硼_铬酸钡延期药的燃速与数值分析.pdf

第3 0 卷第2 期 2 0 1 3 年6 月 爆破 B L A S T I N G V 0 1 ．3 0N o ．2 J u n ．2 0 1 3 d o i l O ．3 9 6 3 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 4 8 7 X ．2 0 1 3 ．0 2 ．0 3 8 硼／铬酸钡延期药的燃速与数值分析 成春莲，刘玉存，李尚杰，王建华，胡刚 中北大学化工与环境学院，太原0 3 0 0 5 1 摘要 为了研究硼／铬酸钡延期药在温度为一1 5 5 0 ℃，硼含量为2 ％一1 4 ％范围内燃速变化规律。对 硼／铬酸钡延期药的燃速的实验数据采用最小二乘法进行模拟，提出了硼／铬酸钡延期药的经验燃速公式。 结果表明；当硼含量为2 ％时，硼／铬酸钡延期药不能完全燃烧，出现瞎火；在硼含量为4 ％一1 4 ％时，随着硼 含量的增加。燃速加大；在硼含量一定时，随着温度的提高，硼／铬酸钡延期药的燃速也出现小幅提高。 关键词硼／铬酸钡延期药；燃速；共沉淀；数值分析 中图分类号 T J 4 5 文献标识码 A 文章编号1 0 0 l 一4 8 7 x 2 0 1 3 0 2 0 1 6 7 一0 4 N u m e r i c a lS i m l l l a t i o na n dB u r I l i n gR a t eo fB o r o n ／B a r i u mC h r o m a t e B ／B a G r 0 4 D e l a yP o w d e r C 凇肥吼M n Z 施，l ，ⅡU 地一c z ‘，l ，ⅡS 玩，l g 啦，黝们肋几- J I l 眦，ⅣU 渤凡g S c h o o lo fC h e m i c a lE n g i n e e r i n g 卸dE n v i r o n m e n t ，N o n hU n i v e r s i t yo fC h i n a ，T a i y u a n0 3 0 0 51 ，C h i n a A b s t l 麓c t n el 删o ft l l eb u 玎I i I l gm t e so fB ／B a G 而4w 鹊s t u d i e do nt h ec o n d i t i o no fd e l a yp o w d e ra ta m b i e n t t e m p e m t u mf m m 1 5 ℃t o5 0 ℃，明dt l l eb o m nc o n t 即t 删噼f m m2 ％t o1 4 ％．n el e 船ts q u a r em e t h ‘，d w a s u s e dt os i m t l l a t et l l eb 哪i n gm t 鹄蛐dab u m i n gr a t ee q u a t i o no fB ／B a G 4d e l a yp o w d e rw 豳p u tf o r w a r d ．R e s u l t s s h o wt h a tw h e nt I l eb o m nc o n t e n tw 鹅2 ％，t h eB ／B a G 由4d e l a yp o w d e rm i s 6 r e d ；t h eb u m i n gr a t e si n c r e 鹳e d 诵t h b 0 ∞nc o n t e n t sm n g ef b m4 ％t o1 4 ％．W h e nt h e 锄b i e n tt e m p e r a t u r er ∞e ，山eb 哪i n gr a t ea l s oi n c r e 鹊e dal i t t l e ． K e yw o r d s B ／B a G m 4d e l a y 州d e r ；b 啪她r a t e ；c 叩r e c i p i t a t i o n ；n u m e r i c a ls i m u l a t i o n 延期药控制点火和起爆技术，近年来在军民用 领域得到了迅速的发展，由该技术控制的延期时间 结构简单，制造方便，成本低，原料丰富，延期范围 广，体积小，作用可靠性高等，因此被广泛应用【l 引。 硼系延期药由于其良好的燃烧性能得到国内外学者 的广泛好评。同时，通过配方设计，硼系延期药既可 以用作毫秒级延期药，也可以作为秒级延期药，其应 用前景被普遍看好。因此，对硼系延期药反应性的 研究是十分必要的HJ 。