渣鋼爆破探索與實(shí)踐

張少光,時(shí)黨勇,趙晨光

(陸軍工程大學(xué)訓(xùn)練基地，江蘇徐州221004)

1 渣鋼回收技術(shù)現(xiàn)狀

廢舊金屬的回收利用，可大大減少對自然資源的開采耗用，達(dá)到節(jié)約能源、減少環(huán)境污染和提高勞動效益的目的。我國作為一個(gè)產(chǎn)鋼大國，鋼鐵生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生渣鐵、渣鋼、余料、切頭、邊角及各類廢殘品[1]。將渣鋼等廢棄鋼鐵重新加工煉制鋼鐵，不僅可節(jié)約資源，而且在加工過程中能降低能量消耗和減輕污染，體現(xiàn)出明顯的環(huán)保優(yōu)勢。但是由于電爐及轉(zhuǎn)爐尺寸有限，對渣鋼回爐需要具有一定大小和形狀。因此，再對渣鋼回收再利用就必須對一些大型的渣鋼進(jìn)行破碎，以便達(dá)到電爐尺寸要求。

對渣鋼的破碎方法，歸納起來主要有3種：一是落錘破碎法，作業(yè)前先用落錘卷揚(yáng)機(jī)將重錘吊起，然后切斷動力，使重錘自由下落，將渣鋼擊碎。用支架重錘跌落的辦法破碎渣鋼，勞動強(qiáng)度大、工效低和作業(yè)條件差；二是火焰切割法，利用氧氣噴槍產(chǎn)生的高溫火焰對大型渣鋼進(jìn)行切割，但是火焰切割法只適用于厚度不大的板材和管材；三是控制爆破切割法。隨著控制爆破技術(shù)的發(fā)展，聚能藥包、爆破穿孔技術(shù)、爆破安全控制技術(shù)的越來越成熟，爆破碎法具有費(fèi)工費(fèi)時(shí)少、工效高、成本低和作業(yè)條件好等特點(diǎn)。因此，爆破在城鎮(zhèn)鋼鐵企業(yè)廢棄鋼鐵破碎中的廣泛應(yīng)用應(yīng)該是現(xiàn)在和未來爆破高新技術(shù)在鋼鐵工業(yè)的新發(fā)展。

2 工程概況

徐州某鋼鐵有限公司每年要回收再利用大型廢棄鋼鐵如鐵塊、鋼錠、渣鋼等廢鋼100000t，由于部分渣鋼體積大、質(zhì)量重，必須進(jìn)行解體破碎，以符合冶煉的尺寸要求。其中在渣鋼破碎場地現(xiàn)堆放3塊重約40t的渣鋼需進(jìn)行解體破碎，業(yè)主要求采用爆破法對其進(jìn)行解體。

2.1 施工環(huán)境

3塊渣鋼位于該鋼廠一渣鋼堆放場地，其正北50m為3層辦公樓房，南側(cè)為開闊場地，東側(cè)50m處為為一簡易工棚，西側(cè)100m處圍墻外為居民樓房。重點(diǎn)保護(hù)目標(biāo)為西側(cè)居民樓及場院內(nèi)的辦公平房（如圖1所示）。

圖1 爆破環(huán)境位置圖

2.2 施爆物體結(jié)構(gòu)

3塊渣鋼為不規(guī)則圓形，直徑約2.5m，厚約2m，其主要成份為鐵約占90%，另10%為焦炭等雜質(zhì)，每塊重量約40余噸。

2.3 施工要求

對3塊渣鋼用爆破法原地爆破破碎，最大塊度不大于1t。爆破時(shí)嚴(yán)格控制爆破地震波強(qiáng)度、沖擊波強(qiáng)度和爆破飛散物的飛散距離，不得對周圍民房產(chǎn)生破壞和傷及周圍人員。

3 爆破方案

3.1 爆破方案選擇

由于渣鋼含鐵量約占90%，強(qiáng)度高，韌性大，用合金鉆頭鉆孔速度慢且難以成孔。根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境條件，外部藥包爆破或聚能藥包進(jìn)行爆破穿孔皆不太適合，決定采用氧氣噴槍的火焰燒炮眼。炮眼燒成后，待內(nèi)部溫度降低至40℃以下時(shí)，進(jìn)行裝藥與填塞。

3.2 爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

正確選擇爆破參數(shù)對改善爆破效果與技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有重要意義，它的確定與爆體的形狀、尺寸、材質(zhì)、可爆性及炸藥性能等因素有關(guān)。

（1）孔徑d?？讖绞歉鶕?jù)炮孔在燒眼時(shí)的排渣液、散熱和燒眼速度確定。若孔徑小，散熱慢，燒眼也慢；孔徑大了，排渣液較容易，但增加吹氧管與氧氣的消耗。同時(shí)考慮若單孔孔內(nèi)延米裝藥量偏小難以保證爆破效果，為安全起見又要保證必要的充填長度，炮孔孔徑應(yīng)稍大，以保證裝藥量達(dá)到單耗要求。但由于實(shí)際燒孔作業(yè)的限制，炮孔孔徑難以擴(kuò)大，通常燒到60mm再擴(kuò)孔就很費(fèi)時(shí)、材料消耗也大。因此，爆孔通常取60～80mm[2]。

