耐火材料制造主要危險因素及事故防范對策探析

郭 鵬

（萊蕪鋼鐵集團泰東實業(yè)有限公司，山東 濟南 271104）

冶金工業(yè)是我國經(jīng)濟發(fā)展的命脈，一個國家的冶金工藝發(fā)展的水平標(biāo)志著一個國家的生產(chǎn)水平，也標(biāo)志著一個國家科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平。冶金生產(chǎn)需要大量的耐火材料，可以說冶金工業(yè)的發(fā)展離不開耐火材料，耐火材料的質(zhì)量關(guān)系到冶金的質(zhì)量與成本，為此需要制造高質(zhì)量的耐火材料。

耐火材料制造從原料加工到材料燒成需要經(jīng)過配料、碾料、運料、運輸、化驗、進窯、干燥、磨制等多道工序，而火災(zāi)、爆炸、機械傷害、車輛傷害、灼燙、觸電、中毒等危險因素將時刻與生產(chǎn)流程并存。因此，耐火材料制造企業(yè)應(yīng)當(dāng)準(zhǔn)確識別和查找出每一道工序當(dāng)中的危險因素，并通過對產(chǎn)生原因的分析，制訂一套針對性強、可行性高、實效性好的事故防范方案，進而將安全事故發(fā)生的概率降到最低點。

1 耐火材料概述與制造工藝流程

1.1 耐火材料概述

近年來，隨著我國冶金行業(yè)的迅猛發(fā)展，該領(lǐng)域?qū)δ突鸩牧系男枨罅砍尸F(xiàn)出逐年遞增態(tài)勢，與此同時，冶金生產(chǎn)過程中對耐火材料的性能、質(zhì)量等參數(shù)也提出了更高的要求。在這一背景之下，耐火材料的制造企業(yè)在改善和優(yōu)化工藝流程的同時，也不斷對耐火材料制造過程中存在的安全隱患予以排查和防范，旨在進一步增強耐火材料制造流程的安全性。目前，在劃分耐火材料種類時，主要根據(jù)材料的使用溫度、材質(zhì)密度以及材料的使用方式劃分，其中，按照使用溫度的劃分方法較為常見，低溫耐火材料的溫度臨界值為900℃，常見材料為硅藻土磚、石棉磚等，中溫耐火材料的溫度介于900℃～1200℃之間，常見材料為輕質(zhì)粘土磚、蛭石等，而高溫材料的溫度臨界值為1200℃，常見材料為輕質(zhì)剛玉磚（如圖1所示）。這些材料的耐火隔熱原理是借助于晶體點陣或者晶格振動來完成，由于晶格振動的能量是量子化的，因此，這種晶格振動的量子常常被稱之為聲子。

圖1 輕質(zhì)剛玉磚

下面以煉鐵高爐為例，針對煉鐵高爐各組成結(jié)構(gòu)所采用的耐火材料類型予以闡述。煉鐵高爐一般由爐喉、爐身、爐腰、爐腹、爐缸以及爐底組成。其中，爐喉位置在煉鐵生產(chǎn)過程中，極易受到坯件的沖擊與摩擦，因此一般選擇抗沖擊能力強、硬度較高的高鋁磚作為爐喉材料。爐身主要分為上中下三個溫度帶，上部與中部的溫度偏低，一般介于400℃～700℃之間，因此可以采用粘土磚或者高鋁磚等耐火材料。而下部溫度較高，并且堆積大量的爐渣，因此，可以采用一些優(yōu)質(zhì)的粘土磚、高鋁磚或者剛玉磚等耐高溫性能優(yōu)越的耐火材料。爐腰部位的溫度高于爐身，在選取耐火材料時，盡量使用優(yōu)質(zhì)的剛玉磚、碳化硅磚或者耐火性能較好的碳磚。爐腹溫度一般在1600℃～1650℃之間，這就對耐火材料的耐高溫性能提出了更加嚴(yán)格的要求，因此，爐腹材料多選用耐高溫性能優(yōu)越的石墨磚或者碳磚。而爐缸與爐底的溫度在1450℃左右，一般選用碳磚等耐火材料即可。