硼／铬酸钡是硼系延期药的 一种，硼／铬酸钡的燃速随硼含量的增加而增加，硼／ 铬酸钡延期药之间的燃烧方程一般认为是 收稿日期2 0 1 3 0 l 一3 0 作者简介成春莲 1 9 8 7 一 ，女，硕士研究生，研究方向为高精度硼 系延期药的制备与研究， E - m a i l 1 2 1 5 1 3 0 1 2 5 q q ．c o m 。 2 B 2 B a C r 0 4 B 2 0 3 2 B a 0 C r 2 0 3 △H 国外学者M i c h a e lWB e c k 拟合了S b 2 0 3 ／ K C l 0 4 的燃速”J 。K a i - T a iL u ，制成了钛／硼延期药， 并对其燃烧过程进行了研究和分析6 | 。刘建斌研 究了多种元对硼系延期药延期性能的影响一J 。惠 云龙等对硼系延期药的燃速及反应动力学进行了研 究[ 8 ．9 ] | 。李尚杰对硼／铬酸钡的制造工艺进行了改 善，极大地提高了延期药的延期精度H0 | 。 延期药配方的研究是延期药研究的一个极其重 要的方面，药剂配方在一定程度上决定着燃速、延时 精度及发火可靠性等方面，同时延期药的温度是延 期药应用中的重要参数⋯’1 2J 。研究了配比以及环 境温度对硼／铬酸钡延期药燃速的影响，并通过数值 拟合提出了经验燃速公式。 万方数据 1 6 8爆破2 0 1 3 年6 月 l 实验 1 ．1 原料及混药 硼粉，采用无定形硼粉，密度2 ．3 4g ／c m 3 ，纯度 大于0 ．9 5 ，平均粒径为1 ．1 “m ；重铬酸钠，纯度大于 0 ．9 8 ，A R 级，分析纯；氯化钡，天津恒兴试剂公司制 造，纯度大于9 9 ．5 ％。混药方法采用共沉淀法，共 沉淀法是指在液相介质中，利用化学沉淀反应制取 由多相离子组成共结晶物质的一种方法，即在生成 铬酸钡沉淀的同时实现对硼粉的包覆，在延期药的 科研研究和生产过程中，利用共沉淀方法将2 种或 多种延期药组分在结晶的过程中形成一种共沉淀的 聚结晶体，代替2 种或多种延期药组分的机械混合， 可以大大提高混合的均一化程度。硼／铬酸钡混合 均匀后，抽滤，烘干，采用了5 种配方的硼／铬酸钡延 期药 如表1 。 裹1 硼／铬酸钡延期药的配比 T a M eln ep m p o n i 蛐o fB ／B a G 0 4d e h y ∞m 删U 咄 1 ．2 压药 延期管为C r l 2 钢管，外径西1 9 ．2m m ，内径 筇．2m m ，壁厚7 ．0m m ，总长度为4 9 ．7 3m m ，装药 高度为4 0m m 左右。每发压药质量各不同，总体在 2 ．3 5 2 ．4 0g 之间，压药压强为2 0 0M P a ，分4 次压 药，待延期药填装完毕后，在延期管的上端压装 2m m 的M g ／B a O 点火药，采用手工点火的方式，将 点火药点燃，将燃烧持续下去。每个配方测试5 发， 由于延期管加工精度不够，每发光敏三极管两中心 孔的距离都不一样，约在2 7 ．8 0 咖左右。 1 ．3 延期药燃速测试 延期药延期时间的测试系统示意图如图l 所 示。将延期体放入保温装置中，对保温装置升温或 者降温2h ，用电火头点燃延期药。利用光电转换的 原理。在延期体侧面2 孔处各置1 个光敏三极管。 当点火头引燃点火药，再由点火药点燃延期药，延期 药产生的光触发位于延期体的第1 个光敏三极管， 此时光敏三极管把光信号转换为电信号，再通过信 号变送器，将电信号传递给示波器，触发产生波形， 开始记录时间。当延期体中的延期药的燃烧进行到 延期体的终端时，燃烧火焰所产生的光将触发第2 个三极管，并转换成电信号，该电信号传送到示波器 后，产生波形，记录结束时间。通过测量延期药的高 度和所记录的燃烧时间，通过下面公式就可以计算 延期药的线性燃速。 | l l 勘 ￡ 线性燃烧速度 秽 它是根据 m m 长的药柱在 ts 内燃烧完毕所计算出来的一种平均计算值，通常 以m r n ／s 表示。 l 光敏亍极管卜-信 _ 号刀i 变 ● 波 送器 器 l 光敏三极管k ll Il ’ 图l延期药延期时间测试系统图 F i g ．11 1 1 e 麟p e r i m 帅t a ls e t - u pf o rt e s t i n gd e l a yt i m e 2 结果与讨论 2 ．1 B ．／B a G 内．延期药的实验结果 分别测试硼／铬酸钡延期药的药柱长度及其在 一1 5 ℃、0 ℃、1 0 ℃、2 5 ℃、5 0 ℃时的延期时间，计 算它们的燃烧速度，将5 种不同的延期药在不同温 度时的燃速列于表2 ，并由此表可以发现硼／铬酸钡 延期药的燃速随着硼含量的增加而变大。 