镁合金压铸生产的安全管理

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　　一、注意安全是镁合金压铸成功运作的前提，在工厂管理系统中应包括如下：

　　1、制订安全政策并传达所有员工。

　　2、制订年度安全指标，反应安全方面的连续改善。

　　3、建立系统的安全培训，在引入技术的同时进行安全培训。

　　4、在管理会议上应经常讨论安全问题。

　　5、应评估并记录各种工作中的危险建立各种有风险工作的安全政策。这些政策应是书面的形式并及时更新。

　　6、应调查所有的事故和过失，应记录本调查结果并有跟进行动。

　　7、工厂应有应急计划并组织应急演习。

　　8、管理者应和员工代表进行安全视察，以更正不安全的操作和环境。

　　二、压铸镁合金及安全

　　在大批量生产的结构件中，镁是最轻的常见金属。镁元素存在多种原材料中，包括海水，白云石，菱镁矿等。可以用多种方法生产镁，即可以用热还原法，也可以用电解法。和铝合金一样，电解法特别适合于大规模生产。现在全世界的产量大约为300，000吨。在不久的将来会有较大的增长。

　　镁合金是由基本金属或回收精炼的金属生产。目前所有的压铸合金对重金属杂质的含量有严格的限制，特别是铁、镍和铜。由于其优良的压铸性能和良好的机械和物理性能，AZ91是最常见的压铸合金。对于其它专门用途的合金，AM合金具有较好的延展性和断裂韧性，AS合金具有较好的高温抗蠕变性能。表1为目前压铸镁合金的主要合金成份。

　　纯镁的热性能如表2所示，合金的性能和纯镁稍有差别。特别是熔化性能相差较大，合金具有一定的熔化范围而不是单一的熔化点。例如，AZ91D在598℃时开始熔解，在约430℃时完全固化。对于其它合金，上下熔化随实际成份而变化。这对于铸造温度选择的熔炉操作有重要的影响。

　　三、个人安全

　　使用合适的安全设备可以在很大程度上避免伤害，建议使用下列个人装备：

　　毛织物两层防火工作服。

　　具有面罩的头盔

　　保护鞋和毛织物

　　工作手套（耐热）

　　对于特殊操作需要耐热围裙

　　应有必要的救护设备，以防热金属飞溅引起伤害。在所有的出口处应有沐浴器，因熔化镁合金引起的烧伤必须由医务人员处理。为使所有的操作根据正确的工作规范进行，必须具有个人安全意识。由于熔化金属可能引起个人伤害，在安全注意事项方面没有任何妥协余地。

　　四、安全问题的根源

　　在繁忙的铸造环境中处理灼热的液体金属总是涉及到安全问题。然而，只要给予必要的关注，镁合金并不比铝合金更危险。只是要讨论有关液态和固态镁合金的特殊应用所涉及的事项。大部分危险都是由于熔化的镁合金和含氧的物质发生剧烈反应引起的。这些反应会生成热，有时会生成气体，从而导致火灾，金属飞溅和爆炸。这些反应生成的热量如表2所示。因此在实际中要避免熔化镁合金和含氧物质接触。应特别注意避免潮湿的物质和熔化金属相接触。当面积/体积比较大时，例如机械加工的碎屑，镁合金也会和水或氧气发生反应。

　　和氧及氧化物反应

　　燃烧/氧化

　　2Mg+O2=2MgO

　　液体镁合金中的水份迅速气化

　　Mg(液）+H2O(液)=H2O（气）+Mg（微小颗粒）

　　和水反应/氢气爆炸

　　Mg+H2O=Mg+H2

　　2H2+O2=2H2O

　　和氧化铁反应

　　3Mg+Fe2O3=3MgO+2Fe

　　和氧化硅反应

　　2Mg+SiO2=2MgO+Si

　　有关安全问题，要分析整个生产过程，从铸锭到达工厂及成品及副产品运出工厂。

　　五、铸锭存放

　　制造商供应的铸锭堆放于罩有塑胶的卡板上。由于温度和存放及运输过程中的相对温度变化中铸锭会吸收一定的水分。镁合金铸锭总会具有气、裂纹和表面氧化，程度取决于合金类型和铸造方法。以上特征和水分有关，如果铸锭在潮湿的环境下存入较长的时间，会形成含有湿度的腐蚀物。供应商供应的镁合金，建议在熔化之前把铸锭预热到150℃以除去水分。如果腐蚀较严重，建议在预热之前除去腐蚀物。建议在室内存放，最好在温度变化不大的建筑物内，应特别注意不要使镁合金和水直接接触。镁合金铸锭不能和易燃的材料放在一起。为防止在镁合金存放区发生火灾，备有消防系统。其作用是防止火灾漫延到金属存放区。如果镁合金发生燃烧，喷水装置会加速火势，并可以引起爆炸。