（2）最小抵抗線W。由于金屬爆破屬多自由面的爆破，根據(jù)業(yè)主塊度要求，本次爆破最小抵抗線W取0.6m。

（3）炮孔間距a。按渣鋼破碎的塊度，選取炮孔間距a=(0.6～1.0)W，本次爆破取0.5m。

（4）炮孔深度L。炮孔深度按廢鋼鐵料型厚度δ的(1/2～2/3)δ選取，本次爆破取1.2m。

（5）炸藥單耗q和每孔裝藥量Q。單位炸藥消耗量取決于廢鋼鐵的品種、材質(zhì)、炸藥性能等因素?？紤]金屬（鋼鐵）不僅強(qiáng)度大，而且彈性變形也大，因而選取的炸藥單耗也應(yīng)較大；根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對于鋼砣炸藥單耗取值為0.9～1.1kg/t，渣鋼砣為0.6kg/t，鐵砣為0.4kg/t[3]。

根據(jù)文獻(xiàn)[4]裝藥量計(jì)算公式：

Q=KG

式中：K——單位用藥系數(shù)，本次爆破為渣鋼，取0.6kg/t；

G——破碎金屬重量，t。

爆破單個(gè)渣鋼總藥量：Q=0.6×40=24（kg），每塊分6孔，每孔藥量4kg，采用分段微差爆破。

（6）炮孔堵塞長度。炮孔采用沙土堵塞，堵塞長度為炮長度的1/3～1/2。

3.3 爆破網(wǎng)路

為防止渣鋼四周存在大量的雜散電流影響爆破安全和電雷管搭鐵造成線路短路，爆破的起爆器材全部選用毫秒導(dǎo)爆管雷管，采取“大把抓”網(wǎng)絡(luò)連接，高壓火花放電激發(fā)導(dǎo)爆管雷管的起爆網(wǎng)路。

4 爆破施工工藝與安全防護(hù)

4.1 燒眼

炮孔的形成在燒眼過程中可分為4個(gè)溫度區(qū)。要加快燒眼速度，減少吹氧管的消耗，操作時(shí)必須加大眼底燃燒區(qū)的氧氣壓力，增加鋼液向外流動速度，縮短熔化區(qū)，減少鋼液對吹氧管的熱傳導(dǎo)，進(jìn)而減少吹氧管和氧氣的消耗。根據(jù)實(shí)踐，燒眼速度與氧氣壓力成正比，吹氧管消耗與氧氣消耗成正比而與氧氣壓力成反比。燒孔時(shí)炮孔水平布置，上仰5°左右，便于金屬熔融體沿孔體流出，杜絕流體結(jié)垢堵孔[5]。

4.2 安全防護(hù)

（1）地震波安全防護(hù)。炸藥爆破時(shí)產(chǎn)生的質(zhì)點(diǎn)震動速度采用公式[6]：

式中：V——爆破引起的地面震動的最大速度，cm/s；

C——一次齊爆的最大藥量，kg；

R——爆破中心至被保護(hù)建筑物的距離，m；

K、a——與爆破地點(diǎn)地形、地質(zhì)等條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)；

K1——爆源位于地表之上結(jié)構(gòu)物爆破拆除修正系數(shù)，K1取0.25～1。

國內(nèi)有資料認(rèn)為KK1=7.06；a=1.36。在爆破地震的安全計(jì)算中，一般磚房、非抗震的大型切塊建筑物的允許震動速度一般不超過2～3cm/s。本次爆破最大齊爆藥量為4.0kg，經(jīng)計(jì)算爆破時(shí)對教學(xué)樓最近80m處的辦公樓最大震動速度為0.07cm/s，符合國家安全規(guī)定。

（2）破片安全防護(hù)。由于爆破場地內(nèi)無爆炸坑，因此在爆破體附近開挖一個(gè)臨時(shí)爆炸坑?？芋w尺寸為8m×4m×5m，總體積160m3。裝坑時(shí)，為預(yù)防爆破時(shí)最小抵抗線方向及炮孔口方向的破片飛散，將最小抵抗線及炮孔口方向指和爆炸坑的側(cè)面或下面。裝坑完畢后，用竹笆和砂袋對上部嚴(yán)密覆蓋，預(yù)防碎片飛出過遠(yuǎn)。

5 爆破效果與體會

采用控制爆破技術(shù)對大型渣鋼爆破取得預(yù)期的效果，經(jīng)過爆破每塊渣鋼被爆破成不規(guī)則形狀3～4塊，滿足機(jī)械清方和回爐尺寸要求，整個(gè)工程在2d內(nèi)完成了爆破任務(wù)，為企業(yè)贏得了效益。

由于受場地條件以及對爆破安全影響范圍和爆炸品安全管理等方面的認(rèn)識和客觀條件的限制，多年來許多的煉鋼企業(yè)還是以第一和第二種方法對廢鋼廢鐵進(jìn)行破碎。但是廢鋼鐵的爆破加工作為大型廢鋼鐵的一種加工方法，其地位是目前其它加工方法所不能取代的。然而金屬爆破相比較一般土石爆破和拆除爆破，其使用較少，因此對其爆破的藥量計(jì)算公式上還探索不夠精確，希望通過本文，引起業(yè)內(nèi)人士更廣泛的關(guān)注，以發(fā)揮其更大的效益。