镁及镁合金材料的安全生产

镁及镁合金材料的安全生产与防护

11.1 概述

镁具有非常活泼的化学性质,镁粉\\镁屑又极具易燃、易爆性，这是安全生产和防范的关键。在镁合金生产经营中如不重视安全生产，将会酿成毁灭性的灾难。例如1964年，我国某厂的镁炉发生爆炸，不仅整个生产线化为灰烬，而且当时烧死4人、烧伤多人，造成重大的人身和财产损失。又如2001年3月20日西班牙Dalphimetal公司（生产镁合金汽车配件）在清理收集镁屑时不慎产生火花，引燃镁屑，并导致火灾发生。火灾造成25t镁锭、600t镁成品、4台全自动压铸机生产线和厂房被彻底烧毁。2003年12月某压铸配套厂，由于打磨工段没堆积在地面上的镁粉燃烧，并酿成火灾。2003年12月29日美国Garfield公司（镁回收厂储藏库）发生燃烧和爆炸。因此，对安全生产必须高度重视。

11.2 镁合金发生燃烧的化学反应机理

（1）镁与水中的反应作用，产生氢气释放和产生放热反应，热

量的聚集和释放出来的易燃氢气，引起燃烧和爆炸。 化学反应：

Mg+H2O=MgO+H2↑ Mg+2H2O=Mg(OH)2+H2↑

（2）镁与空气中的氧发生作用，产生剧烈的燃烧，释放出高热，发出耀眼的白光。

化学反应：

2Mg+O2=2MgO

（3）在潮湿状态下，镁与三氧化二铁中的氧发生作用，产生剧烈的燃烧，释放出高热，发出耀眼的白光。 化学反应：3Mg+Fe2O3=3MgO+2Fe

因此，传统观念认为镁合金具有危险性，是一种不安全的材料。 近年来，通过大量的生产实践，人们已经逐步走出传统的误区。其实理论上存在的危险性，在实践中并不能一概而论，事实上镁的块状固体相当安全，不会发生燃烧和爆炸。甚至将镁块直接对着火焰加热和燃烧，也不会引起镁的燃烧。即使镁块被引燃，只要将火焰撤离，镁块也会因为热量迅速散失，温度降至燃点以下，火焰会自动熄灭。 镁块具有热容量大、热量散失快、燃点高的特性。镁块的燃烧必须是先将固体镁块加热到650℃（熔点），固体镁块溶化后再对液体的镁继续加热到1100℃（沸点），这时才会有镁蒸气逸出，气体的镁才具有极强的燃烧和爆炸危害性。

但是镁的粉尘、碎屑、轻薄料的确也存在一定的燃烧、爆炸危害性。一般认为：当空气中镁粉尘浓度达到20mg/L时就可能引起爆炸；直接对镁粉尘加热到340—560℃也可能引起镁粉尘的燃烧。 镁合金生产在压铸行业中发生的燃烧、爆炸事故也往往是由镁的粉尘、碎屑、轻薄料引起的。由于镁的粉尘、碎屑、轻薄料导热好，热积聚快，彼此间又不能充分散热，以及它们的表面积大，与氧接触充分（有利于镁与氧发生反应），一旦镁粉尘遇上火星、火花、火焰就会导致迅猛的燃烧和爆炸。因此能否保证镁合金的生产安全，其关

键在于对镁的粉尘、碎屑、轻薄料能否进行有效管理和控制。

11.3 镁合金的安全生产条件与要求

11.3.1 对管理工作的要求

（1）要正确树立安全责任为天、生命至高无上的“安全第一”观念，增强安全是企业效益的保障，安全是企业最大的效益的意识。 （2）建立相应的组织机构（公司、部门、班组），本着谁主管、谁负责的原则，落实安全生产责任制。

（3）企业的安全生产和管理最终表现为不折不扣地贯彻执行《安全生产法》，并结合企业自身安全生产特点，制定各种安全生产的制度和操作规范，并严格执行。 11.3.2 对安全生产条件的要求

