镁合金板带工艺生产火灾因素分析

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摘要:文章结合国内外镁合金加工工程行业的理论和实践经验，同时依据具体项目设计平台，对镁合金板带生产车间工艺设备的火灾因素进行了分析和探讨，在此基础上提出了针对性的应对措施或建议。

关键词:镁合金;板带;生产工艺;火灾因素;措施

镁是最具潜力的结构材料和功能材料，也是我国最具有资源保障的金属。近年来，在市场需求和国家政策的双轮驱动下，我国镁加工行业快速发展，镁金属由上游原材料向合金化下游产品转化的比例越来越高，以镁合金板带为代表的镁加工材产量逐年提高［1－5］。“中国镁产业的技术研发在全球处于最领先的水平”“中国镁资源优势正在过渡转化为产业优势”“中国镁产业已基本具备进入快速发展通道的能力”在成为行业共识的基础上也得到了政府主管部门的认可。任何行业和领域的从弱到强，从小到大的发展过程都不是一蹴而就的。近年来，国内东北某典型镁合金板带生产企业发生的镁屑爆炸所引起的火灾，以及德国镁创新中心(MagIC－MagnesiumInnovationCentre)镁轧制车间发生火灾并导致400m2的车间全部烧毁，都给镁加工行业敲响了警钟。相比于镁合金板带应用领域和使用量的迅速发展，其标准体系尤其是工程建设规范的制定和实施还比较滞后。例如镁合金板带生产车间建筑防火级别的确定、关键工序和加工设备设计时具体的消防应对措施等方面，均无直接规范和标准可以进行参考，这也给我国镁合金板带行业的健康发展带来一定的影响。因而，对镁合金板带生产车间工艺设备的火灾因素进行分析和探讨，在此基础上提出针对性的应对措施或建议就尤为重要。

