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鎂鋁粉塵爆炸與防護措施研究

文檔作者：張小濤胡雙啟文檔來源：中北大學(xué)化工與環(huán)境學(xué)院		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年10月15日
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第1 期（總第125期） 機械管理開發(fā)2012年2 月
No.1（SUMNo.125） MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT Feb.2012
0 引言
隨著工業(yè)發(fā)展，粉塵爆炸事故屢見不鮮；爆炸粉塵
種類也多，除了糧食粉塵以外，鎂鋁等工業(yè)粉塵引起了
人們的注意。目前，對粉塵爆炸主要集中在粉塵爆炸機
理的研究、特性參數(shù)的研究、防爆措施的研究等方面[1]。
粉塵爆炸是個復(fù)雜過程，受大量物理因素的影響，至今
還沒有探討的很清楚。要了解粉塵爆炸發(fā)生及發(fā)展的
過程、機理、影響因素、危險性評價，必須有一套基本參
數(shù)、試驗方法、儀器設(shè)備。發(fā)生粉塵爆炸必須具備幾個
條件[2]：1）物質(zhì)必須是可燃的；2）粉塵粒子要有合適
的粒徑和分布狀態(tài)；3）還要有引燃源[3]。除環(huán)境因素
對粉塵爆炸顯著影響外，各種粉塵的理化特性也有影
響。例如粉塵爆炸的下限濃度，粉塵爆炸的最小點火
能量，以及氧氣濃度和可燃氣體存存的影響等等[4- 5]。
由于燃料的經(jīng)濟性及環(huán)境保護日益引起重視，鎂
以質(zhì)輕能節(jié)約燃料，特別是在采用高純鎂合金以后，不
必進行表面防護就能取得良好的耐磨性，而且還可反
復(fù)再利用，受到各行業(yè)的青睞。近幾年，鎂合金、鎂壓
鑄件在汽車行業(yè)非常引人注目，用鎂代替塑料用于家
用電器、計算機外殼、攜帶電話外殼呈現(xiàn)增長趨勢。所
有鎂制品生產(chǎn)廠進行機械加工、研磨時都會產(chǎn)生大量
的鎂粉塵，處理不當或者不及時，將會產(chǎn)生爆炸[6]。鎂
合金最大的缺點是在融化和成型過程中易氧化燃燒，
研究其熔煉和成型過程中防止鎂的氧化和燃燒，仍是
今后鎂合金大量應(yīng)用的關(guān)鍵。截止目前為止，我國的
鎂合金的防燃研究還處于起步階段，與世界水平差距
較大，面臨嚴峻挑戰(zhàn)，開發(fā)自己的鎂合金材料、趕超世
界先進水平具有重要意義。研究鎂鋁等粉塵的爆炸特
性，不僅具有工程應(yīng)用價值，還有理論意義。文中分析
了鎂鋁粉塵爆炸的機理，探討了鎂鋁粉塵爆炸的條件，
闡述了市場上銷售的鎂鋁合金粉的存在問題。
1 鎂鋁粉塵爆炸的機理和條件
1.1 鎂鋁粉塵燃燒爆炸的機理[7]
鎂、鋁金屬加工成細小的粉末后，其總表面積增
大，粉末顆粒表面與氧氣發(fā)生氧化的能力更強，蓄積熱
量的能力增大，從而提高了其化學(xué)活性。經(jīng)豎直式爆
管的試爆試驗觀察到，首先是部分懸浮的粉塵顆粒被
加熱，粉粒表面產(chǎn)生的可燃性氣體與空氣中的氧混合
燃燒，放出的熱量傳導(dǎo)、輻射給附近的粉粒，這些粉粒
受熱汽化，使燃燒循環(huán)持續(xù)地進行[8]。隨著每個環(huán)節(jié)
的逐次進行，反應(yīng)速度逐漸加快，通過這樣循環(huán)產(chǎn)生的
激烈燃燒，最后形成爆炸，爆炸過程見圖1[9]。
圖1 粉塵爆炸的過程
1.2 鎂鋁粉塵爆炸的條件
鎂、鋁粉塵發(fā)生爆炸要有以下條件：
1）粉末的粒度小到一定程度[10]。鎂、鋁粉塵爆炸
是粉塵和空氣迅速的氧化反應(yīng)形成的，粉末粒度越小，
每單位質(zhì)量的表面積越大，與氧的接觸面積就越大，反
應(yīng)就越迅速。如果是細粉塵，在空氣中的懸浮性又好，
則容易形成粉塵云。一般，如果粉粒大于560~420
μm，就不容易產(chǎn)生粉塵爆炸。不過，還要看粉塵的粒
度分布；如果懸浮粉塵中能爆炸的細小顆粒部分占全
部質(zhì)量的10%以上，則粗大的顆粒也會產(chǎn)生爆炸。
2）粉塵分散在助燃氣體中并達到一定濃度：當
鎂、鋁粉塵分散在空氣中，并達到一定濃度（即爆炸極
限）時，才有可能發(fā)生爆炸。一般，鎂、鋁粉塵堆積起
來，即使著火也不爆炸。但是，在燃燒的粉塵層中，由