（1）生产场地要求空间高，自然通风好，场地宽敞，有充足的避险逃生通道。

（2）建筑设施必须是预制混凝土或砖混结构的，门窗和市内设备应具有阻燃和防火功能。

（3）建筑设施应该分为若干个相互独立、保持有相对安全距离的区域，便于与各个作业区相互配套。

（4）生产现场及四周不允许存放易燃易爆物品，并应该设置明显的安全警示标志，安装有遇险报警装置。

（5）作业区和管理区配置的消防器材必须采用镁合金专用的“D级灭火器”，配置的其他消防器材只能是干沙、石棉布、镁砂、覆盖剂，其他消防器材不得用于镁合金火灾救灾。

（6）消防器材的配置地点应该标志明显，取用方便，并实行专人维护和保养，不得挪作他用。

（7）作业区必须实行严格的禁火、禁水管制，并防止火星、火花的产生。

（8）电源线路、电器设备的安装必须符合国家安全规范的规定，并安装有合适的过电流断电装置。

（9）电线排列和接头必须符合规范要求，不得乱接乱搭，并由可能的防雷、防静电措施。吸尘设备、排风扇、照明灯具必须是防暴的。

11.3.3 对操作人员的要求

（1）操作人员的个人防护是从事镁合金压铸的基本条件。镁合金压铸人员的基本保护用品有工作服、安全帽、防护面罩、隔热石棉手套、防火衣裤（耐热700℃以上）、安全鞋。操作人员上岗前必须进行相应的安全培训，并考试合格方能上岗。

（2）操作人员在进行作业以前，必须按规定正确穿戴劳动保护用品（穿劳保鞋，戴棉质口罩、平滑手套、平滑帽子，穿无口袋、无袖口的工作服），未穿戴防护用品的人员不能靠近作业区域，不能进行操作。

（3）操作人员不准带病上岗和酒后上岗，作业区内禁止吸烟，并不得将火种、水及违禁物品带入。

（4）生产现场必须保持清洁卫生，不得留下油污水渍，对镁屑、镁渣、飞边、轻薄料必须2h清理一次，并装入专用中转容器内运走

和进行无害化处理。

（5）操作人员在镁合金熔炼炉前加料、打渣时，必须穿好工作服，戴上头盔，防止汗液滴入镁液中，引起爆炸和飞溅，导致灼伤皮肤。

11.3.4 人身与设备安全操作规范

镁合金熔炼铸造过程中的安全涉及个人防护、熔炼安全和铸造安全。 镁合金的熔炼是生产中的重要环节，也是镁合金生产安全的关节环节。一般应该注意以下几点:

(1)炉体最好为双层结构设计，当内层坩埚破裂时，镁液可流到内外层之间的夹层中，同时报警并停止加热，使熔化的镁溶液不致流到外面造成危险。

（2）要经常检查炉子有无锈蚀，如有锈蚀应及时清理，坩埚使用前必须经过煤油渗透及x射线检验，证明没有缺陷才能使用。 （3）坩埚每半年至少要吊出炉外全面检查一次，或熔化××吨镁合金，当壁厚为原来一半时，停止使用。小的孔洞及锈蚀可以清理后补焊使用，不过一定要经过检查。

（4）镁压铸时熔炉镁液面随加料期少量升降，液面与坩埚壁面的交界上方受到高温镁液和SF6的浓度，浓度过高会使坩埚迅速腐蚀。 （5）镁锭在投入熔炉前，一定要预热到150℃以上.熔炉旁要备一有盖的装渣箱,从熔炉里面舀出来的炉渣要放到容器内，并马上盖上密封。

（6）熔化现场一般要始终保持有一瓶混合保护气，以备突然停

电或发生其他突发事件时急用。 11.3.5 镁合金压铸生产过程的要求

（1）镁合金压铸生产过程中，最重要的是保持现场的干燥、干净。

（2）每次开机前应该将模具预热到150℃以上，不要喷涂过多的涂料，以免型腔内积水，引起危险。另外冲头几模具的冷却尽量不要用水冷。冲头的冷却可用风冷，模具的加热及冷却一般用耐高温油。 （3）镁合金压铸冲头速度也比铝合金压铸的高，为避免飞料伤人，有时在模具上分型面部位加装飞料挡板。压铸时前后安全门一定要关闭，操作者严禁站在分型面上。

