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第 31 卷 第 4 期 2014 年 12 月 爆 破 BLASTING Vol. 31 No. 4  Dec. 2014 doi 10. 3963/ j. issn. 1001 -487X. 2014. 04. 023 炼铁高炉高温炉瘤爆破 成永华 1， 张光寿2， 林伟锋2 （1. 珠海吉祥爆破工程有限公司， 珠海 519000； 2. 广东宏大爆破股份有限公司， 广州 510055） 摘 要 介绍炼铁高炉内高温炉瘤的爆破清除工作实践。根据炉瘤的性质， 形态及赋存条件， 采用裸露药 包外敷接触爆破法清除。阐述了炉内降温冷却， 药量确定， 隔热措施， 药包布设等施工技术及安全校核情况。 经精准施工， 炉瘤爆破清除达到了预期效果。采用裸露药包外敷接触爆破法， 产生的炉内爆破空气冲击波 大， 基于安全考虑， 每次布设投放的药包药量有限。而实现药包快速定位布设投放， 增加单位时间爆破次数， 提高爆破除瘤效率， 达到快速除瘤的效果是施工的关键。工程实践中， 开始时采用滑竿药包定位布设投放速 度慢， 后改用滑轮滑钩药包定位布设投放， 大幅提高了投药速度和除瘤效率。 关键词 高温炉瘤；粉质炉瘤；裸露药包外敷接触爆破法；炉内爆破冲击波 中图分类号 TD235. 3 文献标识码 A 文章编号 1001 -487X （2014） 04 -0103 -04 Demolition of High Temperature Clinker in Iron and Steel Furnace CHFNG Yong-hua1， ZHANG Guan-shou2， LIN Wei-feng2 （1. Zhuhai Jixiang Blasting Engineering Co Ltd， Zhuhai 519000， China； 2. Guangdong Hongda Blasting Co Ltd， Guangzhou 510055， China） Abstract The blasting practice of furnace high temperature clinker was described. According to the s and conditions of the clinker， the blasting of bare charge was used. The cooling technology in furnace， charge a- mount， thermal insulation measures， loading and safety check were introduced. The blasting scheme reached the de- sired effect through precise construction. The blasting s with bare charge always caused air blast wave in fur- nace， so on the safety aspect， each charge amount was limited. The demolition scheme， including fast positioning lay- out， increasing the blasting number and improving the efficiency， to remove the tumor efficiently was the key factor. In this case， the skating hook technique was applied to improve the dosing speed and removal process efficiency. Key words high temperature clinker accretion；not hard accretion ；topical contact blasting ；furnace air blast wave 收稿日期 2014 -11 -04 作者简介 成永华 （1965 - ） ， 男， 爆破高级工程师， 公司技术负责人， 毕业于中国科技大学爆炸力学专业， 主要从事工程爆破技 术研究，（E-mail） yonghuac126. com。 1 工程概况 高炉炉瘤是在高炉在冶炼过程中逐渐形成的， 贴附在炉体耐火砖、 冷却板及其他部位的固态物质， 其主要成分是焦炭、 矿石粉、 残铁等， 呈环状或半环 状， 一般厚 0. 5 1. 5 m。高炉停火后， 其温度高达 800 1000 ℃， 经长时间冷却才能降到常温。 