圖1.爆炸等級(jí)判定標(biāo)準(zhǔn)

原標(biāo)題：熔鑄車間鋁水爆炸原因及預(yù)防

摘要

本文將綜述鋁液爆炸的兩種主要類型，重點(diǎn)回顧近期鑄造車間爆炸事故，并探討每起事故的根本原因。本文將分析引發(fā)這些爆炸的因素，包括導(dǎo)致此類事故發(fā)生的物理和化學(xué)條件。

分析表明，在某些地區(qū)，爆炸高發(fā)率與對(duì)鋁液安全缺乏認(rèn)識(shí)和相關(guān)教育直接相關(guān)。

本文還將為工廠提供一份藍(lán)圖，指導(dǎo)如何預(yù)防災(zāi)難性爆炸。若對(duì)鋁液爆炸的原因缺乏認(rèn)識(shí)和相關(guān)教育，未來(lái)鑄造車間仍可能發(fā)生類似的災(zāi)難性事故。

01 引言

自鋁熔鑄產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生，已發(fā)生過(guò)很多程度各異的鋁液爆炸事故。這些爆炸損壞設(shè)備、導(dǎo)致生產(chǎn)中斷，并造成工人傷亡。鋁業(yè)公司認(rèn)識(shí)到，若無(wú)法控制這一危險(xiǎn)源，整個(gè)行業(yè)將面臨風(fēng)險(xiǎn)。

許多鋁業(yè)公司都對(duì)鋁液爆炸展開了研究。其中，美國(guó)鋁業(yè)公司科學(xué)家George Long于1957年發(fā)表的早期研究成果《鋁液在水中的爆 ——原因與預(yù)防》至今仍具有現(xiàn)實(shí)意義。Long先生的研究以及美國(guó)鋁業(yè)公司此后數(shù)十年的后續(xù)研究，為行業(yè)提供了關(guān)于金屬爆炸發(fā)生機(jī)制的知識(shí)。對(duì)此，各鋁業(yè)公司采取了工程控制措施，并修訂了工人培訓(xùn)內(nèi)容，以降低工廠鋁液爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。如今，許多鋁業(yè)公司已不再發(fā)生鋁液爆炸事故。即便發(fā)生爆炸，大多也為1級(jí)爆炸；而可能摧毀整個(gè)車間的3級(jí)爆炸，在行業(yè)內(nèi)已極為罕見。

遺憾的是，災(zāi)難性鋁液爆炸仍時(shí)有發(fā)生。為何會(huì)出現(xiàn)這種情況？筆者認(rèn)為，這是因?yàn)槿藗儗?duì)這一危險(xiǎn)源缺乏認(rèn)識(shí)和相關(guān)教育。許多工廠認(rèn)為其工藝和設(shè)備是安全的，只因過(guò)去從未發(fā)生過(guò)（嚴(yán)重）事故。只有當(dāng)災(zāi)難性爆炸發(fā)生后，他們才會(huì)意識(shí)到此前認(rèn)為安全的工藝和設(shè)備實(shí)則并不安全。此前未發(fā)生事故，僅僅是僥幸而已。本文將為讀者奠定基礎(chǔ)，闡明爆炸發(fā)生的原因及預(yù)防方法。

02 爆炸為何會(huì)發(fā)生？

當(dāng)水與鋁液在裸露的混凝土、鋼或不銹鋼基底上發(fā)生反應(yīng)時(shí)，就會(huì)引發(fā)爆炸。引發(fā)爆炸的反應(yīng)分為物理反應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)兩種。

物理反應(yīng)爆炸在所有熔融金屬（如黃銅、銅、鋼）中均較為常見。當(dāng)熔融金屬覆蓋水時(shí)，水分子會(huì)急劇膨脹，將熔融金屬向外推送。需注意的是，此處的水并非特指可見水（如積水坑和/或潮濕地面）。水也可能以分子形態(tài)存在，肉眼無(wú)法看見。這種情況在存在化學(xué)鹽時(shí)最為常見。

化學(xué)鹽通過(guò)熔劑進(jìn)入我們的工作場(chǎng)所。在氣候寒冷的地區(qū)，冬季道路會(huì)使用巖鹽，這些鹽也會(huì)通過(guò)工人鞋底帶入鑄造車間。化學(xué)鹽會(huì)吸收水分，與熔融金屬接觸時(shí)可能引發(fā)爆炸。若手工工具和熔爐工具在插入熔融電解質(zhì)前未充分預(yù)熱，也可能發(fā)生此類爆炸。

