凯发国际娱乐官网入口 鋁鎂金屬拋光工藝粉塵爆炸事故分析與防護

拋丸、噴丸、噴砂、打磨、拋光等鋁鎂金屬表面處理（簡稱拋光）工藝是鋁鎂制品機械加工的重要工序，廣泛應用于汽車、摩托車等交通工具，通訊、計算機、消費品（3C）電子產品，日用品和零件制造行業。近幾年，我國發生了多起鋁鎂金屬打磨與拋光粉塵爆炸事故，造成了重大人員傷亡和財產損失。本文通過介紹鋁鎂金屬表面處理工藝及鋁鎂金屬的粉塵爆炸特性，分析近幾年鋁鎂金屬打磨與拋光粉塵爆炸事故，提出相關工藝粉塵爆炸防護方法。

處理工藝

鋁鎂金屬材料包括鋁鎂合金、鋁硅合金、鎂鋁合金等。鋁鎂金屬的加工工藝通常包括熔煉、壓鑄、澆鑄、注射成型、電鍍前表面處理和電鍍等工序。

鋁鎂金屬表面處理工藝是金屬機械加工的重要工序，廣泛應用于汽車等交通工具零件，筆記本、平板電腦、手機等電子產品框架，五金日用品和其他金屬零件制造行業。鍍膜前的金屬表面處理工藝包括噴丸、噴砂、去毛刺、打磨、刷光和拋光等工序中的一種或幾種。相關設備包括拋丸機、噴丸機、噴砂機、角磨機、砂輪機、砂帶機、手持式砂輪、手持式砂紙打磨機、刷光機、固定式拋光輪、手持式拋光輪等。

拋丸/噴丸

拋丸通過 拋丸機 葉輪拋丸機將直徑0.2～3mm的鋼丸高速拋向工件表面。由于工件母體金屬可以發生塑性變形，而氧化皮不能發生塑性變形，因而氧化皮被除去。拋丸還具有除去材料表面應力的作用。噴丸和拋丸的表面處理效果類似，區別在于噴丸采用壓縮空氣通過噴嘴將鋼丸高速噴向工件表面，其優點是適用于表面形態復雜的工件，但能耗較高。拋丸和噴丸常用于輪轂等重鑄件，其產生的粉塵含較多金屬氧化物。拋丸機或者噴丸機均配備除塵器，用于將粉塵和鋼丸分離，以回收鋼丸重復使用。

噴砂

噴砂和噴丸工藝設備類似，但所用的表面處理介質為125～425μm金剛砂等硬度較高帶有棱角的顆粒。由于砂粒帶有棱角，因此對工件表面具有磨削作用，可用于除去工件表面的氧化皮和塑性脫模劑。噴砂常用于平板框架等輕鑄件。噴砂產生的粉塵含有金屬氧化物、金屬和塑性脫模劑。噴砂機也配備除塵器，用于將砂和粉塵分離。

去毛刺

毛刺是鑄造過程產生的薄片或尖刺，為金屬和氧化皮的組合。拋丸、噴丸、噴砂都有去毛刺的效果，但部分毛刺根部需要手動去除。采用的工具有砂輪頭角磨機、圓柱頭角磨機、圓錐頭角磨機和手銼等。

打磨

打磨通過植砂皮帶、砂輪、角磨機、砂紙等工具對金屬表面進行磨削。打磨粉塵粒徑與植砂粒徑有關，粒徑范圍由幾微米到幾百微米。打磨粉塵活性金屬含量較高，通常為80%以上。打磨對輕鑄件和重鑄件都是必需工序。