1.2 耐火材料制造工藝流程

耐火材料制造工藝流程主要包括原料加工粉碎、配料與混煉、坯料成型、坯料干燥以及制品燒成等，如圖2所示。

圖2 耐火材料制造工藝流程圖

制造耐火材料的原料按照化學(xué)特性劃分，可以分為硅石、鋯英石等酸性耐火原料、剛玉、鋁礬土、莫來石等中性耐火原料以及鎂砂、鎂鈣砂等堿性耐火原料。在原料加工階段，首先需要對原料進行提純，然后對提純后的原材料進行干燥、鍛燒、粉碎、分級處理。在配料過程中，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格控制材料顆粒配比度，并利用電子稱、稱量車、光電數(shù)字顯示稱等稱量工具對配料進行稱重。在原材料混煉階段，較為常用的混煉設(shè)備包括單軸或者雙軸攪拌機、混砂機以及濕碾機等，在配合好的物料當(dāng)中添入適量的結(jié)合劑，然后利用混煉設(shè)備對這些原材料進行均勻攪拌。在坯料成型階段，主要利用模具或者施加外力的方法，制成具有一定尺寸、形狀與強度的耐火坯體，常用的成型方法包括半干法、可塑法、注漿法、熱壓注成型法、電熔注法等。在坯料干燥階段，通常采用間歇式室式或者隧道式的干燥方法，經(jīng)過該道工序的處理，耐火坯料的機械強度得到大幅提升。在制品燒成階段，燒結(jié)反應(yīng)趨于完全、充分，結(jié)晶相的致密性能夠滿足耐火材料成品的要求[1]。

2 耐火材料制造主要危險因素與原因分析

2.1 火災(zāi)

燃氣泄漏與氧氣混合達到燃燒溫度范圍，在有明火、火星或靜電等條件下可導(dǎo)致火災(zāi)。在耐火材料制造過程中，將使用大量的有機外加劑，或者草繩、塑料、木箱等包裝物，如果操作不當(dāng)，將極易引發(fā)火災(zāi)事故，如果加熱爐使用煤氣或者天然氣，一旦氣體泄漏，發(fā)生火災(zāi)的概率也將增大。變壓器長期超負荷運行，會引起線圈發(fā)熱，使絕緣逐漸老化，造成匝間短路、相間短路或?qū)Φ囟搪?；變壓器?nèi)芯疊裝不良，芯片見絕緣老化，引起鐵損增加，造成變壓器過熱。線圈內(nèi)部的接頭、線圈之間的連接點和引至高、低壓瓷套管的接點及分接開關(guān)上各接點接觸不良會產(chǎn)生局部過熱，破壞線圈絕緣，發(fā)生短路或斷路。另外，由于變壓器線圈受機械損傷或者受潮，引起層間、匝間或者對地短路也會引發(fā)火災(zāi)。避雷器起不到保護作用，遇有雷雨時很容易遭到雷電過電壓的侵襲，擊穿變壓器的絕緣，甚至燒毀變壓器，引起火災(zāi)。

2.2 爆炸

耐火材料制造過程一般需要在窯爐內(nèi)完成，而為窯爐提供熱量的介質(zhì)多以煤氣、天然氣為主，如果接觸不良、操作失誤或者管理缺失，則極易發(fā)生燃氣泄漏事故，當(dāng)空氣中的燃氣濃度達到爆炸極限值以后，一旦遇到明火將會引發(fā)爆炸事故。另外，鍋爐也是耐火材料制造過程中最為常用的器具，鍋爐如果經(jīng)過長時間運轉(zhuǎn)而不及時予以維修與保養(yǎng)，那么鍋爐內(nèi)的水垢厚度將逐漸增大，在這種情況下，爐管強度將大幅降低，致命鍋爐內(nèi)部將充斥大量的蒸汽，隨著內(nèi)部壓強的增大，鍋爐也將面臨著爆炸風(fēng)險。

2.3 機械傷害

耐火材料制造過程中，將使用大量的機械設(shè)備，比如坯料破碎機、皮帶運輸機、混煉設(shè)備、液壓機、窯爐窯車以及提升機等。如果操作人員違反了操作規(guī)程，或者機械設(shè)備本身存在嚴(yán)重故障，都有可能造成機械傷害。比如以起重機械為例，如果起重部件出現(xiàn)鋼絲繩斷裂、鍛鉤斷裂、脫鉤的情況，或者起重設(shè)備未配備聲、光信號以及防脫鉤的保險裝置，那么將直接危及操作人員或者現(xiàn)場作業(yè)人員的生命安全。

2.4 車輛傷害

車輛是原材料、坯料以及耐火材料成品運輸?shù)闹匾ぞ?，如果司機疲勞駕駛，或者現(xiàn)場管理混亂，車輛調(diào)度指揮無序，那么也極易發(fā)生車輛碾壓或者撞擊事故，嚴(yán)重的還會給現(xiàn)場作業(yè)人員的生命安全構(gòu)成威脅。