此類爆炸不會(huì)導(dǎo)致金屬發(fā)生物理性質(zhì)變化。若100 kg鋁液發(fā)生物理反應(yīng)爆炸，最終會(huì)有100 kg凝固鋁四處飛濺。鋁液濺落的位置不同，還可能引發(fā)其他危險(xiǎn)。例如，若濺落在可燃物（如木托盤、紙箱）上，是否會(huì)引發(fā)火災(zāi)？若濺落在工人身上，是否會(huì)造成傷亡？

化學(xué)反應(yīng)指鋁與水（H2O）中的氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，釋放出氫氣并伴隨能量產(chǎn)生。化學(xué)反應(yīng)爆炸發(fā)生后，工廠會(huì)被一層細(xì)小的白色氧化鋁粉末覆蓋。科學(xué)家已證實(shí)，1 kg鋁液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)爆炸，其威力相當(dāng)于3 kg三硝基甲苯（TNT）炸藥。以之前的例子來(lái)說(shuō)，100 kg鋁液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)爆炸，其威力將相當(dāng)于300 kg TNT炸藥。爆炸后不會(huì)殘留凝固金屬，僅會(huì)留下白色的氧化鋁粉末。

                 2Al+3H20 → Al2O3+3H2    [1]

美國(guó)鋁業(yè)協(xié)會(huì)的鋁液事故報(bào)告系統(tǒng)將不同爆炸類型定義為1級(jí)、2級(jí)和3級(jí)爆炸，其特征如下（《鋁液操作指南》，2016年）。

1級(jí)爆炸又稱“蒸汽爆炸”或“爆濺”，當(dāng)鋁液圍住水，水迅速轉(zhuǎn)化為蒸汽時(shí)便會(huì)發(fā)生。此類爆炸的特征是金屬飛濺距離較短，最大約4.5 米，且?guī)缀醪粫?huì)造成財(cái)產(chǎn)損失或僅造成輕微財(cái)產(chǎn)損失。

2級(jí)爆炸屬于劇烈的蒸汽爆炸。與1級(jí)爆炸類似，水被圍住并瞬間轉(zhuǎn)化為蒸汽。在2級(jí)爆炸中，水被鋁液包裹，壓力不斷積聚，最終導(dǎo)致更多金屬被拋射到更遠(yuǎn)的距離（4.5–15米）。此類爆炸的威力通常可達(dá)到廠房屋頂高度，可能會(huì)造成一定的設(shè)備損壞。

3級(jí)爆炸通常是災(zāi)難性事故，由鋁液與水、空氣（或兩者同時(shí)）中的氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)引發(fā)。其特征是財(cái)產(chǎn)損失嚴(yán)重，金屬飛濺距離超過(guò)15米。爆炸后金屬通常會(huì)消失，僅殘留白色粉末—氧化鋁。

鋁液事故報(bào)告程序（MMIR）由美國(guó)鋁業(yè)協(xié)會(huì)（AA）于1980年發(fā)起。該程序的設(shè)立源于行業(yè)內(nèi)部的需求：建立一個(gè)企業(yè)間可匿名分享鋁液爆炸經(jīng)驗(yàn)的平臺(tái)（《鋁液事故年度摘要》，2023年）。MMIR已成為全球企業(yè)重要的安全工具。目前，全球已有 300家企業(yè)會(huì)在發(fā)生爆炸事故后在該平臺(tái)提交詳細(xì)報(bào)告（隱去所有企業(yè)標(biāo)識(shí)信息）。該協(xié)會(huì)表示：“盡管本報(bào)告依賴企業(yè)自愿上報(bào)，無(wú)法代表整個(gè)行業(yè)的統(tǒng)計(jì)情況，但它仍持續(xù)讓人們認(rèn)識(shí)到鋁液處理過(guò)程中引發(fā)爆炸的主要危險(xiǎn)源。”本文將重點(diǎn)引用MMIR的部分?jǐn)?shù)據(jù)，以說(shuō)明所討論危險(xiǎn)源的嚴(yán)重程度。

03 爆炸的常見原因

鋁液泄漏可能由多種原因?qū)е拢娊獠酃收稀⒘鞑坶_裂、渣箱溢出、坩堝損壞、坩堝泄漏、熔爐溢出以及鑄造臺(tái)溢出等。上述每種情況都可能導(dǎo)致鋁液滴落到裸露的混凝土地面或鋼質(zhì)地板上，從而引發(fā)爆炸。在運(yùn)輸過(guò)程中，鋁液若泄漏到運(yùn)輸車輛上并引發(fā)火災(zāi)，也會(huì)構(gòu)成危險(xiǎn)。

