何賢輝，姚 丹，張正忠，胡龍飛，宋志偉

(浙江省高能爆破工程有限公司， 杭州 310012)

不停爐情況下的高溫爐瘤爆破

何賢輝，姚 丹，張正忠，胡龍飛，宋志偉

(浙江省高能爆破工程有限公司， 杭州 310012)

為解決某鋼鐵廠高爐內(nèi)爐瘤堆積問題，通過爆破方案的選擇和爆破參數(shù)的計(jì)算，確定采用高溫氧割燒孔的鉆孔爆破法和滑輪吊裝藥包裸露外敷接觸爆破法，同時(shí)對(duì)爆破振動(dòng)、飛石及爆炸沖擊波進(jìn)行計(jì)算分析，提出相應(yīng)的爆破安全防護(hù)措施，最終利用強(qiáng)制通風(fēng)、高溫冷卻、藥包隔熱等多種輔助手段，在不停爐情況下完成了高溫爐瘤的爆破拆除。爆破后，通過對(duì)爐壁外側(cè)的紅外線探測(cè)以及人工觀測(cè)獲知，爐瘤清除較為徹底，爆破效果良好。實(shí)踐表明，滑輪吊裝藥包裸露外敷接觸及鉆孔爆破法可有效去除各類爐瘤，大幅提高除瘤效率與施工安全，改善高爐生產(chǎn)能力，可為解決同類工程難題提供參考。

高溫爐瘤；拆除爆破；安全控制；裸露藥包；鉆孔爆破法

1 工程概況

爐瘤是高爐煉鐵過程中黏附在其內(nèi)壁上的致密瘤狀物，會(huì)改變高爐的正常內(nèi)形，致使?fàn)t內(nèi)有效容積減少，影響其正常運(yùn)行并縮短其使用壽命。爐瘤通常產(chǎn)生在距離爐腰(高爐直徑最大部位)以上1～3 m處，有環(huán)狀、半環(huán)狀和單側(cè)塊狀〔1〕，厚度一般為1.0 ～1.5 m，這種高溫凝結(jié)物溫度往往高達(dá)800 ～1 000 ℃〔2〕，具有較強(qiáng)的韌性，爆破難度大。

某鋼鐵公司有多座煉鐵高爐，在冶煉過程中，由于爐料質(zhì)量較差等原因，爐膛內(nèi)壁有大量爐瘤集聚，嚴(yán)重影響高爐產(chǎn)量，甚至損壞爐膛并造成爐口無法正常出料，需進(jìn)行清除。爐瘤多呈不均勻狀分布在爐腰四周，最厚達(dá)1.5 m左右(見圖1)。

圖1 爐瘤結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Diagram of furnace structure

爐瘤清除作業(yè)一般在高爐檢修時(shí)進(jìn)行，具有一定程度的不可預(yù)見性，且時(shí)間緊、工作量大。因此，清理前，人員組織、爆破器材及相關(guān)材料需準(zhǔn)備充分，確保在最短時(shí)間內(nèi)清除完?duì)t瘤。

同時(shí)，爐瘤為高溫凝結(jié)物，使用普通爆破器材難以保證安全，必須采取可靠的耐高溫措施，精確計(jì)算起爆延時(shí)時(shí)間，并嚴(yán)格計(jì)算爆破藥量，確保高爐爐膛內(nèi)部結(jié)構(gòu)完整，順利起爆并保證人員安全。

2 爆破方案選擇

為不影響高爐正常生產(chǎn)運(yùn)行，爐瘤爆破作業(yè)須在不停爐(高溫)的情況下進(jìn)行，施工時(shí)間緊、作業(yè)強(qiáng)度大。爆破法清除爐瘤速度快、效率高，作業(yè)相對(duì)安全且成本低〔3〕，對(duì)企業(yè)生產(chǎn)影響較小。因此，采用爆破法清除爐瘤，常用以下兩種方法：

(1)鉆孔爆破法。確定爐熘部位后(精確測(cè)量爐瘤的高低和方位)，根據(jù)爐瘤的大小、形狀在高爐外部相對(duì)位置布孔及鉆孔作業(yè)，然后裝藥爆破；