于失去氣態(tài)燃燒產(chǎn)物而出現(xiàn)空腔，以致粉塵層向空腔
崩塌，并與空氣混合而產(chǎn)生達到爆炸濃度的粉塵云，這
時也會引起爆炸。
3）存在著點火源。鎂、鋁粉塵云必須有點火源才
收稿日期： 5；修回日期：
作者簡介：張小濤（ 6 ），男，湖北荊州人，在讀碩士研究生，研究方向：防火防爆工程。zx 55 6 @
鎂鋁粉塵爆炸與防護措施研究
張小濤，胡雙啟
（中北大學(xué)化工與環(huán)境學(xué)院，山西太原030051）
摘要：通過對鎂、鋁粉塵的爆炸機理的分析，探討了鎂、鋁粉塵的爆炸條件以及對鎂鋁粉塵爆炸應(yīng)采取的防護措
施；闡述了市場上銷售的鎂鋁合金粉存在的問題。
關(guān)鍵詞：鎂鋁；粉塵；燃燒；爆炸
中圖分類號：TG146.22 文獻標識碼：A 文章編號：1003- 773X（2012）01- 0066- 03
·66·
2011- 08- 1 2011- 10- 04
198 - E- mail: t4189 1 2 sina.com
第1 期（總第125期） 機械管理開發(fā)2012年2 月
能爆炸。除火焰外，粉塵云著火的點火源通常有熱表
面和火花兩種。經(jīng)驗告訴我們，可燃物與足夠熱的表
面接觸或靠近，就能著火；沉積在熱表面上的粉塵層能
在熱表面的溫度低于粉塵層最低的著火溫度的情況下
著火，這是因為沉積的粉塵與熱表面接觸的時間較長，
而粉塵云一般是以運動狀態(tài)通過熱表面的。當粉塵層
已經(jīng)著火后，可能由于產(chǎn)生了比墊在它下面的熱表面
溫度還要高的溫度，火由于產(chǎn)生火焰或由于變成燃燒
著的粉塵云，把火焰?zhèn)鞑ソo較遠的懸浮在空氣中的粉
塵，從而導(dǎo)致粉塵云著火；另一種成為粉塵云的點火源
是火花。產(chǎn)生火花的原因可能是電、摩擦、撞擊、熱切
割、焊接等；由于火花很小，持續(xù)時間又短，所以必須有
高得多的溫度來傳遞點燃粉塵云所需要的能量。
2 鎂鋁粉塵爆炸的防護措施
2.1 熔煉過程中的防燃
1）熔劑保護。鎂合金熔煉過程中的防燃，最早使
用的是熔劑保護。對于熔劑的要求是，不與坩堝村材
料、鎂、鎂合金組分相互起化學(xué)作用，熔點低于鎂合金
和純鎂的熔點，有潤濕坩鍋和爐底的能力；在熔煉溫度
下，其密度應(yīng)比鎂的密度大(0～2 kg/m3 以上)，這是為
了很好的分層，熔劑應(yīng)有較大的表面張力，以便在金屬
熔體表面形成致密的隔絕空氣的熔劑薄膜層。MgCl2
是多數(shù)熔劑的組分，它可在鎂體表面形成一層連續(xù)的
覆蓋層，可以阻止鎂與空氣中的氧、水蒸氣反應(yīng)，能消
除MgO產(chǎn)生的隔熱作用，使其表面溫度不會迅速上
升，從而有效阻止鎂合金的燃燒。
2）氣體保護。氣體保護是國外當前普遍采用的
防燃方法，常用的氣體為SF6，CO2，SO2. 使用氣體保護
需要復(fù)雜的密封裝置，而且從熔煉爐到澆鑄爐也需要
復(fù)雜的輸送設(shè)備。
2.2 零件成型過程中的防燃
零件成型過程中的防燃，主要通過以下途徑：1）
氣相保護。產(chǎn)生較穩(wěn)定的氣體，驅(qū)趕走型腔中的空氣
和水氣，形成鎂液與空氣隔絕的覆蓋層。2）致密膜保
護。在金屬表面生成致密系數(shù)大于l 的表面膜，使氧
不能繼續(xù)侵入。致密系數(shù)越大，表面膜越厚，防燃作用
越強。3）釉質(zhì)膜保護。在與金屬相接觸的型砂表面，
金屬氧化物高溫時燒結(jié)成的釉質(zhì)膜，可以阻擋型砂中
的水分在凝固后期的返回。
2.3 鎂鋁合金的某些用途
1）沖壓發(fā)動機的發(fā)展，促進了富燃料推進劑的研
究與發(fā)展。提高富燃料推進劑的能量，始終是研究的
目標之一；而添加金屬燃料是較有效的途徑，因為金屬
燃料（與碳氫燃料相比）具有較高的密度、較高的熱值
及燃燒溫度。常用的金屬添加劑有鎂、鋁、硼等，它們
各有優(yōu)缺點。鎂鋁合金和它們相比，具有較好的燃燒
性能，其點火溫度低、燃燒迅速，在燃面不存在結(jié)團現(xiàn)
象，因此，鎂鋁合金在富燃料應(yīng)用中可以提高燃燒效
率，有效降低噴灌堵塞的幾率，還可使發(fā)動機的結(jié)構(gòu)更
加緊湊。
2）鎂鋁合金粉在煙花爆竹原材料等方面的用途
很廣。它可作為其中重要的還原劑，有時也用作白光
發(fā)光劑或照明劑。鎂鋁合金粉中鋁含量，對煙花爆竹
產(chǎn)品安全和質(zhì)量有重要的影響。如果合金中鋁粉含量
過低，相對鎂粉的含量就會升高，必然導(dǎo)致其性質(zhì)接近
