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爐渣緩冷爆炸分析及研究

文檔作者：左池舟文檔來源：銅陵有色集團(tuán)公司稀貴金屬分公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2021年03月05日
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· 26· 有色冶金節(jié)能 口設(shè)備節(jié)能
爐渣緩冷爆炸分析及研究
左池舟
(銅陵有色集團(tuán)公司稀貴金屬分公司，安徽銅陵244000)
[摘要】 緩冷場轉(zhuǎn)爐渣渣包自投人使用后，連續(xù)發(fā)生多次爆炸事故。通過深入研究，查出爆炸原因主要為轉(zhuǎn)爐
渣局部帶人大量白冰銅，高溫熔體未完全凝固而進(jìn)水而引起的。通過加強(qiáng)操作過程控制減少冰銅量，利用紅外裝
置監(jiān)測異常渣包及使用便攜式測溫儀，事故得到有效扼制，一年半的時間里，未發(fā)生渣包緩冷爆炸事故。
[關(guān)鍵詞] 轉(zhuǎn)爐渣包；爆炸；冰銅；紅外裝置；便攜式測溫儀
[中圖分類號]TFS11 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]B 【文章編號]1008—5122(2013)05—0026—05
Analysis and Study of Slow Cooling Blast of Slag
ZU0 Chi．zhou
Abstract：Several blast accidents of slag ladle were continuously happened after full operation of convert—
er slag ladle in slow cooling field．The study showed that the main reason for blast is a large amount of
white matte entered into converter slag，then，the water entered into it because the high-temperature melt
solidified incompletely． The accidences were declined by strictly controlling the operation process to reduce
matte amount，using infrared facility and portable thermometer to monitor abnormal slag ladle the
slow cooling blast accident of slag ladle has not happened in one and a half years．
Key words：converter slag ladle；blast；matte；infrared facility；portable thermometer
1 爐渣緩冷概述
金隆銅業(yè)轉(zhuǎn)爐渣上世紀(jì)90年代設(shè)計(jì)選用鑄渣
機(jī)澆鑄冷卻。隨著緩冷及浮選工藝在技術(shù)上取得了
重大突破，國內(nèi)銅治煉廠相繼投資建設(shè)爐渣緩冷再
選工藝。公司由于改造擴(kuò)建需要，對轉(zhuǎn)爐渣鑄渣機(jī)
進(jìn)行拆除，轉(zhuǎn)爐熱態(tài)爐渣采用11 m 鋼包接渣后(熱