(2)表面糊炮法。打開高爐上部檢修口，將事先準(zhǔn)備好的藥包采取滑軌方式，通過鐵絲和鋼管控制將藥包擺放到合適位置，進(jìn)行起爆。

由于爐壁附著瘤體厚度不均，穿孔作業(yè)難度較大，鉆孔位置受到一定限制，同時(shí)，為保護(hù)爐體不被爆破損傷，瘤體厚度小于80 cm處采用表面糊炮法，瘤體厚度超過80 cm處，鉆孔效率高，采用鉆孔爆破法。采取兩種方法配合施工能有效提升作業(yè)效率并確保爐體安全。

3 現(xiàn)場(chǎng)施工

3.1 爆破前通風(fēng)降溫

(1)爐內(nèi)通風(fēng)。高爐停火后，在每個(gè)高爐爐壁外側(cè)鋼板均勻切割6個(gè)直徑15 cm的作業(yè)孔，其大小應(yīng)滿足施工器具易于進(jìn)入爐內(nèi)的要求，同時(shí)為避免爐內(nèi)有害氣體濃度過高引起爆炸和人員中毒，應(yīng)及時(shí)通風(fēng)，將爐內(nèi)有害氣體及粉塵排出并檢測(cè)其濃度，確保人員安全及爆破效果。

(2)爐內(nèi)降溫處理。由于待爆物為800 ～1 000 ℃的高溫凝結(jié)物，為防止因高溫引起的炸藥自燃自爆，爆前對(duì)瘤體采取高壓水沖刷的降溫措施。

3.2 藥包加工

(1)糊炮法爆破藥包加工。在準(zhǔn)備好的鐵皮桶底部鋪墊兩層石棉布，并放置乳化炸藥，使用導(dǎo)爆管雷管及導(dǎo)爆索引爆。安置好炸藥及相應(yīng)起爆器材后，使用耐火泥將鐵桶填充滿。非電雷管腳線采用耐高溫套管(即石棉布)包裹，并用耐高溫膠布綁扎，鐵絲輔助加固(防止電雷管腳線被拉斷)(見圖2)。

圖2 糊炮法裝藥結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Diagram of charge structure of paste method

(2)鉆孔法爆破藥包加工。將導(dǎo)爆管雷管與乳化炸藥制成藥包后，用2 mm厚的石棉布包裹數(shù)層，耐高溫膠布捆綁固定，并在石棉布外層裹上耐火泥絕熱，厚度由鉆孔大小及孔內(nèi)實(shí)際溫度確定，保證藥包溫度不超過80 ℃，防止藥包早爆〔4〕。連接起爆用的導(dǎo)爆管、導(dǎo)爆索外也須用石棉布或耐火泥隔熱保護(hù)，保護(hù)長(zhǎng)度應(yīng)以能在高爐外進(jìn)行網(wǎng)路連接為準(zhǔn)。為便于快速裝藥，可在藥包上固定采取相應(yīng)隔熱措施的輔助裝藥手柄(見圖3)。

圖3 炮孔法裝藥結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 Diagram of charge structure of hole method

3.3 現(xiàn)場(chǎng)施工

3.3.1 鉆孔爆破法

(1)鉆孔。在爐壁外側(cè)將手風(fēng)鉆通過事先切割好的作業(yè)孔在爐瘤中鉆孔，從檢測(cè)口觀測(cè)爐瘤高度和厚度，控制炮孔位置及深度。炮孔直徑為42 mm(完成鉆孔后，使用高壓水沖洗并吹干，確保順利裝藥)，在爐瘤中的炮孔深度為爐瘤厚度的2/3(見圖4)。

圖4 炮孔布置示意圖Fig.4 Blastholes layout in the furnace

(2)爐內(nèi)單孔裝藥量〔5〕

Q=C(2B/3-0.1)3

(1)

式中：Q為單孔裝藥量，kg；B為爐瘤厚度，m；C為裝藥系數(shù)，取3 kg/m3。

計(jì)算得Q=244 g，根據(jù)實(shí)際試爆情況取500 g。為確保爆破時(shí)不會(huì)損傷爐壁結(jié)構(gòu)，藥包距離內(nèi)壁不少于10 cm〔6〕。