1镁加工领域规范标准分析

结合本文主要探讨内容，所述镁及镁合金相关法规、标准或规范主要侧重于分析其防火、防爆等安全方面。国内相关标准规范及与镁加工安全关联性较强的条目举例如下:(1)《有色金属工程设计防火规范》(GB50630－2010)第8．4．2条目分析:为了最大限度地减少粉尘爆炸发生，要求在处理有爆炸危险性粉尘时应采用防爆型除尘器，并对防爆除尘器提出了要求。所设置的泄压(爆)装置应符合现行国家标准《粉尘爆炸泄压指南》GB/T15605的要求。(2)《铝镁粉加工粉尘防爆安全规程》(GB17269－2003)第5．2条、第5．3条目分析:主要是考虑铝、镁粉车间容易发生火灾爆炸事故，因此对其厂房和库房的门窗设计提出强制性要求。(3)《镁合金压铸安全生产规范》(GB26488－2011)第5．3条、第7．2条、第10．1条目分析，以及《镁及镁合金冶炼安全生产规范》(GB29742－2013)第4．3．3条、第4．4．3条分析:主要是要求镁及镁合金熔铸、压铸车间不应使用自动喷淋装置;镁及镁合金熔铸车间应具有良好的通风条件;熔化炉、铸造设备上方不应设置存在滴漏水隐患的设施;镁及镁合金燃烧时不应使用水、泡沫灭火器、四氯化碳灭火器、二氧化碳灭火器等A、B、C类灭火器进行灭火，应使用专用的镁金属灭火器(D级)、消防砂、铸铁屑、覆盖剂等。由上述例举国家标准的强制性条目可知，目前相关规范对镁及镁合金加工的安全要求主要还是集中在镁熔炼和镁压铸、镁粉制取方面，由于存在同样或类似的易燃或易爆因素，因而以上条目与铝、铜熔铸的安全要求以及铝粉、钛粉等金属粉末制取对安全的要求相类似。而对具体的镁合金加工工序、生产设备、生产车间等并无直接和有针对性的强条存在。因而，从这个方面来讲，以镁合金板带为代表的加工工程建设领域其标准制定是滞后和缺失的。天津滨海危险品仓库爆炸后，国家严格危险品管理。国家安监局等10个部委联合制定并公布了《危险化学品目录(2015版)》，并于2015年5月1日实施。该名录“危险化学品分类信息表”中第1572条:将“镁”的危险性类别定义为“自热物质和混合物，以及遇水放出易燃气体的物质和混合物”;第1573条:将“镁”丸状、旋屑或带状危险性类别定义为“易燃固体”。将“镁合金(片状、带状或条状，含镁＞50%)”的危险性类别定义为“易燃固体，以及遇水放出易燃气体的物质和混合物”;第1574条:将“镁粉”的危险性类别定义为“遇水放出易燃气体的物质和混合物，以及自热物质和混合物”。《危险化学品目录(2015版)》的公布实施，短时间内对镁合金加工行业产生了一定的影响，相关人员纷纷不解并认为是天津化学品爆炸后国家从严管理，将镁合金及其板带材归类为危化品，直观认为镁合金板带材一般都是含镁＞50%，很多情况下也是以带片状生产或存储和交货的(而其他两类的纯镁、纯镁粉、镁合金粉、纯镁屑这些是易燃易爆，归类为危化品均可以理解)。但经过对比旧版《危险化学品名录》(2002版)中的镁产品(2003年3月3日，目前已经废止)，其第41502、43012条的“镁及镁合金(片状、带状或条状)，含镁＞50%”、“镁粉”、“镁合金粉、铝镁粉”和新版《危险化学品名录》完全一致。也就是说，这其中是存在认识误区的，并非天津危化品爆炸后国家对镁加工行业进行了从严管理。分析可知，《危险化学品目录(2015版)》中序号1573的产品“镁合金”，特指片状、带状或条状并含镁＞50%的镁合金产品，这与镁合金锭、镁合金压铸件、镁合金锻件、镁合金型材、镁合金板材、镁合金带卷产品是存在较大差异的制品。根据英文释义，这类危化品是指含镁量50%以上的镁合金颗粒、车屑、带状、条状产品(中英文表述略有不同，带状和条状应该是车间工艺废料)。但是，镁铝粉、镁屑仍然是危险化学品，需要按照相关法规从事生产和经营活动。无论如何，安全生产的神经必须紧绷，警钟必须长鸣，项目建设和生产时企业要严格执行镁产品的安全生产规范，特别要注意镁粉(粒、屑)、镁合金废料的安全储运。

