火焰温度一般在1800℃左右。为了保证足够高的火焰温度,一般采用两组蓄热室,利用平炉废气中的热量将煤气和空气分别加热到1200~1300℃后再入炉燃烧。高温火焰将固体炉料(生铁、废钢、石灰石、铁矿石等)熔化形成熔池,并通过一系列物理化学过程使杂质元素去除到一定范围。

目前国内平炉的容最从几十吨到几百吨不等,炼一炉钢一般约需2~6小时,向熔池吹氧强化冶炼过程可使时间缩短,生产率提高。

电炉的热源是由电能转换而成的热能。电炉有电弧炉,电渣炉、自耗电炉、感应电炉等多种类型,其中以电弧炉应用最为普遍。电弧炉是将电能输入炭质电极,利用电极与炉料间的放电作用形成电弧来加热炉料的。电弧温度高达5000~6000℃可使各种难熔金属熔化成液体,电炉炉内气氛(氧化气氛或还原气氛)可以自由控制,炉体可以倾动,换渣操作甚为方便,故冶炼中合金元素的氧化损失甚少,有害杂质元素磷、硫、氧等可以得到较为彻底的去除。由于这些特点,所以电炉特别适于生产各种高级优质合金钢。

电弧炉原料主要是利用废钢,有时也配入部分生铁。为了提高生产率,电弧炉也普遍采用吹氧冶炼。目前国内电炉的容量从上百公斤到上百吨不等。

转炉主要是以液体生铁为原料,利用铁水的物理热及元素氧化反应放出的化学热作为热源来进行冶炼。转炉所用的氧化剂主要是空气或工业纯氧,目前普遍采用纯氧。按氧化剂送入炉内的部位不同,转炉有顶吹转炉、侧吹转炉、底吹转炉和顶底复合吹转炉之分,目前最流行的是氧气顶吹转炉。氧气顶吹转炉是通过吹氧管(氧枪)将高压(约为1.5MPa)氧气向炉顶开口吹入炉内的铁水中。氧气气流使熔池激烈搅动、氧化反应迅猛进行、短时问内放出大量热能以提高熔池温度。由于反应速度极快,冶炼时间极短,一般20~30分钟即可完成一炉钢的冶炼过程,因此,它是一种效率高、成本低的炼钢方法。转炉的炉容量一般从数吨到数百吨不等。

转炉内是一个氧化反应,它是把铁水中的碳氧化(脱)掉,采取的办法是用氧枪向炉内的铁水吹氧,吹氧的过程就产生一氧化炭。回收炉内一氧化碳采用的是外延法,炉口不盖严,外面的空气会进来,产生的一氧化碳会部烧掉了,此方法叫燃烧法。转炉炼钢的前期和后期炉盖是打开的。回收煤气是在中间一段,烟罩落下来,不让外面的空气进去。

(二)生产特点

炼钢作业在安全方面的特点如下:

1、炼钢过程是一个高温物理化学过程,整个工艺过程都是在高温状态下进行,绝大多数工序都与高温熔融物(金属及炉渣)及高温炉气密切相关。

2、作业过程中需要频繁动用多种机、电设备、起重运输设备、以及高压电、高压水、高压氧等高压系统。

3、作业过程中有大量烟尘,有害气体及噪声外逸。污染环境,恶化劳动条件。

4、操作人员的体力劳动强度甚大。

二、作业条件与事故危害

上述生产特点说明炼钢生产的作业条件十分险恶,危害职工安全、有损健康的因素很多,因此,事故伤亡率在钢铁冶金企业中几乎是名列前茅。表4-2所示为某炼钢厂32年的统计数据,炼钢生产中的事故危害由此可见一斑。同一资料还表明:烧伤事故中因氧气回火爆炸引起的占35.6%,因熔融物喷溅引起的占37.2%,其他占27.2%。

表4—2炼钢厂各类事故伤亡统计


烧伤

起重

伤亡

车辆

伤亡

高空

坠落

机械

伤害

物体

打击

触电

伤害

死亡%

20.4

30.6

18.4

8.16

8.16

10.2

4.08

重伤%

28.1

26.3

10.5

5.3

19.3

7.0

3.5

总伤害%

24.5

28.3

14.2

6.6

14.2

8.5

3.7

总伤害包括:轻重伤及死亡

现将各种常见事故简述如下:

