轧钢企业加热炉生产过程的危险分析与控制

芮文超

（河钢承钢建材经营中心，河北 承德 067001）

加热炉在轧钢企业的生产中占有重要地位，它以可燃气体(热煤气)为燃料，通过完全燃烧火焰的氧化气氛对钢坯进行加热，使钢坯的最终温度和温度分布满足轧制要求。其使用的热煤体主要由CO、H2、CH4等可燃气体组成，属于易燃易爆、有毒气体，若在使用中由于密封不良或炉体裂纹，以及操作不当可能造成燃气燃料泄漏，致使人员CO 中毒，一旦遇到火源，就会发生火灾爆炸事故，造成严重的人身伤亡及大量的财产损失。因此，如何采取有效措施，降低加热炉发生事故的概率和损失就显得十分重要。

1 轧钢加热炉分类

加热炉是铸造、热处理中应用得最多的加热设备，也是最主要的能源消耗设备。加热炉用来对材料进行分段加热和冷却等，其温度参数对材料的制备和生产有很大影响，温度控制精度和稳定度直接影响着锻件的性能和能源利用的效率。有效地提高加热炉温度控制精度及能源利用效率，增强企业竞争力，是铸造企业所面临的重要课题。

（1）连续加热炉。它包括推钢式加热炉、步进式炉等连续加热炉，但习惯上常指推钢式炉。其多数用于轧制前加热金属料坯，少数用于锻造和热处理。①推钢式连续加热炉。靠推钢机完成炉内运料任务的连续加热炉。料坯在炉底或在用水冷管支撑的滑轨上滑动，在后一种情况下可对料坯实行上下两面加热。炉底水管通常用隔热材料包覆，以减少热损失。②步进式连续加热炉。靠炉底或水冷金属梁的上升、前进、下降、后退的动作把料坯一步一步地移送前进的连续加热炉。炉子有固定炉底和步进炉底，或有固定梁和步进梁。前者叫做步进底式炉，后者叫做步进梁式炉。轧钢用加热炉的步进梁通常由水冷管组成，步进梁式炉可对料坯实现上下双面加热。同推钢式炉相比，其优点是：运料灵活，必要时可将炉料全部排出炉外；料坯在炉底或梁上有间隔地摆开，可较快地均匀加热；完全消除了推钢式炉的拱钢和粘钢故障，因而使炉的长度不受这些因素的限制。

（2）室式加热炉。用于金属坯或锭锻压前的加热。物料加热时不移动；炉内不分段，要求各处炉温均匀，对于大钢锭加热采用周期性的温度制度(即炉温按时间分为预热期、加热期、均热期等)。另外，室式加热炉有两种：固定炉底室式炉和车底式炉。①固定炉底室式炉。炉底面积一般1m2～10m2。装出料多靠人工或简单机械；加热较大工件的室式炉，也有用专门装出料机的。燃料为煤、重油或煤气。有的炉在炉墙上开一缝隙,料坯由缝隙送入炉内加热,叫“缝式炉”，常用于小件加热或长料坯的端头或局部加热。这类炉的炉底单位面积产量通常为300kg/(m2·h)～400kg/(m2·h)，单位热耗每吨钢约为(1.0 ～1.5)×106千卡。②车底式炉。用于重量为十几吨至几百吨的大钢锭在锻压前的加热，炉型为室式或隧道式。加热物件放置在台车上，炉外进行装卸料，由车间吊车或其他牵引装置把台车拽入或拖出炉膛，大钢锭加热要求炉温分布均匀，所以车底式炉常采用分散供热和分散排烟(烧嘴和烟道口分散地布置在炉子侧墙上)。

2 轧钢加热炉加热缺陷

（1）过热和过烧。若生产钢产品的坯料长时间处在过高加热温度的环境下，就会对钢晶粒体造成不利影响，使晶料体过分长大，这样一来，钢产品晶粒间的联系就会被削弱，导致产品易脆。在这种过热的生产条件下，坯料在轧制过程中，就会出现大量的裂纹，钢产品的内部结构与性状就会发生改变。假如晶粒继续长大，甚至晶界出现熔化和氧化现象，坯料就会碎裂，这种情况称之为过烧，过烧的坯料属于废品，已失去生产与使用价值。可见，若温度失控，就会出现过热与过烧的情况，进而给企业造成巨大的经济损失。比如碳钢的加热温度一般不能超过1300℃，若超过这一临界值，坯料表面的氧化铁皮就会熔化，因纯氧化铁皮的熔点为l377℃～1565℃，当坯料内部含有杂质时，熔点就会降至1300℃～1350℃间。当温度超过1300℃后，钢坯就极易出现过热与过烧现象。

（2）氧化与脱碳。轧钢生产过程也属于化学反应过程，当炉体加热到一定温度时，坯料内部的金属元素就会与加热炉内的氧化性气体发生化学反应，而生成氧化铁、四氧化三铁、三氧化二铁等，若脱碳后的钢件表面在淬火时达不到要求的硬度，就会影响钢坯料的后续加工流程。加热炉内的氧化与脱碳过程是同时进行的，若炉内温度小于750℃，氧化与脱碳现象不明显；若温度达到800℃以上，氧化与脱碳的速度也成倍增长。

（3）钢坯料开裂。对于高碳钢、高锰钢、轴承钢、高速钢等这些导热率相对较小的钢，若在700℃初始温度的基础上，快速升温，这些钢坯料的断面温差就会增大，而产生热应力，在热应力作用下，钢坯料极易出现开裂现象，甚至存在断钢的风险。

3 轧钢企业加热炉生产过程的危险因素

3.1 煤制气危险因素

首先,热煤气由煤气发生炉产生的多组分混合气体,其包有可燃易爆成份（如CO、H2、CH4等），与空气混合到一定浓度范围,形成爆炸性混合气体，在燃点温度及明火作用下,将发生化学性爆炸。