表2 硼／铬酸钡延期药的燃速与极差 T 曲I e2T h eb u r n i 唱隋t 俗柚d 既t 弛眦d i f f e 托n o 豁o fB ／B a G r O ．d e h y ∞m p o s i d o 璐 万方数据 第3 0 卷第2 期 成春莲，刘玉存，李尚杰，等硼／铬酸钡延期药的燃速与数值分析 2 ．2 B ／B a G 雨．延期药在同一温度不同含量时的燃 速曲线拟合 为了描述硼／铬酸钡延期药的燃烧速度与硼含 量的关系，对表2 的数据进行直线、指数、对数、二次 和三次函数的拟合。例如，对一1 5 ℃的燃速进行直 线和三次函数的拟合，直线拟合相关系数为0 ．9 6 8 9 ； 而三次函数拟合的相关系数为1 ，因此，硼／铬酸钡 延期药的燃烧速度与硼含量的关系可以用一个三次 项函数式来表达 “ A 石3 B 茁2 C k D 式中“为延期药的燃速；茗为硼含量；A 、B 、C 、D 为 燃速相关系数，拟合结果详见表3 。 表3 不同硼含量的燃速拟合式 鼬3 ，1 1 h e 幽m 妇伽n 朗u 雠蛔硝h I 咖 h I 钯w 蛐d 姐氏霄咖b o 咖O 伽吐嘶 N o 燃速三次项函数拟合式相关系数 2 ．3 硼／铬酸钡延期药的燃速与数值拟合 在其他实验条件不变时，改变温度，系数A 、曰、 C 、D 会变化，故系数A 、B 、C 、D 是温度r 的函数。 研究结果表明，温度r 和系数之间的关系也可以用 1 个三次项系数来表达，为此，提出如下经验燃烧 公式 n A 。广一A 2 严一A ，y A 。 妒一 B 。广一B 2 广一 日3 ， B 4 r c l ，，3 一c 2 广一c 3 y c 4 x 一 D l 广一 D 2 严一D 3 y 见 式中u 为燃速，c I n ／s ；髫为硼含量，％；为便于绘图， y 为温度除以1 0 0 ，温度单位为℃。 采用最小二乘法对表2 中实验数据点进行拟合 得到的经验公式 “ 一9 0 0 7 ．3y 3 5 22 4 8 ．o 广 1 22 2 0 y 5 3 3 0 F 一 2 11 0 5 ，，3 1 28 l o 严一3 0 3 2 y 1 6 4 0 r 一1 3 8 9 ．’8 ，，3 8 4 9 ．5 广 2 1 9 ．8 ，， 1 7 8 ．2 髫一 2 7 ．1 9 9 ，，3 1 6 ．3 8 0 6 广一5 ．2 7 6 l y 一3 ．2 4 0 4 ， 最小二乘法的拟合度为0 ．9 9 9 8 ，将实验数据和拟合 计算的结果绘制成图2 ． 从图2 可以看出，在温度为一1 5 5 0 ℃，硼含量 为2 ％一1 4 ％的范围内，实际测试数据与根据公式 拟合数据一致。因此，使用该经验估算此范围内的 硼／铬酸钡延期药的燃速，对该延期药的使用有一定 的理论意义。 O ．1 4 O ．1 4 图2 实验图和经验燃速公式曲面 F i g ．2 ’I kt e g t8 m 蠡虻ea n dd 地s i m u l a t e ds u r f 如e0 f b u r I l i I I g m t ec 删砒e db ye m p 6 c i a l 烈I l l “o n 3 结论 利用数值拟合得到的燃速公式，反映了硼／铬酸 钡延期药的燃烧规律，因此可以根据不同的环境温 度和燃速要求来调整硼／铬酸钡延期药的配方，该方 法也可以在其他延期药中应用。 [ 1 ] 蔡瑞娇．火工品设计原理[ M ] ．北京北京理工大学 出版社，1 9 盼铂母8 ． [ 2 ] 吴幼成，宋敬埔．延期药技术综述[ J ] ．爆破器材， 2 ∞O ，2 9 2 2 3 ．2 7 ． [ 2 ] W UY 加一c h e 鸭，s 0 N GJ i I 学p u ．’r ∞h n o l o 盯0 fd e h yc o 舟 p ∞i t i ∞s ．8 抛v i e w [ J ] ．E 枷i v eM a l e r i a l 8 ，2 咖，2 9 2 2 3 i 2 7 ． i nC 陆n e 眈 [ 3 ] 郝建春，俞金良，车吉成．硼铅丹延期药的固相热反 应研究[ J ] ．火工品，2 0 0 5 5 2 5 - 2 8 ． [ 3 ] H A 0J i a l l - c h 岫，Y Um l i a n g ，c 腿J i ．c h e 哩．s h l I d y ∞ 岫蚰l i d B - p I l j 啪t I I 哪n a l 崩旆∞80 fB ／P b 30 ．