2镁板带加热工序火灾因素及措施

镁、铝、钛等金属都属于活泼金属，有其自身的燃点，例如镁粉的燃点是520～600℃，铝粉的燃点是550～640℃。而镁合金虽然也有燃点，但其燃点受镁合金件形状、尺寸、合金品种、元素含量等因素的影响，不是一个固定值。总体来说，虽然镁合金可燃但绝大部分的镁合金加工坯料和制件都可属于难燃的范围(易燃、可燃、难燃均有具体的国家标准进行界定)。但坯料上存在的毛刺、碎屑或长时间明火导致制品燃烧还是客观存在的，镁合金一旦着火，要实现快速灭火是困难的［6］。以下首先从加热工序分析镁合金板带坯的火灾因素及其应对措施。镁合金板带生产过程中的加热包括:铸锭热轧前的加热(链式炉、辊道炉、立推炉)、板坯热温轧过程中的补热(辊道炉、隧道炉、箱式炉)、板带坯的退火(台车炉、箱式炉、真空炉)、板带坯的时效热处理(台车炉、箱式炉、辊道炉)、厚规格板材热矫直和热剪切前的加热补温(箱式炉、台车炉)。在有条件的情况下，可尽量将存在加热、补温、退火、时效处理的工序相对集中，这主要是基于后续表面修磨、砂光、切边等可能存在较多的镁合金屑，属于易燃物质。从安全角度考虑，镁合金的所有加热过程均应采用电加热，且使用热风循环炉。实际生产过程中表面沾有屑、尘、油或其他异物的铸锭和板坯必须生产前清理干净，而且炉子本身也必须定期清理，避免杂物或污染物，炉内和坯料均应进行完全干燥。产能计算和实际生产时，同炉也必须是相同的合金品种。各类加热炉在设计时，必须预留有消防灭火安全气接口，并使用瓶装或供应站的氩气、三氟化硼、三氯化硼等气体作为灭火介质。镁合金坯料一旦着火，应有温感或烟感进行探测后报警并自动关闭所有动力、燃料和工艺保护性气体。例如:可使用三氯化硼气体由管道充入炉内，其气体浓度约为0.04%，三氯化硼气体与高温态的镁合金坯料发生化学反应，在坯料表面形成一层保护膜，要持续的充入安全气体，直到将火完全熄灭并将炉温降低到350℃以下为止。对于全封闭的炉型，可通过炉内的风机来循环镁合金坯料周围的三氯化硼等灭火气体。利用以上气体介质灭火是在火灾初始阶段，如果是火灾中后期、严重火灾以及炉体封闭效果差导致安全气体四溢，则难以达到完全灭火目的。即使严重火灾出现时，在采用其他固体灭火剂之前，三氯化硼和三氟化硼等灭火气体仍可以起到有效减缓和抑制火势的作用。对于难以使用气体灭火的场合或者是火灾难以有效控制时，就必须使用干燥的铸铁碎屑与大量碳氢化合物混合的石墨粉以及其他溶剂来进行隔离炉内空气进而达到窒息灭火的目的。因而，车间内尤其是加热炉附近必须配置必要的铸铁碎屑箱、石墨粉桶等灭火设施。镁合金板带坯在热状态下与水极易发生化学反应而容易发生自燃、火灾，同时也产生易燃易爆的氢气。另外，因液压油、齿轮油、电缆和电气装置、包装纸、木箱等周边物质发生燃烧，对正在加工和储存的镁加工材，尤其是热状态下的镁板带带来极大的安全隐患。因此，在建(构)筑物设计(屋顶、门窗、材质、耐火、基础防水)、工艺设备选择和车间布置、防火设施选择必须有针对性的应对措施。所以，镁合金板坯生产时的加热、热轧、热处理区应有可靠的防雨淋、防水滴、防地面积水和潮湿、防周边明火和火灾蔓延的措施。