（4）生产现场的废料必须及时清理，应装在干燥的不燃容器内。飞料即粉尘也要及时清理。从各国镁压铸工厂以往所发生的起火事故来看，有50%以上是由镁粉尘、废料的清理和存放不当造成的，一部分发生在加工环节，而在熔炼环节发生的事故约占10%左右。 （5）镁合金压铸车间除和普通压铸车间一样要求通风良好外，还对防火、防水有更严格的要求。车间建筑要使用不可燃材料，地板材料也要不吸水，耐热。屋顶抽风机不要设置在熔化炉的上方附近，以防漏雨。

（6）压铸现场必须清洁，不允许有任何积水、油污存在，并要有良好的通风、排气条件。

（7）镁合金锭要存放在阴凉、干燥、通风的库房中，熔炼现场不宜存放过多的镁锭。

（8）镁合金的水口料、废料也应放在不燃的容器内单独存放。 （9）压铸机主机及熔炉的电力、燃料、冷却水、气体等供给应有远端控制，以备意外发生时可以关掉。

（10）如果打磨区设置在车间内，一般要配置湿式吸尘器。车间应划出紧急通道并保持畅通。

（11）压铸车间配置灭火器材，用于镁合金的灭火剂有干沙、覆盖剂、D级灭火器、这些灭火器材应放置在醒目的地方，便于现场紧急使用，干沙及覆盖剂要存放在容器内防止潮湿，并要经常检查。 （12）镁合金由于在燃烧时有耀眼的白光，以及有烟产生，看似可怕，其实镁合金的燃烧热只有汽油的一半。如果现场有少量的镁燃烧，可迅速铲起，放入集渣箱内并盖上，或者转移至空地带。如果镁液流散或无法铲起，则应迅速撒干沙或用覆盖剂覆盖，要均匀地撒在燃烧的镁上。当发现镁合金炉内有白烟时，可加大保护气体SF6的流量，清理液面的氧化渣。如果仍不能制止，可投入几个预热过的镁锭，以迅速降低镁液温度。当发现镁液面燃烧时，要迅速关闭加热系统，同时加大保护气体SF6的流量，并在镁液表面撒入覆盖剂。D级灭火器非在必要时尽量不用，因为其价格昂贵且加压的气体容易把火吹散。炉外的镁合金灭火大多采用干沙覆盖扑灭的方法。

（13）镁压铸时熔炉坩埚的腐蚀锈蚀是难以完全避免的，当发生坩埚破裂泄露时，处理方法如下：首先要迅速切断电源，穿戴防护用具，由泄液口的流量判断泄露程度，做出不同的处理。如果泄液口没有镁液流出，可立即将覆盖剂大量丢入炉中及盛液皿中，然后用干燥

的勺子从炉中舀出一些镁液，接着放入几个预热过的镁锭，使坩埚内的镁液尽快凝固；如果流出的镁液不多，则立即将覆盖剂大量丢入炉中及盛液皿中，在盛液皿尚未满之前，尽快用勺子将炉内的镁液舀出一部分，然后连续丢入大量覆盖剂及镁锭，同时盛液皿中也要放入大量覆盖剂。此后尽快离开现场，从远处观察动静。不过像这样的事故很少发生，关键是平时要按规定做好熔炉的定期检查及维护，以防患于未然。

镁合金压铸比锌、铝合金潜在的危险大些，但只要按照正确的操作规程作业，安全问题就不是影响镁合金压铸发展的关键。镁合金压铸生产中的安全要点是保持现场的干燥、干净，严格按照正确的操作规范作业并妥善处理压铸及后加工产生的粉尘、切屑、废料等。现场作业人员应由良好的安全作业训练，并切记不可用水及普遍灭火器来扑灭镁合金起火。

