不停炉情况下的高温炉瘤爆破

何贤辉，姚 丹，张正忠，胡龙飞，宋志伟

(浙江省高能爆破工程有限公司， 杭州 310012)

不停炉情况下的高温炉瘤爆破

何贤辉，姚 丹，张正忠，胡龙飞，宋志伟

(浙江省高能爆破工程有限公司， 杭州 310012)

为解决某钢铁厂高炉内炉瘤堆积问题，通过爆破方案的选择和爆破参数的计算，确定采用高温氧割烧孔的钻孔爆破法和滑轮吊装药包裸露外敷接触爆破法，同时对爆破振动、飞石及爆炸冲击波进行计算分析，提出相应的爆破安全防护措施，最终利用强制通风、高温冷却、药包隔热等多种辅助手段，在不停炉情况下完成了高温炉瘤的爆破拆除。爆破后，通过对炉壁外侧的红外线探测以及人工观测获知，炉瘤清除较为彻底，爆破效果良好。实践表明，滑轮吊装药包裸露外敷接触及钻孔爆破法可有效去除各类炉瘤，大幅提高除瘤效率与施工安全，改善高炉生产能力，可为解决同类工程难题提供参考。

高温炉瘤；拆除爆破；安全控制；裸露药包；钻孔爆破法

1 工程概况

炉瘤是高炉炼铁过程中黏附在其内壁上的致密瘤状物，会改变高炉的正常内形，致使炉内有效容积减少，影响其正常运行并缩短其使用寿命。炉瘤通常产生在距离炉腰(高炉直径最大部位)以上1～3 m处，有环状、半环状和单侧块状〔1〕，厚度一般为1.0 ～1.5 m，这种高温凝结物温度往往高达800 ～1 000 ℃〔2〕，具有较强的韧性，爆破难度大。

某钢铁公司有多座炼铁高炉，在冶炼过程中，由于炉料质量较差等原因，炉膛内壁有大量炉瘤集聚，严重影响高炉产量，甚至损坏炉膛并造成炉口无法正常出料，需进行清除。炉瘤多呈不均匀状分布在炉腰四周，最厚达1.5 m左右(见图1)。

图1 炉瘤结构示意图Fig.1 Diagram of furnace structure

炉瘤清除作业一般在高炉检修时进行，具有一定程度的不可预见性，且时间紧、工作量大。因此，清理前，人员组织、爆破器材及相关材料需准备充分，确保在最短时间内清除完炉瘤。

同时，炉瘤为高温凝结物，使用普通爆破器材难以保证安全，必须采取可靠的耐高温措施，精确计算起爆延时时间，并严格计算爆破药量，确保高炉炉膛内部结构完整，顺利起爆并保证人员安全。

2 爆破方案选择

为不影响高炉正常生产运行，炉瘤爆破作业须在不停炉(高温)的情况下进行，施工时间紧、作业强度大。爆破法清除炉瘤速度快、效率高，作业相对安全且成本低〔3〕，对企业生产影响较小。因此，采用爆破法清除炉瘤，常用以下两种方法：

(1)钻孔爆破法。确定炉熘部位后(精确测量炉瘤的高低和方位)，根据炉瘤的大小、形状在高炉外部相对位置布孔及钻孔作业，然后装药爆破；

(2)表面糊炮法。打开高炉上部检修口，将事先准备好的药包采取滑轨方式，通过铁丝和钢管控制将药包摆放到合适位置，进行起爆。

由于炉壁附着瘤体厚度不均，穿孔作业难度较大，钻孔位置受到一定限制，同时，为保护炉体不被爆破损伤，瘤体厚度小于80 cm处采用表面糊炮法，瘤体厚度超过80 cm处，钻孔效率高，采用钻孔爆破法。采取两种方法配合施工能有效提升作业效率并确保炉体安全。

