耐火材料制造主要危險因素及事故防范對策探析

郭 鵬

（萊蕪鋼鐵集團泰東實業有限公司，山東 濟南 271104）

冶金工業是我國經濟發展的命脈，一個國家的冶金工藝發展的水平標志著一個國家的生產水平，也標志著一個國家科學技術的發展水平。冶金生產需要大量的耐火材料，可以說冶金工業的發展離不開耐火材料，耐火材料的質量關系到冶金的質量與成本，為此需要制造高質量的耐火材料。

耐火材料制造從原料加工到材料燒成需要經過配料、碾料、運料、運輸、化驗、進窯、干燥、磨制等多道工序，而火災、爆炸、機械傷害、車輛傷害、灼燙、觸電、中毒等危險因素將時刻與生產流程并存。因此，耐火材料制造企業應當準確識別和查找出每一道工序當中的危險因素，并通過對產生原因的分析，制訂一套針對性強、可行性高、實效性好的事故防范方案，進而將安全事故發生的概率降到最低點。

1 耐火材料概述與制造工藝流程

1.1 耐火材料概述

近年來，隨著我國冶金行業的迅猛發展，該領域對耐火材料的需求量呈現出逐年遞增態勢，與此同時，冶金生產過程中對耐火材料的性能、質量等參數也提出了更高的要求。在這一背景之下，耐火材料的制造企業在改善和優化工藝流程的同時，也不斷對耐火材料制造過程中存在的安全隱患予以排查和防范，旨在進一步增強耐火材料制造流程的安全性。目前，在劃分耐火材料種類時，主要根據材料的使用溫度、材質密度以及材料的使用方式劃分，其中，按照使用溫度的劃分方法較為常見，低溫耐火材料的溫度臨界值為900℃，常見材料為硅藻土磚、石棉磚等，中溫耐火材料的溫度介于900℃～1200℃之間，常見材料為輕質粘土磚、蛭石等，而高溫材料的溫度臨界值為1200℃，常見材料為輕質剛玉磚（如圖1所示）。這些材料的耐火隔熱原理是借助于晶體點陣或者晶格振動來完成，由于晶格振動的能量是量子化的，因此，這種晶格振動的量子常常被稱之為聲子。

圖1 輕質剛玉磚

下面以煉鐵高爐為例，針對煉鐵高爐各組成結構所采用的耐火材料類型予以闡述。煉鐵高爐一般由爐喉、爐身、爐腰、爐腹、爐缸以及爐底組成。其中，爐喉位置在煉鐵生產過程中，極易受到坯件的沖擊與摩擦，因此一般選擇抗沖擊能力強、硬度較高的高鋁磚作為爐喉材料。爐身主要分為上中下三個溫度帶，上部與中部的溫度偏低，一般介于400℃～700℃之間，因此可以采用粘土磚或者高鋁磚等耐火材料。而下部溫度較高，并且堆積大量的爐渣，因此，可以采用一些優質的粘土磚、高鋁磚或者剛玉磚等耐高溫性能優越的耐火材料。爐腰部位的溫度高于爐身，在選取耐火材料時，盡量使用優質的剛玉磚、碳化硅磚或者耐火性能較好的碳磚。爐腹溫度一般在1600℃～1650℃之間，這就對耐火材料的耐高溫性能提出了更加嚴格的要求，因此，爐腹材料多選用耐高溫性能優越的石墨磚或者碳磚。而爐缸與爐底的溫度在1450℃左右，一般選用碳磚等耐火材料即可。

1.2 耐火材料制造工藝流程

耐火材料制造工藝流程主要包括原料加工粉碎、配料與混煉、坯料成型、坯料干燥以及制品燒成等，如圖2所示。

圖2 耐火材料制造工藝流程圖

制造耐火材料的原料按照化學特性劃分，可以分為硅石、鋯英石等酸性耐火原料、剛玉、鋁礬土、莫來石等中性耐火原料以及鎂砂、鎂鈣砂等堿性耐火原料。在原料加工階段，首先需要對原料進行提純，然后對提純后的原材料進行干燥、鍛燒、粉碎、分級處理。在配料過程中，應當嚴格控制材料顆粒配比度，并利用電子稱、稱量車、光電數字顯示稱等稱量工具對配料進行稱重。在原材料混煉階段，較為常用的混煉設備包括單軸或者雙軸攪拌機、混砂機以及濕碾機等，在配合好的物料當中添入適量的結合劑，然后利用混煉設備對這些原材料進行均勻攪拌。在坯料成型階段，主要利用模具或者施加外力的方法，制成具有一定尺寸、形狀與強度的耐火坯體，常用的成型方法包括半干法、可塑法、注漿法、熱壓注成型法、電熔注法等。在坯料干燥階段，通常采用間歇式室式或者隧道式的干燥方法，經過該道工序的處理，耐火坯料的機械強度得到大幅提升。在制品燒成階段，燒結反應趨于完全、充分，結晶相的致密性能夠滿足耐火材料成品的要求[1]。

