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afewcansofsteelslagconcentratedintoaslagpool,thenkick.Thismethodgreatlyreducesthespace,canbeoperatedintheplant,eliminatingtheeffectofweather,continuousoperation,greatlyimprovingtheoperationrate.ButtheslagpoolMenzhatreatmentofsteelslag,steelslagwaterintheshell,whentheliquidslagandwaterdisturbanceoccurs,blasting,thecorrespondingcontrolconditionisstrict.
Keywords:
antiblastingmethodofliquidslagtreatmenthotsplashmethod
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&
#160;
”。
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=hA△T
(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。
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。
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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[2]姜从盛.丁庆军.王发洲.李春.钢渣的理化性能及其综合利用技术发展趋势.【J】国外建材科技.2002年03期
[3]单志峰.国内外钢渣处理技术与综合利用技术的发展分析.【J】工业安全与防尘.2000年02期
[4]黄勇刚.狄焕芬.祝春水.钢渣综合利用的途径.【J】工业安全与环保.2005年01期
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