粉状铵油炸药现场混装车的设计与应用.pdf
书书书 doi 10. 3969/ j. issn. 1001 8352. 2013. 05. 006 粉状铵油炸药现场混装车的设计与应用 孙 光 熊代余 龚 兵 孙大为 臧怀壮 李国仲 北京矿冶研究总院 ( 北京, 100160) [ 摘 要] 为实现爆炸焊接用低爆速粉状铵油炸药的现场混装, 研制出一种新型粉状铵油炸药车。该车采用旋转 料仓设计, 将原有的静态出料改为动态出料, 解决了传统铵油车存在的料仓起拱问题。所生产的粉状铵油炸药爆 速 1800 ~ 2500 m/ s, 生产速度 200 ~ 300kg/ min, 满足了爆炸焊接用药的使用要求。该车不仅能够生产粉状铵油炸 药, 而且可以生产多孔粒状铵油炸药。 [ 关键词] 铵油炸药 现场混装 爆炸焊接 [ 分类号] TD235. 2 +1 TJ510. 5 引言 在现场混装炸药已成为国内外工业炸药发展和 应用主流技术方向的大背景下, 为实现金属爆炸加 工行业、 特别是金属板材爆炸焊接( 复合) 专用炸药 的现场混装, 2009 年初, 我院提出低爆速粉状铵油 炸药现场混装技术及其配套混装车研究课题。 综合国内外相关文献资料,金属板材爆炸焊接 ( 复合) 专用炸药, 广泛采用的是 2#岩石铵梯炸药、 粉状铵油炸药等硝铵类改性炸药[ 1]。国内爆炸焊 接专用炸药研制、 应用文献众多, 如孙业斌[ 2]、 余运 辉[ 3]、 安立昌[ 4]、 田建胜[ 5 6]、 南京理工大学[ 7]等, 但 均为低爆速粉状硝铵类成品炸药, 未见爆炸焊接现 场混装炸药技术报道。 本文在多孔粒状硝酸铵的现场混装技术的基础 上, 提出了将多孔粒状硝酸铵进行粉碎, 加入密度、 爆速调节剂来满足爆炸焊接用药使用要求的方法; 并将该配方予以现场混装技术来实现, 且设计制造 了应用于此种配方的装备。 文章重点介绍课题配套的 BCJX 型粉状铵油炸 药现场混装车的创新设计及其应用效果。 1 总成与主要分系统 1. 1 整车结构 BCJX 型铵油炸药现场混装车总成, 如图 1 所 示。整车结构以定型、 成熟的商品混凝土搅拌车主 体结构为基础, 按照现场混装炸药专用车安全技术 条件, 围绕现场制备工艺要求, 进行优化设计。整车 由以下分系统组成。 1. 2 硝铵料仓及输送计量系统 1 - 底盘; 2 - 液压系统; 3 - 硝酸铵料仓; 4 - 柴油配 料箱; 5 - 平台; 6 - 料斗; 7 - 混合螺旋; 8 -控制箱 图 1 BCJX 铵油炸药现场混装车总成 Fig. 1 Assembly of BCJX ANFO explosive on site mixed loading truck BCJX 粉状铵油炸药现场混装车研究设计了适 应粉体硝酸铵特性的旋转料仓结构, 摒弃传统多孔 粒状铵油炸药现场混装车的固定料仓和底部螺旋出 料结构, 利用旋转料仓内部双螺旋叶片实现物料进 料和出料。上料过程 硝酸铵通过进料斗进入旋转 料仓, 旋转料仓通过正转将物料送至料仓底部。装 药流程是旋转料仓反转时将硝铵输送至出料仓中, 通过出料仓螺旋将物料提升至混合螺旋, 在混合螺 旋中与柴油充分混合, 实现粉状铵油炸药现场制备。 1. 3 柴油箱及输送系统 柴油料箱及输送系统由柴油箱、 过滤器、 电动 阀、 流量计及输送泵等组成。工作时, 柴油管路上的 电动阀根据装药程序自行开启和关闭, 控制系统自 动监测柴油流量。 1. 4 电气、 自控系统 自动控制系统由位于装药车底部的控制箱以及 722013 年 10 月 粉状铵油炸药现场混装车的设计与应用 孙 光等 收稿日期 2013 06 01 作者简介孙光( 1980 ~ ) , 男, 硕士, 工程师, 研究方向 工业炸药现场混装技术及装备的研究与设计。E mail sunguang123@126. com 位于驾驶室内的操作屏共同组成, 实现旋转料仓、 提 升螺旋、 混合螺旋、 柴油泵、 散热器的启动与停止。 自控系统能在线监测颗粒状或粉状物料料位、 柴油流量、 液压油温等。超出设定的正常范围, 控制 系统将发出声光报警并延时停车。 1. 5 制药系统 BCJX 型铵油炸药现场混装车制药工艺 将多孔 粒状硝酸铵粉碎之后, 加入旋转料箱, 制备铵油炸药 过程与常规铵油车大致相同( 图 2) 。虚线框内为 BCJX 铵油车的工艺过程。 图 2 BCJX 型铵油炸药混装车工艺 Fig. 2 Process of BCJX ANFO explosive on site mixed loading truck 粉状硝酸铵料仓与进出料机构, 解决了固定料 仓中粉状物料的起拱、 蓬料问题。 实现了粉状铵油炸药现场混装, 制药工艺简单 有效, 配比准确, 现制现用, 无库存。 2 研究设计 BCJX 粉状铵油炸药现场混装车的设计, 以现场 混装炸药配方研究和一系列粉状硝酸铵原料输送特 性试验成果为基础。 2. 1 粉状硝铵原料相关物理特性 料仓中硝酸铵原料自然堆积角, 是料仓设计的 重要技术参数。