2 耐火材料制造主要危險因素與原因分析

2.1 火災

燃氣泄漏與氧氣混合達到燃燒溫度范圍，在有明火、火星或靜電等條件下可導致火災。在耐火材料制造過程中，將使用大量的有機外加劑，或者草繩、塑料、木箱等包裝物，如果操作不當，將極易引發火災事故，如果加熱爐使用煤氣或者天然氣，一旦氣體泄漏，發生火災的概率也將增大。變壓器長期超負荷運行，會引起線圈發熱，使絕緣逐漸老化，造成匝間短路、相間短路或對地短路；變壓器內芯疊裝不良，芯片見絕緣老化，引起鐵損增加，造成變壓器過熱。線圈內部的接頭、線圈之間的連接點和引至高、低壓瓷套管的接點及分接開關上各接點接觸不良會產生局部過熱，破壞線圈絕緣，發生短路或斷路。另外，由于變壓器線圈受機械損傷或者受潮，引起層間、匝間或者對地短路也會引發火災。避雷器起不到保護作用，遇有雷雨時很容易遭到雷電過電壓的侵襲，擊穿變壓器的絕緣，甚至燒毀變壓器，引起火災。

2.2 爆炸

耐火材料制造過程一般需要在窯爐內完成，而為窯爐提供熱量的介質多以煤氣、天然氣為主，如果接觸不良、操作失誤或者管理缺失，則極易發生燃氣泄漏事故，當空氣中的燃氣濃度達到爆炸極限值以后，一旦遇到明火將會引發爆炸事故。另外，鍋爐也是耐火材料制造過程中最為常用的器具，鍋爐如果經過長時間運轉而不及時予以維修與保養，那么鍋爐內的水垢厚度將逐漸增大，在這種情況下，爐管強度將大幅降低，致命鍋爐內部將充斥大量的蒸汽，隨著內部壓強的增大，鍋爐也將面臨著爆炸風險。

2.3 機械傷害

耐火材料制造過程中，將使用大量的機械設備，比如坯料破碎機、皮帶運輸機、混煉設備、液壓機、窯爐窯車以及提升機等。如果操作人員違反了操作規程，或者機械設備本身存在嚴重故障，都有可能造成機械傷害。比如以起重機械為例，如果起重部件出現鋼絲繩斷裂、鍛鉤斷裂、脫鉤的情況，或者起重設備未配備聲、光信號以及防脫鉤的保險裝置，那么將直接危及操作人員或者現場作業人員的生命安全。

2.4 車輛傷害

車輛是原材料、坯料以及耐火材料成品運輸的重要工具，如果司機疲勞駕駛，或者現場管理混亂，車輛調度指揮無序，那么也極易發生車輛碾壓或者撞擊事故，嚴重的還會給現場作業人員的生命安全構成威脅。

2.5 灼燙

在制造和生產耐火材料時，將使用豎窯、回轉窯、鍋爐、倒煙窯等大型設備，由于這些設備在運轉過程中將產生大量的熱量，表面溫度較高，如果操作人員操作不慎，或者設備出現嚴重故障，則極易引發灼燙事故。另外，在坯料干燥成型階段，如果操作工序錯誤，或者現場安全管理機制不健全，高溫坯體將直接給操作人員造成傷害[2]。

2.6 觸電

引發觸電事故的主要原因包括操作不當、接地保護、漏電保護、電位聯結保護失效，與此同時，線路在長期使用過程中，如果不及時進行更換，將加快線路的老化速度，觸電風險也將急劇上升。另外，在耐火材料的制造車間，存在大量的高壓電器設備，如果這些設備周圍的隔欄或者遮攔遭到破壞，導致人體與帶電體的距離小于最小安全距離，也會引發觸電事故。

2.7 中毒

煤氣與天然氣是制造耐火材料時最為常用的燃料，而煤氣當中含有大量的一氧化碳氣體與氫氣，現場操作人員一旦吸入煤氣，則極易引發中毒或者窒息事故。另外，在制造和生產耐火材料時，往往需要向原料當中添加三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉等減水劑，或者氫氧化鈉以及火星氫氧化鋁等促凝劑，這些化學成分一旦大量揮發，也容易引起身體不適等癥狀。除以上危險因素以外，生產過程中產生的脈沖噪聲也容易給現場作業人員的神經系統造成危害，進而嚴重危及作業人員的身體健康，耐火材料主要危險因素與事故類型如表1所示。

