機立窯運行系統(tǒng)的變異性與操作者行為波動的協(xié)同性研究

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?，F(xiàn)針對這一事故應用Anderson Model理論對機立窯煅燒過程中行為響應進行研究。

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)境和機械有關的，所以Anderson Model理論適用于機立窯煅燒過程中行為響應研究。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, 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、煉邊結邊、塌邊塌窯、架窯等行為反應都是可以控制的。

（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、煉邊結邊、塌邊塌窯、架窯等行為反應是可以通過工作環(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)一些不良反應甚至造成事故，那就應該早點修改系統(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)，煅燒中應做到勤松邊部，發(fā)現(xiàn)煉邊應及時處理；對已出現(xiàn)的結圈必須及時打碎，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、關閉窯門、吹風處理；嚴禁操作人員入窯處理[2]。

4 結束語

的結瘤、結塊、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理論應用研究和實踐總結，關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。

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，除了技術問題外，幾乎都來自對行為響應缺乏適時性、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用[J].自動化學報，1999，25（1）:28-34