李 旭 羅國晶 孔凡玉

中國計量學院安全工程系

安全文明生產(chǎn)是現(xiàn)代化機立窯生產(chǎn)的主要標志之一。機立窯能否實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)、安全生產(chǎn)，在很大程度上取決于窯內(nèi)的煅燒情況，目前窯的控制多為手動控制。由于工藝復雜、干擾大、控制動作頻繁，控制方式強烈地依賴操作人員的估計、經(jīng)驗和責任心，使調(diào)節(jié)品質(zhì)極不穩(wěn)定。近年來, 窯噴事故在一些立窯廠還時有發(fā)生，它給企業(yè)造成了人員傷亡和財產(chǎn)損失，給操作工留下了難以抹去的職業(yè)恐懼。因此，必須對機立窯煅燒過程中的行為響應(yīng)進行研究，采取有效措施防止此類事故的發(fā)生。2012年4月6日云南通?？h里山水泥廠立窯車間6號晚上10點半發(fā)生噴窯安全生產(chǎn)事故，立窯進料口附近操作平臺上作業(yè)的7名工人被噴出10多米遠的500多度的顆粒狀熟料燙傷，其中一人因傷勢過重死亡，而另外6名重傷者屬于特重病人，全身大面積燒傷，傷者燒傷面積達100%，且伴有吸入性損傷、肺部損傷等，6人都已經(jīng)做了氣管切開術(shù)。現(xiàn)針對這一事故應(yīng)用Anderson Model理論對機立窯煅燒過程中行為響應(yīng)進行研究。

1 Anderson Model理論及其適用性分析

1978年安德森等曾在分析60件工傷事故中應(yīng)用了瑟利模型及其提出的問題，發(fā)現(xiàn)后者存在相當?shù)娜毕荩⒅赋觯荷Ｐ碗m然清楚地處理了操作者的問題，但未涉及機械及其周圍環(huán)境的運行過程。通過在瑟利模型之上增加一組前提步驟，即構(gòu)成危險的來源及可察覺性，運行系統(tǒng)內(nèi)的波動(變異性)，控制此波動使之與操作波動相一致。這一工作過程的增加使瑟利模型更為有用。在一定程度上提高了瑟利模型的理論性和實用性。機立窯水泥生產(chǎn)過程中的幾種不正常窯況都是與環(huán)境和機械有關(guān)的，所以Anderson Model理論適用于機立窯煅燒過程中行為響應(yīng)研究。安德森模型是對瑟利模型的擴展和修正，即在瑟利模型之上增加了一組問題，涉及的是危險線索的來源及可察覺性、運行系統(tǒng)內(nèi)的波動（機械運行過程及環(huán)境狀況的不穩(wěn)定性），以及控制和減少這些波動使之與人的行為過程相一致。因此，安德森模型與瑟利模型可成為一個更為完整的模型，如圖1。

圖1 Anderson Model原理運行圖

2 機立窯水泥生產(chǎn)過程和幾種不正常窯況

2.1 機立窯水泥生產(chǎn)過程

目前，我國還有相當一部分機立窯水泥企業(yè)的煅燒操作，還基本上是采用人工監(jiān)視、人工調(diào)整的方法，安全生產(chǎn)，仍在很大程度上依賴于看火工的操作經(jīng)驗，由于操作者的操作水平和責任心不同，在生產(chǎn)中會出現(xiàn)波動和故障，影響產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量與能耗，乃至事故發(fā)生；同時在消除不正?，F(xiàn)象時，操作復雜、勞動強度大、粉塵大。所以要特別加強安全管理工作，使企業(yè)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)、安全生產(chǎn)技術(shù)和管理水平有一個大的提高。

機立窯水泥生產(chǎn)過程包括：原料進廠、破碎、烘干、生料配料(含配煤)與粉磨、預加水成球、立窯煅燒、水泥配料與粉磨、水泥包裝等主要工序。每道工序密切相關(guān), 能否嚴格而準確地控制將直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量和能耗。其中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是生料配料、成球和熟料煅燒三個環(huán)節(jié)。機立窯水泥生產(chǎn)流程，如圖2。

圖2 機立窯水泥生產(chǎn)工藝流程

2.2 機立窯水泥生產(chǎn)過程幾種不正常窯況及危害

（1）呲火類型。全窯物料燒結(jié)不好，沒有形成硬底火或底火極不完整，氣流使預熱帶料球流態(tài)化，大面積料球像煮開水，火球如炸豆；先成了硬底火，由于冷卻帶大塊堵風，煉邊或結(jié)圈，使窯內(nèi)氣體分流，集中從某處噴火而出。呲火危害：散失熱量，造成熱損失；破壞底火，易形成中間火深，偏火等不正常情況；嚴重呲火還會造成人體燒傷事故，同時影響熟料的產(chǎn)量和質(zhì)量。

（2）偏火分為固定偏火和移動偏火，偏火時窯內(nèi)通風不均勻，造成被迫減風和間斷加料，破壞了煅燒的連續(xù)性；偏火縮小了燒成斷面積，減少擴口處的有效利用率，降低了熟料臺時產(chǎn)量；偏火使底火拉深，物料在高溫帶得不到充分燃燒，降低了熟料質(zhì)量。