2.5 灼燙

在制造和生產(chǎn)耐火材料時，將使用豎窯、回轉(zhuǎn)窯、鍋爐、倒煙窯等大型設(shè)備，由于這些設(shè)備在運轉(zhuǎn)過程中將產(chǎn)生大量的熱量，表面溫度較高，如果操作人員操作不慎，或者設(shè)備出現(xiàn)嚴(yán)重故障，則極易引發(fā)灼燙事故。另外，在坯料干燥成型階段，如果操作工序錯誤，或者現(xiàn)場安全管理機制不健全，高溫坯體將直接給操作人員造成傷害[2]。

2.6 觸電

引發(fā)觸電事故的主要原因包括操作不當(dāng)、接地保護、漏電保護、電位聯(lián)結(jié)保護失效，與此同時，線路在長期使用過程中，如果不及時進行更換，將加快線路的老化速度，觸電風(fēng)險也將急劇上升。另外，在耐火材料的制造車間，存在大量的高壓電器設(shè)備，如果這些設(shè)備周圍的隔欄或者遮攔遭到破壞，導(dǎo)致人體與帶電體的距離小于最小安全距離，也會引發(fā)觸電事故。

2.7 中毒

煤氣與天然氣是制造耐火材料時最為常用的燃料，而煤氣當(dāng)中含有大量的一氧化碳氣體與氫氣，現(xiàn)場操作人員一旦吸入煤氣，則極易引發(fā)中毒或者窒息事故。另外，在制造和生產(chǎn)耐火材料時，往往需要向原料當(dāng)中添加三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉等減水劑，或者氫氧化鈉以及火星氫氧化鋁等促凝劑，這些化學(xué)成分一旦大量揮發(fā)，也容易引起身體不適等癥狀。除以上危險因素以外，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的脈沖噪聲也容易給現(xiàn)場作業(yè)人員的神經(jīng)系統(tǒng)造成危害，進而嚴(yán)重危及作業(yè)人員的身體健康，耐火材料主要危險因素與事故類型如表1所示。

表1 耐火材料主要危險因素與事故類型

3 耐火材料制造過程中的事故防范對策

3.1 健全安全管理機制

管理制度雖然是一個老生常談的話題，但是，卻在耐火材料制造過程的安全管理工作當(dāng)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。一方面，通過建立完善的安全管理制度，能夠進一步增強管理人員以及現(xiàn)場作業(yè)人員的安全意識，進而可以主動、自覺的履行自身的安全職責(zé)與義務(wù)。另一方面，一旦現(xiàn)場作業(yè)人員出現(xiàn)違規(guī)操作的行為，企業(yè)可以根據(jù)獎罰機制，對涉事人員進行處理，這就使得各項工作的開展能夠有法可依、有章可循、有規(guī)可守。因此，企業(yè)應(yīng)當(dāng)根據(jù)國家頒布的《耐火材料生產(chǎn)安全規(guī)程》（AQ2023-2008）的條款內(nèi)容，并結(jié)合耐火材料的主要危險因素，制訂一套切實可行的安全管理機制，并將如何防范各類安全事故的發(fā)生所采取的有效措施納入到條款內(nèi)容當(dāng)中。比如在對豎窯進行檢修時，由于豎窯當(dāng)中含有一氧化碳有毒氣體，因此，在制度當(dāng)中需要對如何防范一氧化碳中毒事故所采取的措施予以說明，即保持窯內(nèi)強制通風(fēng)，進入豎窯前后需要核檢人數(shù)，進窯之前應(yīng)對窯內(nèi)的一氧化碳含量進行測定，當(dāng)確定安全后，方可進入。再比如應(yīng)對脈沖噪聲時，應(yīng)當(dāng)根據(jù)《耐火材料生產(chǎn)安全規(guī)程》（AQ2023-2008）中關(guān)于允許噪聲暴露分貝值的規(guī)定，來制訂脈沖噪聲防范措施，如表2所示。

表2 允許噪聲暴露分貝值

3.2 加大培訓(xùn)力度，提升綜合素養(yǎng)