(一)爆炸与熔融物喷溅事故

炼钢车间是一个高温、高压、易燃、易爆作业场所,作业中随时要与高温熔融物接触,由高温熔融物引发的爆炸或由爆炸引起的熔融物喷溅对安全的威胁最为严重。

1、熔融物遇水引起的爆炸

水与高温熔融物接触时将迅速汽化而使体积急剧膨胀,极易发生爆炸。被熔融物复盖、包围的水,相当于在密闭容器中汽化,由此引发的爆炸,其猛烈程度和危害作用尤为突出。除冲击波、爆炸碎片造成伤害外,由于爆炸伴随着熔融物的飞溅,还很容易引起连锁作用造成大面积灾害。

在炼钢生产中引起熔融物与水接触的主要因素如下:

(1)炉体及附属设备的高压水冷装置穿漏,高压流股穿入熔池内部、或水冷构件落入熔池。

(2)往熔池内加入潮湿炉料。

(3)用潮湿容器盛装熔融物。

(4)熔融物由炉内或盛装容器中溢出、漏出、倾翻而与湿地面接触。

2、炉内化学反应引起的爆炸与喷溅

炼钢熔池中碳和氧按反应式:FeO C=Fe CO↑

发生反应,形成CO气体:当熔池中积聚了大量反应物质并相互充分接触时,反应就能以极大的速度爆发进行,在短时间内产生大最CO气体。这些气体从炉内急速外逸可将熔融物一并带出,气流喷出的反作用力可将熔融物自炉内压出,于是形成熔融物喷溅。

CO气体与空气或氧气在炉内熔池上空混合到达爆炸浓度范围便发生爆炸。CO在空气中的爆炸浓度范围为12.5%—74.O%,在纯氧中爆炸浓度范围为15.5%~94.0%,其爆炸危险度与汽油不相上下。这种炉内有限空间的爆炸,不仅引起熔融物的大量喷出,而且摧毁设备,破坏厂房,威力之猛,有时竞与成吨TNT炸药的爆炸相彷佛,其危险之严重可以想象。

引起爆炸与喷溅的具体原因如下:

(1)炼钢炉装入量过多,熔池过深,渣层过厚,或炉渣粘度过大等都使CO气泡不能顺利排出,当其积聚到压力足够大时便突然喷出引起熔融物喷溅及燃气爆炸。

(2)低温操作:低温下集中加入铁矿石过多使碳——氧反应停止进行,炉内积聚大量FeO及C,当温度逐渐升高到一定程度时,碳——氧反应迅猛讲行,于是引起爆炸与喷溅。

(3)高温操作:炉温甚高、供氧过快,也会引起碳——氧剧烈反应。

(4)转炉留渣操作:留渣中含有大基FeO,当铁水高速兑入时立即发生剧烈的碳——氧反应。

(5)平炉、电炉操作中铁水兑入过早、过晚;过早则固体炉料加热不充分,相当于低温操怍,过晚,固体料全部熔化,形成了FeO浓度相当高的熔渣,相当于留渣操作。

(6)操作失当,造成钢液过氧化(碳低、氧高,不符合钢种要求)出钢时被迫在盛钢桶内向钢液增碳引起强烈的碳——氧反应。

3、转炉煤气在烟气净化系统中的爆炸

转炉吹炼中形成的大量烟气含CO甚高,除能在炉内引起爆炸外,还可能在炉外其他地区如转炉烟气净化系统中引起爆炸。当除尘系统的管道气密性较差,有空气进入系统,或吹氧管切断阀关不紧,有氧气漏入烟气,烟气中的CO与一定量的氧混合容易达到爆炸极限,一遇火种即能引起爆炸。转炉大喷可能将大量熔融物导入文氏管,如果文氏管中的喷水量不足以熄灭熔融物则这些熔融物就可能成为引发爆炸的火种。

4、用氧中的爆炸

氧气是炼钢中应用最多、最普遍的物质。转炉以氧气为主要氧化剂,平炉、电炉也普遍采用吹氧操作以强化冶炼过程。氧气是通过氧枪以高压输入炉内的,在高温、高压条件下极易引起爆炸事故。如:

(1)低压用氧导致氧管负压、易引起高温熔池产生的燃气倒灌回火发生爆炸事故。

(2)氧枪回水不通,枪内积水在熔池高温作用下汽化、阻止高压水进入,当枪内蒸汽压力高于枪壁强度极限时便发生爆炸。若停水不及时,一旦高压水进入熔池还将引起更严重的二次爆炸。

5、其他方面引起的爆炸和喷溅

(1)炼钢炉炉顶和炉衬坍塌、衬炉材料剥落及熔池中的大块料塌落均可能引起喷溅。

(2)入炉废钢中混入了密封容器及易爆物和废旧武器中遗留的弹药、雷管等引起爆炸。

(3)在废钢堆放场地用火焰切割废钢时可能引起混入废钢中的易爆物爆炸。

(二)起重运输作业中的事故

炼钢过程中从进入炉内的固体炉料,液体炉料到由妒内出来的高温熔融物以及铸锭设备、钢锭等都需要用吊车吊运,吊车不仅使用频繁,且在生产场地上空运行;加上人的种种不安全因素,使起重运输作业潜伏着严重不安全因素。这些因素主要表现在以下几方面:

1、吊运熔融物时由于钢丝绳断裂,容器耳轴断裂等原因引起熔融物倾翻,造成人员伤亡、设备损坏。

2、吊车端头与厂房柱之间间距过小,造成挤压伤害。

3、检修人员在吊车上检修时从吊车上坠落。

4、起重物品时由于捆扎不牢,或吊钩未挂稳妥等造成重物坠落伤害。

5、吊车在起重运行中发生碰撞造成伤害。

6、起吊时工具及起吊物对操作者的挤压或打击伤害。


(三)机械事故

1、传动机构在运转中发生的事故

转炉、电炉及可倾式平炉的传动机构,它们多是在盛满熔融物的情况下工作的。传动机构荷重甚大、使用频繁,有许多不安全因素。如倾炉时因惯性力矩的作用而使熔融物外喷,制动时发生振动引起炉衬塌落造成大喷等都是值得注意的事故。

2、平炉装料机运行时造成的伤害

平炉的固体炉料绝大部分需由装料机装入炉内,装料机工作繁忙,运行处人员众多,很容易发生挤伤、撞伤事故。

(四)车辆事故

冶炼一吨钢需要完成三~四吨的运输任务。大型钢厂一般都采用铁路运输方式,由于运输任务繁重,车间线路密集,车辆来往频繁,场地拥挤,操作人员甚多,因而事故发生率甚高、伤害严重,是炼钢厂的第三大灾害。其主要表现有:压死、碰伤、车上坠落物砸伤、挤伤或挤死,车辆互相碰撞造成伤害等。


(五)煤气中毒事故

炼钢生产中平炉需要大量使用煤气作燃料,转炉要产生大量煤气,电炉无排烟系统,用氧强化冶炼时也有大量煤气逸出炉外,因此,煤气中毒事故时有发生。其主要表现为。

1、阀门失灵、水封断水,造成大量煤气外逸使附近操作人员中毒;

2、误入煤气危险地区,如转炉料仓内就常有大量煤气积聚,其浓度足以造成中毒致死,一旦误入,必然发生中毒事故。

(六)爆炸事故

炼钢原料中的废钢大件入炉前要经过爆破或切割使其符合尺寸要求。平炉的熔池、沉渣室积渣及蓄热室积瘤时,必须采用松动爆破法拆炉。平炉出钢口不能及时开启也常采用定向爆破法打开出钢口。进行这些爆破作业时,如果操作失当引起事故,其危害作用也是相当严重的。

爆破可能造成的危害如下:

1、产生爆炸地震波。爆炸产生的地震波如速度过大,将危及周围建筑物的安全。在爆破坑lOm之外的振动速度为2~4cm/s范围时被认为是符合安全的。

2、产生爆炸冲击波。用爆破法破碎废钢铁或松动炉体烧结物时,产生的冲击波能将重达数十吨的爆破坑盖板折翻或抛出。修炉爆破的冲击波能震毁周围建筑物的门窗璃璃。

3、产生爆破碎片及飞块

爆破废钢的碎块重可达5~200kg、能飞出10~2000m。可能破坏建筑物或造成人身伤亡。如某厂的爆破碎块飞出打死了江上的渔民,另一厂的爆破碎块打死了在地里耕作的农夫。“某厂拆炉爆破的碎块将30多米高的厂房盖破坏成“千疮百孔”。