　　六、镁合金熔化

　　(一)设备

　　压铸工厂常见的熔化设备包括以下方面：

　　1、至少把铸锭预热至150℃的预热炉。

　　2、装入熔化炉的铸锭装入系统。

　　3、具有单炉或双炉或单炉两室的熔化炉系统。

　　4、熔炉配有低碳坩埚，外覆有耐热钢。

　　5、金属的转移可以通过电加热的无#耐热钢管完成。

　　6、压铸机金属的计量是由各种装置完成的，用杓舀，虹吸管，气泵，离心泵和电磁泵等。

　　7、容纳温度测量，把杆控制，导管，保护气体系统并具有检查和清理窗口的熔化炉盖系统。

　　8、供应适量保护气体的供应系统，并可控制气体成份。以防气体耗尽，应有备用系统。所有的电力，燃料，冷却水，气都有遥控装置，以在紧急情况下中断供应。

　　(二)防止蒸汽/氢气爆炸

　　1、应采取必要的措施避免液体金属和水/潮湿相接触。

　　2、投入熔化金属之前，所有的铸锭必须预热至150℃。

　　3、所有的清理工具和杓子必须清洁，预热并经过完全干燥。

　　4、工具不能有吸收湿气的包围物。

　　5、熔化的镁合金绝对不能接触潮湿的材料，例如地板的水泥材料。只能使用钢制容器。

　　(三)防止燃烧/氧化

　　1、熔化金属和空气中的氧/氮的反应减少到最低程度。

　　2、在低于初始熔点的温度下，大块的金属并不燃烧。

　　3、有液体金属出现时，不使用熔化保护可能会发生剧烈的氧化/燃烧。

　　4、随着温度的增加，液体金属的汽化增加了火灾发生的可能性。

　　5、保护方法：低熔点下使用干燥而干净的盐熔液。

　　6、含有少量SF6和SO2保护气体。

　　7、一般说来，IMA（国际镁合金协会）建议使用表3中的熔化保护。对于标准的压铸操作，最常见的做法是干燥空气中混合0.2%的SF6。

　　8、为避免吸收水分，不要使用过长的保护气体输送管。

　　9、在输入铸锭的和其它操作时，尽量减少炉盖窗口的打开时间。

　　10、尽量避免各种泄漏。

　　11、确保保护气体直接通至熔化金属表面。

　　12、在提供良好保护的前提下，把流量调节到最少。

　　13、确保保护气体的供应不能中断。

　　14、用熔渣工具经常清理熔化金属表面积聚的反应物。

　　(四)防止铝热剂反应

　　坩埚壁和钢配件的锈迹及剥落等应尽量避免和镁合金接触。

　　1、熔化保护气体SF6和SO2不正确使用坩埚鳞片状剥落，从而和熔化镁合金发生剧烈的反应。

　　2、使用表3所示IMA混合气体。

　　3、在密封的坩埚内绝对不可以使用高浓度的SF6和纯的SF6。

　　4、在熔化炉关闭时,坩埚应盛满金属以避免坩埚壁吸收水分。

　　5、保持坩埚壁没有锈迹,在清洗时应避免锈蚀进入熔化液。

　　6、坩埚衬表应干净而没有锈蚀。

　　(五)清理坩埚熔渣

　　正确的清理坩埚方法是安全操作规程和维持熔化金属的品质所必须的。

　　1、在一定的间隔内,应清理坩埚的表面和底部.

　　2、使用干净和预热的工具.