其次，热煤气中含有的多种可燃气体对人体有毒害作用，由于氢及烷烃类气体爆炸浓度下限较低，因而其先会出现燃烧、爆炸现象，因此热煤气中有毒成分主要是CO 气体。CO 气体可与血液中的血红蛋白结合，引起组织缺氧，长期反复吸入一定量的CO 也可对神经及心血管系统造成损害。

当惰性气体含量高时，会使人吸入气的氧分压下降，导致缺氧窒息，在很高的分压下，氢气也会使人出现麻醉现象。

3.2 工艺过程危险因素

（1）设计不合理、质量不安全。设备的设计和质量的好坏直接影响到使用的安全。若加热炉质量未达到标准、设备选材不当、设计存在缺陷、设备布局不合理或防腐措施不到位等,将会降低设备的使用性能,导致产品不合格,严重时会导致煤气泄漏或爆炸等生产事故。

（2）施工质量不合格。施工质量的好坏直接关系到系统的安全。若施工队伍技术水平低、操作野蛮、强行装配、焊接缺陷、补口补伤质量不过关或管路架设不合理等，会影响后续设备的安全性，导致管路煤气泄漏、冷却水管爆裂，甚至加热炉长期受热不均匀，导致坍塌等事故。

（3）安全装置缺失或失效。根据《冶金企业安全卫生设计规范》、《工业企业煤气安全规范》和《轧钢安全规范》，加热炉应设置空气管道防爆设施、空气与煤气安全联锁装置、报警及自动切断装置、隔热层、泄压防爆门、惰性气体吹扫设施、安全供水设施，端面出料的加热炉还应配备缓冲装置，以防止钢料冲击辊道。

若设备本身缺少或因操作人员违章拆除必要的安全设备、安全设备的质量不符合标准,或设备因长时间缺乏维护而造成装置失效等，均可能造成煤气泄漏；同时操作人员的疏忽，最终会导致人员中毒或加热炉爆炸事故。对端面出料的加热炉，若无缓冲器，钢坯在惯性的驱动下可能会冲出热轧生产线，从而造成人员伤亡事故。

3.3 人力及安全管理不到位

（1）安全管理不规范。企业安全管理包括安全管理机构、安全管理制度、安全操作规程、应急救援预案等，这些直接关系到系统的安全运行，主要体现在管理内容的系统化与实施上。

企业安全管理不规范,主要体现在不健全的管理系统(人员教育培训工作缺陷、安全隐患排查工作不彻底、安全管理制度和操作规程内容有漏洞等)、企业自身的安全意识薄弱,易导致员工违章作业,致使发生安全事故。

（2）人员违章作业。违章作业包括违章指挥、违章操作、操作失误等。①燃气管路未经置换或放散处理直接通气使用，此时管内会形成爆炸性混合物，点火时产生逆火造成爆炸。②初次点火不着，炉膛内热煤气与空气混合，操作人员未进行气体置换而直接进行二次点火，发生爆炸。③在充满烟气的炉膛内补充点火，使用错误的点火方法，久点不着致使出现人员中毒事故。④对闲置或停修的加热炉，未切断煤气管路，再加上长时间未检修和维护，导致煤气泄漏，与空气混合形成爆炸性混合物，遇火源发生爆炸。⑤有爆炸危险的修理作业中不使用防爆工具，有爆炸危险的场所不使用防爆器具或设备，未采取必要的安全设施和防静电措施等，均可能导致炉体或管道发生爆炸。⑥在未开启炉门时即点火，可能造成爆炸事故。⑦操作人员在加热炉附近不穿戴防护用具，一旦管路泄漏，会导致操作人员CO 中毒。⑧一些操作人员违反规定，冬季在加热炉附近休息，若管路泄漏，易造成操作人员CO 中毒。

由此可见，安全装置的缺失或失效、操作人员操作不熟练、违章作业等是引起爆炸及人员中毒事故的主要原因，只有在生产中避免这些因素，才能有效控制加热炉事故的发生。

4 企业应完善的安全对策及防护措施

为预防加热炉火灾爆炸事故，进一步降低企业火灾爆炸危险指数，企业应完善自身安全防护措施，提高安全管理水平。

（1）安全设施方面。①加热炉煤气总管接口处设置快速自动截止阀和调压阀，加强维护。②安装空气和热煤气安全联锁装置与报警装置，检测管道和炉膛内混合气体。当浓度达到预混气体爆炸下限25%时，自动联锁开启风机进行排空。③安装CO 气体泄漏检测装置，或企业配备便携式CO 气体浓度检测仪，加强对容易发生气体泄漏部位的检测和维修。

（2）安全管理方面。①根据企业自身情况，制定和完善安全管理制度与安全操作规程，特别是教育培训制度及安全检查制度，重点抓好制度的实施和安全操作规程的执行监管。②加强操作人员的教育培训工作，强化人员安全意识，建立企业安全文化体系。③设专兼职的安全员，并由主管领导负责企业的日常安全管理，保存安全管理档案，定期组织人员进行安全教育和学习。④制定健全事故应急救援预案，定期演练。⑤按国家有关要求进行安全评价，对企业内部重大危险源进行建档、申报和备案工作。⑥对可能造成人身伤害的危险部位(如坑洞、高温、煤气管道接头等)设置安全警示标志，另外，还需提高员工的安全意识。

根据企业的现有条件,提出了进一步完善相应安全设施,并加强员工安全管理和操作规程培训,能在很大程度上减少事故发生的概率、控制事故范围,将火灾爆炸危险指数降低到能接受的水平。