11.3.6 镁合金压铸对设备的要求

由于镁合金的性质活泼，易燃易爆，镁合金压铸对设备的要求也较高，劣质的设备存在着潜在的危险。

压铸作业需将溶化的镁液以70—100m/s的速度（交口处）射入模腔成型。由于溶化的镁液易燃易爆，遇氧气剧烈燃烧，遇水爆炸，遇铁锈、有水分的混凝土、含硅的耐火材料等均会剧烈反应，且一旦发生火灾时难以扑灭，因此，对其压铸成套装备的性能、可靠性、安全性要求极高。劣质的设备极意造成灾害事故。综观国内外发生的一些重大安全事故，大都是设备问题造成的。

一般情况下，镁液初始的小面积的起火尚能采取一些措施补救，一旦引起大火或蔓延、爆炸，则无法控制和补救，将会造成巨大的人员、财产伤亡损失。

为了保证安全生产和长期生产使用及恶劣使用条件下的可靠性，对镁合金压铸设备的质量要求极高。一些不具备强大综合能力的厂家所产生的劣质设备，曾造成重大的灾害事故。列举如下：

（1）劣质坩埚在650℃以上（外层在700℃以上）高温条件下长期生产，外层易迅速氧化，内层因镁液的腐蚀和SF6保护气体的腐蚀也会迅速侵蚀深入，穿孔后溶化的镁液流出起火爆炸将造成重大灾害事故。用传统方法的覆盖剂保护更会加剧腐蚀进程。而优质设备的坩埚采用特殊研制的复合材料制成，内层耐腐蚀，外层耐热、耐高温氧化，可避免严重的穿孔事故。

（2）优质压铸设备的保护气体控制精确、稳定，气体成分、流量的稳定均有足够保障，并具有在突发停电，突发事故等情况下的特殊自动保护装置，安全性极高。而劣质设备的气体成分、流量控制不准确，极易因浓度、流量过低造成熔炉起火或因浓度、流量过高造成熔炉迅速腐蚀、镁液泄露起火爆炸，并缺少特殊情况下的可靠自动保护措施。

（3）优质设备采用特殊研制的耐火材料，不与镁液反应；而优质设备往往采用普通耐火材料，当发生镁液泄露时，因发生剧烈反应导致起火爆炸。

（4）优质设备采用特殊研制的热轧钢材，能耐高温镁合金的腐

蚀，并能在650—700℃高温下保持良好的高温性能，如硬度、抗拉强度、屈服强度、韧性、抗蠕变性能和回火稳定性等。而劣质设备采用普通热轧钢材，不能耐高温镁合金液的腐蚀，并难以保持良好的高温性能，其变形、破裂或泄露后，在高压（40—80MPa）、高速（70—100m/s）夏季已造成高温镁合金液的飞箭伤人或爆炸起火事故。 （5）优质设备对压射系统的控制精确、可靠，而劣质设备设计部成熟，采用的元件、材料质量低、不可靠，极易发生安全及压铸产品质量事故；优质设备采用优质液压件，工作极为可靠且不漏油。而劣质设备采用劣质液压元件，工作不可靠且漏油，泄漏的油污与脱模剂喷洒的水分混合形成油水积聚在机器周边，一旦与高温镁液接触极易发生爆炸。

在设备的综合性能、质量方面，两者更是有着显著的差异。坩埚材质不良、保护气体成分不稳定均会影响合金的成分和性能，造成压铸件的内在质量下降，耐蚀性达不到要求等。压射系统的性能不稳定也会造成铸件内部组织疏松、压铸产品力学性能不稳定及其他各种压铸缺陷。

11.4 各生产工序的安全生产要求和防护措施

11.4.1 镁合金熔炼过程中的安全与保护

镁合金熔炼时的常规保护措施比其他熔融金属的要求更加严格，要求生产人员必须使用面罩和防水衣。对镁而言，水汽不论其来源如何，都会增大熔体发生爆炸和着火的危险，尤其是当汽水与镁熔体接触时，会产生潜在的爆炸源H2，因此必须采取以下最基本的防护措施：

