Способ дробления стальных и шлакочугунных скрапов

 

Использование: при взрывном дроблении отходов металлургических производств - стальных и шлакочугунных скрапов массой до 130 т. Способ дробления стальных и шлакочугунных скрапов включает стадии: пробойки шпуров взрывом кумулятивных зарядов, размещение в шпурах вторичных взрывчатых веществ или зарядов из них, забойку свободного объема шпура с одновременным подрывом шпуровых зарядов. 2 з.п. ф-лы, 8 ил., 1 табл.

Изобретение относится к взрывным работам и может быть использовано для дробления массивных металлических объектов, например стальных (С) и шлакочугунных (ШЧ) скрапов, которые в значительном количестве получаются в качестве отходов литейного производства стали и чугуна С и ШЧ скрапы - монолитные блоки массой до 130 т и имеют вид тела вращения, образующая которого представляет собой часть дуги эллипса, при этом диаметр основания скрапа может достигать 3180 мм, а его высота 2750 мм. Основная масса скрапов вывозится на территории шлаковых отвалов металлургических комбинатов и до настоящего времени практически не используется.

В то же время известен способ взрывной разделки массивных металлических объектов, включающий стадии предварительного формирования шпуров, их зарядку вторичными взрывчатыми веществами (ВВ) или зарядами из них, забойку свободного объема шпуров и одновременный подрыв, при осуществлении которого шпуры получают бурением с применением перфораторов для бурения по шлаку или прожигают резаками типа кислородное копье [1].

Основным недостатком этого способа является его низкая производительность определяемая необходимостью привязки к источнику кислорода - действующим металлургическим производствам, в условиях которых проведение взрывных работ ограничивается максимально допустимыми массами ВВ при подрыве в капитальных сооружениях типа бронеям.

Использование перфораторов для бурения по шлаку оказывается нерациональным из-за негомогенности материала скрапа, в котором имеются шлаковые включения, пустоты и т.д., что приводит к поломкам буров.

Целью изобретения является повышение эффективности работ по взрывной разделке стальных и шлакочугунных скрапов массой до 130 т за счет применения кумулятивных зарядов как на стадии шпурообразования, так и в процессе вторичного подрыва.

Цель достигается тем, что на стадии взрывной пробойки шпуров используются кумулятивные заряды, имеющие металлическую облицовку с внутренним диаметром 200-350 мм, с массой разрывного заряда взрывчатого вещества (ВВ) 6-30 кг, при плотности ВВ 1600-1750 кг/м³ и скорости детонации ВВ 6000-8000 м/с. При функционировании таких зарядов образуется кумулятивная струя (КС), способная по результатам опытной проверки в процессе взаимодействия с материалом преграды (сталь или чугун) формировать шпуры глубиной 500-1000 мм и диаметром входного отверстия до 40-150 мм в зависимости от вида применяемых зарядов.

Применение КЗ, имеющих внутренний диаметр металлической облицовки кумулятивной выемки больше 350 мм, нецелесообразно ввиду значительного возрастания затрат на дробление из-за снижения производительности при работе с зарядами ВВ большой массы, в том числе уменьшения числа подрывов, увеличения размеров зоны, опасной по действию ударной волны, возможности разлета осколков скрапа, образующихся на стадии шпурообразования.

На стадии взрывной пробойки шпуров с использованием КЗ проявляется дополнительное преимущество их применения при разделке С и ШЧ по сравнению с прототипом, а именно интенсивное трещинообразование в объеме С и ШЧ скрапов, значительно превосходящем объем образующегося шпура, и способствующее лучшей фрагментации при подрыве зарядов вторичного дробления. Появление трещин объясняется тем, что в процессе внедрения КС в материал скрапа на границе раздела стенка шпура - окружающее пространство образуются ударная волна высокой интенсивности, сжатие материала скрапа за ударной волной, сдвиговое течение материала скрапа в непосредственной близости от поверхности шпура. Возникновение напряжения растяжения при достижении ударной волной поверхности скрапа за счет формирования волны разгрузки приводит к дополнительному трещинообразованию, преимущественно вблизи поверхности скрапа.