圖2.2008–2023年金屬轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中的爆炸

在2023年的MMIR報(bào)告中，手工工具或熔爐工具是轉(zhuǎn)運(yùn)爆炸的首要原因。這些工具每班次都會(huì)用于取樣、撇渣、合金化等各類作業(yè)，若工具“潮濕”，則會(huì)引發(fā)爆炸。MMIR顯示， 2023年因“工具潮濕”引發(fā)的爆炸超過(guò)25起，過(guò)去45年間此類爆炸已超過(guò)400起。工具受潮的原因有兩種：一是暴露在濕氣中（存放在室外或靠近敞開的門），二是接觸到化學(xué)鹽。化學(xué)鹽以熔劑的形式廣泛存在于鑄造車間中。在寒冷地區(qū)，道路會(huì)使用鹽，這些鹽會(huì)通過(guò)工人鞋底帶入鑄造車間。鹽會(huì)自然吸收空氣中的水分。鑄造車間內(nèi)的任何平面，如半連續(xù)鑄造工位頂部、混凝土地面、流槽邊緣等，都會(huì)受到鹽的污染。需注意的是，無(wú)法通過(guò)目視檢查工具是否受到鹽污染，因?yàn)辂}污染發(fā)生在分子層面。

渣箱是一個(gè)易被忽視的區(qū)域，已引發(fā)大量爆炸事故。MMIR在其歷史記錄中列出了371起由渣箱引發(fā)的爆炸報(bào)告。《鋁液操作指南》指出：“鑄造開始前，渣箱應(yīng)保持清潔、干燥且處于溫?zé)釥顟B(tài)”（《鋁液操作指南》，2016年）。

渣箱分為兩種：生產(chǎn)用渣箱和應(yīng)急用渣箱。生產(chǎn)用渣箱每班次都會(huì)使用，每次鑄造后需清空。應(yīng)急用渣箱使用頻率較低。部分鑄造車間的應(yīng)急用渣箱每月僅使用一次。使用場(chǎng)景通常為鑄造中斷、過(guò)濾箱出現(xiàn)問(wèn)題或其他異常情況。

渣箱引發(fā)爆炸的原因包括：內(nèi)部放置雜物、未妥善清潔和涂油，或存在裂縫。渣箱內(nèi)嚴(yán)禁放置雜物，因?yàn)殡s物會(huì)吸收水分，與鋁液接觸時(shí)會(huì)引發(fā)爆炸。

一種常見的事故場(chǎng)景是：某一班次發(fā)現(xiàn)渣箱開裂后將其擱置一旁，下一班次又發(fā)現(xiàn)另一渣箱開裂，便用之前擱置的開裂渣箱替換，并認(rèn)為“裂縫不算嚴(yán)重”。當(dāng)鋁液倒入該渣箱時(shí)，就會(huì)引發(fā)爆炸。《鋁液操作指南》指出：“開裂的渣箱應(yīng)進(jìn)行維修或更換”。應(yīng)對(duì)渣箱進(jìn)行檢查，若裂縫寬度超過(guò)3 mm，應(yīng)停止使用。若開裂渣箱無(wú)法妥善維修，應(yīng)將其切割成兩半，防止后續(xù)班次繼續(xù)使用。

渣箱需進(jìn)行妥善噴砂處理并涂油。美國(guó)鋁業(yè)協(xié)會(huì)鑄造車間安全研討會(huì)指出，渣箱應(yīng)使用以下產(chǎn)品（Nall，2024） ：

• 菜籽油（可使用非食品級(jí)）

• 其他半連續(xù)鑄造潤(rùn)滑油

• 派羅特克 PyroDraw HVI 46

• 道達(dá)爾 Nevastane Clear 68（醫(yī)藥級(jí)）

• 殼牌 Morlina S2BL22

• 菲利普斯 66 22號(hào)錠子油

部分企業(yè)會(huì)在應(yīng)急用渣箱上涂抹Wise Chem E-212-F或E-115涂料，確保其隨時(shí)可用，且無(wú)需額外涂油。

圖3.涂有Wise Chem E-212-F涂料的渣箱

04 涂料—鑄井—工具

鑄造車間有時(shí)會(huì)忽視對(duì)鋼基底（如鑄造臺(tái)）、混凝土（如鑄井、副井、熔底）和不銹鋼（如鑄井和工裝）安全涂料的妥善維護(hù)。若因流槽溢流、渣箱泄漏、結(jié)晶器漏鋁、熔爐爐襯損壞等情況導(dǎo)致鋁液接觸到底部基底，涂料在預(yù)防爆炸方面發(fā)揮著重要作用（Wells，2024）。

1968年，美國(guó)鋁業(yè)協(xié)會(huì)牽頭開展全行業(yè)鋁液爆炸研究，行業(yè)發(fā)展自此迎來(lái)轉(zhuǎn)折。León、Richter和Levendusky在《預(yù)防鋁液/水爆炸的涂料研究》最終報(bào)告中指出，可使用特定涂料預(yù)防鋁液爆炸。

