鎂合金板帶工藝生產(chǎn)火災(zāi)因素及應(yīng)對(duì)措施探討

丁宏波

(中色科技股份有限公司，河南 洛陽(yáng) 471039)

鎂是最具潛力的結(jié)構(gòu)材料和功能材料，也是我國(guó)最具有資源保障的金屬。近年來(lái)，在市場(chǎng)需求和國(guó)家政策的雙輪驅(qū)動(dòng)下，我國(guó)鎂加工行業(yè)快速發(fā)展，鎂金屬由上游原材料向合金化下游產(chǎn)品轉(zhuǎn)化的比例越來(lái)越高，以鎂合金板帶為代表的鎂加工材產(chǎn)量逐年提高[1-5]?！爸袊?guó)鎂產(chǎn)業(yè)的技術(shù)研發(fā)在全球處于最領(lǐng)先的水平”“中國(guó)鎂資源優(yōu)勢(shì)正在過(guò)渡轉(zhuǎn)化為產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)”“中國(guó)鎂產(chǎn)業(yè)已基本具備進(jìn)入快速發(fā)展通道的能力”在成為行業(yè)共識(shí)的基礎(chǔ)上也得到了政府主管部門的認(rèn)可。

任何行業(yè)和領(lǐng)域的從弱到強(qiáng)，從小到大的發(fā)展過(guò)程都不是一蹴而就的。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)東北某典型鎂合金板帶生產(chǎn)企業(yè)發(fā)生的鎂屑爆炸所引起的火災(zāi)，以及德國(guó)鎂創(chuàng)新中心(MagIC-Magnesium Innovation Centre)鎂軋制車間發(fā)生火災(zāi)并導(dǎo)致400m2的車間全部燒毀,都給鎂加工行業(yè)敲響了警鐘。

相比于鎂合金板帶應(yīng)用領(lǐng)域和使用量的迅速發(fā)展，其標(biāo)準(zhǔn)體系尤其是工程建設(shè)規(guī)范的制定和實(shí)施還比較滯后。例如鎂合金板帶生產(chǎn)車間建筑防火級(jí)別的確定、關(guān)鍵工序和加工設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)具體的消防應(yīng)對(duì)措施等方面,均無(wú)直接規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)可以進(jìn)行參考，這也給我國(guó)鎂合金板帶行業(yè)的健康發(fā)展帶來(lái)一定的影響。

因而，對(duì)鎂合金板帶生產(chǎn)車間工藝設(shè)備的火災(zāi)因素進(jìn)行分析和探討，在此基礎(chǔ)上提出針對(duì)性的應(yīng)對(duì)措施或建議就尤為重要。

1 鎂加工領(lǐng)域規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)分析

結(jié)合本文主要探討內(nèi)容，所述鎂及鎂合金相關(guān)法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范主要側(cè)重于分析其防火、防爆等安全方面。國(guó)內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及與鎂加工安全關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)的條目舉例如下：

(1)《有色金屬工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB 50630-2010)第8.4.2條目分析：為了最大限度地減少粉塵爆炸發(fā)生，要求在處理有爆炸危險(xiǎn)性粉塵時(shí)應(yīng)采用防爆型除塵器，并對(duì)防爆除塵器提出了要求。所設(shè)置的泄壓(爆)裝置應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《粉塵爆炸泄壓指南》GB/T 15605的要求。

(2)《鋁鎂粉加工粉塵防爆安全規(guī)程》(GB17269-2003)第5.2條、第5.3條目分析：主要是考慮鋁、鎂粉車間容易發(fā)生火災(zāi)爆炸事故，因此對(duì)其廠房和庫(kù)房的門窗設(shè)計(jì)提出強(qiáng)制性要求。

(3)《鎂合金壓鑄安全生產(chǎn)規(guī)范》(GB26488-2011)第5.3條、第7.2條、第10.1條目分析，以及《鎂及鎂合金冶煉安全生產(chǎn)規(guī)范》(GB29742-2013)第4.3.3條、第4.4.3條分析：主要是要求鎂及鎂合金熔鑄、壓鑄車間不應(yīng)使用自動(dòng)噴淋裝置；鎂及鎂合金熔鑄車間應(yīng)具有良好的通風(fēng)條件；熔化爐、鑄造設(shè)備上方不應(yīng)設(shè)置存在滴漏水隱患的設(shè)施；鎂及鎂合金燃燒時(shí)不應(yīng)使用水、泡沫滅火器、四氯化碳滅火器、二氧化碳滅火器等A、B、C類滅火器進(jìn)行滅火，應(yīng)使用專用的鎂金屬滅火器(D級(jí))、消防砂、鑄鐵屑、覆蓋劑等。