В случае необходимости получения шпуров большей глубины в диапазоне 750-1250 мм, например, при разделке скрапов, сильно заглубленных в грунт, осуществляют повторное воздействие КЗ (типа КЗ-5) на шпур, сформированный ранее, причем в этом случае КЗ размещают на оси симметрии шпура на расстоянии, не превышающем 500 мм от устья шпура. Ограничение допустимого допреградного расстояния определяется двумя условиями: сохранение сплошности КС и отсутствие взаимодействия КС со стенками шпура.

Пределы допустимых значений глубины и диаметра шпуров, полученные опытным путем, определяются следующими причинами: при глубине шпура менее 500 мм происходит выброс забоечного материала, а получение шпура глубиной более 1250 мм возможно лишь при использовании КЗ прецизионного изготовления, что экономически нецелесообразно при использовании в промышленной эксплуатации предлагаемого способа; необходимость применения шпуров с диаметром не менее 40 мм обусловлена минимально размером патронов применяемых промышленных ВВ (32 мм), а диаметр шпура более 150 мм практически труднодостижим.

Про проведении опытных работ установлено количество шпуров, необходимых для полной разделки скрапов различной массы на фрагменты массой не более 10 т для скрапов, находящихся на поверхности грунта. Эти данные приведены в таблице.

При проведении вторичного подрыва шпуровых зарядов (например, патронов Аммонита 6-ЖВ массой 2 кг) в зависимости от материала скрапа, его массы и степени заглубления в грунт наблюдаются разрушение скрапа на фрагменты заданной массы и образование камуфлетной полости, что позволяет разместить в ней заряд ВВ большей массы для проведения окончательной разделки.

Для повышения эффективности дробления скрапов, сильно заглубленных в грунт, и уменьшения зоны разлета осколков, образующихся при одновременном подрыве нескольких шпуровых зарядов, используют кумулятивные заряды с металлической облицовкой кумулятивной выемки и внешним диаметром на 10-30 мм меньше диаметра шпура в месте установки КЗ. Наличие воздушных промежутков с размерами в данном диапазоне позволяет избежать излишнего дробления материала скрапа за счет демпфирующего действия воздуха и повысить безопасность работ по установке КЗ в шпур. При проведении подрыва такого КЗ образуется КС, способная при взаимодействии с дном шпура образовывать дополнительный шпур глубиной до 200 мм и диаметром 30-35 мм, например, при использовании КЗ с полусферической облицовкой диаметром 70 мм и толщиной 3 мм при массе заряда ВВ 1 кг. Взаимодействие ударных волн, образующихся при одновременном подрыве нескольких КЗ, размещенных в шпурах как за счет детонации ВВ, так и в ходе проникания КС в преграду, позволяет достичь необходимой степени дробления скрапа при меньшей массе ВВ (по сравнению с насыпными и патронированными вариантами), используемого на стадии вторичного подрыва. Применение шпуровых КЗ с массой заряда ВВ, превышающей 5 кг, приводит к преждевременному выбросу материала забойки увеличению радиуса разлета вторичных осколков и снижению производительности работ по разделке скрапов.

Варианты предлагаемой технологии разделки стальных и шлакочугунных скрапов, находящихся на поверхности грунта и частично заглубленных в грунт, не имеют принципиальных отличий и состоят из следующих стадий.

Установка КЗ первичного воздействия на заданных допреградных расстояниях (фиг.1 поз.1, фиг.2 поз 1,4) от поверхности разрушаемого скрапа (фиг.1,2 поз. 2), находящегося на поверхности грунта или заглубленного в него (фиг. 1,2 поз.3), и подрыв КЗ.

Проведение вторичного воздействия КЗ по предварительно сформированному шпуру в случае его недостаточной глубины (фиг.2, поз.5).

Формирование сетки шпуров в материале скрапа, получаемой при кислородном шпурении.

Заряжание шпуров кумулятивными зарядами или зарядами взрывчатых веществ вторичного дробления (фиг.2 поз.7; фиг.1 поз.6 и фиг.2 поз.8 соответственно), забойка свободного объема шпура шлаковой мелочью или другим видом забоечного материала (фиг.1 поз.9, фиг.2 поз.10).

Заряжание котловых полостей, образованных при подрыве шпуровых зарядов (фиг.1 поз.7) в случае неполного разрушения скрапа.