美國(guó)鋁業(yè)協(xié)會(huì)《鋁液操作指南》明確列出了經(jīng)測(cè)試證實(shí) “在半連續(xù)鑄造過(guò)程中，當(dāng)鋁液因漏鋁或泄漏接觸到鋼、混凝土或不銹鋼表面的水時(shí)，能有效預(yù)防鋁–水爆炸” 的涂料。這些測(cè)試合格的涂料包括Wise Chem E-212-F、Wise Chem E-115、Carboline Multi Gard 955CP以及Courtaulds Intertuf 132HS。報(bào)告指出，在行業(yè)內(nèi)禁用未經(jīng)測(cè)試的涂料。

測(cè)試合格的安全涂料需要維護(hù)和重新涂刷，因?yàn)榉磸?fù)接觸鋁液后，涂料會(huì)逐漸磨損。隨著鋁液的反復(fù)接觸，涂料下的基底最終會(huì)暴露出來(lái)。行業(yè)認(rèn)可的研究證實(shí)，鋼或混凝土基底上引發(fā)爆炸所需的最小裸露面積為5 cm x 5 cm。應(yīng)對(duì)安全涂料進(jìn)行定期維護(hù)：鑄造坑應(yīng)每16–20個(gè)月重新涂刷一次，工裝應(yīng)每12–16個(gè)月重新涂刷一次。若與鋁液接觸頻率高、接觸量大，上述周期應(yīng)適當(dāng)縮短。發(fā)生大規(guī)模漏鋁事故后，建議檢查鑄造坑壁，必要時(shí)進(jìn)行重新涂刷。

圖4.沾鋁的手工工具

當(dāng)前，許多鋁業(yè)公司已將測(cè)試合格安全涂料的使用和維護(hù)納入其鋁液安全計(jì)劃。例如，中東地區(qū)有6家電解鋁廠，2024年鋁產(chǎn)量達(dá)645萬(wàn)噸。每家電解鋁廠都會(huì)在鋼、混凝土和不銹鋼基底上使用Wise Chem涂料并加以維護(hù)。這些電解鋁廠從未發(fā)生過(guò)3級(jí)爆炸。

工器具也需定期涂抹特定涂料并加以維護(hù)。這些涂料既能防止工具生銹，也能在鐵銹和鋁液之間形成物理屏障。派羅特克公司全球產(chǎn)品經(jīng)理George Stavnes表示：“我們僅推薦使用堿性或中性pH值的涂料，這類涂料不會(huì)導(dǎo)致閃銹。”需注意的是，無(wú)論工具是否涂有涂料，在用于鋁液作業(yè)前都必須預(yù)熱，以去除表面的所有水分。

05 近期爆炸事故

過(guò)去25年間，每年至少發(fā)生一起大型3級(jí)爆炸事故。盡管每起爆炸的根本原因各不相同，但這些爆炸仍存在共性。

2024年，中國(guó)發(fā)生了4起爆炸事故，均發(fā)生在立式半連續(xù)圓棒鑄造，造成超過(guò)18萬(wàn)噸產(chǎn)量損失。事故分別發(fā)生在2月18日、7月9日、7月26日和8月9日。事故造成15人死亡、 38人受傷。

本文所探討的每起爆炸事故均存在四個(gè)共性特征：安全操作規(guī)程（SOPS）不完善、工人班次時(shí)長(zhǎng)過(guò)長(zhǎng)、采用液壓或鋼纜驅(qū)動(dòng)式鑄造臺(tái)，以及未使用測(cè)試合格的鑄井涂料。

5.1 2024年7月9日爆炸事故

2024年7月9日，福建省一家年產(chǎn)3萬(wàn)噸鋁的企業(yè)發(fā)生爆炸事故。事故造成2名工人死亡、1名工人受傷（Hongwei，2024）。爆炸發(fā)生在7月9日下午16時(shí)左右。當(dāng)時(shí)正在對(duì)2號(hào)深井中的32根直徑 227 mm的鋁棒進(jìn)行鑄造作業(yè)。后續(xù)調(diào)查借助監(jiān)控錄像，還原了爆炸發(fā)生前的場(chǎng)景。

