軋鋼企業(yè)加熱爐生產(chǎn)過程的危險分析與控制

芮文超

（河鋼承鋼建材經(jīng)營中心，河北 承德 067001）

加熱爐在軋鋼企業(yè)的生產(chǎn)中占有重要地位，它以可燃?xì)怏w(熱煤氣)為燃料，通過完全燃燒火焰的氧化氣氛對鋼坯進(jìn)行加熱，使鋼坯的最終溫度和溫度分布滿足軋制要求。其使用的熱煤體主要由CO、H2、CH4等可燃?xì)怏w組成，屬于易燃易爆、有毒氣體，若在使用中由于密封不良或爐體裂紋，以及操作不當(dāng)可能造成燃?xì)馊剂闲孤?，致使人員CO 中毒，一旦遇到火源，就會發(fā)生火災(zāi)爆炸事故，造成嚴(yán)重的人身傷亡及大量的財產(chǎn)損失。因此，如何采取有效措施，降低加熱爐發(fā)生事故的概率和損失就顯得十分重要。

1 軋鋼加熱爐分類

加熱爐是鑄造、熱處理中應(yīng)用得最多的加熱設(shè)備，也是最主要的能源消耗設(shè)備。加熱爐用來對材料進(jìn)行分段加熱和冷卻等，其溫度參數(shù)對材料的制備和生產(chǎn)有很大影響，溫度控制精度和穩(wěn)定度直接影響著鍛件的性能和能源利用的效率。有效地提高加熱爐溫度控制精度及能源利用效率，增強(qiáng)企業(yè)競爭力，是鑄造企業(yè)所面臨的重要課題。

（1）連續(xù)加熱爐。它包括推鋼式加熱爐、步進(jìn)式爐等連續(xù)加熱爐，但習(xí)慣上常指推鋼式爐。其多數(shù)用于軋制前加熱金屬料坯，少數(shù)用于鍛造和熱處理。①推鋼式連續(xù)加熱爐?？客其摍C(jī)完成爐內(nèi)運(yùn)料任務(wù)的連續(xù)加熱爐。料坯在爐底或在用水冷管支撐的滑軌上滑動，在后一種情況下可對料坯實行上下兩面加熱。爐底水管通常用隔熱材料包覆，以減少熱損失。②步進(jìn)式連續(xù)加熱爐?？繝t底或水冷金屬梁的上升、前進(jìn)、下降、后退的動作把料坯一步一步地移送前進(jìn)的連續(xù)加熱爐。爐子有固定爐底和步進(jìn)爐底，或有固定梁和步進(jìn)梁。前者叫做步進(jìn)底式爐，后者叫做步進(jìn)梁式爐。軋鋼用加熱爐的步進(jìn)梁通常由水冷管組成，步進(jìn)梁式爐可對料坯實現(xiàn)上下雙面加熱。同推鋼式爐相比，其優(yōu)點(diǎn)是：運(yùn)料靈活，必要時可將爐料全部排出爐外；料坯在爐底或梁上有間隔地擺開，可較快地均勻加熱；完全消除了推鋼式爐的拱鋼和粘鋼故障，因而使?fàn)t的長度不受這些因素的限制。

（2）室式加熱爐。用于金屬坯或錠鍛壓前的加熱。物料加熱時不移動；爐內(nèi)不分段，要求各處爐溫均勻，對于大鋼錠加熱采用周期性的溫度制度(即爐溫按時間分為預(yù)熱期、加熱期、均熱期等)。另外，室式加熱爐有兩種：固定爐底室式爐和車底式爐。①固定爐底室式爐。爐底面積一般1m2～10m2。裝出料多靠人工或簡單機(jī)械；加熱較大工件的室式爐，也有用專門裝出料機(jī)的。燃料為煤、重油或煤氣。有的爐在爐墻上開一縫隙,料坯由縫隙送入爐內(nèi)加熱,叫“縫式爐”，常用于小件加熱或長料坯的端頭或局部加熱。這類爐的爐底單位面積產(chǎn)量通常為300kg/(m2·h)～400kg/(m2·h)，單位熱耗每噸鋼約為(1.0 ～1.5)×106千卡。②車底式爐。用于重量為十幾噸至幾百噸的大鋼錠在鍛壓前的加熱，爐型為室式或隧道式。加熱物件放置在臺車上，爐外進(jìn)行裝卸料，由車間吊車或其他牽引裝置把臺車拽入或拖出爐膛，大鋼錠加熱要求爐溫分布均勻，所以車底式爐常采用分散供熱和分散排煙(燒嘴和煙道口分散地布置在爐子側(cè)墻上)。