Транспортировка целевых фрагментов разрушенного скрапа (фиг.1 поз.8 и фиг.2 поз.9).

На фиг. 1 показана схема взрывной разделки С и ШЧ скрапов, находящихся на поверхности грунта; на фиг.2 - то же, заглубленных в грунт; на фиг.3 - схема применения кумулятивного заряда в процессе взрывной пробойки шпуров; на фиг.4 - схема стадии шпурообразования (пример 1); на фиг. 5 - схема подготовки к подрыву шпурового заряда, пример 1; на фиг.6 - схема стадии шпурообразования, пример 2; на фиг.7 - схема стадии шпурообразования, пример 2; на фиг.8 - схема стадии подготовки к подрыву шпуровых зарядов.

На чертежах приняты следующие обозначения: 1 - кумулятивный заряд (КЗ); 2 - С, ШЧ скрап; 3 - грунт; 4 - шпур, полученный на предварительной стадии; 5 - трещины в материале скрапа; 6 - шпуровый заряд вторичного дробления; 7 - шпуровый заряд в котловой полости; 8 - целевые фрагменты; 9 - забойка (фиг. 1); на фиг.2: 1,4 - К3 первичного воздействия; 2 - С, ШЧ скрап; 3 - грунт; 5 - шпур; полученный на предварительной стадии; 6 - трещины в материале скрапа; 7 - КЗ вторичного дробления; 8 - шпуровой заряд вторичного дробления; 9 - целевые фрагменты; 10 - забойка; на фиг.3: 1 - К3; 2 - шпур; 3 - скрап; 4 - поверхность грунта (F-допреградное расстояние (300-1500 мм), alfa1-(alfa2)-угол между осью заряда и поверхностью скрапа (60-90^о); Н(Н₁) - максимальная глубина размещения вторичного заряда при подрыве К3 под углами 90 и 60^оС к поверхности скрапа; d - диаметр шпура); на фиг.4:1 - К3; 2 - электродетонатор; 3 - ШЧ скрап; 4 грунт; на фиг.5:1 - детонирующий шнур; 2 - шпуровой заряд; 3 - забойка; 4 - ШЧ скрап; 5 - грунт; на фиг.6:1 - К3; 2 - электродетонатор; 3 - стальной скрап; 4 - грунт; на фиг.7 :1 - К3; 2 - электродетонатор; 3 - стальной скрап; 4 - грунт; 5 - устье шпура, образованного предыдущим К3; на фиг.8:1 - стальной скрап; 2 - шпуровой заряд; 3 - грунт; 4 - детонирующий шнур (ДШ); 5 - шпуровой заряд; 6 - забойка; 7 - узел усиления на ДШ, коммутация взрывной сети ДШ; 9 - электродетонатор.

На фиг.3 показана принципиальная схема применения кумулятивного заряда в процессе взрывной пробойки шпуров в стальных и шлакочугунных скрапах. Кумулятивный заряд (поз.1) рекомендуется размещать по нормали или под углом не более 60^о к поверхности разрушаемого скрапа (углы alfa2 и alfa1 соответственно) на расстоянии F(300-1500 мм). В результате подрыва КЗ в скрапе (поз. 3) образуется шпур (поз.2) с диаметром d в устье. В зависимости от угла alfa будет изменяться расстояние H(H1) дна шпура до ближайшей свободной поверхности скрапа, что может повлиять на размер целевых фрагментов после подрыва шпурового заряда.

П р и м е р 1 (фиг.4-5). Дробление шлакочугунного скрапа массой 70 т (поз. 3,4 соответственно), содержащего 10-15 об.% шлака и находящегося на поверхности грунта (поз.4,5 соответственно).

Характеристики кумулятивного заряда (КЗ): (поз.1 фиг.4). Масса взрывчатого вещества (литая смесь тротил/гексоген в соотношении 40/60 мас.%, плотностью 1600 кг/м³, скоростью детонации 7800 м/с) составляет 18 кг. КЗ имеет облицовку кумулятивной выемки конической формы из стали 3, толщиной 8 мм, углом раствора конуса 45^о, с внутренним диаметром основания облицовки 250 мм. Внутренний диаметр заряда в основании равен 300 мм, в вершине 140 мм при высоте заряда 420 мм. Корпус КЗ выполнен из стеклопластика толщиной 3 мм.