（1）所有镁碎屑必须使干净的，并保持干燥，腐蚀产物应该预先清理干净。

（2）所有溶剂都必须密封保存，并保持干燥，含水量小于3%。 （3）避免镁溶体与铁锈接触。

（4）工作场地应经常保持干燥、整洁、通风良好和道路畅通。 （5）熔炼场地应常备下列灭火剂：滑石粉、RJ—1和RJ—3溶剂、干石墨粉、氧化镁粉等。镁合金燃烧时，严禁用水、二氧化碳或泡沫灭火剂灭火，这些物质会催化镁的燃烧并引起爆炸。严禁用砂子灭火，因为火势相当大时，SiO2与Mg反应，放出大量的热并促使镁剧烈燃烧。

（6）坩埚使用前必须严格检查以防穿孔，其底部应备有安全装置以防渗漏。

（7）炉料和锭模必须预热，熔炼和浇注工具使用前应在洗涤溶剂中洗涤，并预热后方可使用。

（8）炉料不得超过坩埚实际容量的90%。

（9）由于使用钢坩埚生成的铁锈积存在炉底，若坩埚泄露，使镁溶液与铁锈接触发生剧烈的炽热反应。为了使与铁锈的反应控制到最小限度，必须定期清除炉底铁锈和定期检查坩埚泄露情况并及时处理。通常，坩埚的维护应注意：

1）坩埚的检查。用水冲洗坩埚，去除挂着的铁锈，目检龟裂孔、坑等。这些缺陷处通常是漏液的地方，使用中应经常检查。作为定期检查项目，需测定坩埚厚度，用卡钳、超声波侧厚仪进行全面的测定。

如果有比规定厚度薄的地方，整个坩埚就要报废。

2）溶液从坩埚漏出的情况。溶液从坩埚漏出时会产生剧烈的白烟，若大量漏出，接近火焰是很危险的。因此一旦发现白烟，应立刻将坩埚吊出炉外，放到安全地方或放入有溶剂的事故箱里，使溶液凝固不再漏出。再有火焰的情况下，因有爆炸危险，应立刻停止供给燃料。采用铁板围挡等紧急措施，操作人员应迅速撤离。 11.4.2 压铸工序的安全要求

（1）打开镁合金熔炉前应检查各项电器、仪表是否工作正常，气管是否连接完好，防止N2和SF6的泄露。

（2）加料前应检查各开口是否密闭，料嘴、料筒是否配合恰当。加料后要迅速盖上加料口，防止空气过多进入熔炉而引起氧化燃烧。 （3）溶化镁合金必须有气体保护，不得将有杂质的镁锭、镁粉、镁渣加入。进入熔炉前的镁锭和清渣工具必须干燥、无油，至少预热到150℃。

11.4.3 镁合金热 处理安全技术

不正确的热处理操作不但会损坏镁合金铸件，而且可能引起火灾，因此必须十分重视热处理时的安全技术。 （1）加热前要准确地校正仪表，检查电气设备。

（2）装炉前必须把镁合金工件表面的毛刺、碎屑、油污或其他污染物及水汽等清理干净，并保证工件和炉膛内部的干净、干燥。 （3）镁合金工件不宜带有尖锐棱角，而且绝对禁止在硝盐浴中加热，以免发生爆炸。

（4）生产车间必须配备防火器具。炉膛内只允许装入同种合金的铸件，并且必须严格遵守该合金的热处理工艺规范。

（5）由于设备故障、控制仪表失灵或操作错误导致炉内工件燃烧时，应当立即切断电源，关闭风扇并停止保护气体的供应。如果热处理炉的热量输入没有增加，但炉温迅速上升，从炉中冒出白烟，则说明炉内的镁合金工件已发生剧烈燃烧。

（6）绝对禁止用水灭火。镁合金发生燃烧后应该立刻切断所有电源\\燃料和保护气体的输送,使得密封的炉膛内因缺氧而扑灭小火焰.如果火焰继续燃烧,那么根据火焰特点可以采取以下几种灭火方法。

