耐火材料制造主要危险因素及事故防范对策探析

郭 鹏

（莱芜钢铁集团泰东实业有限公司，山东 济南 271104）

冶金工业是我国经济发展的命脉，一个国家的冶金工艺发展的水平标志着一个国家的生产水平，也标志着一个国家科学技术的发展水平。冶金生产需要大量的耐火材料，可以说冶金工业的发展离不开耐火材料，耐火材料的质量关系到冶金的质量与成本，为此需要制造高质量的耐火材料。

耐火材料制造从原料加工到材料烧成需要经过配料、碾料、运料、运输、化验、进窑、干燥、磨制等多道工序，而火灾、爆炸、机械伤害、车辆伤害、灼烫、触电、中毒等危险因素将时刻与生产流程并存。因此，耐火材料制造企业应当准确识别和查找出每一道工序当中的危险因素，并通过对产生原因的分析，制订一套针对性强、可行性高、实效性好的事故防范方案，进而将安全事故发生的概率降到最低点。

1 耐火材料概述与制造工艺流程

1.1 耐火材料概述

近年来，随着我国冶金行业的迅猛发展，该领域对耐火材料的需求量呈现出逐年递增态势，与此同时，冶金生产过程中对耐火材料的性能、质量等参数也提出了更高的要求。在这一背景之下，耐火材料的制造企业在改善和优化工艺流程的同时，也不断对耐火材料制造过程中存在的安全隐患予以排查和防范，旨在进一步增强耐火材料制造流程的安全性。目前，在划分耐火材料种类时，主要根据材料的使用温度、材质密度以及材料的使用方式划分，其中，按照使用温度的划分方法较为常见，低温耐火材料的温度临界值为900℃，常见材料为硅藻土砖、石棉砖等，中温耐火材料的温度介于900℃～1200℃之间，常见材料为轻质粘土砖、蛭石等，而高温材料的温度临界值为1200℃，常见材料为轻质刚玉砖（如图1所示）。这些材料的耐火隔热原理是借助于晶体点阵或者晶格振动来完成，由于晶格振动的能量是量子化的，因此，这种晶格振动的量子常常被称之为声子。

图1 轻质刚玉砖

下面以炼铁高炉为例，针对炼铁高炉各组成结构所采用的耐火材料类型予以阐述。炼铁高炉一般由炉喉、炉身、炉腰、炉腹、炉缸以及炉底组成。其中，炉喉位置在炼铁生产过程中，极易受到坯件的冲击与摩擦，因此一般选择抗冲击能力强、硬度较高的高铝砖作为炉喉材料。炉身主要分为上中下三个温度带，上部与中部的温度偏低，一般介于400℃～700℃之间，因此可以采用粘土砖或者高铝砖等耐火材料。而下部温度较高，并且堆积大量的炉渣，因此，可以采用一些优质的粘土砖、高铝砖或者刚玉砖等耐高温性能优越的耐火材料。炉腰部位的温度高于炉身，在选取耐火材料时，尽量使用优质的刚玉砖、碳化硅砖或者耐火性能较好的碳砖。炉腹温度一般在1600℃～1650℃之间，这就对耐火材料的耐高温性能提出了更加严格的要求，因此，炉腹材料多选用耐高温性能优越的石墨砖或者碳砖。而炉缸与炉底的温度在1450℃左右，一般选用碳砖等耐火材料即可。

1.2 耐火材料制造工艺流程

耐火材料制造工艺流程主要包括原料加工粉碎、配料与混炼、坯料成型、坯料干燥以及制品烧成等，如图2所示。

图2 耐火材料制造工艺流程图

制造耐火材料的原料按照化学特性划分，可以分为硅石、锆英石等酸性耐火原料、刚玉、铝矾土、莫来石等中性耐火原料以及镁砂、镁钙砂等碱性耐火原料。在原料加工阶段，首先需要对原料进行提纯，然后对提纯后的原材料进行干燥、锻烧、粉碎、分级处理。在配料过程中，应当严格控制材料颗粒配比度，并利用电子称、称量车、光电数字显示称等称量工具对配料进行称重。在原材料混炼阶段，较为常用的混炼设备包括单轴或者双轴搅拌机、混砂机以及湿碾机等，在配合好的物料当中添入适量的结合剂，然后利用混炼设备对这些原材料进行均匀搅拌。在坯料成型阶段，主要利用模具或者施加外力的方法，制成具有一定尺寸、形状与强度的耐火坯体，常用的成型方法包括半干法、可塑法、注浆法、热压注成型法、电熔注法等。在坯料干燥阶段，通常采用间歇式室式或者隧道式的干燥方法，经过该道工序的处理，耐火坯料的机械强度得到大幅提升。在制品烧成阶段，烧结反应趋于完全、充分，结晶相的致密性能够满足耐火材料成品的要求[1]。

