聚能隔热药包爆破高温烟尘结焦实验研究.pdf

2 0 0 7 年8 月聚能隔热药包爆破高温烟尘结焦实验研究史秀志等 聚能隔热药包爆破高温烟尘结焦实验研究 史秀志杨志强陈寿如陆广 中南大学资源与安全工程学院 湖南长沙，4 1 0 0 8 3 [ 摘要] 文章介绍了利用聚能隔热药包爆破清除结焦的方法。通过室内实验，研究了爆破器材的隔热保护问题 确定了药包隔热材料的参数．井根据现场烟尘结焦爆破的情况制作了适合的隔热药包，取得了满意的爆破效果。 [ 关键词] 聚能药包隔热材料高温爆破 [ 分类号] T D 2 3 5 1 研究背景 大冶有色冶炼厂反射炉利用粉煤作为燃料，其 烟尘率为3 ％左右，烟尘主要是由炉料粉尘及燃料 灰分组成。在生产过程中，烟尘随烟气排出，并在排 烟系统逐步沉落，粘附在烟道内壁形成结焦，并逐渐 增长。当其厚度达到一定程度时，就会使烟道断面变 小，炉子抽力减少，造成炉压增大，影响炉子的正常 生产，因此，烟遭的清理工作必须经常进行。 图1 所示为冶炼厂的斜坡烟道示意图，在生产 过程中，烟尘易粘结的部位是1 。闸门、二次斜坡、斜 坡东端墙及2 4 闸门前后。由于反射炉出口烟气温度 约为1 1 0 0 ℃左右，目前冶炼厂只有采取水喷淋、高 压风吹和钢钎捅对结焦的部位进行清理，不仅工作 效率低而且作业进行时危险系数高。如何解决该问 题，一直困扰着冶炼厂的生产。 l 一喷雾装置；2 1 4 闸门I3 、7 一灰斗；4 一二次斜坡} 5 一斜坡东端墙；6 2 。闸门；8 一一次斜坡 图1大冶有色冶炼厂斜坡熘道示意图 采用隔热药包进行高温凝结物的拆除，目前已 经有多个研究人员进行了这方面的尝试[ 1 7 ] 。本文 通过室内实验，研究了爆破器材的隔热保护问题，确 定了药包隔热材料的参数．并结合现场烟尘结焦爆 破的情况制作了适合的隔热药包，取得了满意的爆 破效果。 2 药包宣内隔热实验 2 ．1 药包隔热方法选择 为使沉降的烟尘呈松脆状态，以方便爆破清理。 在烟道上设置了两个喷雾管向烟气中喷水降温，使 烟温降到9 5 0 ℃左右。如图1 所示。 选用火雷管、导火索和2 4 岩石铵梯炸药这三种 爆破器材进行实验。考虑到2 4 岩石铰梯炸药的爆发 点为1 8 6 ～2 3 0 ℃，火雷管爆发点为1 7 5 ～1 8 0 ℃，导 火索的索芯黑火药的燃点为2 9 0 ～3 1 0 ℃o ] ，为确保 现场安全，必须对炸药和起爆器材采用隔热处理。 目前高温爆破中常用的隔热方法为 1 冷却水降温法；此法是在炮眼中插入一根一 端封闭的导管 外筒 ，把一根特制的水冷爆破筒 内 筒 插入外筒中，往水冷爆破筒中通水冷却，然后起 爆‘“。 2 隔热法该方法是用耐热的石棉布、石棉绳 以及其它耐热材料，将药包和导火索包裹或包缠起 来，使得爆破材料与热源隔开，蒋在石棉层上面均匀 涂一层耐热泥浆或黄泥浆提高隔热效果。 第一种方法可靠性高，但操作较复杂，管材消耗 多，费用高。而且由于爆破对象呈松脆状态，这种方 法显然不适合。相比第二种方法操作简单，费用低， 因此选用第二种隔热方法。 为了便于制作药卷、提高装药速度和控制冲击 振动，选择了耐温P V c 管进行装药。为提高爆破效 率，在管内再插人大直径但长度相同的弓形P V c 管 做聚能罩，做成柱状的聚能药卷。 2 ．2 隔热药包结构参数确定 由于现场条件复杂，安全隐患多，实验设备不 足，对隔热药包结构参数确定，只能在室内进行。实 验采用马福炉进行加热，内部的温度用热电偶进行 测定。实验装置示意如图2 所示。为减少误差，实验 中热电偶尽量靠近P V c 管内侧。 实验分四组进行。每组的隔热药包参数不同。第 万方数据 爆破器材E x p l o s i v eM a t e f i a l s第3 6 卷第4 期 图2 实验装置图 一组P V c 管上均匀地裹上1 c m 厚的黄泥，最外层 裹上2 m m 厚的石棉橡胶板；第二组P V C 管上均匀 地裹上2 c m 厚的黄泥，最外层裹上2 m m 厚的石棉 橡胶板；第三组只在P V c 管上均匀地裹上2 c m 厚 的黄泥；第四组P V C 管上均匀地裹上2 c m 厚的黄 泥，最外层裹上1 m m 厚的石棉橡胶板。