刷光

刷光通過旋轉的金屬絲刷去金屬表面氧化物和脫模劑，常用于剎車片、平板框架等輕鑄件，也用于表面積大的冷軋板。典型刷光粉塵的粒徑為20～30μm。

拋光

拋光一般采用麻、布和絨等織物覆蓋的拋光輪摩擦工件表面，提高工件表面光潔度。拋光輪上通常抹上膏狀拋光磨料。拋光過程中，脫落的織物纖維和磨料會與金屬粉混合。單個拋光粉塵的粒度很小，一般小于5μm，但拋光粉塵因為織物纖維而呈纖維狀。拋光粉塵的活性金屬含量較低。廣義的拋光工序包括所有的金屬表面修整工序。

事故分析

我國較早見諸報道的粉塵爆炸事故就是鋁合金拋光粉塵爆炸事故。1963年6月16日，天津鋁制品廠磨光車間發生鋁粉塵爆炸事故，導致19人死亡，24人受傷。該車間采用刷光機進行刷光，除塵系統與10個工位的吸塵罩相連。事故的直接原因是風機葉片軸上螺絲松動導致風機輪葉片與風機外殼發生摩擦。除塵系統內爆炸后，爆炸火焰通過工位的吸塵口沖出，在車間內引發了二次爆炸。通過對鋁鎂金屬打磨拋光粉塵爆炸事故的分析，總結事故的根本原因和直接原因（點火源）如下：

根本原因

1.除塵能力不足。車間內工位附近粉塵沉積有時直接導致粉塵初始爆炸，有時在除塵系統爆炸后參與車間內的二次爆炸。而車間粉塵沉積的主要原因是除塵能力不足，包括缺乏除塵系統、除塵系統存在設計缺陷或維護不夠。很多小型拋光作坊沒有安裝除塵系統，僅僅基于職業健康考慮安裝了通風風機以降低車間內粉塵濃度。有的小型拋光作坊通過風機將粉塵輸送到緊鄰車間的“除塵室”。所謂除塵室只是簡易沉降室，在正常作業過程或者粉塵清理作業中極易發生爆炸。有的企業安裝了脈沖式袋式除塵器，但風速設計不夠，沒有定期檢查風機，管道清掃不及時。有的企業雖然采用了相對安全的濕式除塵器，但除塵器沒有設計氫氣排放裝置。

2.車間和除塵管道清掃不足。發生爆炸事故的車間都有大量粉塵沉積，有些除塵系統管道從未清理過。

事故主要點火源

鋁鎂金屬打磨拋光事故的點火源包括：打磨工具產生的機械火花、風機故障機械火花、電氣線路火花、非防爆電氣設備火花、壓縮空氣噴吹靜電放電，管道內靜電放電、管道內粉塵遇濕自燃等。機械火花、電氣火花和靜電放電是主要的點燃源，分別占41%、14%和14%。

防護方法

我國已經建立較為完備的粉塵防爆標準化體系，與鋁鎂金屬打磨拋光粉塵爆炸防護較為相關的標準包括GB15577—2007《粉塵防爆安全規程》、GB17269—2003《鋁鎂粉加工粉塵防爆安全規程》等。但GB17269—2003《鋁鎂粉加工粉塵防爆安全規程》主要是針對鋁鎂金屬粉體生產，對鋁鎂機械加工的規定較少。目前《鋁鎂制品機械加工防爆安全技術規范》正在制定中。美國防火協會的標準NFPA484—2012《可燃金屬標準》對于鋁鎂金屬打磨拋光防爆很有指導價值。

粉塵爆炸的5個條件是：可燃粉塵、空氣中的氧氣、點火源、粉塵懸浮并達到爆炸下限、存在受限空間。防止粉塵爆炸的方法就是消除其中的一個或者幾個條件。

打磨拋光防塵罩、除塵管路、除塵器、車間都是客觀存在的受限空間，而打磨拋光作業系統不可能是完全密閉系統，因此不可能控制氧濃度。所以，可行的爆炸防護方法為：控制可燃粉塵、防止形成粉塵云和控制點火源。