渣溫度1 300℃左右)，由60 t渣抱罐車運(yùn)至爐渣選
別廠的渣緩冷場進(jìn)行冷卻至100 oC左右，設(shè)計(jì)渣包
自然冷卻時間為20 h，水噴淋冷卻時間為8 h，然后
由渣抱罐車將緩冷場冷卻后的渣包內(nèi)固態(tài)渣倒入渣
[收稿日期]2013—05—31
[作者簡介]左池舟(1973一)，男，安徽樅陽人，大學(xué)本
科，工程師，主要從事設(shè)備及節(jié)能改造項(xiàng)目管理工作。
堆場，進(jìn)行碎礦、選礦作業(yè)。
2011年6月份改造項(xiàng)目投入使用后，轉(zhuǎn)爐渣頻
繁發(fā)生爆炸事故，嚴(yán)重危害人身和設(shè)備安全，對職工
也產(chǎn)生了巨大的心理壓力，必須扼制事態(tài)發(fā)展、堅(jiān)決
消除包子爆炸的安全隱患(俗稱放炮)，轉(zhuǎn)爐渣包緩
冷爆炸情況統(tǒng)計(jì)見表1。
2 轉(zhuǎn)爐渣爆炸事故原因初步分析及防
范措施
2．1 轉(zhuǎn)爐渣包緩冷爆炸事故原因初步分析
(1)可能是轉(zhuǎn)爐渣個別包子帶入冰銅較多，渣
含銅高可能是造成事故的原因。
冰銅是渣含銅較高時形成，主要由硫化銅和硫
化鐵互相溶解產(chǎn)生的，熔融冰銅在水淬過程中會出
現(xiàn)爆炸現(xiàn)象，這是因?yàn)樗c高溫熔融冰銅接觸，在急
奪． ．
一能一
一備設(shè)一
．
． ．
2013年1O月第5期 爐渣緩冷爆炸分析及研究—— 左池舟 ·27·
速汽化膨脹的同時，還會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)：
cu2s+2H2O-2Cu+2H2 T+sO2 T
△G=354 343—315．06T (1)
FeS+H2O—Fe0+H2s T
△G=91 211．2—123．6T (2)
3FeS+4H2O— Fe3O4+3H2S T+H2 T
AG=247 777—454．1T (3)
反應(yīng)產(chǎn)生可燃?xì)怏w的H s和H：與空氣中的氧氣發(fā)
生反應(yīng)：
2H2+O2- 2H2O
AG： 一503 927+117．36T (4)
H2s+O2-2H2O+s02 T
△G=1 125 161．2+389．5T (5)
以上為放熱反應(yīng)、增容反應(yīng)，在高溫狀況下反應(yīng)
速度極快，由于反應(yīng)劇烈釋放熱能的速度極快，體系
不能在有效的時間內(nèi)將熱量發(fā)出去，就會產(chǎn)生局部
升溫；汽化膨脹和反應(yīng)中瞬間產(chǎn)生的高壓氣體來不
及擴(kuò)散，在壓縮過程中就會產(chǎn)生巨大壓力，當(dāng)壓力使
氣體以極快的速度擴(kuò)散時，就會產(chǎn)生高溫高壓氣流
在瞬間盤旋能量的現(xiàn)象(爆炸)。爆炸產(chǎn)生的沖擊
波對熔融冰銅產(chǎn)生噴濺和已經(jīng)冷卻固化渣產(chǎn)生飛濺
數(shù)十米以外，危害極大。
(2)轉(zhuǎn)爐渣包自然冷卻20 h，噴淋冷卻8 h仍然
爆炸，說明包內(nèi)爐渣熱焓高，熱量聚積，熱量散發(fā)慢，
轉(zhuǎn)爐渣緩冷時間不夠。
(3)個別渣包內(nèi)可能存有保溫材料、未熔的石
英石和塊狀異物(由于包子殼倒人)，使熔體存在縫
隙，噴淋水滲入后遇高溫熔體而爆炸。
(4)經(jīng)過多次轉(zhuǎn)爐渣爆炸事故統(tǒng)計(jì)及過程分
析，轉(zhuǎn)爐渣爆炸的其它原因還可能存在上一爐(s1
期)渣和下一爐(S2期)渣并包情況。
(5)由于多次放炮的進(jìn)包時間多在夜班，加強(qiáng)