根据 M olerus 对粉体的分类, 粉碎 后的多孔粒状硝酸铵归类为 M olerus II 类粉体[ 8]。 粉状硝酸铵原料粒度越小, 堆积角越大, 加之粉状硝 酸铵原料具有较强的吸湿性, 吸湿后粉状硝酸铵更 易结团、 蓬料。为了接近实际出料效果, 堆积角测量 方法采用排出法测定[ 9], 实际测得堆积角为 90 。 表 1 所示为原料堆积角试验结果, 每种原料取 3 个试样( 1 # , 2#, 3#) 。由表 1 可见, 多孔粒状硝酸铵 堆积角较小, 一旦破碎成为粉状后, 其堆积角显著增 大, 吸湿后其堆积角更是成倍增大。 图3所示为不同目数粉碎硝酸铵堆积角变化的 试验结果。 随着硝酸铵原料粒度的减小, 其堆积角 表 1 粉碎后硝酸铵静堆积角 Tab. 1 Static repose angle of comminuted ammonium nitrate ( ) 原料 多孔粒状 硝酸铵 粉状硝酸铵 ( 40 目筛) 吸湿后粉状 硝酸铵( 40 目筛) 1 # 264080 2#254281 3#274482 图 3 粉状硝酸铵堆积角曲线 Fig. 3 Repose angle curve of powdery ammonium nitrate 呈显著增大趋势, 粉状硝酸铵原料的最大静态堆积 角已接近 90 。试验表明, 采用传统多孔粒状铵油 炸药现场混装车的料仓结构, 已不能满足粉状低爆 速铵油炸药的原料自流下料技术要求。 图 4 照片为金属板材爆炸焊接( 复合) 用粉状 硝铵原料在传统多孔粒状铵油炸药现场混装车料仓 中的堆积情况。与图 3 所示堆积角试验结果吻合, 物料不能自然下落到达料仓底螺旋。 图 4 粉状硝酸铵在传统料仓中的堆积情况 Fig. 4 Accumulation of powdery ammonium nitrate in traditional silo 2. 2 新型旋转料仓设计 综合考虑粉状硝酸铵原料流散特性与粉状铵油 炸药现场混装工艺技术要求, 金属板材爆炸焊接 ( 复合) 用粉状低爆速铵油炸药现场混装车研制的 一个关键, 在于粉状硝酸铵料仓设计。 基于商品混凝土搅拌车料仓结构[ 10 11], 充分研 究其进出料原理, 结合现场混装炸药车安全技术条 82 爆 破 器 材 Explosive M aterials 第 42 卷第 5 期 件, 提出了粉状铵油炸药现场混装车旋转料仓的设 计理念。 运用数值模拟, 通过实验室模型试验, 设计了粉 状铵油炸药现场混装车旋转料仓, 如图 5 所示。已 获发明[ 12]和外观设计专利[ 13]。 1 - 滚道; 2 - 壳体; 3 - 封头; 4 - 连接法兰; 5 - 检修孔; 6 - 搅拌叶片; 7 - 螺带; 8 - 进料管 图 5 BCJX 铵油炸药现场混装车旋转料仓 Fig. 5 Rotatable bunker of BCJX ANFO explosive on site mixed loading truck 粉状铵油炸药现场混装车旋转料仓内的搅拌叶 片设计, 不但要考虑硝酸铵的堆积角, 还需要考虑物 料搅拌功能。为解决粉状硝酸铵原料在料仓中的吸 湿部分结团问题, 在螺旋片之间, 加装辅助机构, 使 部分结团硝酸铵原料在自身旋转进、 出料过程中实 现解团。 旋转料仓的叶片螺旋角, 将决定物料在料仓内 沿轴向和周向运动的强度。旋转料仓的前锥、 中锥、 后锥部分, 各段螺旋叶片的螺旋角因功能不同而各 不相同。同时, 螺旋角的确定, 还受物料的性质和料 仓的斜置角度等因素制约。旋转料仓各段叶片所要 求搅拌和卸料功能的不同, 分段设计了各段叶片的 螺旋角。 表 2 为 BCJX 粉状铵油炸药现场混装车与同型 商品混凝土搅拌车的主要设计参数对比。 表 2 混凝土车与铵油车搅拌叶片参数对比 Tab. 2 Parameters comparison of spiral blade between concrete mixing truck and BCJX truck 区段 螺旋角 β / 普通水泥车铵油车 工作点 Φ/ 普通水泥车铵油车 后锥 73 ~ 78 59 ~ 64 83 68 46 ~ 48 54 ~ 56 43 51 中锥59 ~ 646957 ~ 5954 前锥 58 ~ 63 66 ~ 71 68 76 59 ~ 61 51 ~ 53 56 48 3 工业应用 BCJX 型铵油混装车研制成功后, 首先应用于四 川某金属爆炸加工公司爆炸焊接( 复合) 现场混装 作业。制备的低爆速专用炸药的爆速实测结果, 如 表 3 所示, 完全符合该公司爆炸焊接工艺要求。 表 3 混装炸药爆速测定 Tab. 3 Detonation velocity of mixed explosive 样品编号爆速/ ( ms -1) 装药条件 1 # 2294 50mm PVC 2#2561 50mm PVC 3#1841 32mm 纸筒 4#2033 32mm 纸筒 5#2214 32mm 纸筒 图 6 为 BCJX 型粉状铵油炸药现场混装车现场 作业照片。