（3）中間火深是底火不正常的突出表現(xiàn)，容易造成偏火，使窯內(nèi)通風阻力增大，減慢煅燒速度，若窯溫偏高易結(jié)大柱，甚至難卸和底部架窯，影響產(chǎn)量和質(zhì)量。 有時中間通風嚴重不良，燃燒不完全，還原氣氛嚴重，還會造成CO爆炸事故。

（4）煉邊、結(jié)圈的危害。因高溫層熟料液相和熔融煤灰極易粘附窯磚，使窯磚表面層變質(zhì)形成窯皮，降低耐火磚使用壽命；煉結(jié)部位的物料滯停不下沉極易形成架窯等不正常窯況情。

（5）塌邊、塌窯的危害。濕料層的物料和底火，直接塌落入冷卻帶，嚴重影響產(chǎn)量和質(zhì)量；嚴重的塌邊、塌窯，噴出的火紅料還會造成燙傷事故。

（6）架窯分為上部架窯和底部架窯，上部架窯極易發(fā)生物料突然下落，造成噴窯，大量的炙熱氣體并夾帶著大量的高溫粉狀物、火紅料球、料塊從窯內(nèi)噴出窯面，一則造成燒毀窯面的熱工儀表，二則燒傷人，嚴重時會造成死亡事故，直接威脅著操作者的生命安全[1]。

3 機立窯水泥生產(chǎn)過程中幾種不正常窯況及危害的成因

3.1 基于Anderson Model理論對機立窯煅燒過程中的行為響應(yīng)進行分析研究

（1）過程是可控制的嗎？

機立窯水泥生產(chǎn)過程包括：原料進廠、破碎、烘干、生料配料( 含配煤)與粉磨、預加水成球、立窯煅燒、水泥配料與粉磨、水泥包裝等主要工序。這些工序都是由人和機器共同作用來實現(xiàn)的，是可以根據(jù)人的正確操作和對機器環(huán)境的安全管理來控制的。其中煅燒過程中出現(xiàn)的呲火、偏火、中間火深、煉邊結(jié)邊、塌邊塌窯、架窯等行為反應(yīng)都是可以控制的。

（2）過程是可以觀察的嗎？

在機立窯煅燒過程中可以依靠人的感官或借助于儀表設(shè)備能觀察了解工作過程。

（3）察覺是可能的嗎？

在機立窯煅燒過程中出現(xiàn)的呲火、偏火、中間火深、煉邊結(jié)邊、塌邊塌窯、架窯等行為反應(yīng)是可以通過工作環(huán)境中的噪聲、火焰顏色等對工作過程進行觀察了解。

（4）對信息的理智處理可能嗎？

通過對煅燒操作者進行相關(guān)的培訓，知道機立窯系統(tǒng)是怎樣工作的，如果系統(tǒng)工作不正常，他是能感覺、認識到這種情況的。就算系統(tǒng)運行給操作者帶來的疲勞、精神壓力（如長期處于高度精神緊張狀態(tài)）以及注意力減弱也不會妨礙其對系統(tǒng)工作狀況的準確觀察和了解。

（5）系統(tǒng)產(chǎn)生行為波動嗎？

煅燒操作者對機立窯煅燒過程中所發(fā)生的事故及處理事故的能力是有所差別的，所以存在不穩(wěn)定性。

（6）運行系統(tǒng)對行為的波動給出了足夠的時間和空間嗎？

如果運行系統(tǒng)（機械、環(huán)境）有足夠的時間和空間以適應(yīng)操作者行為的不穩(wěn)定性，則可以認為運行系統(tǒng)是安全的（圖1中跨過7、8問題，直接指向系統(tǒng)良好），否則就轉(zhuǎn)入下一個問題。

（7）能否對系統(tǒng)進行修改（機器或程序）？

可以對機立窯煅燒系統(tǒng)進行改進，采用更先進更可靠地系統(tǒng)來適應(yīng)操作者行為在預期范圍內(nèi)的不穩(wěn)定性。

（8）屬于人的決策范圍嗎？

修改系統(tǒng)可以由操作和管理人員作出決定，如果該系統(tǒng)很混亂或者經(jīng)常出現(xiàn)一些不良反應(yīng)甚至造成事故，那就應(yīng)該早點修改系統(tǒng)或是換掉該機器，完全在人的決策范圍之內(nèi)。

3.2 機立窯水泥生產(chǎn)過程中幾種不正常窯況的防范和對策

對以上Anderson Model理論所提出8個問題的回答，可以知道機立窯煅燒過程中所出現(xiàn)的這些行為反應(yīng)是可以預防的，機立窯煅燒系統(tǒng)是可以處于一個安全狀態(tài)的。首先要對機立窯煅燒操作人員的安全操作培訓和相關(guān)機立窯知識培訓，使他們能夠安全無誤地進行操作，能夠覺察在操作過程中出現(xiàn)的不良狀況以及能夠很好地預防處理。