2 耐火材料制造主要危险因素与原因分析

2.1 火灾

燃气泄漏与氧气混合达到燃烧温度范围，在有明火、火星或静电等条件下可导致火灾。在耐火材料制造过程中，将使用大量的有机外加剂，或者草绳、塑料、木箱等包装物，如果操作不当，将极易引发火灾事故，如果加热炉使用煤气或者天然气，一旦气体泄漏，发生火灾的概率也将增大。变压器长期超负荷运行，会引起线圈发热，使绝缘逐渐老化，造成匝间短路、相间短路或对地短路；变压器内芯叠装不良，芯片见绝缘老化，引起铁损增加，造成变压器过热。线圈内部的接头、线圈之间的连接点和引至高、低压瓷套管的接点及分接开关上各接点接触不良会产生局部过热，破坏线圈绝缘，发生短路或断路。另外，由于变压器线圈受机械损伤或者受潮，引起层间、匝间或者对地短路也会引发火灾。避雷器起不到保护作用，遇有雷雨时很容易遭到雷电过电压的侵袭，击穿变压器的绝缘，甚至烧毁变压器，引起火灾。

2.2 爆炸

耐火材料制造过程一般需要在窑炉内完成，而为窑炉提供热量的介质多以煤气、天然气为主，如果接触不良、操作失误或者管理缺失，则极易发生燃气泄漏事故，当空气中的燃气浓度达到爆炸极限值以后，一旦遇到明火将会引发爆炸事故。另外，锅炉也是耐火材料制造过程中最为常用的器具，锅炉如果经过长时间运转而不及时予以维修与保养，那么锅炉内的水垢厚度将逐渐增大，在这种情况下，炉管强度将大幅降低，致命锅炉内部将充斥大量的蒸汽，随着内部压强的增大，锅炉也将面临着爆炸风险。

2.3 机械伤害

耐火材料制造过程中，将使用大量的机械设备，比如坯料破碎机、皮带运输机、混炼设备、液压机、窑炉窑车以及提升机等。如果操作人员违反了操作规程，或者机械设备本身存在严重故障，都有可能造成机械伤害。比如以起重机械为例，如果起重部件出现钢丝绳断裂、锻钩断裂、脱钩的情况，或者起重设备未配备声、光信号以及防脱钩的保险装置，那么将直接危及操作人员或者现场作业人员的生命安全。

2.4 车辆伤害

车辆是原材料、坯料以及耐火材料成品运输的重要工具，如果司机疲劳驾驶，或者现场管理混乱，车辆调度指挥无序，那么也极易发生车辆碾压或者撞击事故，严重的还会给现场作业人员的生命安全构成威胁。

2.5 灼烫

在制造和生产耐火材料时，将使用竖窑、回转窑、锅炉、倒烟窑等大型设备，由于这些设备在运转过程中将产生大量的热量，表面温度较高，如果操作人员操作不慎，或者设备出现严重故障，则极易引发灼烫事故。另外，在坯料干燥成型阶段，如果操作工序错误，或者现场安全管理机制不健全，高温坯体将直接给操作人员造成伤害[2]。

2.6 触电

引发触电事故的主要原因包括操作不当、接地保护、漏电保护、电位联结保护失效，与此同时，线路在长期使用过程中，如果不及时进行更换，将加快线路的老化速度，触电风险也将急剧上升。另外，在耐火材料的制造车间，存在大量的高压电器设备，如果这些设备周围的隔栏或者遮拦遭到破坏，导致人体与带电体的距离小于最小安全距离，也会引发触电事故。

2.7 中毒

煤气与天然气是制造耐火材料时最为常用的燃料，而煤气当中含有大量的一氧化碳气体与氢气，现场操作人员一旦吸入煤气，则极易引发中毒或者窒息事故。另外，在制造和生产耐火材料时，往往需要向原料当中添加三聚磷酸钠、六偏磷酸钠等减水剂，或者氢氧化钠以及火星氢氧化铝等促凝剂，这些化学成分一旦大量挥发，也容易引起身体不适等症状。除以上危险因素以外，生产过程中产生的脉冲噪声也容易给现场作业人员的神经系统造成危害，进而严重危及作业人员的身体健康，耐火材料主要危险因素与事故类型如表1所示。