爆破法消除炉瘤， 主要是利用贴附炉瘤上的炸 药药包爆炸能量作用， 使炉瘤解体散落到炉底， 从出 渣口处清出。这种方法可以大大缩小高炉维修时 间， 同时提高炼铁效率， 节约了成本。韶钢炼铁厂1 高炉位于韶钢厂区内， 此次炉瘤位于炉口下 5. 2 7. 5 m 处， 炉瘤厚 0. 6 1. 0 m， 高约 2. 3 m 呈环形 状。炉瘤为粉质炉瘤， 硬度和韧性不高。停炉后经 远红外测温枪测量， 炉瘤表面温度约 1000 ℃， 炉瘤 体积约 45 m3， 重 135 t。如图 1 所示。 图 1 1高炉炉瘤结构示意图 （单位 m） Fig. 1 The accretion structure in No. 1 furnace （unit m） 甲方要求 100 h 完成除瘤。 2 爆破方案选择 一般高炉炉瘤呈环状或半环状， 表面不规则， 粉 状性质的炉瘤宜采用爆破法除瘤。根据炉瘤赋存条 件和性质， 采用裸露药包爆破法爆破 ［1］。 裸露药包爆破就是把药包贴附于炉瘤表面进行 爆破， 通过裸露药包爆炸产生的巨大冲击波能量， 使 炉瘤解体破碎。根据现场实际情况， 采取先易后难 分块逐步爆破清除的原则， 控制一次爆破规模。裸 露药包是药包能量的一部分作用于炉瘤， 大部分能 量散逸到空气中， 形成空气冲击波， 产生很强的噪 声， 如果药量控制不当， 甚至可能造成灾害。但对硬 度低、 韧性不高的粉质炉瘤爆破效果明显。 3 药包布设 （1） 爆破器材。选用普通的电雷管及乳化炸 药， 制作成特殊隔热药包， 隔热药包的制作见图 2 所示。 （2） 降温冷却。用高压水和吹高压风， 强制冷 却高炉炉瘤和炉内温度， 对炉瘤表面实现暂时的降 温冷却。 为了达到良好的爆破效果， 应使药包与炉瘤接 触得越紧密越好， 接触面越大越好， 但由于炉瘤的不 规则性， 而且悬空， 炉内温度高， 要做到非常准确定 位很难。根据韶钢炼铁高炉多次高温炉瘤爆破的经 验， 采用由炉上的人工孔预放滑杆， 隔热药包由滑杆 贴放到与炉瘤接触的位置； 或采用安放在人工孔横 杆上滑轮， 用小钢丝绳把药包吊到炉瘤贴附的位置， 药包布置如图 3、 图 4 所示。 图 2 特殊药包结构示意图 Fig. 2 The structure of special charge 图 3 滑轮投放药包示意图 图 4 滑竿投放药包示意图 Fig. 3 Place charge Fig. 4 Place charge by pulley by slide stick 401爆 破 2014 年 12 月 4 爆破参数设计与施工 （1） 单个药包药量计算 单个药包药量计算采用以下经验公式确定 ［2］ Q ABR3 式中 Q 为装药重量 kg； R 为破坏半径 m； A 为炸药 性质系数， 因炉瘤的坚固性和炸药的种类而异， 对于 乳化炸药取 A 1. 8； B 为装药和覆盖的密实系数。 本工程为裸露爆破取 B 9。 本工程每次要求爆破破坏的半径为 0. 5 m Q 1. 8 9 0. 53 2. 0 kg （2） 起爆网路及防早爆措施 利用电雷管起爆， 每次只布设一个药包， 每个药 包装 2 发电雷管， 电雷管起爆体放在药包中间， 所有 人员离开人工孔或有孔洞的地方， 到孔洞侧面指定 安全的地方躲避立即起爆。由于高炉上存在杂散电 流， 在安全的地方加工药包， 加工药包时都必须采用 新的较粗铜芯 （铜芯截面 1 mm2） 不破皮的新花线， 花线线头短接， 并用绝缘胶布包好， 药包和电线作防 高温处理。在药包搬运和投放时， 不能打开短接的 花线线头。投药后， 操作人员快速撤离， 电线拉到起 爆站， 准备起爆了才能打开短接的线头起爆。 （3） 爆破工艺 ①安全隔热措施 装药前预测温度。每班配备一个远红外线测温 仪， 经常监测瘤体表面温度， 如炉温高于 400 ℃时， 禁止向炉内布设药包； 用水冷却到 400 ℃以下才能 进行装药， 但药包应作隔热处理， 确保起爆点不超过 80 ℃。装药前先做隔热试验， 5 min 不爆炸的为合 格， 根据隔热试验， 制作隔热药包。 ②装药结构及方法 由于绝大多数炸药和普通工业雷管的爆发点和 着燃点都非常低， 一般均低于400 ℃， 乳化炸药的爆 发点为 330 ℃， 雷汞的爆发点为 175 180 ℃， 因此 不能直接用于高温爆破作业， 必须对药包进行隔热 处理。把插有电雷管的药卷包捆在药包中间， 药包 外面包 2 层耐热石棉布 （本工程采用动力除尘石棉 布袋栽开， 该种石棉布在500 ℃高温， 10 min 内不燃 烧） ， 外接起爆电线必须包在 2 层石棉布内， 以防药 包送入炉内后电线从中间燃断造成拒爆或迟爆， 危 及操作人员安全。隔热药包制作好后， 起爆导线接 头在起爆前必须短接防杂散电流。 ③起爆方式 利用双电雷管， 起爆导线短接， 留够长度到安全 起爆位置， 打开短接线头使用起爆器起爆。 ④装药工艺 爆破炉瘤位置确定好， 送药滑杆或滑钩定位好 后， 由当班爆破指挥长吹哨和对讲机通知各警戒点 警戒， 警戒好后爆破操作人员布设药包， 同时指挥长 按下秒表计数， 当布设时间达到 1. 5 min 时， 无论药 包是否安放到位， 操作人员都必须撤离到安全地点 按下电钮起爆。炮响 5 min 后有关人员才能进入危 险区。根据韶钢炼铁高炉的多次炉瘤爆破， 只要认 真执行， 爆破是安全的。 5 爆破安全校核 因为高炉是抗震强度极高的钢结构， 对于炉瘤 爆破， 爆破危害效应主要是爆破对炉体的直接破坏， 炉内爆破空气冲击波扰动对炉体的影响， 炉内爆破 空气冲击波通过孔洞泄压不影响附近人员设备。 由于是裸露接触爆破， 产生的破碎圈范围仅限 于爆破的破碎圈范围， 即炉瘤厚度 0. 5 m， 只要药包 不直接接触炉壁， 就不会破坏炉体。 6 炉内空气冲击波扰动的影响 （1） 对炉壁及钢结构炉皮的影响。采用裸露药 包爆破炉瘤时， 炉内产生的爆炸空气冲击波超压等 同于在巷道裸露药包爆破产生的空气冲击波超压， 计算公式如下 ［3］ ΔP 12 （Q/ V） 105 式中 ΔP 为空气冲击波超压值， Pa； Q 为一次爆破炸 药量， 本工程最大 Q 2. 0 kg； V 为空气冲击波扰动 的巷道空间体积， m3。 如果压渣处理到高炉渣面下缘 2 m， 瘤高 2. 3 m， 炉瘤位于炉口下 6 m 处， 上口内径 d 6 m， 下口内径 D 7 m， 则空气冲击波扰动的空间体积为 一个上口直径为 R 3 m， 下口直径 r 3. 5 m， 高h 11. 3 m 的圆台体积 V 1 3 πh （R2 Rr r2） 378. 47 m3 ΔP 12 （2. 0/378. 47） 105 0. 06 105Pa 根据该计算得到的空气冲击波超压值对钢筋混 凝土结构无损坏， 对于具有钢结构炉皮的高炉不会 有损坏。 （2） 经泄压孔洞对正面人员的安全距离 空气冲击波超压对人员的安全允许标准 对人 员为 0. 02 105Pa。按平坦地形条件下裸露爆破 时， 计算空气冲击波超压计算公式 ［4］ ΔP 14Q/ R3 4. 3Q2/3/ R2 1. 1Q1/3/ R 式中 ΔP 为空气冲击波超压值 105Pa； Q 为一次爆 破的梯恩梯炸药当量， kg； R 为装药至保护对象的距 离， m。 501第 31 卷 第 4 期 成永华， 张光寿， 林伟锋 炼铁高炉高温炉瘤爆破 经使用 Excel 计算工具计算， Q 2 kg， R 44 m 时， ΔP 0. 019957 105Pa 即泄压孔洞正面人员的安全距离为 44 m。 7 爆破效果 从开始投药爆破开始， 每天 24 h 分三班连续投 药爆破作业， 连续爆破作业 60 h， 投放爆破药包 105 炮， 炉瘤从厚变薄， 最后所剩炉瘤从炉瘤与炉壁结触 点脱开， 整体掉落炉底， 完成炉瘤爆破， 炉壁和冷却 系统和其他设施安全无损 ［5， 6］。 8 结论 （1） 对于硬度、 韧度不大的粉质炉瘤， 采用裸露 药包接触爆破除瘤方法是可行的。 （2） 操作简单、 安全。 参考文献 （References） ［1］ 金骥良， 顾毅成， 史雅语. 拆除爆破设计与施工 ［M］ . 北京 中国铁道出版社， 2004. ［2］ 爆破 工程兵教范 ［M］ . 北京 中国人民解放军工 程兵司令部， 1956. ［3］ 刘殿中， 杨仕春. 工程爆破实用手册 ［M］ . 北京 冶金 工业出版社， 2003. ［4］ 朱朝祥， 吴 岩， 蔡 伟， 等. 高温热凝结构爆破处理 方法的探讨 ［J］ . 爆破， 2009， 26 （5） 34-36. ［4］ ZHU Chaoxiang， WU Yan， CAI Wei， et al. The discussion of high temperature coagulum processing by demo- lition ［J］ . Blasting， 2009， 26 （5） 34-36. （in Chinese） ［5］ 王 剑， 钟永晓. 炼铁高炉高温炉瘤爆破清除实践 ［J］ . 爆破， 2010， 27 （3） 81-82. ［5］ WANG Jian， ZHONG Yong-xiao. Explosive demolition of accretion in smelting iron furnace ［J］ . Blasting， 2010， 27 （3） 81-82. （in Chinese） ［6］ 张光寿， 丁玉英， 林伟锋. 高炉炉底爆破清渣 ［J］ . 