摘要:从高炉冶炼的基本原理和关键技术节点入手，结合近年来发生的高炉火灾事故案例，分析总结了高炉的主要火灾危险性及火灾特点，提出了针对金属冶炼企业高炉火灾的扑救对策，为处置此类火灾提供参考。
关键词:冶金企业,高炉火灾,处置对策
金属冶炼主要包括铁矿烧结、煤炭焦化、炼铁、加碳炼钢、精细加工等生产环节。近年来，冶金企业火灾呈现多发态势，火灾造成严重的人员伤亡、财产损失和环境污染。在整个金属冶炼生产环节中，高炉冶炼占据十分重要的地位，而与高炉有关的生产安全、火灾事故危害更大。例如，2011年10月5日，南钢炼铁厂5号高炉在停炉预休风期间由于炉壁突然破裂发生铁水外溢，造成了12人死亡、1人受伤[1]。可见，全面认识高炉冶炼的火灾危险性，掌握此类火灾的扑救对策，对冶金企业安全生产具有重要意义。
1高炉冶炼原理和火灾危险性
1.1高炉冶炼原理
高炉是钢铁冶炼的主要设备，高炉中的主要炉料是烧结矿(球团矿)、焦炭以及石灰石等其他固体物质。炉料从高炉的顶部加入到高炉中，焦炭和风机吹入的氧气发生反应产生以CO和H2为主要成分的高炉煤气，烧结矿与高炉煤气发生如下的氧化还原反应生成高温液态的生铁水。铁水定期从铁口放出，炉渣从渣口排出，部分新建的高炉不设出渣口，炉渣也从出铁口定期排出。常见的炼铁高炉自下而上可分成5个部分:炉缸区、风口回旋区、滴落带、软熔带以及块状带[2]，如图1所示。
(1)当温度<800℃时，与CO的反应:3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2Fe3O4+CO=3FeO+CO2FeO+CO=Fe+CO2(2)当温度>800℃且<1100℃时，与H2的反应:3Fe2O3+H2=2Fe3O4+H2OFe3O4+H2=3FeO+H2OFeO+H2=Fe+H2O
1.2火灾危险性
高炉冶炼是一个独立完整的生产体系，除了上述部位和分区外，还要有供料、装料、送风、喷吹、除尘等系统。高炉冶炼的过程中，高炉内部压力温度都很高，且高炉上部会排出未完全反应的高炉煤气，下部会分别排出高温炉渣和温度约为1600℃的铁水[3]。
高炉在作业过程中采用机械控制，其供电线路、控制线路排布复杂，这些都为高炉火灾事故的发生埋下了隐患，可能引发火灾事故的主要危险源有以下几方面:
1.2.1高温铁水、炉渣
(1)高炉冶炼的产物包括含碳量较低的高温铁水，高炉下部排出的铁水的温度约为1600℃。正常工况下，高炉中产生的铁水会由鱼雷运输车转运到转炉中进行进一步作业。在高炉生产、车辆运输的过程中，铁水若不慎泄漏，高温的铁水将会引燃其所流经路线上大部分的可燃物，造成火势的迅速扩大。若铁水流经其他可燃气体管线、电缆井等部位，将造成更大的损失。
(2)高炉作业还会排出部分炉渣，其主要成分是矿石中的杂质、焦炭残余物等，部分炉渣在排出时为熔融状态，具有一定的流动性。炉渣排出后存于炉渣坑内，在其排出的30min内温度都处于较高水平[4]。炉渣不具有快速流淌性，但若有可燃物落入炉渣坑，也会引起燃烧。例如，2001年5月6日，某钢铁厂工人在进行清渣作业时不慎落入冲渣沟，当场死亡。