3镁板带砂磨工序火灾因素及措施

镁合金粉、镁合金屑、镁合金薄边角料由于体积和尺寸规格小，热容小，在受热或遇到明火时是容易燃烧的。由《危险化学品目录(2015版)》可知，镁合金板带材切边、喷丸、锯切、打磨、砂光、修磨以及其它机加工方式所产生的块片轻薄料、碎屑、颗粒、粉末以及镁滤渣和滤泥应按危险化学品进行管理和处置，加工单元和生产区也应有防火、灭火、防爆设计措施和装置，同时也不应在车间内、潮湿环境中大量堆积、储存，以防受潮自燃和产生氢气。镁合金板带生产过程中产生以上镁合金粉、屑、废条片的工序主要包括:镁合金板坯表面去除氧化皮的砂光(板材粗砂光机)、成品镁合金板材的抛光打磨及定厚(板材精修磨机、板材精抛光机)、成品镁合金带卷的表面抛光(带材修磨机)、板材头尾去除或者中断时的锯切、薄规格带卷的边部剪切。所述的砂光、修磨、抛光主要是借助砂带、砂轮等机械磨削机构，锯切主要是利用锯床或者锯条，切边主要是圆盘剪和碎边机。对于规模化、全工序流程的镁合金板带生产建设项目，应将镁合金板带的砂磨、修磨、抛光、锯切等工序集中到单个厂房内，并严格按照建筑防火设计规范来定义其生产车间火灾危险级别。如果因产品方案的客观原因，产生镁合金屑的工序少、屑量少，可以将个别工序布置在镁合金板带生产联合厂房内，但无论屑量产生多与少，都必须在该工序设置必要的自动灭火装置、人工灭火设施。如果该产生镁合金碎屑的生产区域面积超过整个车间面积的5%(或与其他相同、相近火灾危险级别的合计面积超过整个车间面积的5%)，就必须严格按照建筑防火设计规范对整个联合厂房提高并定义对应的火灾危险类别。以镁合金表面切削或锯切举例:一般大进刀量能够使得镁合金屑以大块或卷状去除，不容易燃烧，且由于镁合金的导热率高，能够快速将机械加工热量散发，因而大进给量极少会出现生产过程中的工序火灾。在进行精磨、抛光工序时，由于所产生的细小切屑和细粉末具有很大的“表面:体积”比率，因而很容易达到引燃温度，所以就很有必要采用惰性的切削油来进行工艺润滑(国外镁合金板带加工生产时使用较为广泛)，能够有效避免工序火灾。砂磨和抛光以及锯切产生的热量是否能够引燃镁屑主要与以下因素有关:加工速度与切削进给量，生产环境下温度和湿度，合金的成分和状态等。一般规律是:加工速度足够快或足够慢以及切削进给量大均不易出现工序火灾;生产环境的湿度越高，工序火灾的可能性越大;与多相合金相比，单相合金的镁合金板带更不易着火;合金组织性能和状态越均匀，工序着火的可能性越小。一般锯切、切边等工序为干式进行，而磨削、砂光尤其是精加工的抛光由于会产生一定量的镁合金粉尘，悬浮空气中容易引起爆炸，因而应使用惰性磨削油等工艺润滑介质。如果为了降低成本使用水基溶液，就必须注意镁屑与水缓慢进行化学反应产生的氢气，应采取有效应对措施来释放氢气。国内外镁合金板带生产企业所出现的火灾一般都是由于镁屑存放不当所导致。镁屑严禁大量堆积，尤其严禁处在雨滴、水溅或放置在潮湿环境中，更不能大量堆积在车间内，必须按照危化品来进行管理和储运，当然也包括湿法生产过程中镁屑尘所形成的沉积渣、过滤的滤渣。一般对镁屑、镁尘和滤渣用5%浓度的氯化铁溶液进行化学反应，生成稳定的化合物氢氧化镁和氯化镁，而且残留物不会燃烧。对于产生镁屑、镁尘、滤渣等区域的砂光机、修磨机、抛光机、锯切机等工序，应配置和使用装有G－1的钝化石墨基粉末或Met－L－X氯化钠基粉末的筒式加压灭火器，必要时，也可采用储箱和桶来大量散装G－1钝化石墨基粉末来预防火灾朝严重方向发展。

4结语

镁合金板带的生产目前还没有形成系统和体系，不仅仅是产品标准、工艺技术、生产装备等方面同钢铁、铝、铜板带还存在较大差距，其工程建设尤其是安全方面的标准还比较滞后和缺失，这需要亟待完善，但同时也是一个发展机遇和行业热点。本文结合国内外镁合金加工工程行业的理论和实践经验，同时依据具体项目设计平台，对镁合金板带生产主要工序的火灾因素进行了分析和探讨，在此基础上提出了部分应对措施或建议。希望本文的分析能起到抛砖引玉的作用，相关行业应加快完善我国镁加工标准体系的建设，真正使中国镁加工技术装备、工程建设起到引领世界行业发展的示范作用。

参考文献

［1］麻惠丽，王祝堂．世界镁及镁合金板带轧制回眸与展望［J］．轻合金加工技术，2007，35(6):1－12．

［2］王祝堂．镁合金薄带材轧制新进展［J］．有色金属加工，2014，43(2):21－24．

［3］陈彦博，赵红亮，翁康荣．有色金属轧制技术［M］．北京:化学工业出版社，2007．

［4］程森，周鹤龄，崔建忠，等．镁合金宽幅板卷轧制技术与装备的研发进展［C］//镁业分会第十六届年会暨2013年全国镁行业大会文集，北京，2013:23－29．

［5］徐河，刘静安，谢水生．镁合金制备与加工技术［M］．北京:冶金工业出版社，2007．

［6］张丁非，方霖．镁合金板材轧制技术与工艺的研究进展［J］．兵器材料科学与工程，2010，33(5):96－101．

作者：丁宏波 单位：中色科技股份有限公司