爆 破， 2009， 26 （3） 83-85. ［6］ ZHANG Guang-shou， DING Yu-ying， LIN Wei-feng. Blas- ting of clearing accretion at furnce bottom ［J］ . Blasting， 2009， 26 （3） 83-85. （in Chinese） （上接第 98 页） 4 结语 在海上开展浮动冲击平台爆炸试验实施难度 大， 而且具有很多不确定因素， 通过对浮动冲击平台 海上爆炸试验实施过程的难点问题分析， 给出岸基 试验实施方法、 外海试验测量设备的安装方法、 外海 试验平台的海上拖带及布设以及爆源的布设方法 等， 可以作为从事相关专业的技术人员在具体实施 过程中提供参考。 参考文献 （References） ［1］ 汪 玉， 张 磊， 史少华， 等. 舰船水下非接触爆炸抗 冲击技术综述 ［J］ . 科技导报， 2009 （14） 19-22. ［1］ WANG Yu， ZHANG Lei， SHI Shao-hua， et al. Review of shock-resistance technology of naval ship for underwater non-contact explosion ［J］ . Science Technology Review， 2009 （14） 19-22. （in Chinese） ［2］ 张晓阳， 刘建湖， 潘建强， 等. 各主要海军国家设备抗 冲击标准之评述 ［J］ . 船舶力学， 2011 （11） 1322-1334. ［2］ ZHANG Xiao-yang， LIU Jian-hu， PAN Jian-qiang， et al. Review on anti-shock criteria for equipments in some pri- mary navy countries ［ J］ . Journal of Ship Mechanics， 2011 （11） 1322-1334. （in Chinese） ［3］ 李国华， 李玉节， 张效慈， 等. 舰船设备冲击环境的能 源研究 ［J］ . 船舶力学， 1998 （1） 37-54. ［3］ LI Guo-hua， LI Yu-jie， ZHANG Xiao-ci， et al. Study of power source for environment of ship equipment ［J］ . Jour- nal of Ship Mechanics， 1998 （1） 37-54. （in Chinese） ［4］ 李国华， 李玉节， 张效慈， 等. 舰船设备冲击环境的能 源研究 ［J］ . 船舶力学， 1998 （1） 37-54. ［4］ LI Guo-hua， LI Yu-jie， ZHANG Xiao-ci， et al. Study of power source for environment of ship equipment ［J］ . Jour- nal of Ship Mechanics， 1998 （1） 37-54. （in Chinese） ［5］ 张 玮. 利用浮动冲击平台考核舰用设备抗冲击能力 的数值仿真研究 ［J］ . 振动与冲击， 2010 （12） 60-63. ［5］ ZHANG Wei. Numerical simulation for shock resistivity of shipboard equipment on floating shock plat ［J］ . Jour- nal of Vibration and Shock， 2010 （12） 60-63.（in Chi- nese） ［6］ 王贡献， 褚德英， 张 磊， 等. 舰船设备冲击试验机研 究进展 ［J］ . 振动与冲击， 2007 （2） 152-159. ［6］ WANG Gong xian， CHU De-ying， ZHANG Lei， et al. Ad- vances in shock test facilities for shipboard equipments ［J］ . Journal of Vibration and Shock ， 2007 （2） 152-159. （in Chinese） ［7］ 江国和， 沈荣瀛， 华宏星， 等. 舰船机械设备冲击隔离 技术研究进展 ［J］ . 船舶力学， 2006 （1） 135-144. ［7］ JIANG Guo-he， SHEN Rong-ying， HUA Hong-xing， et al. Advances in study on shock isolation of naval equipment ［J］ . Journal of Ship Mechanics， 2006 （1） 135-144.（in Chinese） 601爆 破 2014 年 12 月