(七)触电事故

炼钢工艺需要消耗大量电能,尤其是电炉炼钢更是以电能为主要能源,其电气设备十分复杂,有高压系统也有低压大电流系统,变压器一次电压一般高达3150V-6300V,最大可达35000V~66000V,二次电流高达数万安培。通过短网输入电极,因此两个系统都能使人触电致死。操作人员在更换电极时,在倾炉出钢时,如果操作失当均有可能发生触龟事故。

三、预防事故的措施

(一)爆炸与喷溅的防护措施

1、熔融物遇水爆炸的预防

(1)从安全角度改进各种设备的设计、制造并配备有效的检测,监视仪表、指示、报警装置及连锁快速切断、自动制动装置。如:

①将氧枪下端设计成上粗下细、锥角为5度的锥形结构,则可使氧枪上粘结的钢渣因热胀冷缩而自动脱落于炉内。这就可以避免粘结钢渣的枪头在提升时拉坏烟罩或水套而造成漏水引起爆炸的事故。氧枪经冷弯、焊接工艺后,应进行无损探伤检验、避免漏水、漏氧。

②在电炉上推广使用三联电极水冷圈,将三根电极的水冷圈互相串联并固定于炉盖上方,以防万一发爆炸时不致因某一水冷圈炸落而发生二次爆炸。

③采用测厚仪对炼钢炉及熔融物容器衬砖的蚀损及残余厚度。加以准确可靠的检查、测绘和记录,发现问题及时采取措施可防熔物泄漏事故发生。

④保证盛装熔剐物的各种包罐的壳体具有一定的强度和足够数量的排气孔。

(2)各种设备的准备,使用、检修、维护及定期更换都必须建立完善的规章制度并严格实施。如:A、盛装熔融物的包罐使用后必须消除积渣,使用前必须烘烤并进行安全检查。新砌的或存放的包罐第一次使用时应按规程烘烤至足够(800℃)温度方能使用。B、为了保证熔融物运输中的安全,首先要保证运输起重机械及各种附件、工具的完好、可靠,做到经常检查、定期维修更换;其次是控制装入量及运行车速,容器内的液面应低于容器上沿300MM,行车速度不得超过10km/h,以免熔融物晃动泼出。C、装料槽(斗)在装料时应无积水及潮湿废物。

(3)从设计、管理两个方面保证地下排水系统容量足够,畅通无阻,以避免厂房地面潮湿积水。

(4)原材料在存放时必须保证防雨、防潮、入炉前必须于燥、烘烤。

(5)各种炼钢炉拆修时不允许冲水冷却,以免镁质耐火材料水化,造成漏钢事故的隐患。

2、化学反应引起的爆炸与喷溅的预防

(1)杜绝低温操作和高温操作,以及留渣操作,如有特殊原因必须留渣时,留渣量不得超过炉容量的5%并须先加入石灰使渣内氧化铁与氧化钙结合后再缓缓兑入铁水,可避免碳一氧剧烈反应。

(2)在燃料完全燃烧的前提下增大热负荷,使炉内的加热速度适应加料速度,避免炉料冷冻和过烧。

(3)控制供氧量,不允许单位时间内生成的最大烟气量超过抽风机风量的0.75倍,以避免炉内气流不畅,使CO容易达到爆炸浓度范围。

(4)采用先进的自动调节炉膛压力系统,使炉艟压力始终保持正常;增大炼钢炉排烟系统及抽风机能力,使冶炼中产生的大量CO、CO2气体得以顺利排出,避免达到爆炸浓度范围。

