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)

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爐瘤堆積問題，通過爆破方案的選擇和爆破參數的計算，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，同時對爆破振動、飛石及爆炸沖擊波進行計算分析，提出相應的爆破安全防護措施，最終利用強制通風、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，通過對爐壁外側的紅外線探測以及人工觀測獲知，爐瘤清除較為徹底，爆破效果良好。實踐表明，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壁上的致密瘤狀物，會改變高爐的正常內形，致使爐內有效容積減少，影響其正常運行并縮短其使用壽命。爐瘤通常產生在距離爐腰(高爐直徑最大部位)以上1～3 m處，有環狀、半環狀和單側塊狀〔1〕，厚度一般為1.0 ～1.5 m，這種高溫凝結物溫度往往高達800 ～1 000 ℃〔2〕，具有較強的韌性，爆破難度大。

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

圖1 爐瘤結構示意圖Fig.1 Diagram of furnace structure

爐瘤清除作業一般在高爐檢修時進行，具有一定程度的不可預見性，且時間緊、工作量大。因此，清理前，人員組織、爆破器材及相關材料需準備充分，確保在最短時間內清除完爐瘤。

同時，爐瘤為高溫凝結物，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，精確計算起爆延時時間，并嚴格計算爆破藥量，確保高爐爐膛內部結構完整，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運行，爐瘤爆破作業須在不停爐(高溫)的情況下進行，施工時間緊、作業強度大。爆破法清除爐瘤速度快、效率高，作業相對安全且成本低〔3〕，對企業生產影響較小。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(精確測量爐瘤的高低和方位)，根據爐瘤的大小、形狀在高爐外部相對位置布孔及鉆孔作業，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，進行起爆。

由于爐壁附著瘤體厚度不均，穿孔作業難度較大，鉆孔位置受到一定限制，同時，為保護爐體不被爆破損傷，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效率并確保爐體安全。

3 現場施工

3.1 爆破前通風降溫

(1)爐內通風。高爐停火后，在每個高爐爐壁外側鋼板均勻切割6個直徑15 cm的作業孔，其大小應滿足施工器具易于進入爐內的要求，同時為避免爐內有害氣體濃度過高引起爆炸和人員中毒，應及時通風，將爐內有害氣體及粉塵排出并檢測其濃度，確保人員安全及爆破效果。

(2)爐內降溫處理。由于待爆物為800 ～1 000 ℃的高溫凝結物，為防止因高溫引起的炸藥自燃自爆，爆前對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，使用導爆管雷管及導爆索引爆。安置好炸藥及相應起爆器材后，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 糊炮法裝藥結構示意圖Fig.2 Diagram of charge structure of paste method

(2)鉆孔法爆破藥包加工。將導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實際溫度確定，保證藥包溫度不超過80 ℃，防止藥包早爆〔4〕。連接起爆用的導爆管、導爆索外也須用石棉布或耐火泥隔熱保護，保護長度應以能在高爐外進行網路連接為準。為便于快速裝藥，可在藥包上固定采取相應隔熱措施的輔助裝藥手柄(見圖3)。

圖3 炮孔法裝藥結構示意圖Fig.3 Diagram of charge structure of hole method

3.3 現場施工

3.3.1 鉆孔爆破法

(1)鉆孔。在爐壁外側將手風鉆通過事先切割好的作業孔在爐瘤中鉆孔，從檢測口觀測爐瘤高度和厚度，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，取3 kg/m3。

計算得Q=244 g，根據實際試爆情況取500 g。為確保爆破時不會損傷爐壁結構，藥包距離內壁不少于10 cm〔6〕。

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

(4)在現場負責人指揮下，裝藥人員同時裝藥，每人裝藥孔數為1個。為確保作業安全，防止藥包受熱早爆，人工裝藥時間應控制在3 min內。為減少裝藥時間，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，必要時提前做好防護措施。裝藥時人員必須側面，偏離炮孔所對方向。

(5)根據爐瘤厚度選取合適的爆破參數，見表1。

表1 爆破參數

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，并打開測量溫度，若溫度不超過80 ℃，則可按此工藝施工；若超過80 ℃，則應加強耐溫防護，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高溫處理后，由專人將一定數量的炸藥及導爆管雷管裝入爐內，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，并根據爐瘤的實際情況和現場施工經驗及時調整。

3.4 起爆網路

(1)起爆器材。由于爐內溫度較高，起爆器材應做好充分隔熱措施，并僅使用導爆管雷管或導爆索起爆。

(2)起爆延時時間。延時設計主要考慮以下兩個因素：確保有足夠放置藥包和操作人員避炮的時間；確保在該時間段內藥包不會因爐內高溫而造成藥包自爆。裝藥到起爆時間一般取10 s左右為宜。

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

4 爆破安全

4.1 爆破振動

爐瘤爆破為高溫條件下特種作業，受裝藥時間限制，每次爆破規模比較小，起爆藥量不超過2 kg，且爆破在高爐內進行。因此，爆破振動影響較小，不會危及周邊建(構)筑物。

4.2 爆破飛石

采用如下公式計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，n=0.5；W為藥包的最小抵抗線，取W=1.0 m；K為安全系數，取1.5。

計算得出R為7.5 m。由于在高爐內部進行爆破作業，故爆破產生飛石部分是飛向爐內的，人員應遠離兩個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，Kn=1～2，取2；RR為沖擊波最小安全距離，m。

經計算，RR=2.0 m。爆炸沖擊波對周邊影響較小。

4.4 安全防護措施

(1)飛石防護。由于受裝藥時間限制，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，但爆破后產生的飛石可能拋散較遠。可在爐壁外側開口處上方焊接一個螺栓，將一面積稍大的鋼板插入螺栓卡牢，裝藥時將鋼板撥至一側，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。施工過程中高爐不停運，為保證裝藥過程的安全，應在裝藥前對炮孔進行沖水降溫20 min以上，并通過紅外測溫計對孔內溫度測量，確保溫度不超過80 ℃。同時，做好藥包的隔熱措施，預先進行藥包耐熱實驗，確定有效的隔熱方式以及隔熱層厚度，在施工中嚴格按照實驗確定參數加工藥包，確保裝藥人員安全。

(3)人員操作防護。爐壁鉆孔前，預先對爐壁噴水降溫，鉆孔完成后及時通風，并檢驗孔內有害氣體，確認其在安全允許范圍內方可進行下步操作。裝藥前，應先將起爆網路連接好，并通過炮棍試入確認藥包能否順暢進入孔內。裝藥應在規定時間內完成，若超時應及時放棄裝藥并撤離，待藥包經高溫誘爆后繼續作業。

5 結語

爆破完成后，通過對爐壁外側的紅外線探測以及人工觀測獲知，爐瘤清除較為徹底，高爐運行情況良好，爆破效果良好。高溫條件下的爆破作業中，爆破器材的隔熱措施至關重要，通過石棉及黃泥包裹藥包及導爆索能起到較好的隔熱效果，同時通過滑輪吊裝藥包及鉆孔裝藥能有效縮短爐內裝藥時間，避免藥卷受熱發生誘爆，保證了爆破作業的安全與效率，可為類似高溫環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