1）如果火势不大，而且燃烧的工件容易安全地从炉中移出，则应该将工件转移到钢制容器中，并且覆盖上专用的镁合金灭火剂。如果燃烧的工件既不容易接近又不能安全转移，则可用泵把灭火剂喷洒到炉中，覆盖在燃烧的工件上面。

2）如果以上几种方法都不能安全地灭火，则可以使用瓶装的BF3或BCl3气体。BF3气体通过炉门或炉壁中的聚四氟乙炔软管将高压的BF3气体从气瓶通入炉内，最低含量为0.04%（体积分数）。持续通入BF3，直到火被扑灭而且炉温降至370℃以下再打开炉门。BCl3气体也通过炉门或炉壁中的管道导入炉内，含量约为0.4%（体积分数）。为了保证足够的气体供应，最好给气瓶加热。BCl3可与燃烧的镁反应生成浓雾，包围在工件周围，达到灭火的目的。持续通入BCl3，直到火被扑灭而且炉温降至370℃为止。在完全密封的炉子内，可以使

用炉内风扇，使得BF3或BCl3气体在工件周围充分循环。

BCl3是首选的镁合金灭火剂，但是BCl3的蒸汽具有刺激性，与盐酸烟雾一样，对人体健康有害。BF3在较低浓度下就能发挥作用，同时不需要给气瓶加热就能保证BF3气体的充分供应，而且其反应产物的危害性比BCl3的小。

如果镁合金已燃烧了较长的时间，并且炉底上已有很多液态金属，则上述两种气体也不能完全扑灭火焰，但仍有抑制和减慢燃烧的作用，可与其他灭火剂配合使用，以达到灭火的目的。可供选择的灭火剂还有：干燥的铸铁屑、石墨粉、重碳氢化合物和熔炼镁合金用溶剂（有时）等。这些物质可以隔绝氧，从而闷熄火焰，扑灭火灾。 扑灭镁合金火灾时，除了要配备常规的人身安全保护设施外，还应该配戴有色眼镜，以免灭合金燃烧时发出的剧烈白光上伤害眼睛。 镁合金热处理时应特别注意以下几点： （1）温度控制要严格。

（2）处理温度在350℃以上时，必须用1%以上的SO2气体保护。 （3）制品表面不可附着铝或锌。因这些污物会使局部发生溶化，成为着火的原因。

（4）若着火时，可加助溶剂，尽可能移出炉外放到安全场所。在无法移开的危急情况下，通入BF30.04%气体可灭火。 11.4.4 镁合金材料机械加工时的危险及对策

镁呈细微粉状,在熔点以下是不会燃烧的.但切屑粉或粉尘经局部受热而着火的危险性很大。

切屑着火时由于刀具与材料的摩擦热过大，使得细粉尘的温度达到着火点以上而造成的。

对镁合金进行机加工时，必须考虑切屑着火的问题。切屑被加热到接近熔点以后会引燃。粗加工或中等精加工所产生的切屑大，机加工时不易引燃，然而火花可以引燃精加工产生的切屑，因此在镁合金机加工时，要注意以下因素：

（1）保持刀具锋利，前、后角大小合适，避免使用钝、卷边或有缺口的刀具；

（2）采用大进刀具的强力切屑以形成厚切屑，避免小进刀量； （3）当进刀量小时，采用矿物油冷却以减少热量产生； （4）切屑结束时应立刻退刀，否则工件继续转动形成细小的切屑易着火；

（5）尽量不使用切屑液，特别是不使用水溶性切屑液； （6）在产生细切屑的高速切屑场合，可吹压缩空气或二氧化碳气；

（7）加工机械附近的机床应保持干燥；

（8）经常打扫切屑，并将其储藏在带盖的钢桶中； （9）机械加工前应清楚铸件粘附的砂或其他硬物； （10）避免刀具撞击钢铁镶嵌件而引起火花； （11）烟、火不允许靠近加工区；

（12）不允许在机床或工作服上积累切屑，灰尘和切屑应经常清楚，并保存在贴有标签的有盖阻燃容器中；

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