放渣管理，從源頭控制好，可降低放炮事故發(fā)生概
率。
2．2 必要防護(hù)措施制定及實(shí)施
(1)加強(qiáng)轉(zhuǎn)爐操作管理，安排專人監(jiān)控轉(zhuǎn)爐倒
渣操作，避免或減少白皮、未熔的石英石、雜物帶入
量。如果有大量白皮等雜物帶入，放渣當(dāng)班監(jiān)控人
員將此信息由銅冠運(yùn)輸車隊(duì)駕駛員及時轉(zhuǎn)達(dá)給稀貴
金屬渣選緩冷場當(dāng)班操作人員，由操作人員將該渣
放置在指定位置進(jìn)行延長自然冷卻時間，并跟蹤監(jiān)
測，確認(rèn)渣包內(nèi)熔融體完全固化后噴淋冷卻。
(2)延長轉(zhuǎn)爐渣緩冷時間規(guī)定：自然冷卻2O h、
噴淋冷卻40 h。
(3)稀貴金屬公司將轉(zhuǎn)爐渣緩冷區(qū)域列為紅區(qū)
管理，與生產(chǎn)無關(guān)人員禁止入內(nèi)，對進(jìn)場作業(yè)人員制
定了《渣選礦緩冷場人員進(jìn)出安全管理規(guī)定》。外
部施工或其他人員需要進(jìn)入緩冷場，需辦理渣選礦
緩冷場準(zhǔn)人證，并要配有專人現(xiàn)場監(jiān)護(hù)。
(4)緩冷場實(shí)行封閉式管理，四周進(jìn)出口設(shè)置
圍欄。
(5)轉(zhuǎn)爐渣緩冷區(qū)域過道支架四周、圍墻頂部
設(shè)置不銹鋼金屬防護(hù)網(wǎng)，渣包抱罐車的駕駛室設(shè)置
金屬防護(hù)網(wǎng)。
2．3 防范效果
在第一次爆炸事故發(fā)生后就采取了一系列的防
范措施，但導(dǎo)致事故原因一直未徹底查明、查清，其
措施也未正真起到防治作用，以后又連續(xù)多次發(fā)生
轉(zhuǎn)爐渣包爆炸事故。爆炸次數(shù)的增加，個別情況爆
炸導(dǎo)致渣包內(nèi)20多噸爐渣全部噴濺而出，噴射距離
達(dá)五、六十米，大的塊狀爐渣重達(dá)幾十千克，小的也
有幾百克，直接破壞和砸爛周圍設(shè)施及設(shè)備，其損壞
程度大，直接威脅著職工的生命安全，其安全隱患等
級已由銅爐渣選別廠的領(lǐng)導(dǎo)層上升至集團(tuán)上層領(lǐng)
導(dǎo)，隱患涉及到稀貴金屬全體員工安全及企業(yè)安危，
對職工也產(chǎn)生了巨大的心理壓力，緩冷區(qū)域操作、檢
測、檢修、保養(yǎng)作業(yè)人員隨時有可能被突如其來的爐
渣砸中、砸傷，嚴(yán)重影響生產(chǎn)正常運(yùn)行，7月25日轉(zhuǎn)
爐渣渣包發(fā)生了第四次爆炸事故，由于爆炸事故接
二連三的發(fā)生，扼制和消除渣包爆炸安全隱患，已刻
不容緩。
· 28· 有色冶金節(jié)能 口設(shè)備節(jié)能
3 從每道環(huán)節(jié)控制研究人手、綜合多
種防治措施控制爆炸媒介
3．1 爆炸原因
7月26日由控股公司牽頭組織銅冠物資公司、
有色設(shè)計(jì)院、金隆公司、銅冠物流公司、稀貴公司在
事故現(xiàn)場召開專項(xiàng)事故分析會。
通過事后檢測分析轉(zhuǎn)爐渣局部帶人大量白冰
銅，高溫熔體未完全凝固而進(jìn)水，是引發(fā)轉(zhuǎn)爐渣渣包
爆炸的主要原因。
第一階段采取一系列的防范措施，但事故原因
一直未徹底查明，其措施多以防范為主，也未正真起
到防治作用，必須注重理論研究，以高科技為手段強(qiáng)
化整治。
3．2 控制措施
3．2．1 加強(qiáng)操作過程控制，減少冰銅量
(1)規(guī)范爐口操作，避免或盡量減少白冰銅帶
入渣中。一是轉(zhuǎn)爐放渣前，將轉(zhuǎn)爐靜止至少1 rain，
