第1期（总第125期）No.1（SUMNo.125）
MECHANICAL
机械管理开发
MANAGEMENTAND
DEVELOPMENT
2012年2月Feb.2012
镁铝粉尘爆炸与防护措施研究
张小涛，胡双启
（中北大学化工与环境学院，山西
太原
030051）
摘要：通过对镁、铝粉尘的爆炸机理的分析，探讨了镁、铝粉尘的爆炸条件以及对镁铝粉尘爆炸应采取的防护措
施；阐述了市场上销售的镁铝合金粉存在的问题。关键词：镁铝；粉尘；燃烧；爆炸中图分类号：TG146.22
文献标识码：A
文章编号：1003-773X（2012）01-0066-03
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引言
随着工业发展，粉尘爆炸事故屡见不鲜；爆炸粉尘种类也多，除了粮食粉尘以外，镁铝等工业粉尘引起了人们的注意。目前，对粉尘爆炸主要集中在粉尘爆炸机理的研究、特性参数的研究、防爆措施的研究等方面[1]。粉尘爆炸是个复杂过程，受大量物理因素的影响，至今还没有探讨的很清楚。要了解粉尘爆炸发生及发展的过程、机理、影响因素、危险性评价，必须有一套基本参数、试验方法、仪器设备。发生粉尘爆炸必须具备几个条件[2]：1）物质必须是可燃的；2）粉尘粒子要有合适的粒径和分布状态；3）还要有引燃源[3]。除环境因素对粉尘爆炸显著影响外，各种粉尘的理化特性也有影响。例如粉尘爆炸的下限浓度，粉尘爆炸的最小点火能量，以及氧气浓度和可燃气体存存的影响等等[4-5]。
由于燃料的经济性及环境保护日益引起重视，镁以质轻能节约燃料，特别是在采用高纯镁合金以后，不必进行表面防护就能取得良好的耐磨性，而且还可反复再利用，受到各行业的青睐。近几年，镁合金、镁压铸件在汽车行业非常引人注目，用镁代替塑料用于家用电器、计算机外壳、携带电话外壳呈现增长趋势。所有镁制品生产厂进行机械加工、研磨时都会产生大量的镁粉尘，处理不当或者不及时，将会产生爆炸[6]。镁合金最大的缺点是在融化和成型过程中易氧化燃烧，研究其熔炼和成型过程中防止镁的氧化和燃烧，仍是今后镁合金大量应用的关键。截止目前为止，我国的镁合金的防燃研究还处于起步阶段，与世界水平差距较大，面临严峻挑战，开发自己的镁合金材料、赶超世界先进水平具有重要意义。研究镁铝等粉尘的爆炸特性，不仅具有工程应用价值，还有理论意义。文中分析了镁铝粉尘爆炸的机理，探讨了镁铝粉尘爆炸的条件，阐述了市场上销售的镁铝合金粉的存在问题。1镁铝粉尘爆炸的机理和条件1.1镁铝粉尘燃烧爆炸的机理[7]
镁、铝金属加工成细小的粉末后，其总表面积增大，粉末颗粒表面与氧气发生氧化的能力更强，蓄积热量的能力增大，从而提高了其化学活性。经竖直式爆
收稿日期：2011-08-15；修回日期：2011-10-04
管的试爆试验观察到，首先是部分悬浮的粉尘颗粒被
加热，粉粒表面产生的可燃性气体与空气中的氧混合燃烧，放出的热量传导、辐射给附近的粉粒，这些粉粒受热汽化，使燃烧循环持续地进行[8]。随着每个环节的逐次进行，反应速度逐渐加快，通过这样循环产生的激烈燃烧，最后形成爆炸，爆炸过程见图1[9]。
图1粉尘爆炸的过程
1.2
镁铝粉尘爆炸的条件
镁、铝粉尘发生爆炸要有以下条件：1）粉末的粒度小到一定程度[10]。镁、铝粉尘爆炸是粉尘和空气迅速的氧化反应形成的，粉末粒度越小，每单位质量的表面积越大，与氧的接触面积就越大，反应就越迅速。如果是细粉尘，在空气中的悬浮性又好，则容易形成粉尘云。一般，如果粉粒大于560~420μm，就不容易产生粉尘爆炸。不过，还要看粉尘的粒度分布；如果悬浮粉尘中能爆炸的细小颗粒部分占全部质量的10%以上，则粗大的颗粒也会产生爆炸。
2）粉尘分散在助燃气体中并达到一定浓度：当镁、铝粉尘分散在空气中，并达到一定浓度（即爆炸极限）时，才有可能发生爆炸。一般，镁、铝粉尘堆积起来，即使着火也不爆炸。但是，在燃烧的粉尘层中，由于失去气态燃烧产物而出现空腔，以致粉尘层向空腔崩塌，并与空气混合而产生达到爆炸浓度的粉尘云，这时也会引起爆炸。
3）存在着点火源。镁、铝粉尘云必须有点火源才
作者简介：张小涛（1986-），男，湖北荆州人，在读硕士研究生，研究方向：防火防爆工程。E-mail:zxt4155162@sina.com
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第1期（总第125期）机械管张小涛，等：理镁铝粉尘爆炸与防护措施研究开发2012年2月
能爆炸。除火焰外，粉尘云着火的点火源通常有热表面和火花两种。经验告诉我们，可燃物与足够热的表面接触或靠近，就能着火；沉积在热表面上的粉尘层能在热表面的温度低于粉尘层最低的着火温度的情况下着火，这是因为沉积的粉尘与热表面接触的时间较长，而粉尘云一般是以运动状态通过热表面的。当粉尘层已经着火后，可能由于产生了比垫在它下面的热表面温度还要高的温度，火由于产生火焰或由于变成燃烧着的粉尘云，把火焰传播给较远的悬浮在空气中的粉尘，从而导致粉尘云着火；另一种成为粉尘云的点火源是火花。产生火花的原因可能是电、摩擦、撞击、热切割、焊接等；由于火花很小，持续时间又短，所以必须有高得多的温度来传递点燃粉尘云所需要的能量。2镁铝粉尘爆炸的防护措施2.1熔炼过程中的防燃
