渣钢爆破探索与实践

张少光,时党勇,赵晨光

(陆军工程大学训练基地，江苏徐州221004)

1 渣钢回收技术现状

废旧金属的回收利用，可大大减少对自然资源的开采耗用，达到节约能源、减少环境污染和提高劳动效益的目的。我国作为一个产钢大国，钢铁生产过程中会产生渣铁、渣钢、余料、切头、边角及各类废残品[1]。将渣钢等废弃钢铁重新加工炼制钢铁，不仅可节约资源，而且在加工过程中能降低能量消耗和减轻污染，体现出明显的环保优势。但是由于电炉及转炉尺寸有限，对渣钢回炉需要具有一定大小和形状。因此，再对渣钢回收再利用就必须对一些大型的渣钢进行破碎，以便达到电炉尺寸要求。

对渣钢的破碎方法，归纳起来主要有3种：一是落锤破碎法，作业前先用落锤卷扬机将重锤吊起，然后切断动力，使重锤自由下落，将渣钢击碎。用支架重锤跌落的办法破碎渣钢，劳动强度大、工效低和作业条件差；二是火焰切割法，利用氧气喷枪产生的高温火焰对大型渣钢进行切割，但是火焰切割法只适用于厚度不大的板材和管材；三是控制爆破切割法。随着控制爆破技术的发展，聚能药包、爆破穿孔技术、爆破安全控制技术的越来越成熟，爆破碎法具有费工费时少、工效高、成本低和作业条件好等特点。因此，爆破在城镇钢铁企业废弃钢铁破碎中的广泛应用应该是现在和未来爆破高新技术在钢铁工业的新发展。

2 工程概况

徐州某钢铁有限公司每年要回收再利用大型废弃钢铁如铁块、钢锭、渣钢等废钢100000t，由于部分渣钢体积大、质量重，必须进行解体破碎，以符合冶炼的尺寸要求。其中在渣钢破碎场地现堆放3块重约40t的渣钢需进行解体破碎，业主要求采用爆破法对其进行解体。

2.1 施工环境

3块渣钢位于该钢厂一渣钢堆放场地，其正北50m为3层办公楼房，南侧为开阔场地，东侧50m处为为一简易工棚，西侧100m处围墙外为居民楼房。重点保护目标为西侧居民楼及场院内的办公平房（如图1所示）。

图1 爆破环境位置图

2.2 施爆物体结构

3块渣钢为不规则圆形，直径约2.5m，厚约2m，其主要成份为铁约占90%，另10%为焦炭等杂质，每块重量约40余吨。

2.3 施工要求

对3块渣钢用爆破法原地爆破破碎，最大块度不大于1t。爆破时严格控制爆破地震波强度、冲击波强度和爆破飞散物的飞散距离，不得对周围民房产生破坏和伤及周围人员。

3 爆破方案

3.1 爆破方案选择

由于渣钢含铁量约占90%，强度高，韧性大，用合金钻头钻孔速度慢且难以成孔。根据现场环境条件，外部药包爆破或聚能药包进行爆破穿孔皆不太适合，决定采用氧气喷枪的火焰烧炮眼。炮眼烧成后，待内部温度降低至40℃以下时，进行装药与填塞。

3.2 爆破参数设计

正确选择爆破参数对改善爆破效果与技术经济指标有重要意义，它的确定与爆体的形状、尺寸、材质、可爆性及炸药性能等因素有关。

（1）孔径d。孔径是根据炮孔在烧眼时的排渣液、散热和烧眼速度确定。若孔径小，散热慢，烧眼也慢；孔径大了，排渣液较容易，但增加吹氧管与氧气的消耗。同时考虑若单孔孔内延米装药量偏小难以保证爆破效果，为安全起见又要保证必要的充填长度，炮孔孔径应稍大，以保证装药量达到单耗要求。但由于实际烧孔作业的限制，炮孔孔径难以扩大，通常烧到60mm再扩孔就很费时、材料消耗也大。因此，爆孔通常取60～80mm[2]。