表1 耐火材料主要危險因素與事故類型

3 耐火材料制造過程中的事故防范對策

3.1 健全安全管理機制

管理制度雖然是一個老生常談的話題，但是，卻在耐火材料制造過程的安全管理工作當中發揮著至關重要的作用。一方面，通過建立完善的安全管理制度，能夠進一步增強管理人員以及現場作業人員的安全意識，進而可以主動、自覺的履行自身的安全職責與義務。另一方面，一旦現場作業人員出現違規操作的行為，企業可以根據獎罰機制，對涉事人員進行處理，這就使得各項工作的開展能夠有法可依、有章可循、有規可守。因此，企業應當根據國家頒布的《耐火材料生產安全規程》（AQ2023-2008）的條款內容，并結合耐火材料的主要危險因素，制訂一套切實可行的安全管理機制，并將如何防范各類安全事故的發生所采取的有效措施納入到條款內容當中。比如在對豎窯進行檢修時，由于豎窯當中含有一氧化碳有毒氣體，因此，在制度當中需要對如何防范一氧化碳中毒事故所采取的措施予以說明，即保持窯內強制通風，進入豎窯前后需要核檢人數，進窯之前應對窯內的一氧化碳含量進行測定，當確定安全后，方可進入。再比如應對脈沖噪聲時，應當根據《耐火材料生產安全規程》（AQ2023-2008）中關于允許噪聲暴露分貝值的規定，來制訂脈沖噪聲防范措施，如表2所示。

表2 允許噪聲暴露分貝值

3.2 加大培訓力度，提升綜合素養

安全事故的發生與人的主觀因素有著密切關系，因此，預防安全事故的發生，首要問題是增強管理人員、技術人員、生產人員、設備操作人員的安全意識。于企業而言，需要結合各個崗位的安全生產職責，制訂一套安全培訓方案，并將專業操作技術、安全法規、企業各項管理制度等內容統一納入到培訓教育計劃當中。為了驗證培訓教育效果，企業人力資源部門應當通過工作實踐考核的方法，對每一道生產工序、每一個工作步驟與工作死角進行檢查與監督，如果發現問題或者潛在的安全風險隱患，應當對當事人繼續開展培訓教育，以此來避免由于人為原因而發生的安全事故。

3.3 推行精細化管理，增加監督檢查頻次

所謂精細化管理主要是在從事安全管理工作時，不留死角，顧全大局，統籌全局，并從多個角度、多個方向出發，對每一個可能存在安全風險隱患的生產工序進行細致檢查，以及時堵塞安全漏洞。比如在檢查各種大型生產設備時，檢查人員應對設備外圍是否設置防護罩、防護欄，聯鎖、緊停以及控制裝置是否靈敏可靠，每一個螺栓連接點是否緊固，每一處密封接合處是否存在漏油、漏水現象等。并同時將這些內容予以詳細記錄，以便于日后調取與查閱工作的展開。以消防設施為例，企業在配備基本的消防設施與器具的同時，應當根據企業經營生產規模，對一些重要場所與區域，應當加設一些必要的消防器材，比如滅火器、消火栓等，安全管理人員應當樹立高度的主人翁責任意識與安全意識，不定期對消防設施的使用情況、在用情況進行檢查，如果發現消防器材出現過期的情況，需要及時予以更換。

3.4 消除物的不安全因素

耐火材料在生產制造過程中，較為常見的“物質”包括所有的生產原材料、相關的輔助物料及所有的生產設備和所有的輔助設備。物的不安全因素會直接導致危險的發展和延續。因此，要依據物質本身的特征和物質的自身狀態，加強對物質的管理，使物質這一危險因素產生的安全事故降到最低點。以生產制造過程中使用的各種電氣設備與特種設備為例，一般情況下，電氣設備的傳動部位常常由防護罩、蓋或欄、各種聯鎖裝置、緊停裝置以及控制裝置組成，這些裝置的靈敏度直接關系到設備運轉的安全性能，因此，設備檢修人員應當定期對這些靈敏裝置的運行狀態進行檢查與校驗，一旦發現安全隱患，應當及時予以處理。對于存放電氣設備的存儲空間來說，企業應當在醒目區域設立安全警示標識，絕緣工具、照明工具、應急事故處理工具應當一應俱全，并保證各種電氣設備的接地系統安全可靠。另外，企業在采購各種特種設備時，設備管理人員應對設備的合格證、使用登記證、供應商的經營資質、設備的檢驗報告等材料進行審核，當確定供應商各方面條件符合標準要求以后，方可與其簽訂設備購買協議。

4 結語

耐火材料制造主要危險因素種類眾多，在這些危險因素當中，如果做好充分的事先準備與防范工作，那么安全事故的發生概率也將大幅降低?；谶@一思想，企業應當建立一支安全意識強、管理能力強、專業水平高的安全管理隊伍，并不斷在生產管理與專業技術方面進行突破與提升，進而實現安全生產零事故的美好愿景。