鎂粉的性質(zhì)，這樣，鎂鋁成分不能按比例結(jié)合形成合金，
用其配置的煙花爆竹藥劑撞擊感度增加，也較危險。
3 市場上銷售的鎂鋁合金粉存在的問題
最近從市場上銷售的鎂鋁合金粉中進行了不完全
隨機抽查, 大部分鋁含量偏低, 不合格。鎂鋁合金粉的
活性鎂鋁含量相差很大, 分級標準不規(guī)范, 從外觀很難
分辯等級。有的鎂鋁合金粉廠片面追求高利潤，坑害
消費者，人為地往鎂鋁合金粉中添加水泥粉、磚面、滑
石粉等。人為造成劣質(zhì)品，這種鎂鋁合金粉絕對不能
用，不僅影響燃放效果，也會增加煙花爆竹藥劑的敏感
性。這個問題在前幾年較嚴重, 隨著市場經(jīng)濟的調(diào)節(jié),
坑害消費者的企業(yè)正逐步退出市場?？傊?，鎂鋁合金
粉是重要的還原劑, 在氧化還原反應(yīng)中產(chǎn)生大量的熱
量，主要來自鎂鋁合金粉等金屬粉劑產(chǎn)生的熱量。鎂
鋁合金粉中鋁含量太低，會導(dǎo)致煙花爆竹藥劑對撞擊、
摩擦更敏感, 從而增加隱患。煙花爆竹藥劑呈酸性時,
會導(dǎo)致鎂鋁合金粉與水反應(yīng)明顯加速, 在制藥過程中
藥劑發(fā)熱, 導(dǎo)致藥劑對撞性，摩擦更敏感, 嚴重的甚至
會發(fā)生自燃自爆事故。
4 結(jié)束語
預(yù)防粉塵爆炸事故，實現(xiàn)安全生產(chǎn)是一項長期而
艱巨的任務(wù)。每個生產(chǎn)人員都要認真按照規(guī)章制度生
產(chǎn)操作，降低違規(guī)行為和存有僥幸心理的不安全因索，
將安全生產(chǎn)落到實處。嚴格進行安全檢查，從技術(shù)上
控制粉塵，把物和環(huán)境的不安全因素降到最低．只有
這樣才能避免粉塵爆炸，真正向安全生產(chǎn)邁進。
參考文獻
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（ ）53 5
（下轉(zhuǎn)第頁）
張小濤，等：鎂鋁粉塵爆炸與防護措施研究
·6 ·
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70
7
第1 期（總第125期） 機械管理開發(fā)2012年2 月
輸出模塊在cad 的繪圖空間中，依次搜索用電設(shè)
備、供電設(shè)備、繼電保護設(shè)備，并依據(jù)各種設(shè)備的布置
情況，安排報告的章節(jié)布局。布局完成后，程序調(diào)用負
荷統(tǒng)計模板、參照用電設(shè)備數(shù)據(jù)，完成負荷統(tǒng)計報告；
重復(fù)套用設(shè)備校核報告模板，完成各供電設(shè)備的選型
描述；重復(fù)套用短路電流計算模板，完成各短路點短路
電流計算報告；重復(fù)套用繼電保護設(shè)備整定說明模板，
完成各繼電保護設(shè)備的整定報告。
3 結(jié)束語
經(jīng)過代碼驗證，該結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)供電輔助設(shè)計的
功能要求，并且能夠達到預(yù)期的要求，解決提出的問
題。尚需進一步解決的問題是采用XRecord 以后的代
碼可讀性變差，會給程序的后續(xù)維護和升級造成一定
困難。
參考文獻
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ZHANG Jing- bo1, YAO Li- wei2
(1. PingshuoCoal Co., Ltd ,Shuozhou 036006，China；2.Research Institute of Mechatronics Engineering,
Taiyuan University of Technology，Taiyuan 030024,China)
Abstr act：Aiming at the poor transportation duing the independence between drawing and the data of a file made by power supply cad system,
commonly, which is composed of CADand database and word module ,a method of developing power supply cad system based on the XRe??