2 軋鋼加熱爐加熱缺陷

（1）過熱和過燒。若生產(chǎn)鋼產(chǎn)品的坯料長時間處在過高加熱溫度的環(huán)境下，就會對鋼晶粒體造成不利影響，使晶料體過分長大，這樣一來，鋼產(chǎn)品晶粒間的聯(lián)系就會被削弱，導(dǎo)致產(chǎn)品易脆。在這種過熱的生產(chǎn)條件下，坯料在軋制過程中，就會出現(xiàn)大量的裂紋，鋼產(chǎn)品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與性狀就會發(fā)生改變。假如晶粒繼續(xù)長大，甚至晶界出現(xiàn)熔化和氧化現(xiàn)象，坯料就會碎裂，這種情況稱之為過燒，過燒的坯料屬于廢品，已失去生產(chǎn)與使用價值。可見，若溫度失控，就會出現(xiàn)過熱與過燒的情況，進(jìn)而給企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。比如碳鋼的加熱溫度一般不能超過1300℃，若超過這一臨界值，坯料表面的氧化鐵皮就會熔化，因純氧化鐵皮的熔點(diǎn)為l377℃～1565℃，當(dāng)坯料內(nèi)部含有雜質(zhì)時，熔點(diǎn)就會降至1300℃～1350℃間。當(dāng)溫度超過1300℃后，鋼坯就極易出現(xiàn)過熱與過燒現(xiàn)象。

（2）氧化與脫碳。軋鋼生產(chǎn)過程也屬于化學(xué)反應(yīng)過程，當(dāng)爐體加熱到一定溫度時，坯料內(nèi)部的金屬元素就會與加熱爐內(nèi)的氧化性氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而生成氧化鐵、四氧化三鐵、三氧化二鐵等，若脫碳后的鋼件表面在淬火時達(dá)不到要求的硬度，就會影響鋼坯料的后續(xù)加工流程。加熱爐內(nèi)的氧化與脫碳過程是同時進(jìn)行的，若爐內(nèi)溫度小于750℃，氧化與脫碳現(xiàn)象不明顯；若溫度達(dá)到800℃以上，氧化與脫碳的速度也成倍增長。

（3）鋼坯料開裂。對于高碳鋼、高錳鋼、軸承鋼、高速鋼等這些導(dǎo)熱率相對較小的鋼，若在700℃初始溫度的基礎(chǔ)上，快速升溫，這些鋼坯料的斷面溫差就會增大，而產(chǎn)生熱應(yīng)力，在熱應(yīng)力作用下，鋼坯料極易出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，甚至存在斷鋼的風(fēng)險。

3 軋鋼企業(yè)加熱爐生產(chǎn)過程的危險因素

3.1 煤制氣危險因素

首先,熱煤氣由煤氣發(fā)生爐產(chǎn)生的多組分混合氣體,其包有可燃易爆成份（如CO、H2、CH4等），與空氣混合到一定濃度范圍,形成爆炸性混合氣體，在燃點(diǎn)溫度及明火作用下,將發(fā)生化學(xué)性爆炸。