马福炉温度 控制在9 5 0 ℃，将制作好的装置分别放入炉中，记录 热电偶的温度随时间的变化值，见表1 。 表1热电偶温度随时间的变化 ℃ 时间／s 3 06 09 01 2 0 3 36 59 01 1 3 3 l6 28 51 0 6 4 78 41 2 41 5 3 3 26 38 31 1 0 1 5 0 1 8 0 隔热效果 2 3 84 2 1 差 1 2 41 6 4 好 2 1 83 5 2 一般 1 8 42 5 7较好 第1 组 第2 组 第3 组 第4 组 分析表1 可以看出，9 5 0 ℃的高温下，在3 m i n 之 内，耐温的P v c 管、2 c m 厚的黄泥和2 m m 厚的石棉 橡胶板隔热组合能把温度控制在火雷管、炸药、导火 索 黑火药 爆发点之下。防止自爆和早爆的出现。 在材料厚度相同时，海泡石和石棉橡胶板隔热 性能要优于石棉布、石棉绳，因此本次工程选择了海 泡石和石棉橡胶板两种材料代替常规的石棉布、石 棉绳进行隔热。海泡石在制作药包时用于封堵P V c 管。石棉橡胶板首先起到牢固湿泥浆的作用，防止其 在实验过程中或者在现场爆破过程中掉落} 其次，隔 热并有效阻止泥浆因高温而快速蒸发水分。观察发 现，最外层包裹一定厚度的石棉橡胶板可以使黄泥 层出现干裂现象推迟大约l m i n 。而黄泥的隔热作用 表现在以下两个方面 1 黄泥受热后，泥浆中的水 分急剧蒸发，这就必然要吸收和带走烟尘凝结物表 面的热量，在其四周形成的饱和蒸汽柱也可起到有 效的隔热作用。 2 半干和全干黄泥本身也具有隔热 作用，分析实验数据，设计了图3 所示的药包隔热层 结构。 3 现场爆破 3 ．1 聚能隔热药包制作 根据现场观察和咨询，确定本次清理需要的药 量为4 5 0 9 ，2 4 岩石铵梯炸药的密度为o ．9 5 ～1 ．1 0 g ／m 3 ，所以选择直径为4 0 m m 、长度为O ．5 m 的P V C 管进行装药，弓形的聚能装置由直径9 0 m m 的P V C 1 一湿黄泥1 2 一P V C 管；3 一聚能罩o 4 一石棉橡胶板；5 一炸药 图3 药包隔热层结构图 管切割而成，装药前直接插入。装药后管筒顶底部用 3 ～5 c m 海泡石进行封堵。由于爆破人员安放药包并 撤离危险区约需2 ．o ～2 ．5 m i n ，常用导火索的燃速 为1 0 0 ～1 2 0 m ／s n ] ，所以将导火索的长度设置为1 ．2 m ，如图4 所示缠绕在P V c 管表面。这样可确保操 作人员有足够时间撤离，也符合爆破安全规程的要 求。为方便用铁杆将药包放人爆破部位，在药包上设 置了挂钩。药包结构参见图4 、图5 。 l 一湿黄幌；2 一P v c 管；3 一聚能罩； 4 、7 一导火索；5 一石棉橡胶板；6 一炸药 图4 药包结构图 l 一海泡石；2 一湿黄泥；3 一石棉橡胶板；4 一炸药； 5 一火雷管} 6 一导火索} 7 一P v c 管；8 一挂钩 图5 药包剖面图 3 ．2 起爆方式 为避免火焰冲出伤人，操作人员从侧面接近工 作门，然后将制造好的药包用钢管送放至1 4 闸门的 万方数据 2 0 0 7 年8 月聚能隔热药包爆破高温炳尘结焦实验研究史秀志等 1 岩石型无梯硝酸铵炸药 爆破器材2 0 0 0 ，2 9 4 2 2 ～2 3 中文 制得了元梯硝酸铵炸药。炸药的密度、爆炸性能 和贮存期与传统的铵梯炸药相比，可以保持不变。 2 塑料导爆管的耐油性研究 爆破器材2 0 0 0 ，2 9 4 2 4 ～2 7 中文 研究了不同型号的塑料导爆管在导熟油和柴油 中浸泡后的传爆可靠性。结果表明，油的作用对以低 密度聚乙烯类制造的塑料导爆管的持爆可靠性有严 重的影响，温度越高，浸泡时问越长，影响就越大。柴 油比导热油的影响更走。在一定条件下，油的作用会 使塑料导爆营出现溶胀。