由上述例舉國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的強(qiáng)制性條目可知，目前相關(guān)規(guī)范對(duì)鎂及鎂合金加工的安全要求主要還是集中在鎂熔煉和鎂壓鑄、鎂粉制取方面，由于存在同樣或類似的易燃或易爆因素，因而以上條目與鋁、銅熔鑄的安全要求以及鋁粉、鈦粉等金屬粉末制取對(duì)安全的要求相類似。而對(duì)具體的鎂合金加工工序、生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)車間等并無(wú)直接和有針對(duì)性的強(qiáng)條存在。因而，從這個(gè)方面來(lái)講，以鎂合金板帶為代表的加工工程建設(shè)領(lǐng)域其標(biāo)準(zhǔn)制定是滯后和缺失的。

天津?yàn)I海危險(xiǎn)品倉(cāng)庫(kù)爆炸后，國(guó)家嚴(yán)格危險(xiǎn)品管理。國(guó)家安監(jiān)局等10個(gè)部委聯(lián)合制定并公布了《危險(xiǎn)化學(xué)品目錄(2015版)》，并于2015年5月1日實(shí)施。該名錄“危險(xiǎn)化學(xué)品分類信息表”中第1572條：將“鎂”的危險(xiǎn)性類別定義為“自熱物質(zhì)和混合物，以及遇水放出易燃?xì)怏w的物質(zhì)和混合物”；第1573條：將“鎂”丸狀、旋屑或帶狀危險(xiǎn)性類別定義為“易燃固體”。將“鎂合金(片狀、帶狀或條狀，含鎂>50%)”的危險(xiǎn)性類別定義為“易燃固體，以及遇水放出易燃?xì)怏w的物質(zhì)和混合物”；第1574條：將“鎂粉”的危險(xiǎn)性類別定義為“遇水放出易燃?xì)怏w的物質(zhì)和混合物，以及自熱物質(zhì)和混合物”。

《危險(xiǎn)化學(xué)品目錄(2015版)》的公布實(shí)施，短時(shí)間內(nèi)對(duì)鎂合金加工行業(yè)產(chǎn)生了一定的影響，相關(guān)人員紛紛不解并認(rèn)為是天津化學(xué)品爆炸后國(guó)家從嚴(yán)管理，將鎂合金及其板帶材歸類為?；?，直觀認(rèn)為鎂合金板帶材一般都是含鎂>50%，很多情況下也是以帶片狀生產(chǎn)或存儲(chǔ)和交貨的(而其他兩類的純鎂、純鎂粉、鎂合金粉、純鎂屑這些是易燃易爆，歸類為?；肪梢岳斫?。但經(jīng)過(guò)對(duì)比舊版《危險(xiǎn)化學(xué)品名錄》(2002版)中的鎂產(chǎn)品(2003年3月3日發(fā)布，目前已經(jīng)廢止)，其第41502、43012條的“鎂及鎂合金(片狀、帶狀或條狀)，含鎂>50%”、“鎂粉”、“鎂合金粉、鋁鎂粉”和新版《危險(xiǎn)化學(xué)品名錄》完全一致。也就是說(shuō)，這其中是存在認(rèn)識(shí)誤區(qū)的，并非天津?；繁ê髧?guó)家對(duì)鎂加工行業(yè)進(jìn)行了從嚴(yán)管理。

分析可知，《危險(xiǎn)化學(xué)品目錄(2015版)》中序號(hào)1573的產(chǎn)品“鎂合金”，特指片狀、帶狀或條狀并含鎂>50%的鎂合金產(chǎn)品，這與鎂合金錠、鎂合金壓鑄件、鎂合金鍛件、鎂合金型材、鎂合金板材、鎂合金帶卷產(chǎn)品是存在較大差異的制品。根據(jù)英文釋義，這類?；肥侵负V量50%以上的鎂合金顆粒、車屑、帶狀、條狀產(chǎn)品(中英文表述略有不同，帶狀和條狀應(yīng)該是車間工藝廢料)。

但是，鎂鋁粉、鎂屑仍然是危險(xiǎn)化學(xué)品，需要按照相關(guān)法規(guī)從事生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)活動(dòng)。無(wú)論如何，安全生產(chǎn)的神經(jīng)必須緊繃，警鐘必須長(zhǎng)鳴，項(xiàng)目建設(shè)和生產(chǎn)時(shí)企業(yè)要嚴(yán)格執(zhí)行鎂產(chǎn)品的安全生產(chǎn)規(guī)范，特別要注意鎂粉(粒、屑)、鎂合金廢料的安全儲(chǔ)運(yùn)。