其次，熱煤氣中含有的多種可燃?xì)怏w對人體有毒害作用，由于氫及烷烴類氣體爆炸濃度下限較低，因而其先會出現(xiàn)燃燒、爆炸現(xiàn)象，因此熱煤氣中有毒成分主要是CO 氣體。CO 氣體可與血液中的血紅蛋白結(jié)合，引起組織缺氧，長期反復(fù)吸入一定量的CO 也可對神經(jīng)及心血管系統(tǒng)造成損害。

當(dāng)惰性氣體含量高時，會使人吸入氣的氧分壓下降，導(dǎo)致缺氧窒息，在很高的分壓下，氫氣也會使人出現(xiàn)麻醉現(xiàn)象。

3.2 工藝過程危險因素

（1）設(shè)計不合理、質(zhì)量不安全。設(shè)備的設(shè)計和質(zhì)量的好壞直接影響到使用的安全。若加熱爐質(zhì)量未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備選材不當(dāng)、設(shè)計存在缺陷、設(shè)備布局不合理或防腐措施不到位等,將會降低設(shè)備的使用性能,導(dǎo)致產(chǎn)品不合格,嚴(yán)重時會導(dǎo)致煤氣泄漏或爆炸等生產(chǎn)事故。

（2）施工質(zhì)量不合格。施工質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到系統(tǒng)的安全。若施工隊伍技術(shù)水平低、操作野蠻、強(qiáng)行裝配、焊接缺陷、補(bǔ)口補(bǔ)傷質(zhì)量不過關(guān)或管路架設(shè)不合理等，會影響后續(xù)設(shè)備的安全性，導(dǎo)致管路煤氣泄漏、冷卻水管爆裂，甚至加熱爐長期受熱不均勻，導(dǎo)致坍塌等事故。

（3）安全裝置缺失或失效。根據(jù)《冶金企業(yè)安全衛(wèi)生設(shè)計規(guī)范》、《工業(yè)企業(yè)煤氣安全規(guī)范》和《軋鋼安全規(guī)范》，加熱爐應(yīng)設(shè)置空氣管道防爆設(shè)施、空氣與煤氣安全聯(lián)鎖裝置、報警及自動切斷裝置、隔熱層、泄壓防爆門、惰性氣體吹掃設(shè)施、安全供水設(shè)施，端面出料的加熱爐還應(yīng)配備緩沖裝置，以防止鋼料沖擊輥道。

若設(shè)備本身缺少或因操作人員違章拆除必要的安全設(shè)備、安全設(shè)備的質(zhì)量不符合標(biāo)準(zhǔn),或設(shè)備因長時間缺乏維護(hù)而造成裝置失效等，均可能造成煤氣泄漏；同時操作人員的疏忽，最終會導(dǎo)致人員中毒或加熱爐爆炸事故。對端面出料的加熱爐，若無緩沖器，鋼坯在慣性的驅(qū)動下可能會沖出熱軋生產(chǎn)線，從而造成人員傷亡事故。

3.3 人力及安全管理不到位

（1）安全管理不規(guī)范。企業(yè)安全管理包括安全管理機(jī)構(gòu)、安全管理制度、安全操作規(guī)程、應(yīng)急救援預(yù)案等，這些直接關(guān)系到系統(tǒng)的安全運(yùn)行，主要體現(xiàn)在管理內(nèi)容的系統(tǒng)化與實施上。

企業(yè)安全管理不規(guī)范,主要體現(xiàn)在不健全的管理系統(tǒng)(人員教育培訓(xùn)工作缺陷、安全隱患排查工作不徹底、安全管理制度和操作規(guī)程內(nèi)容有漏洞等)、企業(yè)自身的安全意識薄弱,易導(dǎo)致員工違章作業(yè),致使發(fā)生安全事故。