cord of autocad is introduced. It has been proved by a developing examination that a file produced by the system basing on XRecord has some
feature such as data adhereing to draw,expendable,better transportation,and so on.
Key words：XRecord; coalmine power supply; drawing system; transportation
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ZHANG Xiao- tao, HU Shuang- qi
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x f M y
K y ： ; ; ; x
（上接第65 頁）
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ZHANG Ta o- wei, LU Yao, LI Bin
(North University of China, College of Chemical Engineering and Environment Taiyuan 030051,China)
Abstr a ct：Rerrbval of SO2 and NOx from flue gas by aqueous urea/potassium permanganate is investigated by some researchers.The character??
istics reaction mechanism and technological process are introduced. The research ways of this technology are then panted out. NOx ranoval
with analog flue gas denitrification using urea/potassium permanganate solution process has been investigated in blister reactor filled with
steel pall rings.The laboratroy exeperimental results show that wet type flue gas denitrification using urea/potassium peananganate solution
process can reach high removal efficiency of NOx.The amount of potassiun permanganate is a key factor that affects the NOx removal efficien??
cy. The removal efficiency of NOxand SO2 can reach 60% and 99% when using the absorption solution of 5% urea and 2.0 mmol/L potassimn
peananganate.The anount of urea, the absorption height and the imported gas flowall affect the NOx removal efficiency to different degrees.
Key words：atmospheric pollution；sulfur dioxide；nitrogen oxides；urea；potassium permanganate
（上接第67 頁）
· ·
well as measures on dust e plosion prevention. Elaborate the marketing problems o g- Al allo powder.
e wor ds magnesium dust combustion e plosion
70

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