3 现场施工

3.1 爆破前通风降温

(1)炉内通风。高炉停火后，在每个高炉炉壁外侧钢板均匀切割6个直径15 cm的作业孔，其大小应满足施工器具易于进入炉内的要求，同时为避免炉内有害气体浓度过高引起爆炸和人员中毒，应及时通风，将炉内有害气体及粉尘排出并检测其浓度，确保人员安全及爆破效果。

(2)炉内降温处理。由于待爆物为800 ～1 000 ℃的高温凝结物，为防止因高温引起的炸药自燃自爆，爆前对瘤体采取高压水冲刷的降温措施。

3.2 药包加工

(1)糊炮法爆破药包加工。在准备好的铁皮桶底部铺垫两层石棉布，并放置乳化炸药，使用导爆管雷管及导爆索引爆。安置好炸药及相应起爆器材后，使用耐火泥将铁桶填充满。非电雷管脚线采用耐高温套管(即石棉布)包裹，并用耐高温胶布绑扎，铁丝辅助加固(防止电雷管脚线被拉断)(见图2)。

图2 糊炮法装药结构示意图Fig.2 Diagram of charge structure of paste method

(2)钻孔法爆破药包加工。将导爆管雷管与乳化炸药制成药包后，用2 mm厚的石棉布包裹数层，耐高温胶布捆绑固定，并在石棉布外层裹上耐火泥绝热，厚度由钻孔大小及孔内实际温度确定，保证药包温度不超过80 ℃，防止药包早爆〔4〕。连接起爆用的导爆管、导爆索外也须用石棉布或耐火泥隔热保护，保护长度应以能在高炉外进行网路连接为准。为便于快速装药，可在药包上固定采取相应隔热措施的辅助装药手柄(见图3)。

图3 炮孔法装药结构示意图Fig.3 Diagram of charge structure of hole method

3.3 现场施工

3.3.1 钻孔爆破法

(1)钻孔。在炉壁外侧将手风钻通过事先切割好的作业孔在炉瘤中钻孔，从检测口观测炉瘤高度和厚度，控制炮孔位置及深度。炮孔直径为42 mm(完成钻孔后，使用高压水冲洗并吹干，确保顺利装药)，在炉瘤中的炮孔深度为炉瘤厚度的2/3(见图4)。

图4 炮孔布置示意图Fig.4 Blastholes layout in the furnace

(2)炉内单孔装药量〔5〕

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

(1)

式中：Q为单孔装药量，kg；B为炉瘤厚度，m；C为装药系数，取3 kg/m3。

计算得Q=244 g，根据实际试爆情况取500 g。为确保爆破时不会损伤炉壁结构，药包距离内壁不少于10 cm〔6〕。

(3)装药前向炮孔注水降温20 min以上，通过红外测温仪测试孔内温度，不超过80 ℃时方可装药，若温度仍高于80 ℃则继续注水冲洗孔壁降温〔7〕。装入的药包必须经过隔热处理，并经过隔热实验确定其隔热效果，要求放入炮孔后10 min内未爆才可使用〔8〕，且装入前必须测量其尺寸，确保能顺利送入孔内。

(4)在现场负责人指挥下，装药人员同时装药，每人装药孔数为1个。为确保作业安全，防止药包受热早爆，人工装药时间应控制在3 min内。为减少装药时间，炮孔可不填塞或使用大小适宜的柔性材料填塞。炮孔指向控制安全距离200 m，必要时提前做好防护措施。装药时人员必须侧面，偏离炮孔所对方向。

(5)根据炉瘤厚度选取合适的爆破参数，见表1。

表1 爆破参数

3.3.2 表面糊炮法

表面糊炮法药包(不装雷管)加工完成后，将药包放置在瘤体表面，10 min后取出，并打开测量温度，若温度不超过80 ℃，则可按此工艺施工；若超过80 ℃，则应加强耐温防护，加厚石棉及耐火泥，直至药包温度低于80 ℃，方可施工。