（2）人員違章作業(yè)。違章作業(yè)包括違章指揮、違章操作、操作失誤等。①燃?xì)夤苈肺唇?jīng)置換或放散處理直接通氣使用，此時管內(nèi)會形成爆炸性混合物，點(diǎn)火時產(chǎn)生逆火造成爆炸。②初次點(diǎn)火不著，爐膛內(nèi)熱煤氣與空氣混合，操作人員未進(jìn)行氣體置換而直接進(jìn)行二次點(diǎn)火，發(fā)生爆炸。③在充滿煙氣的爐膛內(nèi)補(bǔ)充點(diǎn)火，使用錯誤的點(diǎn)火方法，久點(diǎn)不著致使出現(xiàn)人員中毒事故。④對閑置或停修的加熱爐，未切斷煤氣管路，再加上長時間未檢修和維護(hù)，導(dǎo)致煤氣泄漏，與空氣混合形成爆炸性混合物，遇火源發(fā)生爆炸。⑤有爆炸危險的修理作業(yè)中不使用防爆工具，有爆炸危險的場所不使用防爆器具或設(shè)備，未采取必要的安全設(shè)施和防靜電措施等，均可能導(dǎo)致爐體或管道發(fā)生爆炸。⑥在未開啟爐門時即點(diǎn)火，可能造成爆炸事故。⑦操作人員在加熱爐附近不穿戴防護(hù)用具，一旦管路泄漏，會導(dǎo)致操作人員CO 中毒。⑧一些操作人員違反規(guī)定，冬季在加熱爐附近休息，若管路泄漏，易造成操作人員CO 中毒。

由此可見，安全裝置的缺失或失效、操作人員操作不熟練、違章作業(yè)等是引起爆炸及人員中毒事故的主要原因，只有在生產(chǎn)中避免這些因素，才能有效控制加熱爐事故的發(fā)生。

4 企業(yè)應(yīng)完善的安全對策及防護(hù)措施

為預(yù)防加熱爐火災(zāi)爆炸事故，進(jìn)一步降低企業(yè)火災(zāi)爆炸危險指數(shù)，企業(yè)應(yīng)完善自身安全防護(hù)措施，提高安全管理水平。

（1）安全設(shè)施方面。①加熱爐煤氣總管接口處設(shè)置快速自動截止閥和調(diào)壓閥，加強(qiáng)維護(hù)。②安裝空氣和熱煤氣安全聯(lián)鎖裝置與報警裝置，檢測管道和爐膛內(nèi)混合氣體。當(dāng)濃度達(dá)到預(yù)混氣體爆炸下限25%時，自動聯(lián)鎖開啟風(fēng)機(jī)進(jìn)行排空。③安裝CO 氣體泄漏檢測裝置，或企業(yè)配備便攜式CO 氣體濃度檢測儀，加強(qiáng)對容易發(fā)生氣體泄漏部位的檢測和維修。

（2）安全管理方面。①根據(jù)企業(yè)自身情況，制定和完善安全管理制度與安全操作規(guī)程，特別是教育培訓(xùn)制度及安全檢查制度，重點(diǎn)抓好制度的實施和安全操作規(guī)程的執(zhí)行監(jiān)管。②加強(qiáng)操作人員的教育培訓(xùn)工作，強(qiáng)化人員安全意識，建立企業(yè)安全文化體系。③設(shè)專兼職的安全員，并由主管領(lǐng)導(dǎo)負(fù)責(zé)企業(yè)的日常安全管理，保存安全管理檔案，定期組織人員進(jìn)行安全教育和學(xué)習(xí)。④制定健全事故應(yīng)急救援預(yù)案，定期演練。⑤按國家有關(guān)要求進(jìn)行安全評價，對企業(yè)內(nèi)部重大危險源進(jìn)行建檔、申報和備案工作。⑥對可能造成人身傷害的危險部位(如坑洞、高溫、煤氣管道接頭等)設(shè)置安全警示標(biāo)志，另外，還需提高員工的安全意識。

根據(jù)企業(yè)的現(xiàn)有條件,提出了進(jìn)一步完善相應(yīng)安全設(shè)施,并加強(qiáng)員工安全管理和操作規(guī)程培訓(xùn),能在很大程度上減少事故發(fā)生的概率、控制事故范圍,將火災(zāi)爆炸危險指數(shù)降低到能接受的水平。