控制可燃粉塵

1.濕法打磨與拋光。沒有粉塵就不可能發生粉塵爆炸。徹底消除打磨與拋光粉塵爆炸的方法是濕法打磨拋光。打磨拋光作業在封閉的打磨柜中由機械手進行，過程中用噴管將混合了切削油的霧化水或水滴不斷噴向被打磨部位。濕法打磨與拋光要加強車間通風以排出氫氣。

2.濕法除塵。采用濕法除塵器可以確保收集到除塵器中的粉塵不再參與粉塵爆炸。由于管道系統和濕式除塵器入口存在干的粉塵，因此除塵器仍然需要采用泄壓設計。濕式除塵系統的設計應考慮排出除塵器和管道系統的氫氣。如果設計了槽式風道，應在槽式風道內噴水，使整個風槽內的粉塵浸沒在水中。

3.粉塵惰化。由于鋁合金粉塵和鎂合金粉塵的點燃能量特別低，因此粉塵在進入袋式除塵器前可通過自動喂料系統摻入碳酸鈣等惰性粉塵。

4.粉塵清掃。通過定期清掃和清理控制車間地面、鋼結構、管道內粉塵的積累。

5.保證足夠的除塵能力。鋁鎂金屬打磨與拋光工藝特點決定了可燃粉塵持續產生且懸浮到空氣中。但是通過采用吸塵罩除塵可以降低打磨拋光設備附近的粉塵濃度，使粉塵濃度低于爆炸下限。為了保證足夠的除塵能力，除塵系統的設計與維護應注意：宜采用濕式除塵器，除塵器應有泄壓設計，并考慮氫氣排放；鋁合金粉塵的管道風速應不低于23m/s，鎂合金粉塵的管道風速應不低于18m/s；除塵管道應設計檢查清掃口，定期清理管道粉塵。

控制點火源

除了打磨本身產生的機械火花，絕大多數點燃源是可避免的。

1.電氣防爆。鋁鎂金屬打磨拋光車間應進行粉塵爆炸危險區域劃分，并按區域劃分選用粉塵防爆型電氣設備。車間內電氣布線應規范。

2.防靜電。打磨拋光設備、被打磨工件、吸塵罩、除塵管道、除塵器、風機等應電位跨接并接地。作業人員也應接地。不使用不導電的軟連接，應使用金屬軟連接或者防靜電軟連接。

3.使用葉輪不易產生火花的防爆風機。

4.控制明火，規范工業動火。

減輕爆炸損失

1.建筑設計和工藝設備布置。打磨拋光車間宜為頂部泄壓的單層建筑。如為多層建筑應采用具有足夠泄壓面積的框架結構。一層以上的樓層應有獨立的逃生通道。工藝設備的布置應保證人員能及時疏散。

2.相對獨立的除塵系統。一個作業工位發生著火或者爆炸，爆炸火焰會通過除塵管道迅速傳播到同一除塵系統的其他工位。因此，同一除塵系統所帶的打磨拋光工位不宜過多（一般不應超過20個）。除塵系統之間不應有管道互連。

3.爆炸泄壓。對于除塵器和管道，較可行的爆炸保護方法是爆炸泄壓。目前的標準要求不應在室內泄壓。但實踐表明，除塵管道在室內泄壓能較好緩解爆炸沖擊波和火焰對工位的沖擊。

4.個體防護。作業人員應穿戴阻燃的個體防護裝備，佩戴防護眼鏡。

結論

鋁鎂金屬打磨拋光粉塵的點燃能量低，易于發生粉塵爆炸事故。統計表明，機械火花、電氣火花和靜電放電是主要的點燃源。近年來，我國打磨拋光粉塵爆炸事故頻發的根本原因是企業缺乏對粉塵爆炸危害認識，除塵能力不足和粉塵清掃不及時。如果認真執行粉塵爆炸相關標準，采取措施控制可燃粉塵、控制點燃源和減輕爆炸損失，絕大多數的粉塵爆炸災害可以避免。