3、煤气在烟气净化系统爆炸的预防

(1)炉前操作防止大喷,避免火种喷入文氏管。(2)增加文氏管喷水量,保持规定水压和充沛的水量。开足阀门尽量灭火。

(3)密切监视煤气中的含氧量,发现超过规定值时应立即放空,停止回收。

4、氧枪爆炸的预防

(1)严密监视氧压,多个炉子用氧时,不要互相争着用氧,防止管道造成负压回火。

(2)严格控制冷却水质以防结垢、堵塞和腐蚀。

(3)保持氧枪所有联锁装置齐全有效。

(二)起重运输作业的事故预防

统计资料表明:起重运输作业中的事故原因最主要的是违章违制(占40%),其次是不懂技术知识(占27.8%),以下依次为设备的设计制造不良(占26%),管理不善(占3.6%),及防护装置不完善(占l.8%)。由此可知预防事故应该采取的措施是:

1、严格贯彻安全技术规章制度。

(1)新工人必须先学好岗位安全规程及各项规章制度,不允许走过场。

(2)定期检查各项规章制度的执行情况,加强宣传教育,发现不完善的地方应及时修改。

2、提高工人的文化水平与技术素质。

3、加强检查,消除隐患,不断改革工艺,改进设备,逐步宾善安全设施和防护装置。

(三)机械事故的预防

1、采用安全可靠的传动机构并配备必要的安全装置以减少传动中的不安全因素。如在转炉悬挂传动机构中配置力矩平衡装置可以克服转动时惯性力的影响,减少制动时的振动,配置安全电气装置,可以在故障停电时做到安全供电保证转炉正常运转和安全复位。

2、为了保证平炉装料机的安全作业,装料机在工作前必须先发信号通知工作人员离开装料机作业区并清除有碍装料机运转的设备及杂物。装料工要集中注意力,严格按照规程进行操作。

(四)车辆事故预防

1、在厂房设计时应考虑有足够的安全空间。

2、革新现有设备,采用电气或内燃机车,改进车辆联接方法。

3、部分原材料改用管线输送或封闭式皮带输送,减少厂房内线路和车辆数量。

4、线路通道安装自控音响及灯光信号装置,并用无线电对话机联络。

5、建立交桥、改善道口流量。

6、危险地段设立安全防护装置。

7、加强铁路规章的宣传教育,严格遵守车辆操作安全技术规程。

(五)煤气中毒事故预防

1、经常检查煤气管道、阀门、水封等,严防漏气。

2、确定煤气危险区并有醒目的警告标志。

3、设立煤气防护站,配备一定的防护人员和急救器。

4、加强通风设施以减少作业场所的煤气浓度。

5、在工作值班场所,安装一氧化碳报警信号装置。

(六)爆破事故预防

1、废钢爆破必须在地下爆破坑内进行,爆破坑的四壁要结构合理、强度大,透气性好以避免碎片飞出。

2、要求爆破坑顶盖所受压力不得超过500KPa,加速度值不得超过重力加速度的15倍以避免爆破时冲击波掀起或移动顶盖,为此爆破坑必须开设泄压孔。泄压孔周围应设立阻挡墙,以防止泄压孔飞出碎片伤人。

3、拆炉爆破时要搭好防护棚,控制碎块飞散造成伤害

4、限制炸药用量、控制爆破能量。

5、爆破所用的炸药、雷管、导火索等火工用品的质量必须合格,其购买,运输,贮存领用必须严格按照有关规定执行。

6、采用拆炉机械代替爆破拆炉,采用活换渣车代替爆破消除沉渣室积渣。

7、严格执行爆破安全规程。

(七)触电事故预防

1、电气线路设计必须满足安全要求,保护操作者的生命安全。

2、电气设备中必须有足够和有效的保护、信号装置,在必要时发出警报信号并尽量避免工人操作时直接接触高压及大电流设备而发生触电事故。

3、操作中注意下列事项:

(1)送电冶炼前,检查高压系统是否在断开位置,电炉变压器应处于无负载状态。

(2)先送隔离开关,然后操作转换开关,远距离电动合上高压断路器。

(3)配电人员必须与炉前操作人员随时密切配合。

(4)上炉顶接电极或修理时,必须切断电源。

(5)电炉出钢时必须先停电后出钢。

(6)安装隔离装置避免和禁止操作人员通过短网。

(7)电炉炉体及其构件必须可靠接地。

(8)加强对操作人员关于触电抢救工作的技术训练。

(9)严格执行送电、停电、操作、监护、检修中的停电、验电、放电、接地等用电安全制度。防止反送电事故。


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