2 鎂板帶加熱工序火災(zāi)因素及措施

鎂、鋁、鈦等金屬都屬于活潑金屬，有其自身的燃點(diǎn)，例如鎂粉的燃點(diǎn)是520～600℃，鋁粉的燃點(diǎn)是550～640℃。而鎂合金雖然也有燃點(diǎn)，但其燃點(diǎn)受鎂合金件形狀、尺寸、合金品種、元素含量等因素的影響，不是一個(gè)固定值?？傮w來(lái)說(shuō)，雖然鎂合金可燃但絕大部分的鎂合金加工坯料和制件都可屬于難燃的范圍(易燃、可燃、難燃均有具體的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行界定)。但坯料上存在的毛刺、碎屑或長(zhǎng)時(shí)間明火導(dǎo)致制品燃燒還是客觀存在的，鎂合金一旦著火，要實(shí)現(xiàn)快速滅火是困難的[6]。以下首先從加熱工序分析鎂合金板帶坯的火災(zāi)因素及其應(yīng)對(duì)措施。

鎂合金板帶生產(chǎn)過(guò)程中的加熱包括：鑄錠熱軋前的加熱(鏈?zhǔn)綘t、輥道爐、立推爐)、板坯熱溫軋過(guò)程中的補(bǔ)熱(輥道爐、隧道爐、箱式爐)、板帶坯的退火(臺(tái)車爐、箱式爐、真空爐)、板帶坯的時(shí)效熱處理(臺(tái)車爐、箱式爐、輥道爐)、厚規(guī)格板材熱矯直和熱剪切前的加熱補(bǔ)溫(箱式爐、臺(tái)車爐)。

在有條件的情況下，可盡量將存在加熱、補(bǔ)溫、退火、時(shí)效處理的工序相對(duì)集中，這主要是基于后續(xù)表面修磨、砂光、切邊等可能存在較多的鎂合金屑，屬于易燃物質(zhì)。

從安全角度考慮，鎂合金的所有加熱過(guò)程均應(yīng)采用電加熱，且使用熱風(fēng)循環(huán)爐。實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中表面沾有屑、塵、油或其他異物的鑄錠和板坯必須生產(chǎn)前清理干凈，而且爐子本身也必須定期清理，避免雜物或污染物，爐內(nèi)和坯料均應(yīng)進(jìn)行完全干燥。產(chǎn)能計(jì)算和實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，同爐也必須是相同的合金品種。

各類加熱爐在設(shè)計(jì)時(shí)，必須預(yù)留有消防滅火安全氣接口，并使用瓶裝或供應(yīng)站的氬氣、三氟化硼、三氯化硼等氣體作為滅火介質(zhì)。鎂合金坯料一旦著火，應(yīng)有溫感或煙感進(jìn)行探測(cè)后報(bào)警并自動(dòng)關(guān)閉所有動(dòng)力、燃料和工藝保護(hù)性氣體。例如：可使用三氯化硼氣體由管道充入爐內(nèi)，其氣體濃度約為0.04%，三氯化硼氣體與高溫態(tài)的鎂合金坯料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在坯料表面形成一層保護(hù)膜，要持續(xù)的充入安全氣體，直到將火完全熄滅并將爐溫降低到350℃以下為止。對(duì)于全封閉的爐型，可通過(guò)爐內(nèi)的風(fēng)機(jī)來(lái)循環(huán)鎂合金坯料周圍的三氯化硼等滅火氣體。

利用以上氣體介質(zhì)滅火是在火災(zāi)初始階段，如果是火災(zāi)中后期、嚴(yán)重火災(zāi)以及爐體封閉效果差導(dǎo)致安全氣體四溢，則難以達(dá)到完全滅火目的。即使嚴(yán)重火災(zāi)出現(xiàn)時(shí)，在采用其他固體滅火劑之前，三氯化硼和三氟化硼等滅火氣體仍可以起到有效減緩和抑制火勢(shì)的作用。

對(duì)于難以使用氣體滅火的場(chǎng)合或者是火災(zāi)難以有效控制時(shí)，就必須使用干燥的鑄鐵碎屑與大量碳?xì)浠衔锘旌系氖垡约捌渌軇﹣?lái)進(jìn)行隔離爐內(nèi)空氣進(jìn)而達(dá)到窒息滅火的目的。因而，車間內(nèi)尤其是加熱爐附近必須配置必要的鑄鐵碎屑箱、石墨粉桶等滅火設(shè)施。