(3)高温铁水和炉渣还有一个潜在的危险性，即可能引起蒸汽爆炸。当水或含水量较多的物质接触到高温铁水和炉渣时，液态形式的水会迅速汽化，在极短的时间内体积将膨胀40万倍，这个过程虽然是物理变化，其膨胀过程所形成的破坏力堪比较大化学爆炸。另一方面，高温会使铁水和炉渣附近汽化的水蒸气分解成为H2和O2(水蒸气分解临界温度为1000℃)，从而引发化学爆炸。例如，1982年8月16日，武钢炼钢厂1名工人将装有70余吨物料的重罐误当成空罐吊起，由于负载过大，造成整个罐体坠落，高温铁水四处流散，遇水后立即爆炸，造成14人死亡的严重后果[5]。
1.2.2高炉煤气、粉尘
高炉煤气是指在高炉内部形成的以CO2和H2为主要成分的气体，是与铁矿石反应的主要还原剂。由于生产工艺的限制，高炉中所产生的高炉煤气不可能完全反应，因此部分高炉煤气通过管道排出。高炉煤气湿度大、温度高且高炉生产过程中还伴随吹入氧气，客观上具有很大的火灾危险性。在高炉冶炼的喷吹过程中，喷吹的煤粉也有可能发生粉尘爆炸，其威力十分巨大。生产中常见的由高炉煤气、粉尘引发的火灾事故主要分以下2种:
(1)在生产过程中，由于操作不当或冷却不及时导致高炉超压爆炸。例如，2006年3月30日，河北省唐山市某钢铁有限公司炼钢厂高炉在计划检修前最后一次作业时，由于长时间悬料导致炉内超压，高压引起了炉内塌料，在塌料的瞬间，炉顶出现强大负压，空气和尚未汽化的水被吸入高炉，与高炉煤气发生化学反应进而引起爆炸，共造成6人死亡、6人受伤。
(2)在高炉煤气转输的过程中，由于管道超温超压、机械撞击等原因造成破裂泄漏。高炉煤气泄漏除了可能引发燃烧爆炸外，还可能造成作业人员中毒，甚至死亡。数据表明，此类事故的发生概率要远大于火灾爆炸发生的概率[6]。
1.2.3电气控制系统
高炉生产属于半自动化生产，主要通过工人利用电气控制系统对高炉生产过程进行控制作业，高炉内部压力、温度等参数要时刻处于受控状态，因此在高炉生产部位附近有大量电气控制线路。一般情况下，与高炉有关的设备、设施、管道、线路主要位于高炉炉前出铁场，是高炉生产的控制中心。
电气控制系统若发生故障或在火灾事故中被烧毁破坏，不仅会导致无法利用工艺手段控制高炉火灾，更有可能造成更多的可燃物参与燃烧，造成更大规模的事故。生产过程中，曾发生过由于喷吹罐称重传感器故障、煤气及氧气含量检测系统故障、员工强行误操作引起的重大火灾事故。同时，由于电气控制线路多采用埋地电缆井、高空架起等敷设方式，在电气控制线路发生火灾或故障时火灾蔓延速度快、灭火剂要求苛刻、扑救困难。
2高炉火灾扑救对策
2.1工艺处置措施
高炉作为一种高危险性的生产部位，为防止和减轻火灾的危害设计了大量的工艺紧急处置措施，及时从生产工艺角度对高炉火灾进行限制和扑救，能够最大程度地减少火灾损失。
(1)对于高炉煤气泄漏事故。①要时刻关注可燃气体报警装置的报警信息，掌握环境空间内高炉煤气的浓度。利用压力传感器查找泄漏部位，在确保安全的基础上尽快对泄漏部位进行堵漏，切断危险源;②及时开启固定消防设施，对环境空间内的高炉煤气进行稀释。
(2)铁水泄漏多发生在炉体破裂时，此时已不具备继续生产的条件，因此在条件允许的情况下，要对高炉进行紧急停车操作，立即关闭氧气吹入系统和高炉填料设备，开启高炉下部铁水放出口，引导高温物质在安全区域内流动，防止高炉内更多的危险物质泄漏[7]。
(3)火灾发生初期要重点保护电气控制线路，防止其受到灼烧。若高炉本体的控制线路已经损坏，要立即通知焦化和烧结生产部位停止供料，通知氧气供给车间停止供氧，并发出火灾警报防止火灾事故进一步扩大。
2.2沙土石子堵截