（1）呲火的防范和處理。較輕的呲火，應(yīng)及時用火鉤鉤劃風眼或鐵鍬等撬撥物料、堵實風洞，較大的風眼，除搗實風眼外，可在呲火處進行重點壓料，料球可適當濕些。

（2）中間火深的防范和處理。嚴格控制外加煤粒度規(guī)格；堅持采用加料、卸料、上火速度三者間平衡，以上火速度為中心的操作方法；料面不過滿，邊風不過剩，加料要合理，始終堅持“壓二肋，蓋邊部，提中間”的淺暗火操作方法。

（3）煉邊、結(jié)圈的防范和處理。生料配煤要準確，溶劑礦物的含量不可過高，堅持全風淺暗火煅燒，保持中速連續(xù)卸料，使物料下沉始終是動態(tài)的；合理掌握窯溫，外加煤的粒度要控制在規(guī)定的范圍內(nèi)，煅燒中應(yīng)做到勤松邊部，發(fā)現(xiàn)煉邊應(yīng)及時處理；對已出現(xiàn)的結(jié)圈必須及時打碎，使其自然沉落；經(jīng)常檢查耐火磚磨損情況，凹凸嚴重則及時更換。

（4）塌邊、塌窯的防范和處理。合理調(diào)節(jié)用煤量，堅持正常溫度煅燒；發(fā)生輕微塌邊，及時撬撥大塊物料，撥至塌落區(qū)域，少加料蓋至大塊處，繼續(xù)煅燒；塌窯較深，面積較大時，立即停止加卸料，撬撥大塊紅火至塌洞區(qū)域，盡量填平，在大塊紅火上加蓋少量料球，重點在火快處加料。

（5）架窯的防范和處理。料位不可過高，與窯口保持10～20cm的距離；及時處理不正常窯況；已發(fā)生了架窯，禁止加料卸料、關(guān)閉窯門、吹風處理；嚴禁操作人員入窯處理[2]。

4 結(jié)束語

的結(jié)瘤、結(jié)塊、架窯；又因不觀察窯面，發(fā)現(xiàn)不了加料和卸料的失衡，因而不能及時處理窯面，以至噴窯發(fā)生。所以努力做到四勤，就能正確判斷窯內(nèi)物料煅燒情況、分析原因、找出問題，及時處理以保證立窯正常煅燒。

根據(jù)前述Anderson Model理論應(yīng)用研究和實踐總結(jié)，關(guān)于機立窯的煅燒操作，在現(xiàn)有的生產(chǎn)條件下必須加強安全管理，強化危險線索的來源及可察覺性、運行系統(tǒng)內(nèi)的波動（機械運行過程及環(huán)境狀況的不穩(wěn)定性），以及控制和減少這些波動使之與人的行為過程相一致。據(jù)此可把機立窯的正常煅燒操作要領(lǐng)歸納為：一穩(wěn)定底火、二合理用風、加料、三風、料、煤要連續(xù)平衡、四勤快(四勤是指勤觀察窯面，勤觀察熱工儀表，勤撬動煉邊，勤聯(lián)系)。這是適應(yīng)機立窯操作中波動因素較多，而多數(shù)機立窯自動化程度不高的對策。通過檢測窯壁溫度、熟料溫度、煙氣溫度、風壓、風量等收集有關(guān)底火信息，同時引入腰風、底風、卸料等自動調(diào)節(jié)裝置對窯的煅燒過程進行有效控制，不斷提高看火工的操作水平，嚴格按正常緞燒的操作規(guī)范操作；加強生產(chǎn)工藝過程的控制， 特別是加強原燃料的均化、配料的控制和生料的均化，提高成球質(zhì)量，為窯內(nèi)緞燒創(chuàng)造條件；在操作中應(yīng)做到勤觀察窯面及熱工儀表，及時發(fā)現(xiàn)各種不正常窯況并加以處理，把安全事故消滅在萌芽之中，實現(xiàn)機立窯的安全文明和優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)打下堅實的基礎(chǔ)。

機立窯塌窯噴火不是一個孤立和偶然事件，而是立窯熱工制度紊亂走向極端時出現(xiàn)的現(xiàn)象，在很大程度上取決于窯內(nèi)的煅燒情況。實踐證明，一些窯上的安全和質(zhì)量事故，特別是大的噴窯事故，除了技術(shù)問題外，幾乎都來自對行為響應(yīng)缺乏適時性、預見性和可控性。因為不觀察就不知道底火變化、窯況正常與否；不用釬子處理窯面，一些小的煉邊、結(jié)圈、偏火就可能發(fā)展為大

[1]中國工控網(wǎng).機立窯煅燒過程中幾種不正常窯況防范和處理[DB/OL].[2006-8-23].http://www.gongkong.com/webpage/paper/200608/B-8942-5074D90B8ED8.htm

[2]機立窯煅燒過程中幾種不正常窯況防范和處理[N].中國安全生產(chǎn)報，2012-4-19

[3]袁鑄鋼，王孝紅，F(xiàn)UZZY控制理論在水泥機立窯煅燒過程的應(yīng)用[J].自動化學報，1999，25（1）:28-34