　　3、把工具缓慢插入熔化金属以使温度均衡

　　4、熔渣应该放进预热的钢柜中,最好有一定的冷却能力。

　　5、把保护气体和熔渣的盖相连，以控制熔渣燃烧。

　　6、由于可能积聚燃火的镁粉，如果熔渣柜中发生燃烧，不要很快移开盖子。

　　(六)防止和含硅的绝缘材料反应

　　合适的熔炉结构和坩埚控制方法是熔化安全操作的关键。

　　1、当和熔炉的镁合金直接接触有危险时，低密度，高硅绝缘材料不能用在处理熔化的镁合金的设备上。

　　2、熔炉底应使用高密度高熔炉点的氧化铝材料。

　　3、为防止故障，熔炉应配有钢制容器以容纳熔化的金属。

　　4、在金属液流出时，用干燥的焊剂控制燃烧直到金属完全固化为止，立刻关闭电源供应。避免以下原因引起的损坏：在坩埚中加入锌、铝合金；在关闭期间于400-600℃盛放熔化金属；不正确的使用保护气体。

　　5、间隔一定的时间检查坩埚，微小的损坏可以通过焊接修补，当坩埚壁厚度比原来减少50%时，通常更换新的坩埚。

　　(七)压铸

　　压铸是镁合金生产较好的方法，可以以高的生产力生产复杂、薄壁的零件，和铝合金相比具有更低的模具损耗。镁合金的生产即可用冷室机也可用热室机。为具有更好的性能，建议镁合金压铸使用铝合金高一些的注射速度，特别是对于薄壁零件。

　　1、大部分先进的镁合金压铸设备都装有安全操作装置，在压铸操作时必须严格遵守安全规定。

　　2、保持良好的厂房管理，镁合金件的压铸和表面处理也不例外。

　　3、由于和水和含水材料的剧烈反应，应特别注意避免此种情况。

　　4、熔化金属进入压室时偶然的金属应放在压室下面干燥的容器内。避免锤头润滑油在引区域积聚。

　　5、压铸之前，在关闭期间冲头上冷却的水应加热除掉。

　　6、在模穴上尽量避免使用过量的基于水的润滑剂，注射料筒上不能积聚水分。

　　7、如果存在过量的模具润滑剂，水和含水的流体，金属偶然流入模具下面的坑中是很危险的，此坑穴要经常清理，并且使润滑剂有效排放。

　　和其它金属一样，应避免模具闪光。

　　(八)机械加工

　　尽管压铸件在压铸以后，几乎可以达到精度要求，通常还要进行一些机械加工，压铸镁合金具有优良的可加工性能。大部分压铸商都可以进行机械加工。但是处理机加工碎屑时，有发生火灾的危险。这是由于当面积/体积比较大时，很容易升温到较高的温度。在加工镁合金时，必须遵守严格的规定。绝对不可以在没有建立安全措施的加工其它金属的设备上加工镁合金。

　　在机加工和处理镁合金碎屑时，必须遵守以下规定：

　　1、请勿吸烟。

　　2、保持切削刀锋利，并有足够的切削角。

　　3、使用大进给量，以产生较厚的碎屑。

　　4、不能让刀具磨擦工件。

　　5、消除碎屑燃烧的火源。

　　6、保持加工场所清洁，避免积累过多的碎屑。

　　7、维持足够的灭火剂（干燥的沙子，铸铁屑，D型灭火器）。

　　8、使有特殊的抑制性水/油乳性化剂以减少氢气的生成，并保证乳化剂的充分供应。

　　9、具有保护门的加工室必须通风良好，以防止积聚高浓度的氢气。

　　10、把湿的碎屑放入通风优良的钢桶中，并放在离开机加工和压铸场所的位置。运输湿的碎屑要使用通风的运输工具，并放在通风良好的容器中。

　　11、在进行机加工之前，要首先考虑相关职能部门制订的法规。

　　(九)研磨

　　研磨镁粉极易燃烧，对于相关设备和操作，必须认真考虑采取防火和防止爆炸的措施。

　　1、在研磨区绝对不可以燃火，切削，或焊接。

　　2、维持足够的灭火剂（干燥的沙子，铸铁屑，D型灭火器）。

　　3、使用仅适用于镁合金的研磨设备。

　　4、使用合适的湿尘收集系统。

　　5、确保通风设备在研磨之前已正常运行，以除去积聚的氢气。

　　6、保证湿尘收集系统有足够的维护和清理。

　　7、现场的电气设备可以不受爆炸影响，并已正确接地。

　　8、除非特别注明适用于镁粉，不能使用真空吸尘器收集镁粉。

　　9、工作服应是防火材料并且没有口袋。

　　10、严禁吸烟。

　　七、灭火

　　(一)安全措施

　　1、必须记住，镁合金铸锭，压铸件和表面处理后的零件只有整体达到初始熔点以发生才会发生燃烧。

　　2、由于高的火焰温度（3900℃），镁合金燃烧会发出耀眼的白光。这对于没有经验的人是很可怕的，因此遵守控制和灭火规定是非常重要的。镁的热容只有汽油的一半，只要小心谨慎，镁合金起火是很容易熄灭的。由于湿气的存在，要小心发生飞溅爆炸。切记不可惊慌，更不能用水扑灭镁合金起火，使用水会导致爆炸和火势漫延。