Технология дробления. Формирование шпура в чугунном (фиг.4,5 поз.3,4 соответственно) скрапе проводилось при размещении КЗ на поверхности грунта (фиг. 4,5 поз. 4,5 соответственно). Расстояние от основания кумулятивной облицовки, обращенной в сторону скрапа, до поверхности скрапа было равно 450 мм. Угол между осью заряда и поверхностью скрапа составлял 85+5^о. Шпур формировали на оси симметрии скрапа с устьем на верхнем срезе скрапа.

Инициирование КЗ производили электродетонатором ЭД-8Ж (фиг.4 поз.2). После подрыва КЗ в скрапе был получен шпур глубиной около 700 мм, с диаметром в устье 150-180 мм при диаметре в донной части 30-40 мм.

В образовавшемся шпуре размещали 4,5 кг аммонита 6ЖВ (фиг.5 поз.2), в свободном объеме шпура размещали забойку из шлаковой мелочи (фиг.5 поз.3). Инициирование шпурового заряда осуществляли посредством отрезка детонирующего шнура марки ДШЭ (фиг.5 поз.1), один из концов которого (с узлом) вводили в шпур до размещения в нем шпурового заряда.

После проведения подрыва шпурового заряда было получено около 40 т чугунных фрагментов размером не более 50х500х800 (мм), около 20 т фрагментов скрапа с размерами не более 800х800х1200 (мм), пригодных к транспортировке и дальнейшему додрабливанию на копре. Потери чугуна (мелкие куски чугуна, шлак) составили 10-12 т.

П р и м е р 2. Дробление стального скрапа (материал скрапа низкоуглеродистая сталь) массой 40 т, частично заглубленного в грунт (фиг. 6,7,8 поз.3,3,1 соответственно).

Характеристики кумулятивного заряда (фиг.6,7 поз.1).

Масса взрывчатого вещества (того же, что и в примере 1) 25 кг. КЗ имеет облицовку кумулятивной выемки полусферической формы из стали 3, толщиной 6 мм, с внутренним диаметром основания облицовки 250 мм. Внутренний диаметр заряда в основании равен 370 мм, в вершине 180 мм при высоте заряда 360 мм. Корпус КЗ выполнен из стеклопластика толщиной 3 мм.

Технология дробления. При формировании сетки шпуров (5 шпуров, расстояние между шпурами 600-750 мм, расположение - в два ряда при расстоянии между рядами 700 мм) каждый из КЗ располагали на расстоянии 700 мм от верхнего среза скрапа. При проведении первого подрыва КЗ располагали на оси симметрии скрапа. Последующие КЗ располагали параллельно оси симметрии скрапа на равном удалении от устья первого шпура (фиг.7 поз.5) до боковой поверхности скрапа; инициирование осуществляли электродетонатором ЭД-8Ж (фиг. 6,7 поз. 2). Глубина получившихся шпуров во всех случаях составляла 700-800 мм при диаметре шпуров в устье 90-120 мм, а на донном участке 30-40 мм.

В каждом из этих шпуров размещали по 3 кг аммонита-6Ж (фиг.8 поз.2,5); в свободном объеме шпура размещали забойку из шлаковой мелочи (фиг.8 поз. 6), одновременный подрыв шпуровых зарядов осуществляли детонационной разводкой посредством применения ДШЭ (фиг.8 поз.4,8), причем каждый из ДШ на конце, вводимом в шпуровой заряд, имел узел усиления (фиг.8 поз.7). Инициирование сети ДШ производили электродетонатором ЭД-8Ж (фиг.8 поз.9).

После подрыва было получено 32-35 т стальных фрагментов с габаритными размерами (ГОСТ 2787-75. Требования к мартеновскому габариту) и один фрагмент массой около 5 т, пригодный к транспортировке и дальнейшей переработке в условиях копрового цеха.

П р и м е р 3. Формирование шпура глубиной 950 мм в шлакочугунном скрапе, аналогичном примеру 1.