表面糊炮法施工方法是用事先加工好的直径100 mm左右的薄铁板制作的圆桶经高温处理后，由专人将一定数量的炸药及导爆管雷管装入炉内，上部用耐火泥堵满。药包利用特殊装置(滑竿)将其引入到事先确定好的爆破点后引爆(见图4)。

每次爆破药量视炉瘤大小(厚度)及与炉壁的距离而定，控制在2 kg以内，并根据炉瘤的实际情况和现场施工经验及时调整。

3.4 起爆网路

(1)起爆器材。由于炉内温度较高，起爆器材应做好充分隔热措施，并仅使用导爆管雷管或导爆索起爆。

(2)起爆延时时间。延时设计主要考虑以下两个因素：确保有足够放置药包和操作人员避炮的时间；确保在该时间段内药包不会因炉内高温而造成药包自爆。装药到起爆时间一般取10 s左右为宜。

(3)起爆网路连接。在高炉外先将爆破网路用四通连接后再装药，装药过程中由专人负责起爆网路安全。待装药结束后，迅速撤离爆区。

4 爆破安全

4.1 爆破振动

炉瘤爆破为高温条件下特种作业，受装药时间限制，每次爆破规模比较小，起爆药量不超过2 kg，且爆破在高炉内进行。因此，爆破振动影响较小，不会危及周边建(构)筑物。

4.2 爆破飞石

采用如下公式计算爆破飞石安全允许距离R〔9〕：

R=20n2WK

(2)

式中：n为药包的爆破作用指数，n=0.5；W为药包的最小抵抗线，取W=1.0 m；K为安全系数，取1.5。

计算得出R为7.5 m。由于在高炉内部进行爆破作业，故爆破产生飞石部分是飞向炉内的，人员应远离两个检查口方向和炮孔方向，防止飞石飞出伤人。

4.3 爆炸冲击波

爆炸冲击波安全距离按下式〔9〕进行校核：

RR=KnQ1/2

(3)

式中：Q为装药量，取1.0 kg；Kn为爆破作用指数，Kn=1～2，取2；RR为冲击波最小安全距离，m。

经计算，RR=2.0 m。爆炸冲击波对周边影响较小。

4.4 安全防护措施

(1)飞石防护。由于受装药时间限制，炮孔装药后不填塞或者采用柔性材料堵塞，但填塞效果较差，但爆破后产生的飞石可能抛散较远。可在炉壁外侧开口处上方焊接一个螺栓，将一面积稍大的钢板插入螺栓卡牢，装药时将钢板拨至一侧，装药完毕后将其拨下盖住开口，可有效防止冲炮以及飞石。

(2)药包高温防护。施工过程中高炉不停运，为保证装药过程的安全，应在装药前对炮孔进行冲水降温20 min以上，并通过红外测温计对孔内温度测量，确保温度不超过80 ℃。同时，做好药包的隔热措施，预先进行药包耐热实验，确定有效的隔热方式以及隔热层厚度，在施工中严格按照实验确定参数加工药包，确保装药人员安全。

(3)人员操作防护。炉壁钻孔前，预先对炉壁喷水降温，钻孔完成后及时通风，并检验孔内有害气体，确认其在安全允许范围内方可进行下步操作。装药前，应先将起爆网路连接好，并通过炮棍试入确认药包能否顺畅进入孔内。装药应在规定时间内完成，若超时应及时放弃装药并撤离，待药包经高温诱爆后继续作业。

5 结语

爆破完成后，通过对炉壁外侧的红外线探测以及人工观测获知，炉瘤清除较为彻底，高炉运行情况良好，爆破效果良好。高温条件下的爆破作业中，爆破器材的隔热措施至关重要，通过石棉及黄泥包裹药包及导爆索能起到较好的隔热效果，同时通过滑轮吊装药包及钻孔装药能有效缩短炉内装药时间，避免药卷受热发生诱爆，保证了爆破作业的安全与效率，可为类似高温环境爆破施工提供参考。

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《工程爆破》编辑部

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

何贤辉(1965-)，男，工程师，从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