d e k y 嗍- p o s i t i ∞[ J ] ．I 枷啪 P y r o t e c I l l l i c s ，2 0 0 5 5 2 5 搦． i nC I I i n ∞e 万方数据 1 7 0爆破2 0 1 3 年6 月 上接第1 3 5 页 2 在倾倒中心线两侧各开6 个高6 一1 8m 、宽 0 ．8 2 ．0m 的减荷槽，以降低塔壁的刚度和整体坚 固性，使得冷却塔由刚性触地变为柔性触地。这样 触地塔面就由一个比较大的整体刚性结构变成了若 干个条带状薄壳与地面接触。因此降低了塔体的强 度，同时随着触地的塌落体逐渐垮落，减小了整体对 地面的同时冲击，延缓了大部分塔体的下落时间，形 成逐渐塌落，减小了触地震动。 3 在塔体触地方向铺设黄土层，并适当铺设 黄土减震墙 也可用原塔内拆除的水泥隔水方格 网 ，以起缓冲作用。 图3 2 座1 0 0m 高冷却塔同时控制爆破倾倒过程 F i g ．3F a m I I gp r o c e 褐0 f e x p l o s i v ed e m 出6 ∞o f t w o 1 0 0mI l y p e r b o l i cc o o l i I l g 咖啷B 4 采用分区分段起爆。各分区之间毫秒间隔 起爆，每个区又分段装药，这样使同时爆炸的各段药 量相对分散，因此减少了单响起爆药量，起到了减震 的作用。 5 在冷却塔触地范围四周开挖减震沟，阻断 触地震动的传播，重点防护建筑物和机器设备周围 可增加减震沟。 5 爆破效果 起爆后，2 座1 0 0m 高冷却塔朝着预定方向缓 缓倒下，倾倒过程见图3 。施爆后的冷却塔倒向准 确、爆堆低、解体充分，周围建筑物安然无恙，达到了 安全、快速、经济爆破拆除高耸建筑物的目的。 [ 1 ] 袁绍国．复杂环境下冷却塔定向倾倒爆破[ J ] ．爆破。 2 ∞6 ，2 3 4 4 9 - 5 2 ． [ 1 ] Y U A NS h ∞j 印o ．Ⅸm o l i t i ∞0 f ∞o l i 唱咖暇b yd i l 批 t i ∞db 蜥n gi n 伽岫p l i ∞t e 舢珊咖m d i r l 伊[ J ] ．B l a 8 t i I 唱。 2 ∞6 ，2 3 4 4 9 ．5 2 ． i nC h i n 伪e [ 2 ] 张小强，齐世福，张耀良，等．镇江6 栋楼房控制爆 破拆除[ J ] ．爆破，2 0 l l ，2 8 3 7 l - 7 3 ，7 9 ． [ 2 ] Z 姒N G 【i ∞却a 唱。Q IS h i 粕，Z H A N GY a o - l i a 唱，e t a 1 ．6I I i g hh u 丑‘l i n 伊b y ∞曲o u e db l 勰t i I l gi n 压e n j i a r 唱 [ J ] ．B l ∞t i 唱，2 0 l l ，船 3 7 l - 7 3 ，7 9 ． i nc h i I I I 啪 [ 3 ] 王希之，年鑫哲，刘晓峰，等．遵义电厂冷却塔爆破 拆除[ J ] ．爆破，2 0 1 0 ，2 7 1 6 4 - 6 6 ． [ 3 ] w A N Gx i 一出，N I I N 【i n z h e ，u UX i ∞- f e l I g ，e ta 1 ． b q P l ∞i 忱d e m o H t i ∞o f ∞o H I l g 伽咐i n z 帅y i 严骶r p h m [ J ] ．B l a s t i I l g ，2 0 l o ，2 7 1 6 4 6 6 ． i I lc l i i I l e 髓 [ 4 ] 吴剑锋．双曲线型冷却塔爆破拆除切口参数研究[ J 】． 爆破，2 ∞9 ，2 6 1 6 5 一鹋． [ 4 ] W UJ i a l I 姗．R 啪哪h ∞c mp a I 啪蝴f o rM 埘吨 d e m 幽t i ∞o fh y p e r b o h c ∞o h 唱锄唧[ J ] ．B 娥I l g ， 2 啷，2 6 1 6 5 - 鹋． i I IC l l i I l e ∞ ’ [ 5 ]张英才．电厂大型厂房大解体式爆破拆除[ J ] ．爆破。 2 0 0 4 ，2 l 3 4 5 镐． [ 5 ] z H ．A N GY i n g ．c a i ．D e 珊D H 妇0 fal a 啦眈a l e 啪蜘 i I lap 0 哪盯p I a I I tb ym 蛐d i s j o i mb l 枷I 唱[ J ] ．引朋血g 。 2 0 0 4 ，2 l 3 ；4 5 - 镐． i nC h i f 胤 万方数据