多個(gè)地方和省級(jí)政府部門對(duì)事故原因展開調(diào)查（《調(diào)查報(bào)告》，2024年10月28日），并發(fā)布了調(diào)查報(bào)告。“該車間于2012年3月建成，建筑面積5029.8平方米。熔鑄車間共有4臺(tái)熔煉爐（熔煉保溫爐）、3口鑄造深井。其中，1號(hào)、2號(hào)爐對(duì)應(yīng)1號(hào)井，2號(hào)、3號(hào)爐對(duì)應(yīng)2號(hào)井， 3號(hào)、4號(hào)爐對(duì)應(yīng)3號(hào)井。該車間配備4臺(tái) 25噸固定式熔煉爐（1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)），并裝有3套30噸鋼纜吊籃鑄造系統(tǒng)”（《調(diào)查報(bào)告》，2024年10月28日）。

調(diào)查報(bào)告指出，該工廠的安全操作規(guī)程存在特定問(wèn)題，是引發(fā)事故的原因之一。報(bào)告稱：“未全面開展培訓(xùn)工作，班組長(zhǎng)僅根據(jù)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行口頭作業(yè)指導(dǎo)。未通過(guò)完整的操作規(guī)程培訓(xùn)和考核來(lái)確保工人熟悉安全生產(chǎn)規(guī)章制度。”報(bào)告未提及僅采用口頭培訓(xùn)可能帶來(lái)的后果：不同工人可能會(huì)根據(jù)自身經(jīng)驗(yàn)，以不同方式培訓(xùn)其他工人；此外，培訓(xùn)人員還可能無(wú)意中指導(dǎo)受訓(xùn)者跳過(guò)某些操作步驟。為避免此類情況，所有安全操作規(guī)程都應(yīng)形成書面文件，并在培訓(xùn)過(guò)程中進(jìn)行講解。這將要求培訓(xùn)人員向受訓(xùn)者逐一講解每份書面安全操作規(guī)程，從而減少傳授跳步操作的可能性。

報(bào)告還指出，員工“實(shí)行24小時(shí)兩班制，工作時(shí)間為6:20–17:20”。盡管調(diào)查報(bào)告未將疲勞列為事故誘因，但需注意的是，爆炸發(fā)生在16時(shí)，此時(shí)工人已工作近10小時(shí)。報(bào)告也未說(shuō)明員工連續(xù)工作多少天后才會(huì)休息一天。

該企業(yè)使用的鋼纜為鍍鋅鋼纜（6X37結(jié)構(gòu)），規(guī)格為19.5 mm。每根鋼纜由6股組成，每股包含37根鋼絲（即6X37結(jié)構(gòu)），直徑為19.5 mm。鑄造工位由4根鋼纜控制升降。過(guò)去中國(guó)發(fā)生的類似事故中，鋼纜因接觸鋁液而斷裂，常被列為爆炸事故的誘因之一。然而，本次爆炸事故的調(diào)查結(jié)果顯示，情況并非如此。調(diào)查稱：“通過(guò)事故現(xiàn)場(chǎng)勘查、人員詢問(wèn)、專家研究和推斷，可排除‘鋼纜’這一突發(fā)危險(xiǎn)源。調(diào)查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)所有‘鋼纜均已斷裂’，推測(cè)鋼纜是因爆炸而斷裂。”

最后，調(diào)查報(bào)告還指出：“可排除突發(fā)災(zāi)害、人員傷害、突發(fā)疾病、天然氣爆炸、突發(fā)停電、冷卻水堵塞等因素。”

調(diào)查報(bào)告將一名遇難工人的行為列為引發(fā)爆炸的主要原因。該工人“三次調(diào)節(jié)流槽閘門的鋁液流量，導(dǎo)致液位波動(dòng)，冷卻強(qiáng)度不均。最終造成結(jié)晶器內(nèi)的鋁液未完全結(jié)晶就被拉出，引發(fā)漏鋁事故。”此次鑄造的鋁棒最長(zhǎng)為6570 mm，最短為6480 mm，長(zhǎng)度差達(dá)90 mm。

盡管調(diào)查報(bào)告明確指出了工人的行為和疏忽導(dǎo)致了漏鋁，但未解釋為何會(huì)引發(fā)爆炸。爆炸發(fā)生時(shí)，鋁液流入鑄造井的時(shí)間超過(guò)1分鐘。鋁液必然接觸到了裸露的鋼、混凝土或不銹鋼基底，進(jìn)而引發(fā)爆炸；也可能接觸到了未獲美國(guó)鋁業(yè)協(xié)會(huì)批準(zhǔn)用于預(yù)防鋁液爆炸的涂料。

盡管這一說(shuō)法可能存在爭(zhēng)議，但需注意的是，行業(yè)內(nèi)漏鋁事故時(shí)有發(fā)生，并非都會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的鋁液爆炸。本次事故中，“三口鑄造井均出現(xiàn)開裂，設(shè)備完全損壞”。該工廠與其他安全工廠的區(qū)別，就在于是否正確使用和維護(hù)Wise Chem安全涂料。