　　3、应该有防火队，进行必要的培训。

　　4、应避免在镁合金熔化区域存放气瓶，必要时气应存放在防火材料的地板上。在压铸机和熔化炉附近，不要使用木板。

　　5、以防起火时产生大量的烟，应准备必要的呼吸器具。

　　(二)建筑物

　　厂房应使用防火材料，排放管应远离熔化金属可能溢出的区域，熔化区域的地板材料应耐热且不吸水，因普通水泥在金属溢出时会释放出水分，建议使用耐火砖和特种水泥。在金属可能飞溅的区域，最好使用钢制地板。要具有良好的排气系统。在熔化区域，应避免吹强风以防止镁合金氧化。

　　(三)存放

　　铸锭，浮渣，加工碎屑和研磨镁粉的存放应遵从：

　　1、镁合金要和易燃材料分开存放。

　　2、干净的固体镁合金碎片如水口等应存放不能燃烧的容器中，不同的金属要分开存放。

　　3、熔化炉和坩埚清理出的炉渣含有很大一部分镁合金，在固化和冷却以后，应存放在不能燃烧的容器中，干燥的加工屑存放在干燥的钢桶中。

　　4、由于发热和自燃的危险，湿润的加工屑不可烘干，应放在通风良好的容器中，使水和镁反应生成的氢气跑掉，除非使用特殊合成的可以抑制氢气生成的冷却剂（水油乳化液）。厂房和运输工具必须通风良好。

　　(四)灭火剂

　　使用以下灭火剂可以控制和扑灭镁合金起火。

　　1、干燥的覆盖剂，低熔点，专门适用于镁合金。

　　2、D型灭火器。

　　3、干燥且不含氧化物的铸铁屑。

　　4、干燥的沙子。

　　最有效的灭火方法是覆盖剂，可以在液态镁表面形成熔化层，从而隔绝氧气。压铸车间应备有足够的覆盖剂。干燥的铸铁屑和沙子会冷却和灭火。因镁和硅可能发生反应，在含有大量的液体金属的坩埚中不可使用含硅的沙子。因D型灭火器可能使火势漫延，其只能作为一种选择方法。

　　八、废品处理

　　(一)如果加工残留物的回收不是经济的或实用的，那么残留物必须用无危害的方式并符合当地法律法规进行处理。

　　可行的处理方法包括：

　　溶入5%的氯化铁水溶液中

　　溶入海水中

　　埋入地下

　　(二)处理和贮存

　　加工操作的残留物必须经过处理，要考虑到安全和环境问题并符合国家相关法律。

　　1、镁金属的残留物不应该和其它残留物混合在一起。

　　2、干燥加工操作的镁金属残留物应放置于密闭，贴有标识的、干净的、非易燃性的钢制容器中，容器应放在干燥的地方，没有水污染的机会。

　　3、污染有矿物油的碎屑，应和干燥碎屑以同样的方式存放。

　　4、被水或水基冷却液污染的镁金属碎屑存放在通风良好的钢制容器中，图示3用图说明了贮存容器内部氢气浓度与通气孔的作用。容器中氢气的浓度要有效保持在内4%的较低的爆炸受取胜条件之下，要有一个25mm的排气孔。建议在容器的顶盖上打三个直径为25mm的排气孔，存放大区域和传输工具也应正确通风，防止可燃性氢气与空气的混合气体聚集。

　　5、在贮存和运输前，重要的是尽可能清除掉碎屑上的冷却液。目前所用清除水的方法有过滤、离心干燥和挤压。图示4表明了在贮存之前使湿碎屑在室温条件下变干的效果。

　　九、回收

　　（一）镁碎屑和粉末应看作是有用的资源

　　（二）这些材料可用于钢、铁工业中给产品脱硫。

　　（三）干燥的碎屑很容易循环，油质和湿碎屑的再循环要求特别注意清洁，放射控制和安全。

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