（2）最小抵抗线W。由于金属爆破属多自由面的爆破，根据业主块度要求，本次爆破最小抵抗线W取0.6m。

（3）炮孔间距a。按渣钢破碎的块度，选取炮孔间距a=(0.6～1.0)W，本次爆破取0.5m。

（4）炮孔深度L。炮孔深度按废钢铁料型厚度δ的(1/2～2/3)δ选取，本次爆破取1.2m。

（5）炸药单耗q和每孔装药量Q。单位炸药消耗量取决于废钢铁的品种、材质、炸药性能等因素。考虑金属（钢铁）不仅强度大，而且弹性变形也大，因而选取的炸药单耗也应较大；根据实践经验，对于钢砣炸药单耗取值为0.9～1.1kg/t，渣钢砣为0.6kg/t，铁砣为0.4kg/t[3]。

根据文献[4]装药量计算公式：

Q=KG

式中：K——单位用药系数，本次爆破为渣钢，取0.6kg/t；

G——破碎金属重量，t。

爆破单个渣钢总药量：Q=0.6×40=24（kg），每块分6孔，每孔药量4kg，采用分段微差爆破。

（6）炮孔堵塞长度。炮孔采用沙土堵塞，堵塞长度为炮长度的1/3～1/2。

3.3 爆破网路

为防止渣钢四周存在大量的杂散电流影响爆破安全和电雷管搭铁造成线路短路，爆破的起爆器材全部选用毫秒导爆管雷管，采取“大把抓”网络连接，高压火花放电激发导爆管雷管的起爆网路。

4 爆破施工工艺与安全防护

4.1 烧眼

炮孔的形成在烧眼过程中可分为4个温度区。要加快烧眼速度，减少吹氧管的消耗，操作时必须加大眼底燃烧区的氧气压力，增加钢液向外流动速度，缩短熔化区，减少钢液对吹氧管的热传导，进而减少吹氧管和氧气的消耗。根据实践，烧眼速度与氧气压力成正比，吹氧管消耗与氧气消耗成正比而与氧气压力成反比。烧孔时炮孔水平布置，上仰5°左右，便于金属熔融体沿孔体流出，杜绝流体结垢堵孔[5]。

4.2 安全防护

（1）地震波安全防护。炸药爆破时产生的质点震动速度采用公式[6]：

式中：V——爆破引起的地面震动的最大速度，cm/s；

C——一次齐爆的最大药量，kg；

R——爆破中心至被保护建筑物的距离，m；

K、a——与爆破地点地形、地质等条件有关的系数和衰减指数；

K1——爆源位于地表之上结构物爆破拆除修正系数，K1取0.25～1。

国内有资料认为KK1=7.06；a=1.36。在爆破地震的安全计算中，一般砖房、非抗震的大型切块建筑物的允许震动速度一般不超过2～3cm/s。本次爆破最大齐爆药量为4.0kg，经计算爆破时对教学楼最近80m处的办公楼最大震动速度为0.07cm/s，符合国家安全规定。

（2）破片安全防护。由于爆破场地内无爆炸坑，因此在爆破体附近开挖一个临时爆炸坑。坑体尺寸为8m×4m×5m，总体积160m3。装坑时，为预防爆破时最小抵抗线方向及炮孔口方向的破片飞散，将最小抵抗线及炮孔口方向指和爆炸坑的侧面或下面。装坑完毕后，用竹笆和砂袋对上部严密覆盖，预防碎片飞出过远。

5 爆破效果与体会

采用控制爆破技术对大型渣钢爆破取得预期的效果，经过爆破每块渣钢被爆破成不规则形状3～4块，满足机械清方和回炉尺寸要求，整个工程在2d内完成了爆破任务，为企业赢得了效益。

由于受场地条件以及对爆破安全影响范围和爆炸品安全管理等方面的认识和客观条件的限制，多年来许多的炼钢企业还是以第一和第二种方法对废钢废铁进行破碎。但是废钢铁的爆破加工作为大型废钢铁的一种加工方法，其地位是目前其它加工方法所不能取代的。然而金属爆破相比较一般土石爆破和拆除爆破，其使用较少，因此对其爆破的药量计算公式上还探索不够精确，希望通过本文，引起业内人士更广泛的关注，以发挥其更大的效益。