使銅水在爐內(nèi)沉淀與渣分離。二是轉(zhuǎn)爐渣放入小包
靜置2 min之后，再倒人大包。三是兩小包渣并人
大包，且小包中1／3熔體返回轉(zhuǎn)爐，如遇吹煉Ⅱ期，
1／3熔體返回另一臺轉(zhuǎn)爐內(nèi)。四是做好每次放渣、
倒包的記錄。
(2)緩冷場轉(zhuǎn)爐渣包在自然冷卻一段(空冷)時
間后，采取渣包外壁噴水冷卻措施，將增加一排噴淋
裝置對渣包外殼中部進(jìn)行冷卻(圖1、圖2)，使包子
內(nèi)的熔體得到較為均勻的冷卻，給水控制按照系統(tǒng)
設(shè)計(jì)選采用電磁閥控制。
圖1 安裝外壁噴淋裝置
3．2．2 利用紅外手段和成像技術(shù)方案，監(jiān)測異常渣
包隱患
為檢測異常溫度變化渣包，找出爆炸誘因，必須
做到管理創(chuàng)新，突破現(xiàn)有模式束縛，利用紅外手段和
成像技術(shù)系統(tǒng)監(jiān)測實(shí)施。
當(dāng)前國內(nèi)外轉(zhuǎn)爐渣緩冷絕大都數(shù)沒有溫度在線
圖2 側(cè)壁噴淋局部圖
檢測的手段，基本上處于憑經(jīng)驗(yàn)操作的落后狀況。
新建設(shè)項(xiàng)目一般建設(shè)場地大，可延長緩冷時間；其次
生產(chǎn)環(huán)境較為惡劣(高溫輻射、高粉塵、腐蝕性氣
體、雨淋)。因此必須采用具有充分的靈活性非接
觸法測溫，現(xiàn)在應(yīng)用較多的儀表—— 輻射溫度計(jì)，是
根據(jù)物體的輻射強(qiáng)度與溫度的函數(shù)來標(biāo)定溫度值，
但由于輻射強(qiáng)度受輻射系數(shù)影響，修正各種系數(shù)不
僅在技術(shù)上存在很多困難，也只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷。
(1)紅外測溫裝置原理
本裝置采用具有高抗干擾性能的紅外比值測溫
方法，采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)熔體溫度的在
線測量、顯示和打印。
利用比值法消除輻射系數(shù)的關(guān)鍵是兩個波段的
設(shè)計(jì)要合理，帶寬要窄且彼此靠近，這就造成信號
減小，信噪比減小，精度降低。為此采用單片機(jī)對信
號進(jìn)行處理，將電信號放大后，進(jìn)行V／F轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換
過程中對輸入信號進(jìn)行積分，以提高抗干擾能力。
另外通過光電隔離，有效抑制了各種噪聲干擾，大大
提高了信噪比。
轉(zhuǎn)爐渣中含有銅、硫、鐵、鈣、鎂、鋁等元素。有
些元素在熔煉過程中參與反應(yīng)，會發(fā)出特定波長的
光譜，這些波長多在可見光波的范圍，如將儀器的工
作波段設(shè)計(jì)在可見光波段，這些雜色光將不可避免
地引入干擾。而紅外光波比可見光波在煙塵大氣介
質(zhì)中的透過能力強(qiáng)，反射能力稍差，這有利于抑制雜
散光的影響，且選用的接收器在近紅外區(qū)比較敏感。
根據(jù)轉(zhuǎn)爐渣成分及特性，將儀器的工作波段設(shè)計(jì)在
近紅外波段，避開這些雜光所產(chǎn)生的干擾，進(jìn)一步提
高了測量精度。
(2)紅外測溫裝置結(jié)構(gòu)
測溫裝置由風(fēng)幕及隔熱罩、溫度傳感器、信號處
理器和測溫控制開關(guān)組成。
通過大量實(shí)驗(yàn)與研究，開發(fā)出運(yùn)用TP一500LS
系列紅外測探頭，它是一種高效、不受污染、潮濕以