5.2 2024年7月26日爆炸事故

2024年7月26日，河南省一家年產(chǎn)6萬(wàn)噸鋁的企業(yè)發(fā)生爆炸事故，造成5名工人死亡、14名工人受傷（Qi'an，2024）。

爆炸發(fā)生在7月26日下午16時(shí)30分左右，地點(diǎn)為B號(hào)深井，當(dāng)時(shí)正在對(duì)32根直徑203 mm 的鋁棒進(jìn)行鑄造作業(yè)。后續(xù)調(diào)查未提及是否借助監(jiān)控錄像還原爆炸發(fā)生前的場(chǎng)景。

省、市兩級(jí)政府聯(lián)合發(fā)布了調(diào)查報(bào)告（《調(diào)查報(bào)告》，2024年12月）。報(bào)告指出，該鋁車間分階段建成。報(bào)告中提及的鑄造工位分別為A號(hào)、B號(hào)、C號(hào)。其中，A號(hào)、B號(hào)鑄造工位 “于2021年11月建成并投入使用”，C號(hào)鑄造工位“于2023年7月建成并投入使用”。

該熔鑄車間共有3臺(tái)20噸固定式燃?xì)馊蹮挔t、3口鑄造深井（尺寸為長(zhǎng)2.2 m×寬2.2 m×深10 m，其中1口未投入使用）、2套單滾筒鋼纜卷?yè)P(yáng)鑄造系統(tǒng)。每臺(tái)熔煉爐對(duì)應(yīng)1口鑄造深井，分別為A號(hào)、B號(hào)、C號(hào)井。

調(diào)查報(bào)告指出，該工廠的安全操作規(guī)程（SOPS）存在多項(xiàng)問(wèn)題：“安全意識(shí)淡薄，未認(rèn)真落實(shí)全員安全生產(chǎn)責(zé)任制和安全生產(chǎn)規(guī)章制度。”此外，報(bào)告還強(qiáng)調(diào)：“該單位安全生產(chǎn)工作監(jiān)督檢查不深入，深井鑄造工藝不完善”（《調(diào)查報(bào)告》，2024年12月）。

報(bào)告結(jié)論稱：“風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)不足，導(dǎo)致深井鑄造工藝中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和關(guān)鍵設(shè)備出現(xiàn)故障。對(duì)風(fēng)險(xiǎn)認(rèn)識(shí)不深刻，未充分了解‘兩爐一井’生產(chǎn)模式對(duì)鋼纜的影響。”

盡管報(bào)告承認(rèn)上述各項(xiàng)問(wèn)題均以單獨(dú)或共同作用的方式對(duì)爆炸事故產(chǎn)生了影響，但未探討和解釋每項(xiàng)問(wèn)題具體如何導(dǎo)致爆炸發(fā)生。這種信息模糊性降低了該報(bào)告對(duì)鋁行業(yè)預(yù)防類似爆炸事故的積極作用。

該工廠實(shí)行24小時(shí)工作制，采用兩班兩運(yùn)轉(zhuǎn)模式，每班4名工人。白班工作時(shí)間為7:00–19:00，夜班工作時(shí)間為19:00–次日7:00，每15天倒班一次。事故發(fā)生當(dāng)天，B號(hào)鑄造井在爆炸前已完成3次鑄造作業(yè)。

調(diào)查報(bào)告未將疲勞列為事故誘因，但需注意的是，爆炸發(fā)生在16時(shí)30分，此時(shí)工人已工作超過(guò)9小時(shí)。報(bào)告也未說(shuō)明員工自上次休息后已連續(xù)工作多少天。報(bào)告稱該工廠“每15天倒班一次”，但未明確7月26日處于倒班周期的哪個(gè)階段。如果7月26日是新倒班周期的第一天，則情況最為糟糕。工人需調(diào)整睡眠作息，而睡眠規(guī)律被打亂會(huì)導(dǎo)致工人在工作時(shí)感到疲勞，進(jìn)而影響判斷力和專注力。

該企業(yè)使用的鋼纜為鍍鋅鋼纜（6×29Fi+IWR結(jié)構(gòu)），規(guī)格為20毫米。每根鋼纜由6股組成，每股包含29根填充鋼絲（F）和獨(dú)立鋼絲（i），并配有一根獨(dú)立鋼纜芯（IWRC）。此類鋼纜以高強(qiáng)度和高耐用性著稱，適用于起重、牽引和固定重物等高強(qiáng)度作業(yè)場(chǎng)景。盡管如此，仍有一根鋼纜發(fā)生斷裂。