1）熔剂保护。镁合金熔炼过程中的防燃，最早使用的是熔剂保护。对于熔剂的要求是，不与坩埚村材料、镁、镁合金组分相互起化学作用，熔点低于镁合金和纯镁的熔点，有润湿坩锅和炉底的能力；在熔炼温度下，其密度应比镁的密度大(0～2kg/m3以上)，这是为了很好的分层，熔剂应有较大的表面张力，以便在金属熔体表面形成致密的隔绝空气的熔剂薄膜层。MgCl2是多数熔剂的组分，它可在镁体表面形成一层连续的覆盖层，可以阻止镁与空气中的氧、水蒸气反应，能消除MgO产生的隔热作用，使其表面温度不会迅速上升，从而有效阻止镁合金的燃烧。
2）气体保护。气体保护是国外当前普遍采用的防燃方法，常用的气体为SF6，CO2，SO2.使用气体保护需要复杂的密封装置，而且从熔炼炉到浇铸炉也需要复杂的输送设备。
2.2零件成型过程中的防燃
零件成型过程中的防燃，主要通过以下途径：1）气相保护。产生较稳定的气体，驱赶走型腔中的空气和水气，形成镁液与空气隔绝的覆盖层。2）致密膜保护。在金属表面生成致密系数大于l的表面膜，使氧不能继续侵入。致密系数越大，表面膜越厚，防燃作用越强。3）釉质膜保护。在与金属相接触的型砂表面，金属氧化物高温时烧结成的釉质膜，可以阻挡型砂中的水分在凝固后期的返回。2.3镁铝合金的某些用途
1）冲压发动机的发展，促进了富燃料推进剂的研究与发展。提高富燃料推进剂的能量，始终是研究的目标之一；而添加金属燃料是较有效的途径，因为金属燃料（与碳氢燃料相比）具有较高的密度、较高的热值及燃烧温度。常用的金属添加剂有镁、铝、硼等，它们各有优缺点。镁铝合金和它们相比，具有较好的燃烧
性能，其点火温度低、燃烧迅速，在燃面不存在结团现
象，因此，镁铝合金在富燃料应用中可以提高燃烧效率，有效降低喷灌堵塞的几率，还可使发动机的结构更加紧凑。
2）镁铝合金粉在烟花爆竹原材料等方面的用途很广。它可作为其中重要的还原剂，有时也用作白光发光剂或照明剂。镁铝合金粉中铝含量，对烟花爆竹产品安全和质量有重要的影响。如果合金中铝粉含量过低，相对镁粉的含量就会升高，必然导致其性质接近镁粉的性质，这样，镁铝成分不能按比例结合形成合金，用其配置的烟花爆竹药剂撞击感度增加，也较危险。3市场上销售的镁铝合金粉存在的问题
最近从市场上销售的镁铝合金粉中进行了不完全随机抽查,大部分铝含量偏低,不合格。镁铝合金粉的活性镁铝含量相差很大,分级标准不规范,从外观很难分辩等级。有的镁铝合金粉厂片面追求高利润，坑害消费者，人为地往镁铝合金粉中添加水泥粉、砖面、滑石粉等。人为造成劣质品，这种镁铝合金粉绝对不能用，不仅影响燃放效果，也会增加烟花爆竹药剂的敏感性。这个问题在前几年较严重,随着市场经济的调节,坑害消费者的企业正逐步退出市场。总之，镁铝合金粉是重要的还原剂,在氧化还原反应中产生大量的热量，主要来自镁铝合金粉等金属粉剂产生的热量。镁铝合金粉中铝含量太低，会导致烟花爆竹药剂对撞击、摩擦更敏感,从而增加隐患。烟花爆竹药剂呈酸性时,会导致镁铝合金粉与水反应明显加速,在制药过程中药剂发热,导致药剂对撞性，摩擦更敏感,严重的甚至会发生自燃自爆事故。4结束语
预防粉尘爆炸事故，实现安全生产是一项长期而艰巨的任务。每个生产人员都要认真按照规章制度生产操作，降低违规行为和存有侥幸心理的不安全因索，将安全生产落到实处。严格进行安全检查，从技术上控制粉尘，把物和环境的不安全因素降到最低．只有这样才能避免粉尘爆炸，真正向安全生产迈进。
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（下转第70页）
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TechnicalResearchofWetFlueGasDesulfurizationNitrogen
ZHANGTao-wei,LUYao,LIBin
(NorthUniversityofChina,CollegeofChemicalEngineeringandEnvironmentTaiyuan030051,China)
Abstract：RerrbvalofSO2andNOxfromfluegasbyaqueousurea/potassiumpermanganateisinvestigatedbysomeresearchers.Thecharacteristicsreactionmechanismandtechnologicalprocessareintroduced.Theresearchwaysofthistechnologyarethenpantedout.NOxranovalwithanalogfluegasdenitrificationusingurea/potassiumpermanganatesolutionprocesshasbeeninvestigatedinblisterreactorfilledwithsteelpallrings.Thelaboratroyexeperimentalresultsshowthatwettypefluegasdenitrificationusingurea/potassiumpeananganatesolutionprocesscanreachhighremovalefficiencyofNOx.TheamountofpotassiunpermanganateisakeyfactorthataffectstheNOxremovalefficiency.TheremovalefficiencyofNOxandSO2canreach60%and99%whenusingtheabsorptionsolutionof5%ureaand2.0mmol/Lpotassimnpeananganate.Theanountofurea,theabsorptionheightandtheimportedgasflowallaffecttheNOxremovalefficiencytodifferentdegrees.Keywords：atmosphericpollution；sulfurdioxide；nitrogenoxides；urea；potassiumpermanganate
（上接第65页）
输出模块在cad的绘图空间中，依次搜索用电设备、供电设备、继电保护设备，并依据各种设备的布置情况，安排报告的章节布局。布局完成后，程序调用负荷统计模板、参照用电设备数据，完成负荷统计报告；重复套用设备校核报告模板，完成各供电设备的选型描述；重复套用短路电流计算模板，完成各短路点短路电流计算报告；重复套用继电保护设备整定说明模板，完成各继电保护设备的整定报告。3结束语
经过代码验证，该结构能够实现供电辅助设计的
功能要求，并且能够达到预期的要求，解决提出的问
题。尚需进一步解决的问题是采用XRecord以后的代码可读性变差，会给程序的后续维护和升级造成一定困难。
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ResearchonCadMethodsofMiningPowerSupplyBasedonXRecordTechnology
ZHANGJing-bo1,YAOLi-wei2
(1.PingshuoCoalCo.,Ltd,Shuozhou036006，China；2.ResearchInstituteofMechatronicsEngineering,
TaiyuanUniversityofTechnology，Taiyuan030024,China)
Abstract：Aimingatthepoortransportationduingtheindependencebetweendrawingandthedataofafilemadebypowersupplycadsystem,commonly,whichiscomposedofCADanddatabaseandwordmodule,amethodofdevelopingpowersupplycadsystembasedontheXRecordofautocadisintroduced.IthasbeenprovedbyadevelopingexaminationthatafileproducedbythesystembasingonXRecordhassomefeaturesuchasdataadhereingtodraw,expendable,bettertransportation,andsoon.Keywords：XRecord;coalminepowersupply;drawingsystem;transportation
（上接第67页）
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StudyonProtectionandExplosionofAluminiumandMagnesiumPowders
ZHANGXiao-tao,HUShuang-qi
（SchoolofChemicalEngineeringandEnvironment,NorthUniversityofChina,Taiyuan030051,China）
Abstract：Analyzethemagnesium,aluminumdustexplosionmechanism.Discussthemagnesium,aluminumdustexplosionconditions,aswellasmeasuresondustexplosionprevention.ElaboratethemarketingproblemsofMg-Alalloypowder.Keywords：magnesium;dust;combustion;explosion
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