在高炉火灾事故中，危害最大的是高温铁水泄漏。由于熔融铁水具有较好的流动性，且温度为1400～1600℃，当其发生泄漏事故时，能够轻易引燃大部分可燃物，遇水或含水量较高的物质时还可能发生剧烈爆炸，因此在发生铁水泄漏流散时，首先应当将高温铁水控制在一定范围内。在进行堵截时，应当选用沙土、石子等不燃材料[8]，并应注意以下2点:
(1)重点区域设防。在高炉生产车间内，贴近地面的燃气管道、电缆管道(井)、人员办公操作区域、可燃物集中堆放区域是应当重点保护的区域，高温铁水或炉渣一旦接触这些部位，将造成事故的进一步扩大，因此要利用提高砂石堆高度的方法，重点对上述区域做好防护。
(2)及时排除积水。高炉铁水泄漏有时是在前期事故处置不当时发生的，若前期已有固定灭火设施或企业员工对生产部位进行了射水稀释或冷却，要在第一时间将低洼处的积水排除，全力避免蒸汽爆炸事故。实际操作中可以利用砂石将低洼处填实，将积水引流至安全区域。若已经发生了铁水泄漏事故，也要主动堵截引流，防止铁水与水的直接接触。
2.3主动冷却灭火
常见高炉煤气的爆炸极限为35.8%～71.9%，因此对于高炉煤气、粉尘泄漏事故，要主动喷水降温、稀释可燃气体浓度防止爆炸。研究表明，细水雾灭火系统对于高炉煤气和粉尘稀释效果极佳，且具有用水量小、机动性强的特点，在防治高炉煤气和粉尘爆炸的战斗中要广泛应用。对于铁水泄漏的事故，严禁用直流水对铁水或周边设备进行喷射冷却[9]。
一方面，大量的水会引发严重的蒸汽爆炸。另一方面，直流水的强冲击作用会使液态的铁水四处喷溅，有可能对人员和设备造成更大伤害，可以采用喷雾或开花水枪喷射冷却。对于电气控制线路或设备火灾，要在确保电源已经切断的情况下灭火，可以采用开花或喷雾水枪或干粉灭火器进行灭火。
2.4注意事项
由于此类火灾危害性大，事故极易在短时间内迅速扩张，因此在进行灭火救援时应当注意以下几点:①设立安全员。安全员要熟悉高炉火灾的特征，对火场进行全面的观察和把控，若现场有爆炸或泄漏等危险，要及时发出警报并引导战斗人员撤离。②合理选择阵地。由于灭火过程中采用开花喷雾水枪或细水雾灭火设施，战斗人员要尽量靠近危险源射水，因此，要合理选择阵地。可以选取较高地点，避免选择在压力容器或可燃物质较多的地方设置水枪阵地。③注意个人防护，防止烫伤或中毒。
3结束语
在研究高炉冶炼基本原理的基础上，结合近年来发生的高炉火灾案例对高炉主要的火灾危险源和危险部位进行了分析，得出高炉存在的主要危险源有:高温铁水、炉渣、高炉煤气、粉尘、电气控制线路等。结合灭火战术战法，针对高炉火灾提出了有针对性的处置措施，即:工艺措施处置、沙土石子堵截、主动冷却灭火的处置措施，并对处置过程中的注意事项进行了详细说明。为企业员工和消防人员处置高炉火灾事故提供了参考，促进冶金企业高炉冶炼的生产安全。
参考文献:
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[6]丁显孔.钢铁冶金企业几种常见火灾爆炸及其防治对策[J].消防技术与产品信息，2007(11):54-56.
[7]刘堂文，秦吉，雷芳，等.高炉旋流除尘器煤气泄漏火灾爆炸安全分析[J].工业安全与环保，2008(1):35-36.
[8]GB50414—2007，钢铁冶金企业设计防火规范[S].
[9]费波，金翔，王玉婷.高压细水雾灭火系统在钢铁行业消防中的应用[J].给水排水，2011(7):89-91.
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