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(jī)械加工的重 要工序，廣泛應(yīng)用于汽車、摩托車等交通工具，通訊、計(jì)算機(jī)、消費(fèi) 品（3C）電子產(chǎn)品，日用品和零件 制造行業(yè)。近幾年，我國發(fā)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(cái)產(chǎn)損 失。2014 年 8 月 2 日，江蘇省昆山 市中榮金屬制品有限公司拋光車間發(fā)生特大粉塵爆炸事故，已造成 75 人死亡，185 人受傷。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(guān) 工藝粉塵爆炸防護(hù)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(jī)械加工的重要工序，廣泛應(yīng)用于 汽車等交通工具零件，筆記本、平板電腦、手機(jī)等電子產(chǎn)品框架，五金日用品和其他金屬零件制造行 業(yè)。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(guān)設(shè)備包括拋丸機(jī)、噴丸機(jī)、噴 砂機(jī)、角磨機(jī)、砂輪機(jī)、砂帶機(jī)、 手持式砂輪、手持式砂紙打磨機(jī)、 刷光機(jī)、固定式拋光輪、手持式拋光輪等。

拋丸 / 噴丸

拋丸通過葉輪拋丸機(jī)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(fā)生 塑性變形，而氧化皮不能發(fā)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(yīng)力的作用。噴 丸和拋丸的表面處理效果類似，區(qū) 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(yōu)點(diǎn) 是適用于表面形態(tài)復(fù)雜的工件，但 能耗較高。拋丸和噴丸產(chǎn)生的粉塵含較多金 屬氧化物。拋丸機(jī)或者噴丸機(jī)均配備除塵器，用于將粉塵和鋼丸分離， 以回收鋼丸重復(fù)使用。

噴砂

噴砂和噴丸工藝設(shè)備類似，但所 用的表面處理介質(zhì)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(chǎn)生的粉塵含有金屬氧化物、金屬和塑性脫模劑。噴砂機(jī)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(chǎn)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(jī)、圓柱頭 角磨機(jī)、圓錐頭角磨機(jī)和手銼等。

打磨

打磨通過植砂皮帶、砂輪、角 磨機(jī)、砂紙等工具對金屬表面進(jìn)行 磨削。打磨粉塵粒徑與植砂粒徑有 關(guān)，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(zhuǎn)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?yàn)?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

1963 年 6 月 16 日，天津鋁 制品廠磨光車間發(fā)生鋁粉塵爆炸事 故，導(dǎo)致 19 人死亡，24 人受傷。該車間采用刷光機(jī)進(jìn)行刷光，除塵 系統(tǒng)與 10 個工位的吸塵罩相連。 事故的直接原因是風(fēng)機(jī)葉片軸上螺 絲松動導(dǎo)致風(fēng)機(jī)輪葉片與風(fēng)機(jī)外殼發(fā)生摩擦。除塵系統(tǒng)內(nèi)爆炸后，爆 炸火焰通過工位的吸塵口沖出，在 車間內(nèi)引發(fā)了二次爆炸。國內(nèi)外見 于報(bào)道的鋁鎂金屬打磨拋光粉塵爆炸事故見表 1。

通過對 29 起鋁鎂金屬打磨拋光 粉塵爆炸事故的分析，總結(jié)事故的 根本原因和直接原因（點(diǎn)火源）如下：

根本原因

1. 除塵能力不足。車間內(nèi)工位 附近粉塵沉積有時(shí)直接導(dǎo)致粉塵初 始爆炸，有時(shí)在除塵系統(tǒng)爆炸后參 與車間內(nèi)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(tǒng)、除塵系統(tǒng)存在 設(shè)計(jì)缺陷或維護(hù)不夠。很多小型拋 光作坊沒有安裝除塵系統(tǒng)，僅僅基于職業(yè)健康考慮安裝了通風(fēng)風(fēng)機(jī)以 降低車間內(nèi)粉塵濃度。有的小型拋 光作坊通過風(fēng)機(jī)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(yè)過程或者 粉塵清理作業(yè)中極易發(fā)生爆炸。有 的企業(yè)安裝了脈沖式袋式除塵器， 但風(fēng)速設(shè)計(jì)不夠，沒有定期檢查風(fēng)機(jī)，管道清掃不及時(shí)。有的企業(yè)雖 然采用了相對保險(xiǎn)的濕式除塵器， 但除塵器沒有設(shè)計(jì)氫氣排放裝置。