2024年8月8日，工作人員對(duì)斷裂鋼纜取樣檢測(cè)，結(jié)果顯示：“隨著鋁棒鑄造過(guò)程的推進(jìn)，其長(zhǎng)度和重量不斷增加，西南側(cè)的鋼纜可能承受了更大應(yīng)力。應(yīng)力集中處出現(xiàn)斷絲或斷股現(xiàn)象，最終導(dǎo)致鋼纜斷裂。該鋼纜斷裂后，其他鋼纜突然承受過(guò)大負(fù)荷，剩余3根鋼纜在被拉緊繃直的過(guò)程中斷裂。此時(shí)的負(fù)荷超過(guò)了鋼纜的實(shí)際承載能力，但低于其斷裂強(qiáng)度。”

調(diào)查報(bào)告結(jié)論稱：“事故鑄造井使用的鋼纜中含有硫化物夾雜物，導(dǎo)致鋼纜承載能力下降，這是爆炸事故的直接原因。”能譜分析顯示，“鋼纜基體夾雜物中的硫含量為2.2 %”。

土耳其伊茲密特科賈埃利大學(xué)（Kocaeli University）的冶金學(xué)家Muharrem Yilmaz博士曾對(duì)鋼纜斷裂中的夾雜物進(jìn)行過(guò)測(cè)試。Muharrem博士在其研究《鋼絲生產(chǎn)和使用過(guò)程中的失效分析》中指出，優(yōu)質(zhì)鋼材中硫化物的“最大含量應(yīng)限制0.040 %以內(nèi)”。本次事故中檢測(cè)的鋼絲，其硫化物夾雜物含量是Yilmaz博士研究中允許最大含量的50倍。他在研究中還提到：“鋼材生產(chǎn)過(guò)程中，盤條最主要的缺陷是非金屬夾雜物（硫化物、氧化物、硅酸鹽或上述多種物質(zhì)的復(fù)合物）。”這些缺陷會(huì)導(dǎo)致鋼纜過(guò)早斷裂。

該調(diào)查報(bào)告在鋼纜問(wèn)題上存在表述模糊之處。報(bào)告稱：“2023年10月7日，該鋁廠采購(gòu)人員聯(lián)系某供應(yīng)商…… 采購(gòu)了一批直徑20毫米的鋼芯鋼纜。”模糊之處有兩點(diǎn)：一是未說(shuō)明采購(gòu)的鋼纜是否在爆炸前安裝到B號(hào)鑄造井中；二是B號(hào)鑄造井已于2021年11月安裝并投入使用。筆者認(rèn)為，若B號(hào)井的鋼纜已更換為此次采購(gòu)的鋼纜，報(bào)告理應(yīng)注明這一情況。

無(wú)論如何，調(diào)查報(bào)告錯(cuò)誤地將西南角鋼纜斷裂列為爆炸事故的“直接原因”。事實(shí)上，鋼纜斷裂并未直接導(dǎo)致爆炸，只是事故的誘因之一。調(diào)查報(bào)告未解釋和探討爆炸發(fā)生的真正原因。報(bào)告稱，鋼纜斷裂導(dǎo)致“鋁棒與結(jié)晶器分離，結(jié)晶器托盤上的大量鋁液瞬間流入鑄造井。在鑄造井狹窄有限的空間內(nèi)，產(chǎn)生大量氫氣和熱量，引發(fā)爆炸。”盡管“產(chǎn)生氫氣和熱量……引發(fā)爆炸”這一表述正確，且可通過(guò)下述化學(xué)方程式體現(xiàn)，但報(bào)告未解釋為何會(huì)發(fā)生方程式（1）所示的化學(xué)反應(yīng)。

                  2Al+3H20→Al2O3+3H2

數(shù)十年的科學(xué)研究表明，只有當(dāng)鋁液與水在基底表面發(fā)生相互作用時(shí)，才會(huì)引發(fā)爆炸。假設(shè)將鋁液倒入一個(gè)裝滿水的無(wú)底井中，上述化學(xué)反應(yīng)絕不會(huì)發(fā)生。鋁液最終會(huì)凝固并變得穩(wěn)定。為何會(huì)發(fā)生爆炸？

正如前文所述，當(dāng)鋁液與水在裸露的鋼、混凝土或不銹鋼基底上發(fā)生相互作用時(shí)，就會(huì)引發(fā)爆炸；若鋁液與水在未經(jīng)測(cè)試合格的井坑涂料表面發(fā)生相互作用，同樣會(huì)引發(fā)爆炸。此次爆炸的直接原因，正是鋁液與水在裸露基底或未經(jīng)測(cè)試合格的安全坑涂料表面發(fā)生了相互作用，而非鋼纜斷裂。