Формирование шпура глубиной 950 мм проводили путем повторного воздействия КЗ, аналогичного применяемому в примере 1, размещая данный КЗ соосно с осью симметрии шпура на расстоянии 350 мм от поверхности скрапа. Подрыв КЗ осуществляли электродетонатором ЭД-8Ж. После подрыва КЗ был получен шпур глубиной 950 мм. При этом диаметр устья шпура составил 200-220 мм, причем на поверхности скрапа, прилегающей к шпуру, наблюдались радиальные трещины длиной до 300 мм и шириной 1-5 мм. Диаметр шпура в донной части составил 50-60 мм.

П р и м е р 4. Дробление стального скрапа массой 80 т, находящегося на поверхности грунта.

Кумулятивный заряд, применяемый на этапе шпурообразования тот же, что и в примере 1. Расстояние от основания КЗ до верхней поверхности скрапа 500 мм. Параметры шпура, расположенного на оси симметрии скрапа: глубина 650 мм, диаметр в устье 150 мм, диаметр в донной части 65-70 мм.

Параметры КЗ (КЗ-2) вторичного воздействия. Цилиндрический заряд имеет диаметр 50 мм и высоту 120 мм. Кумулятивная облицовка с внутренним диаметром в основании, равным 40 мм, имеет вид конуса с углом раствора в вершине 60^о и толщину 1,6 мм. Взрывчатое вещество то же, что и КЗ в примере 1. Заряд имеет корпус из картона толщиной 1,5 мм.

Данный КЗ-2 размещали в донной части шпура на расстоянии от дна шпура до основания заряда 50-60 мм. Величина воздушного зазора между стенкой шпура и боковой поверхностью корпуса КЗ-2 составила 10-15 мм. Производили забойку свободного объема шпура шлаковой мелочью. Инициирование КЗ-2 осуществляли детонирующим шнуром ДШЭ.

После подрыва КЗ-2 были получены: котловая полость длиной 150-170 мм и диаметром 90-100 мм; дополнительный шпур с диаметром в устье 20-25 мм и глубиной 150-170 мм; трещины во внутреннем объеме скрапа, прилегающем к поверхности котловой полости, шириной до 2-4 мм.

После остывания в образовавшейся котловой полости размещали 4 кг аммонита 6ЖВ. Подрыв осуществляли аналогично примеру.

После подрыва скрап разрушился на две части: одна массой около 30 т, другая массой 50 т, каждая из которых была раздроблена на габаритные куски по технологии в соответствии с вариантом 2.

Предлагаемое изобретение повышает эффективность взрывных работ по взрывной разделке стальных и шлакочугунных скрапов за счет использования кумулятивных зарядов на стадии пробойки шпуров за счет повышения производительности; повышает степень дробления стальных и шлакочугунных скрапов за счет интенсивного трещинообразования на стадии пробойки шпуров; позволяет проводить работы по взрывной разделке стальных и шлакочугунных скрапов без привязки к источникам кислорода и энергии, например, на территории шлаковых отвалов металлургических производств.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ДРОБЛЕНИЯ СТАЛЬНЫХ И ШЛАКОЧУГУННЫХ СКРАПОВ, включающий предварительное формирование шпуров, зарядку взрывчатыми веществами, забойку свободного объема шпуров с одновременным подрывом, отличающийся тем, что формирование шпуров осуществляют путем пробойки объема скрапов на глубину 500 - 1000 м и диаметром 40 - 150 мм с образованием трещин, подрыва кумулятивных зарядов с расстояния 300 - 1500 мм от поверхности скрапа и под углом 60 - 90^o к поверхности скрапа, причем кумулятивный заряд, имеющий металлическую кумулятивную выемку диаметром 200 - 350 мм, заполнен бризантными взрывчатыми веществами массой 6 - 30 кг, плотностью 1600 - 1750 кг/м³ и скоростью детонации 6000 - 8000 м/с.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что, с целью получения шпуров глубиной 750 - 1250 мм, после подрыва проводят повторное воздействие тех же кумулятивных зарядов на предварительно сформированный шпур, причем их устанавливают соосно со шпуром на расстоянии не более 500 мм от поверхности скрапа.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что для вторичного подрыва используют кумулятивные заряды диаметром на 10 - 30 мм меньше диаметра шпура и массу заряда 1 - 5 кг.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9