作业中, 爆炸焊接基板为 6m 2m 15mm 碳钢板, 复板为6m 2m 5mm 不锈钢板。图 7 为炸药起爆后, 爆炸焊接效果优良的复合钢板。 图 6 BCJX 铵油车在现场装药 Fig. 6 BCJX truck is working 图 7 爆炸焊接钢板 Fig. 7 Explosion welding steel plate 工程应用实践表明 开发设计的 BCJX 型粉状 铵油炸药现场混装车, 实现了预期目标。 BCJX铵油炸药现场混装车, 除应用于金属板材 爆炸焊接行业外, 还在矿山开采爆破作业中获得推 广应用。表 4 为该型装药车现场制备两种铵油炸药 产品的实测性能指标。分别达到多孔粒状铵油炸药 国家标准 GB175831998 和低密度低爆速粉状铵 油炸药企业标准 Q/ XC XYL 0012009 。 922013 年 10 月 粉状铵油炸药现场混装车的设计与应用 孙 光等 表 4 BCJX 型铵油炸药现场混装车的产品性能 Tab. 4 Product performance of BCJX ANFO explosive on site mixed loading truck 项目 密度/ ( gcm -3) 爆速/ ( ms -1) 猛度/ mm 殉爆距离/ mm 装药速度/ ( kgmin -1) 多孔粒状铵油炸药≥2800≥15400 ~ 600 粉状铵油炸药0. 50 ~ 0. 701800 ~ 25008 ~ 10 ≥2 200 ~ 300 4 结 论 传统多孔粒状铵油炸药现场混装车, 均采用固 定料仓和底部螺旋输送形式。料仓中多孔粒状硝酸 铵由静态堆积缓慢失衡进入底螺旋, 实现输送、 计 量, 料仓内多孔粒状硝酸铵易起拱、 蓬料, 直接导致 现场混装配比与计量误差, 甚至因蓬料导致车载螺 旋断料空转, 出现安全隐患。 BCJX 铵油炸药现场混装车旋转料仓创新设计, 很好地解决了粉状硝酸铵的上述问题, 其旋转过程 中同时对硝酸铵进行混合搅拌, 使物料处于运动状 态, 改善了物料流散性, 保障车载输送系统的物料输 送顺畅, 进而保证现场混装炸药产品性能。 参 考 文 献 [ 1] 王勇, 张越举, 赵恩军, 等. 金属爆炸焊接用低爆速膨 化铵油炸药实验研究[ J] . 含能材料, 2009, 17( 3) 326 329. 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Design and Application of Powdery Ammonium Nitrate Fuel Oil Explosive on Site Mixed Loading Truck SUN Guang,XIONG Daiyu,GONG Bing,SUN Dawei,ZANG Huaizhuang,LI Guozhong Beijing General Research Institute of M ining and M etallurgy ( Beijing,100160) [ ABSTRACT] For the sake of realization of on site mixing powdery low detonation velocity ammonium nitrate fuel oil ( ANFO)explosive used for explosion welding,a new type of powdery ANFO site mixing truck was developed.It adopted rotating bin design, changed the original static discharge to dynamic discharge, and has solved the arching problem of tradi tional ANFO mixing loading truck material.The detonation velocity of the powder ANFO explosive is 1800 2500 m/ s and the production speed is 200 300 kg/ min,which meet the use requirement of explosion welding.The truck is able to pro duce not only powdered but also porous granular ANFO explosives. [ KEY WORDS] ammonium nitrate fuel oil ( ANFO)explosive,on site mixing,explosion welding 03 爆 破 器 材 Explosive M aterials 第 42 卷第 5 期