熔融铝遇水爆炸的原因与预防

近年来，国内铝深井铸造企业屡有发生熔融铝遇水爆炸事故，引起铝熔铸行业及有关部门高度重视。为什么熔融铝会发生如此大爆炸事故呢，这和熔融铝遇水爆炸的特殊性有关。熔融铝遇水爆炸在国内很多认为只是“蒸汽爆炸”，而事实上熔融铝遇水“蒸汽爆炸”不足以产生那么大爆炸威力和传输距离，实际上熔融铝遇水爆炸由物理爆炸和化学爆炸两部分组成。

一、爆炸原因

1、物理过程：高温熔融的铝液（温度可达数百摄氏度）与冷水接触时，由于巨大的温差，水温会迅速达到沸点以上，并进入过热状态。水瞬间蒸发为气体，体积急剧膨胀（可达1600多倍），（水在100℃，一个标准大气压下，水的的体积比分别为：液态下0.00104344m³/Kg，气态下（蒸汽）1.6736m³/Kg）。在相对封闭的空间内形成高压蒸汽，从而产生物理爆炸（即蒸汽爆炸）。

2、化学过程：铝是一种化学反应非常活跃的金属元素，在自然界中铝几乎总是和氧结合在一起，若要将铝﹣氧键破坏，需要巨大的能量，为什么电解铝生产1吨原铝需要13000度以上电是同样的道理；相反熔融铝与水或空气中氧发生氧化反应，将释放同等巨大能量，铝是一种化学反应非常活跃的金属元素。当熔融铝液与水接触时，会发生化学反应，生成氢氧化铝和氢气，反应方程式为：

2Al＋3H2O＝Al2O3＋3H₂

4Al＋3O2＝2Al2O3

这个反应过程中会释放出大量的热能，进一步加剧爆炸的威力。熔融铝氧化反应释放能量为15.5千焦/克。即1Kg熔融铝遇水氧化反应后释放的能量相当于3Kg的TNT炸药爆炸所释放的能量，若我们将200Kg的熔融铝泄漏入铸井，其中有10%与水发生氧化反应，其释放能量为60KgTNT炸药，相当于1200颗手榴弹，在井坑这样相对封闭的空间，爆炸破坏性将被进一步放大。

3、人为因素和设备缺陷：操作人员未严格遵守操作规程，如擅自脱岗、未及时发现并处理铝液泄漏等，都可能导致铝液长时间泄漏并引发爆炸。熔炼炉、流槽、结晶器等设备的耐材破损、封闭不到位或不符合要求，都可能导致铝液泄漏。监测报警装置和自动联锁控制系统的缺失或故障，无法及时监测到铝液泄漏并自动切断供料和排放，也会增加爆炸的风险。

二、预防措施

1、优化工艺和设备设计：固定式熔炼炉铝水出口设置机械锁紧装置；倾动式熔炼炉控制系统与铸造系统联锁，实现自动控流；在固定式熔炼炉高温铝水出口和流槽接口位置配置液位传感器和报警装置，并与流槽上的快速切断阀和紧急排放阀实现联锁；为深井铸造结晶器的冷却水系统配置进出水温度、进水压力、进水流量监测和报警装置，并与流槽上的快速切断阀和紧急排放阀、倾动式熔炼炉控制系统联锁；规范设置铝水铸造流程的紧急排放或应急储存设施。严格执行“铝七条”要求。

2、加强设备维护和管理：定期检查和维护熔炼炉、流槽、结晶器等设备，及时更换破损的耐材；确保监测报警装置和自动联锁控制系统正常运行，定期进行检查和校准；液压铸造系统设置手动泄压系统。

3、强化人员培训和管理：操作人员必须严格遵守操作规程，不得擅自脱岗或违规操作；对员工进行安全培训，提高安全意识和应急处理能力；控制铸造车间现场人数，限制非生产人员进入。

4、改善作业环境：保持存放铝锭的地面干燥，避免熔炼炉、保温炉及铸造等作业场所存在非生产性积水或存放易燃易爆物品。5、加强员工理论知识普及，结合典型案例，普及半连续（深井）铸造行业风险，强化有限空间作业、天然气使用管理等方面的教育培训。6、利用岗位操作规程、班前班后会、工作群推广、“送出去学、请进来教”等多种培训相结合的方式，加强对从业人员的安全生产理论教学与实践技能培训，使作业人员具备岗位作业的专业技能，使车间主任、班组长具备一线岗位安全管理的知识和能力，使一线从业人员具备本岗位安全生产、应急处置的基本知识和安全操作技能。安全和工艺操作双技能提升。7、企业应建立完善安全生产教育和培训档案，如实记录安全生产教育培训的时间、内容、参加人员以及考核结果等情况。