2. 車間和除塵管道清掃不足。 發(fā)生爆炸事故的車間都有大量粉塵沉積，有些除塵系統(tǒng)管道也未清理過。

事故主要點(diǎn)火源

鋁鎂金屬打磨拋光事故的點(diǎn)火 源包括：打磨工具產(chǎn)生的機(jī)械火花、 風(fēng)機(jī)故障機(jī)械火花、電氣線路火花、 非防爆電氣設(shè)備火花、壓縮空氣噴吹靜電放電，管道內(nèi)靜電放電、管 道內(nèi)粉塵遇濕自燃等。機(jī)械火花、電氣火花和靜電放電是主要的點(diǎn)燃 源，分別占 41%、14% 和14%。

粉塵爆炸的 5 個條件是 ：可燃 粉塵、空氣中的氧氣、點(diǎn)火源、粉 塵懸浮并達(dá)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(yè)系統(tǒng)不可能是密閉系統(tǒng)，因此不可能控制氧濃度。所以，可行的爆炸防護(hù)方 法為 ：控制可燃粉塵、防止形成粉 塵云和控制點(diǎn)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(fā)生粉塵爆炸。一步到位地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(yè)在封閉的打磨柜中由機(jī)械手進(jìn)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(qiáng)車間通風(fēng)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(tǒng)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(shè)計(jì)。濕式除塵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮排出除塵器和管道系統(tǒng)的氫氣。如果設(shè)計(jì)了槽式風(fēng)道，應(yīng)在槽式風(fēng)道內(nèi)噴水，使整個風(fēng)槽內(nèi)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(diǎn)燃能量特別低，因此粉塵在進(jìn)入袋式除塵器前可通過自動喂料系統(tǒng)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(jié)構(gòu)、管道內(nèi)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(diǎn)決定了可燃粉塵持續(xù)產(chǎn)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(shè)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(tǒng)的設(shè)計(jì)與維護(hù)應(yīng)注意：宜采用濕式除塵器，除塵器應(yīng)有泄壓設(shè)計(jì)，并考慮氫氣排放；鋁合金粉塵的管道風(fēng)速應(yīng)不低于 23 m/s，鎂合金粉塵的管道風(fēng)速應(yīng)不低于 18 m/s；除塵管道應(yīng)設(shè)計(jì)檢查清掃口，定期清理管道粉塵。

控制點(diǎn)火源

除了打磨本身產(chǎn)生的機(jī)械火花，絕大多數(shù)點(diǎn)燃源是可避免的。

1. 電氣防爆。鋁鎂金屬打磨拋光車間應(yīng)進(jìn)行粉塵爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃 分，并按區(qū)域劃分選用粉塵防爆型電氣設(shè)備。車間內(nèi)電氣布線應(yīng)規(guī)范。

2. 使用葉輪不易產(chǎn)生火花的防爆風(fēng)機(jī)。

3. 控制明火，規(guī)范工業(yè)動火。

減輕爆炸損失

1.建筑設(shè)計(jì)和工藝設(shè)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(yīng)采用具有足夠泄壓面積的框架結(jié)構(gòu)。一層以上的樓層應(yīng)有獨(dú)立的逃生通道。工藝設(shè)備的布置應(yīng)保證人員能及時(shí)疏散。

2.相對獨(dú)立的除塵系統(tǒng)。一個作業(yè)工位發(fā)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(tǒng)的其他工位。因此，同一除塵系統(tǒng)所帶的打磨拋光工位不宜過多（一般不應(yīng)超過20個）。除塵系統(tǒng)之間不應(yīng)有管道互連。

3.爆炸泄壓。對于除塵器和管道，相對可行的爆炸保護(hù)方法是爆炸泄壓。目前的標(biāo)準(zhǔn)要求不應(yīng)在室內(nèi)泄壓。但實(shí)踐表明，除塵管道在室內(nèi)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(hù)。作業(yè)人員應(yīng)穿 戴阻燃的個體防護(hù)裝備，佩戴防護(hù) 眼鏡。

結(jié)論

鋁鎂金屬打磨拋光粉塵的點(diǎn)燃能量低，易于發(fā)生粉塵爆炸事故。統(tǒng)計(jì)表明，機(jī)械火花、電氣火花和靜電放電是主要的點(diǎn)燃源。近年來，我國打磨拋光粉塵爆炸事故頻發(fā)的根本原因是企業(yè)缺乏對粉塵爆炸危害認(rèn)識，除塵能力不足和粉塵清掃不及時(shí)。如果認(rèn)真執(zhí)行粉塵爆炸相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，采取措施控制可燃粉塵、控制點(diǎn)燃源和減輕爆炸損失，絕大多數(shù)的粉塵爆炸災(zāi)害可以避免。