鎂合金板帶坯在熱狀態(tài)下與水極易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而容易發(fā)生自燃、火災(zāi)，同時(shí)也產(chǎn)生易燃易爆的氫氣。另外，因液壓油、齒輪油、電纜和電氣裝置、包裝紙、木箱等周邊物質(zhì)發(fā)生燃燒，對(duì)正在加工和儲(chǔ)存的鎂加工材，尤其是熱狀態(tài)下的鎂板帶帶來(lái)極大的安全隱患。因此，在建(構(gòu))筑物設(shè)計(jì)(屋頂、門窗、材質(zhì)、耐火、基礎(chǔ)防水)、工藝設(shè)備選擇和車間布置、防火設(shè)施選擇必須有針對(duì)性的應(yīng)對(duì)措施。所以，鎂合金板坯生產(chǎn)時(shí)的加熱、熱軋、熱處理區(qū)應(yīng)有可靠的防雨淋、防水滴、防地面積水和潮濕、防周邊明火和火災(zāi)蔓延的措施。

3 鎂板帶砂磨工序火災(zāi)因素及措施

鎂合金粉、鎂合金屑、鎂合金薄邊角料由于體積和尺寸規(guī)格小，熱容小，在受熱或遇到明火時(shí)是容易燃燒的。

由《危險(xiǎn)化學(xué)品目錄(2015版)》可知，鎂合金板帶材切邊、噴丸、鋸切、打磨、砂光、修磨以及其它機(jī)加工方式所產(chǎn)生的塊片輕薄料、碎屑、顆粒、粉末以及鎂濾渣和濾泥應(yīng)按危險(xiǎn)化學(xué)品進(jìn)行管理和處置，加工單元和生產(chǎn)區(qū)也應(yīng)有防火、滅火、防爆設(shè)計(jì)措施和裝置，同時(shí)也不應(yīng)在車間內(nèi)、潮濕環(huán)境中大量堆積、儲(chǔ)存，以防受潮自燃和產(chǎn)生氫氣。

鎂合金板帶生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生以上鎂合金粉、屑、廢條片的工序主要包括：鎂合金板坯表面去除氧化皮的砂光(板材粗砂光機(jī))、成品鎂合金板材的拋光打磨及定厚(板材精修磨機(jī)、板材精拋光機(jī))、成品鎂合金帶卷的表面拋光(帶材修磨機(jī))、板材頭尾去除或者中斷時(shí)的鋸切、薄規(guī)格帶卷的邊部剪切。所述的砂光、修磨、拋光主要是借助砂帶、砂輪等機(jī)械磨削機(jī)構(gòu)，鋸切主要是利用鋸床或者鋸條，切邊主要是圓盤剪和碎邊機(jī)。

對(duì)于規(guī)?；⑷ば蛄鞒痰逆V合金板帶生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目，應(yīng)將鎂合金板帶的砂磨、修磨、拋光、鋸切等工序集中到單個(gè)廠房?jī)?nèi)，并嚴(yán)格按照建筑防火設(shè)計(jì)規(guī)范來(lái)定義其生產(chǎn)車間火災(zāi)危險(xiǎn)級(jí)別。如果因產(chǎn)品方案的客觀原因，產(chǎn)生鎂合金屑的工序少、屑量少，可以將個(gè)別工序布置在鎂合金板帶生產(chǎn)聯(lián)合廠房?jī)?nèi)，但無(wú)論屑量產(chǎn)生多與少，都必須在該工序設(shè)置必要的自動(dòng)滅火裝置、人工滅火設(shè)施。如果該產(chǎn)生鎂合金碎屑的生產(chǎn)區(qū)域面積超過(guò)整個(gè)車間面積的5%(或與其他相同、相近火災(zāi)危險(xiǎn)級(jí)別的合計(jì)面積超過(guò)整個(gè)車間面積的5%)，就必須嚴(yán)格按照建筑防火設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)整個(gè)聯(lián)合廠房提高并定義對(duì)應(yīng)的火災(zāi)危險(xiǎn)類別。