(3)裝藥前向炮孔注水降溫20 min以上，通過紅外測(cè)溫儀測(cè)試孔內(nèi)溫度，不超過80 ℃時(shí)方可裝藥，若溫度仍高于80 ℃則繼續(xù)注水沖洗孔壁降溫〔7〕。裝入的藥包必須經(jīng)過隔熱處理，并經(jīng)過隔熱實(shí)驗(yàn)確定其隔熱效果，要求放入炮孔后10 min內(nèi)未爆才可使用〔8〕，且裝入前必須測(cè)量其尺寸，確保能順利送入孔內(nèi)。

(4)在現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人指揮下，裝藥人員同時(shí)裝藥，每人裝藥孔數(shù)為1個(gè)。為確保作業(yè)安全，防止藥包受熱早爆，人工裝藥時(shí)間應(yīng)控制在3 min內(nèi)。為減少裝藥時(shí)間，炮孔可不填塞或使用大小適宜的柔性材料填塞。炮孔指向控制安全距離200 m，必要時(shí)提前做好防護(hù)措施。裝藥時(shí)人員必須側(cè)面，偏離炮孔所對(duì)方向。

(5)根據(jù)爐瘤厚度選取合適的爆破參數(shù)，見表1。

表1 爆破參數(shù)

3.3.2 表面糊炮法

表面糊炮法藥包(不裝雷管)加工完成后，將藥包放置在瘤體表面，10 min后取出，并打開測(cè)量溫度，若溫度不超過80 ℃，則可按此工藝施工；若超過80 ℃，則應(yīng)加強(qiáng)耐溫防護(hù)，加厚石棉及耐火泥，直至藥包溫度低于80 ℃，方可施工。

表面糊炮法施工方法是用事先加工好的直徑100 mm左右的薄鐵板制作的圓桶經(jīng)高溫處理后，由專人將一定數(shù)量的炸藥及導(dǎo)爆管雷管裝入爐內(nèi)，上部用耐火泥堵滿。藥包利用特殊裝置(滑竿)將其引入到事先確定好的爆破點(diǎn)后引爆(見圖4)。

每次爆破藥量視爐瘤大小(厚度)及與爐壁的距離而定，控制在2 kg以內(nèi)，并根據(jù)爐瘤的實(shí)際情況和現(xiàn)場(chǎng)施工經(jīng)驗(yàn)及時(shí)調(diào)整。

3.4 起爆網(wǎng)路

(1)起爆器材。由于爐內(nèi)溫度較高，起爆器材應(yīng)做好充分隔熱措施，并僅使用導(dǎo)爆管雷管或?qū)П髌鸨?/p>

(2)起爆延時(shí)時(shí)間。延時(shí)設(shè)計(jì)主要考慮以下兩個(gè)因素：確保有足夠放置藥包和操作人員避炮的時(shí)間；確保在該時(shí)間段內(nèi)藥包不會(huì)因爐內(nèi)高溫而造成藥包自爆。裝藥到起爆時(shí)間一般取10 s左右為宜。

(3)起爆網(wǎng)路連接。在高爐外先將爆破網(wǎng)路用四通連接后再裝藥，裝藥過程中由專人負(fù)責(zé)起爆網(wǎng)路安全。待裝藥結(jié)束后，迅速撤離爆區(qū)。

4 爆破安全

4.1 爆破振動(dòng)

爐瘤爆破為高溫條件下特種作業(yè)，受裝藥時(shí)間限制，每次爆破規(guī)模比較小，起爆藥量不超過2 kg，且爆破在高爐內(nèi)進(jìn)行。因此，爆破振動(dòng)影響較小，不會(huì)危及周邊建(構(gòu))筑物。

4.2 爆破飛石

采用如下公式計(jì)算爆破飛石安全允許距離R〔9〕：

R=20n2WK

(2)

式中：n為藥包的爆破作用指數(shù)，n=0.5；W為藥包的最小抵抗線，取W=1.0 m；K為安全系數(shù)，取1.5。

計(jì)算得出R為7.5 m。由于在高爐內(nèi)部進(jìn)行爆破作業(yè)，故爆破產(chǎn)生飛石部分是飛向爐內(nèi)的，人員應(yīng)遠(yuǎn)離兩個(gè)檢查口方向和炮孔方向，防止飛石飛出傷人。

4.3 爆炸沖擊波

爆炸沖擊波安全距離按下式〔9〕進(jìn)行校核：

RR=KnQ1/2

(3)