· 30· 有色冶金節(jié)能 口設(shè)備節(jié)能
或突出微小的或處于危險狀況的溫度變化，以便及
時采取正確措施。對于制作檢測報告非常實(shí)用。
3．2．4．3 圖像性能(表2)
表2 便攜式測溫儀圖象性能表
視場角(FOV)／最小對焦距離
熱靈敏度(NETD)
探測器類型
紅外圖像分辨率
波長范圍
數(shù)碼變焦和全景縮放／調(diào)焦
圖像顯示：
畫中畫
可見光數(shù)碼相機(jī)分辨率
25。×19。／0．4 m
(0．08+30)oc
微熱量焦平面陣列(FPR)
250×150像素
7．5—13 m
1X一2X連續(xù)自動／手動調(diào)焦
紅外／可見光圖像
按比例大小可調(diào)
1 280×1 024(130萬)
3．2．4．4 測量(表3)
表3 便攜式測溫儀測量范圍
測量范圍 一20℃ 一+120℃ 0～350 qC(可擴(kuò)展至+1 200 )
精度 +2℃或讀數(shù)的2％
可實(shí)現(xiàn) 5個測溫點(diǎn)、5個方框圖域等溫曲線并自動跟蹤
3．2．5 實(shí)施效果
改造后投入使用，2個月左右時內(nèi)，通過紅外測
溫裝置及熱成像技術(shù)有效鑒別出5個異常渣包，均
進(jìn)行了單獨(dú)冷卻處理，最近又查獲一起轉(zhuǎn)爐渣異常
渣包(G3包位)，避免了多起爆炸事故的發(fā)生。
4 工程實(shí)踐中優(yōu)化與改進(jìn)
由于噴淋冷卻水是生產(chǎn)冷卻水、工藝循環(huán)水，內(nèi)
有固體顆粒及雜質(zhì)較多，造成電磁閥堵塞及閥關(guān)閉
不嚴(yán)等情況。由于電磁閥安裝位置必須保證水平方
向，受到高溫炙烤，電磁閥也易出現(xiàn)誤動作，可引發(fā)
渣包爆炸事故，電磁閥的頻繁清理，對檢修人員產(chǎn)生
較大安全風(fēng)險，經(jīng)過系統(tǒng)優(yōu)化重新設(shè)計(jì)選型控制閥，
使用維護(hù)成本大大降低，使用壽命延長，保證了轉(zhuǎn)爐
渣噴淋時間(見圖8)。
5 研究的主要成果及應(yīng)用前景
國內(nèi)渣緩冷工藝上尚無檢測手段，多以試驗(yàn)結(jié)
果作為崗位操作依據(jù)，本系統(tǒng)裝置填補(bǔ)了國內(nèi)銅爐
渣緩冷監(jiān)控測溫裝置的空白。
圖8 控制閥在使用中進(jìn)行r改進(jìn)優(yōu)化
監(jiān)控測溫裝置不僅可用于爐渣緩冷工藝監(jiān)測，
還可利用渣包監(jiān)測系統(tǒng)曲線趨勢變化，根據(jù)季節(jié)、氣
候變化，為及時調(diào)整爐渣自然冷卻時間、水冷時間提
供可靠依據(jù)。
利用爐渣緩冷工藝曲線可為不同成份的爐渣緩
冷直接提供工藝實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，及時動態(tài)反應(yīng)渣緩冷卻
最佳工藝曲線，渣包監(jiān)控測溫系統(tǒng)可作為渣選礦緩
冷場生產(chǎn)管理的重要平臺，及時作出工藝調(diào)整指令，
調(diào)節(jié)冷卻速度。提高爐渣中銅的回收率，同時為節(jié)
能降耗，挖潛增效開辟新途徑。
6 結(jié)束語
通過不斷探索研究，查出了緩冷渣包爆炸的重
大安全隱患根源，通過綜合治理、管理創(chuàng)新，轉(zhuǎn)爐渣
緩冷爆炸事故得到有效扼制。改造工程已投入運(yùn)行
一年半的時間里再未發(fā)生爆炸轉(zhuǎn)爐渣渣包爆炸事
故，創(chuàng)新管理又邁向新的征程。
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