安全事故的發(fā)生與人的主觀因素有著密切關(guān)系，因此，預(yù)防安全事故的發(fā)生，首要問題是增強管理人員、技術(shù)人員、生產(chǎn)人員、設(shè)備操作人員的安全意識。于企業(yè)而言，需要結(jié)合各個崗位的安全生產(chǎn)職責(zé)，制訂一套安全培訓(xùn)方案，并將專業(yè)操作技術(shù)、安全法規(guī)、企業(yè)各項管理制度等內(nèi)容統(tǒng)一納入到培訓(xùn)教育計劃當(dāng)中。為了驗證培訓(xùn)教育效果，企業(yè)人力資源部門應(yīng)當(dāng)通過工作實踐考核的方法，對每一道生產(chǎn)工序、每一個工作步驟與工作死角進行檢查與監(jiān)督，如果發(fā)現(xiàn)問題或者潛在的安全風(fēng)險隱患，應(yīng)當(dāng)對當(dāng)事人繼續(xù)開展培訓(xùn)教育，以此來避免由于人為原因而發(fā)生的安全事故。

3.3 推行精細化管理，增加監(jiān)督檢查頻次

所謂精細化管理主要是在從事安全管理工作時，不留死角，顧全大局，統(tǒng)籌全局，并從多個角度、多個方向出發(fā)，對每一個可能存在安全風(fēng)險隱患的生產(chǎn)工序進行細致檢查，以及時堵塞安全漏洞。比如在檢查各種大型生產(chǎn)設(shè)備時，檢查人員應(yīng)對設(shè)備外圍是否設(shè)置防護罩、防護欄，聯(lián)鎖、緊停以及控制裝置是否靈敏可靠，每一個螺栓連接點是否緊固，每一處密封接合處是否存在漏油、漏水現(xiàn)象等。并同時將這些內(nèi)容予以詳細記錄，以便于日后調(diào)取與查閱工作的展開。以消防設(shè)施為例，企業(yè)在配備基本的消防設(shè)施與器具的同時，應(yīng)當(dāng)根據(jù)企業(yè)經(jīng)營生產(chǎn)規(guī)模，對一些重要場所與區(qū)域，應(yīng)當(dāng)加設(shè)一些必要的消防器材，比如滅火器、消火栓等，安全管理人員應(yīng)當(dāng)樹立高度的主人翁責(zé)任意識與安全意識，不定期對消防設(shè)施的使用情況、在用情況進行檢查，如果發(fā)現(xiàn)消防器材出現(xiàn)過期的情況，需要及時予以更換。

3.4 消除物的不安全因素

耐火材料在生產(chǎn)制造過程中，較為常見的“物質(zhì)”包括所有的生產(chǎn)原材料、相關(guān)的輔助物料及所有的生產(chǎn)設(shè)備和所有的輔助設(shè)備。物的不安全因素會直接導(dǎo)致危險的發(fā)展和延續(xù)。因此，要依據(jù)物質(zhì)本身的特征和物質(zhì)的自身狀態(tài)，加強對物質(zhì)的管理，使物質(zhì)這一危險因素產(chǎn)生的安全事故降到最低點。以生產(chǎn)制造過程中使用的各種電氣設(shè)備與特種設(shè)備為例，一般情況下，電氣設(shè)備的傳動部位常常由防護罩、蓋或欄、各種聯(lián)鎖裝置、緊停裝置以及控制裝置組成，這些裝置的靈敏度直接關(guān)系到設(shè)備運轉(zhuǎn)的安全性能，因此，設(shè)備檢修人員應(yīng)當(dāng)定期對這些靈敏裝置的運行狀態(tài)進行檢查與校驗，一旦發(fā)現(xiàn)安全隱患，應(yīng)當(dāng)及時予以處理。對于存放電氣設(shè)備的存儲空間來說，企業(yè)應(yīng)當(dāng)在醒目區(qū)域設(shè)立安全警示標(biāo)識，絕緣工具、照明工具、應(yīng)急事故處理工具應(yīng)當(dāng)一應(yīng)俱全，并保證各種電氣設(shè)備的接地系統(tǒng)安全可靠。另外，企業(yè)在采購各種特種設(shè)備時，設(shè)備管理人員應(yīng)對設(shè)備的合格證、使用登記證、供應(yīng)商的經(jīng)營資質(zhì)、設(shè)備的檢驗報告等材料進行審核，當(dāng)確定供應(yīng)商各方面條件符合標(biāo)準(zhǔn)要求以后，方可與其簽訂設(shè)備購買協(xié)議。

4 結(jié)語

耐火材料制造主要危險因素種類眾多，在這些危險因素當(dāng)中，如果做好充分的事先準(zhǔn)備與防范工作，那么安全事故的發(fā)生概率也將大幅降低。基于這一思想，企業(yè)應(yīng)當(dāng)建立一支安全意識強、管理能力強、專業(yè)水平高的安全管理隊伍，并不斷在生產(chǎn)管理與專業(yè)技術(shù)方面進行突破與提升，進而實現(xiàn)安全生產(chǎn)零事故的美好愿景。