表1 耐火材料主要危险因素与事故类型

3 耐火材料制造过程中的事故防范对策

3.1 健全安全管理机制

管理制度虽然是一个老生常谈的话题，但是，却在耐火材料制造过程的安全管理工作当中发挥着至关重要的作用。一方面，通过建立完善的安全管理制度，能够进一步增强管理人员以及现场作业人员的安全意识，进而可以主动、自觉的履行自身的安全职责与义务。另一方面，一旦现场作业人员出现违规操作的行为，企业可以根据奖罚机制，对涉事人员进行处理，这就使得各项工作的开展能够有法可依、有章可循、有规可守。因此，企业应当根据国家颁布的《耐火材料生产安全规程》（AQ2023-2008）的条款内容，并结合耐火材料的主要危险因素，制订一套切实可行的安全管理机制，并将如何防范各类安全事故的发生所采取的有效措施纳入到条款内容当中。比如在对竖窑进行检修时，由于竖窑当中含有一氧化碳有毒气体，因此，在制度当中需要对如何防范一氧化碳中毒事故所采取的措施予以说明，即保持窑内强制通风，进入竖窑前后需要核检人数，进窑之前应对窑内的一氧化碳含量进行测定，当确定安全后，方可进入。再比如应对脉冲噪声时，应当根据《耐火材料生产安全规程》（AQ2023-2008）中关于允许噪声暴露分贝值的规定，来制订脉冲噪声防范措施，如表2所示。

表2 允许噪声暴露分贝值

3.2 加大培训力度，提升综合素养

安全事故的发生与人的主观因素有着密切关系，因此，预防安全事故的发生，首要问题是增强管理人员、技术人员、生产人员、设备操作人员的安全意识。于企业而言，需要结合各个岗位的安全生产职责，制订一套安全培训方案，并将专业操作技术、安全法规、企业各项管理制度等内容统一纳入到培训教育计划当中。为了验证培训教育效果，企业人力资源部门应当通过工作实践考核的方法，对每一道生产工序、每一个工作步骤与工作死角进行检查与监督，如果发现问题或者潜在的安全风险隐患，应当对当事人继续开展培训教育，以此来避免由于人为原因而发生的安全事故。

3.3 推行精细化管理，增加监督检查频次

所谓精细化管理主要是在从事安全管理工作时，不留死角，顾全大局，统筹全局，并从多个角度、多个方向出发，对每一个可能存在安全风险隐患的生产工序进行细致检查，以及时堵塞安全漏洞。比如在检查各种大型生产设备时，检查人员应对设备外围是否设置防护罩、防护栏，联锁、紧停以及控制装置是否灵敏可靠，每一个螺栓连接点是否紧固，每一处密封接合处是否存在漏油、漏水现象等。并同时将这些内容予以详细记录，以便于日后调取与查阅工作的展开。以消防设施为例，企业在配备基本的消防设施与器具的同时，应当根据企业经营生产规模，对一些重要场所与区域，应当加设一些必要的消防器材，比如灭火器、消火栓等，安全管理人员应当树立高度的主人翁责任意识与安全意识，不定期对消防设施的使用情况、在用情况进行检查，如果发现消防器材出现过期的情况，需要及时予以更换。

3.4 消除物的不安全因素

耐火材料在生产制造过程中，较为常见的“物质”包括所有的生产原材料、相关的辅助物料及所有的生产设备和所有的辅助设备。物的不安全因素会直接导致危险的发展和延续。因此，要依据物质本身的特征和物质的自身状态，加强对物质的管理，使物质这一危险因素产生的安全事故降到最低点。以生产制造过程中使用的各种电气设备与特种设备为例，一般情况下，电气设备的传动部位常常由防护罩、盖或栏、各种联锁装置、紧停装置以及控制装置组成，这些装置的灵敏度直接关系到设备运转的安全性能，因此，设备检修人员应当定期对这些灵敏装置的运行状态进行检查与校验，一旦发现安全隐患，应当及时予以处理。对于存放电气设备的存储空间来说，企业应当在醒目区域设立安全警示标识，绝缘工具、照明工具、应急事故处理工具应当一应俱全，并保证各种电气设备的接地系统安全可靠。另外，企业在采购各种特种设备时，设备管理人员应对设备的合格证、使用登记证、供应商的经营资质、设备的检验报告等材料进行审核，当确定供应商各方面条件符合标准要求以后，方可与其签订设备购买协议。

4 结语

耐火材料制造主要危险因素种类众多，在这些危险因素当中，如果做好充分的事先准备与防范工作，那么安全事故的发生概率也将大幅降低。基于这一思想，企业应当建立一支安全意识强、管理能力强、专业水平高的安全管理队伍，并不断在生产管理与专业技术方面进行突破与提升，进而实现安全生产零事故的美好愿景。