以鎂合金表面切削或鋸切舉例：一般大進(jìn)刀量能夠使得鎂合金屑以大塊或卷狀去除，不容易燃燒，且由于鎂合金的導(dǎo)熱率高，能夠快速將機(jī)械加工熱量散發(fā)，因而大進(jìn)給量極少會(huì)出現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中的工序火災(zāi)。在進(jìn)行精磨、拋光工序時(shí)，由于所產(chǎn)生的細(xì)小切屑和細(xì)粉末具有很大的“表面：體積”比率，因而很容易達(dá)到引燃溫度，所以就很有必要采用惰性的切削油來(lái)進(jìn)行工藝潤(rùn)滑(國(guó)外鎂合金板帶加工生產(chǎn)時(shí)使用較為廣泛)，能夠有效避免工序火災(zāi)。

砂磨和拋光以及鋸切產(chǎn)生的熱量是否能夠引燃鎂屑主要與以下因素有關(guān)：加工速度與切削進(jìn)給量，生產(chǎn)環(huán)境下溫度和濕度，合金的成分和狀態(tài)等。

一般規(guī)律是：加工速度足夠快或足夠慢以及切削進(jìn)給量大均不易出現(xiàn)工序火災(zāi)；生產(chǎn)環(huán)境的濕度越高，工序火災(zāi)的可能性越大；與多相合金相比，單相合金的鎂合金板帶更不易著火；合金組織性能和狀態(tài)越均勻，工序著火的可能性越小。

一般鋸切、切邊等工序?yàn)楦墒竭M(jìn)行，而磨削、砂光尤其是精加工的拋光由于會(huì)產(chǎn)生一定量的鎂合金粉塵，懸浮空氣中容易引起爆炸，因而應(yīng)使用惰性磨削油等工藝潤(rùn)滑介質(zhì)。如果為了降低成本使用水基溶液，就必須注意鎂屑與水緩慢進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣，應(yīng)采取有效應(yīng)對(duì)措施來(lái)釋放氫氣。

國(guó)內(nèi)外鎂合金板帶生產(chǎn)企業(yè)所出現(xiàn)的火災(zāi)一般都是由于鎂屑存放不當(dāng)所導(dǎo)致。鎂屑嚴(yán)禁大量堆積，尤其嚴(yán)禁處在雨滴、水濺或放置在潮濕環(huán)境中，更不能大量堆積在車間內(nèi)，必須按照危化品來(lái)進(jìn)行管理和儲(chǔ)運(yùn)，當(dāng)然也包括濕法生產(chǎn)過(guò)程中鎂屑?jí)m所形成的沉積渣、過(guò)濾的濾渣。一般對(duì)鎂屑、鎂塵和濾渣用5%濃度的氯化鐵溶液進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，生成穩(wěn)定的化合物氫氧化鎂和氯化鎂，而且殘留物不會(huì)燃燒。

對(duì)于產(chǎn)生鎂屑、鎂塵、濾渣等區(qū)域的砂光機(jī)、修磨機(jī)、拋光機(jī)、鋸切機(jī)等工序，應(yīng)配置和使用裝有G-1的鈍化石墨基粉末或Met-L-X氯化鈉基粉末的筒式加壓滅火器，必要時(shí)，也可采用儲(chǔ)箱和桶來(lái)大量散裝G-1鈍化石墨基粉末來(lái)預(yù)防火災(zāi)朝嚴(yán)重方向發(fā)展。

4 結(jié)語(yǔ)

鎂合金板帶的生產(chǎn)目前還沒(méi)有形成系統(tǒng)和體系，不僅僅是產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、工藝技術(shù)、生產(chǎn)裝備等方面同鋼鐵、鋁、銅板帶還存在較大差距，其工程建設(shè)尤其是安全方面的標(biāo)準(zhǔn)還比較滯后和缺失，這需要亟待完善，但同時(shí)也是一個(gè)發(fā)展機(jī)遇和行業(yè)熱點(diǎn)。

本文結(jié)合國(guó)內(nèi)外鎂合金加工工程行業(yè)的理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)依據(jù)具體項(xiàng)目設(shè)計(jì)平臺(tái)，對(duì)鎂合金板帶生產(chǎn)主要工序的火災(zāi)因素進(jìn)行了分析和探討，在此基礎(chǔ)上提出了部分應(yīng)對(duì)措施或建議。希望本文的分析能起到拋磚引玉的作用，相關(guān)行業(yè)應(yīng)加快完善我國(guó)鎂加工標(biāo)準(zhǔn)體系的建設(shè)，真正使中國(guó)鎂加工技術(shù)裝備、工程建設(shè)起到引領(lǐng)世界行業(yè)發(fā)展的示范作用。