行業(yè)內(nèi)大大小小的漏鋁事故屢見不鮮，但多數(shù)情況下并未引發(fā)爆炸，原因就在于這些工廠使用了Wise Chem或其他測(cè)試合格的安全坑涂料。而本次事故中的工廠并未使用任何測(cè)試合格的安全涂料。

06 結(jié)論

全球范圍內(nèi)，處理鋁液的機(jī)械設(shè)備在設(shè)計(jì)上較為相似。然而，不同工廠的安全水平卻存在巨大差異。一方面，部分工廠極少發(fā)生鋁液爆炸事故；另一方面，部分工廠卻頻繁發(fā)生鋁液爆炸事故。2024年，中國(guó)發(fā)生了4起災(zāi)難性爆炸事故。為何會(huì)出現(xiàn)這種情況？

本文闡述了爆炸發(fā)生的原因，并簡(jiǎn)要綜述了鋁液爆炸預(yù)防相關(guān)的研究成果。需注意的是，鋁行業(yè)圍繞鋁液爆炸的研究已持續(xù)40年，研究主體包括行業(yè)機(jī)構(gòu)、政府部門和高校。這些研究成果已公開，許多企業(yè)已將其作為鋁液操作安全規(guī)劃的基礎(chǔ)。

部分工廠發(fā)生爆炸，在于前者是否遵循了行業(yè)所有安全最佳實(shí)踐。需強(qiáng)調(diào)的是，工廠不能僅遵循部分安全最佳實(shí)踐。只有全面遵循所有最佳實(shí)踐，才能構(gòu)建安全的工作環(huán)境。

本文探討了鋁液爆炸發(fā)生的基本原理。此外，還有諸多可能導(dǎo)致鋁液爆炸的話題或問(wèn)題未在本文中涉及，例如鋁液裝料或轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中的爆炸風(fēng)險(xiǎn)。盡管如此，所有可能單獨(dú)或共同導(dǎo)致鋁液爆炸的危險(xiǎn)源，均在美國(guó)鋁業(yè)協(xié)會(huì)《鋁液操作指南》中有所闡述。

該文件是在行業(yè)各方參與下編制而成的實(shí)用參考資料，也是全球規(guī)模最大、安全性最高的鋁業(yè)公司制定鋁液安全計(jì)劃的基礎(chǔ)。若2024年發(fā)生爆炸的4家鋁業(yè)公司能夠遵循《鋁液操作指南》的內(nèi)容，那么這4起造成15人死亡、38人受傷的爆炸事故，要么能夠完全避免，要么能夠大幅降低事故嚴(yán)重程度，實(shí)現(xiàn)無(wú)人員死亡、極少人員受傷的結(jié)果。

07 建議

各起爆炸事故后調(diào)查報(bào)告所提供信息的質(zhì)量存在顯著差異，這一問(wèn)題亟待解決。似乎部分省份才能獲取經(jīng)驗(yàn)豐富的行業(yè)專家支持。這一點(diǎn)在兩份事故報(bào)告對(duì)比中體現(xiàn)得尤為明顯：7月9日的報(bào)告內(nèi)容詳盡，而7月26日的報(bào)告則缺乏具體細(xì)節(jié)。遺憾的是，兩份報(bào)告均明顯缺乏對(duì)爆炸發(fā)生原因的認(rèn)知。7月9日的爆炸事故被歸咎于一名工人三次加快生產(chǎn)流程，7月26日的爆炸事故則被歸咎于鋼纜斷裂。這兩個(gè)因素均為事故誘因，但都不是爆炸發(fā)生的根本原因。爆炸發(fā)生的真正原因，是鋁液與水在裸露基底或未經(jīng)測(cè)試合格的安全涂料表面發(fā)生了相互作用。這也是每起爆炸事故的共同原因。

此外，政府將發(fā)布新的鋁加工設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。新標(biāo)準(zhǔn)將大幅提高鋼纜式鑄造的門檻。

需注意的是，鋼纜式鑄造在全球范圍內(nèi)廣泛使用，且已安全運(yùn)行數(shù)十年。業(yè)界無(wú)疑擔(dān)心鋼纜可能因疲勞或漏鋁產(chǎn)生的鋁液流而斷裂，如果井壁都涂有Wise Chem安全涂料，則無(wú)需擔(dān)心爆炸的發(fā)生。

作者

Alex W. Lowery 1 ， 劉錦 2
1. 總經(jīng)理 alex.lowery@wisechem.net
Wise Chem 公司，奧爾巴尼，美國(guó)
2. 產(chǎn)品經(jīng)理 jinliu@pyrotek.com
Pyrotek 公司，深圳，中國(guó)

本文轉(zhuǎn)載自：第43屆ICS0BA國(guó)際會(huì)議與展覽會(huì)論文集