式中：Q為裝藥量，取1.0 kg；Kn為爆破作用指數(shù)，Kn=1～2，取2；RR為沖擊波最小安全距離，m。

經(jīng)計(jì)算，RR=2.0 m。爆炸沖擊波對(duì)周邊影響較小。

4.4 安全防護(hù)措施

(1)飛石防護(hù)。由于受裝藥時(shí)間限制，炮孔裝藥后不填塞或者采用柔性材料堵塞，但填塞效果較差，但爆破后產(chǎn)生的飛石可能拋散較遠(yuǎn)。可在爐壁外側(cè)開口處上方焊接一個(gè)螺栓，將一面積稍大的鋼板插入螺栓卡牢，裝藥時(shí)將鋼板撥至一側(cè)，裝藥完畢后將其撥下蓋住開口，可有效防止沖炮以及飛石。

(2)藥包高溫防護(hù)。施工過程中高爐不停運(yùn)，為保證裝藥過程的安全，應(yīng)在裝藥前對(duì)炮孔進(jìn)行沖水降溫20 min以上，并通過紅外測(cè)溫計(jì)對(duì)孔內(nèi)溫度測(cè)量，確保溫度不超過80 ℃。同時(shí)，做好藥包的隔熱措施，預(yù)先進(jìn)行藥包耐熱實(shí)驗(yàn)，確定有效的隔熱方式以及隔熱層厚度，在施工中嚴(yán)格按照實(shí)驗(yàn)確定參數(shù)加工藥包，確保裝藥人員安全。

(3)人員操作防護(hù)。爐壁鉆孔前，預(yù)先對(duì)爐壁噴水降溫，鉆孔完成后及時(shí)通風(fēng)，并檢驗(yàn)孔內(nèi)有害氣體，確認(rèn)其在安全允許范圍內(nèi)方可進(jìn)行下步操作。裝藥前，應(yīng)先將起爆網(wǎng)路連接好，并通過炮棍試入確認(rèn)藥包能否順暢進(jìn)入孔內(nèi)。裝藥應(yīng)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成，若超時(shí)應(yīng)及時(shí)放棄裝藥并撤離，待藥包經(jīng)高溫誘爆后繼續(xù)作業(yè)。

5 結(jié)語(yǔ)

爆破完成后，通過對(duì)爐壁外側(cè)的紅外線探測(cè)以及人工觀測(cè)獲知，爐瘤清除較為徹底，高爐運(yùn)行情況良好，爆破效果良好。高溫條件下的爆破作業(yè)中，爆破器材的隔熱措施至關(guān)重要，通過石棉及黃泥包裹藥包及導(dǎo)爆索能起到較好的隔熱效果，同時(shí)通過滑輪吊裝藥包及鉆孔裝藥能有效縮短爐內(nèi)裝藥時(shí)間，避免藥卷受熱發(fā)生誘爆，保證了爆破作業(yè)的安全與效率，可為類似高溫環(huán)境爆破施工提供參考。

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《工程爆破》編輯部

Blasting demolition of furnace lump under high temperature

HE Xian-hui， YAO Dan, ZHANG Zheng-zhong， HU Long-fei，SONG Zhi-wei

(Zhejiang Gaoneng Corporation of Blasting Engineering Co., Ltd., Hangzhou 310012, China)

In order to solve the problem of the lump accumulation in blast furnace stove of a steel plant, through selection of blasting scheme and the calculation of blasting parameters, drill blasting method with high-temperature oxygen-cutting and adobe external contacting are used. At the same time, after calculation and analysis of blasting vibration, flying rocks and shock wave of explosion are done, the corresponding protective blasting measures are put forward. Finally, Through methods like forced ventilation, high temperature cooling, heat-insulated cartridge, demolition of high-temperature furnace lump is done without stop. Afterwards, through the infrared detection and artificial observation to the lateral of furnace wall, it comes out that the removal of furnace accretion is relatively complete. Practice indicates that furnace lump can be effectively and safely removed by means of pulley hoisting cartridge and drilling method. In this case, the problem of furnace lump is effectively solved and the producing ability of blast furnace is also improved. This paper can provide references for similar projects as well.

Furnace lump under high temperature; Demolition blasting; Security control; Adobe; Drill blasting method

1006-7051(2016)06-0087-04

2015-12-27

何賢輝(1965-)，男，工程師，從事工程爆破方面的研究。E-mail： 1531385746@qq.com

TD235.3

A

10.3969/j.issn.1006-7051.2016.06.020