油对塑料导爆管的渗透作 用可能成为塑料导爆管在现场混装铵油炸药发生拒 爆的主要原因。 3 特别适用于爆破作业的含有“鼓胀剂”或“抛掷 剂”的乳化炸药 1 2 ，2 8 ，共2 7 页 英文 一种特别适用于爆破作业的乳化炸药，合有乳 状液和“鼓胀剂” h e a v ea g e n t 。这种鼓胀剂是一种 完全燃烧热为负值的物质，或为一种弱燃料。它可能 降低总相对爆炸有效能，但能生成气体的爆炸产物 或燃烧产物以增进炸药抛掷物体的能力。合适的鼓 胀荆包括无机铵盐、有机铵化合物、氨基酸、无机碳 酸盐、无机硝酸盐和酰胺等。 4 由乳化炸药充填泡沫塑料制成的固体爆破炸药 世界知识产权组织专利w O0 07 8 6 9 5 ，2 0 0 0 ， 1 2 ，2 8 ，共2 2 页 英文 将一种液体炸药分散在许多空穴中，即用液体 炸药，特别是含有释放氧的盐类和油相的油包水乳 化炸药。充填到具有平均大小为7 3 ．5 m m 一般是4 ～8 m m 的空穴的泡沫聚合物而制得。典型的泡沫 塑料是聚乙烯或聚氨酯泡沫塑料。炸药中也可台有 敏化荆，如玻璃微球或塑料微球、膨化聚合物微球和 气泡。 钟一鹏译自美国化学文摘 V 0 1 ．1 3 4 ，N o ．5 2 0 0 1 结焦部位，把聚能穴朝下，随即迅速离开，导火索的 [ 2 ] 史秀志，谢本贤，鲍侠杰．高温控制爆破工艺及新型隔 引燃是靠烟温来进行的，不需人工点燃。 热材料的实验研究口] 矿业研究与开发，2 0 0 5 ，2 5 1 爆破进行时，反射炉正常运转，没有影响到生 [ 3 ] 史秀志，李山存陆广聚能药包爆破切割大型铜块体 产o ，套竺j 黧竺苎登骶唑三奎墼嘲黑磊芸鬻嚣裟糕．爆龃 坡、斜坡东端墙及2 4 闸门前后的烟尘结焦都得到很 。。；；盂用苫i 至磊i ，蕊i 2 蔷磊二三一一‘ 好的清理。 [ 5 ] 史秀志，宋光明，周志国．诺兰达炉炉结炉衬控御爆破 4 结语 拆除D ] ．矿业研究与开发，2 0 0 l ，2 1 3 3 5 ～3 6 ． 采用聚能隔热药包处理高温凝结物效率高、方[ 6 ] 章永海，刘德明．高温熔体炉结的控制爆破[ J ] 采矿技 便、经济，产生的爆破危害小，该研究成果和工程经 木．2 0 0 2 ，2 3 6 4 ～6 5 ． 验对类似的爆破实践将有很好的借鉴作用。 [ 7 ] 张鹏吴- 炉体内高温凝物的拆除爆破[ J ] ．新疆有色金 参考文献 屑，2 0 0 0 2 4 5 ～6 [ 1 ] 胨寿如，柳健康，史秀志．高温控制爆破中新型材料的 [ 8 ] 于亚伦工程爆破理论与技术[ M ] 北京冶金工业出 实验研究口] ．爆破器材，2 0 0 2 ，3 1 5 ；3 2 ～3 4 ． 版社，3 8 1 ～3 8 5 E x p e r i m e n t a lS t u d yo n 珊a s t i n gH i g hT e m p e r a t u r es o 叭一C o a g u l a t l o n sb y H e a t i n s l l l a t e dE n e r g y - c o n c e n t r a t e dC h a r g e S c h o o Io fR e s o u r c e sa n dS a f e t yE n g i n e e r i n g ，c e n t r a ls o u t hu n j v e r s i t y H u n a nc h 3 n g s h a ，4 1 0 0 8 3 [ A B s T R A c T ]T h i 8p 8 P e ri n t r o d u c e sam e t h o dt ob l a s tt h es o o tc o a g u l a t i o n sb yh e a t i n s u l a t e de n e ‘g y - c o n c e n _ t r a t e dc h 7 9 e ．B yl a be l p e r i m e n t s ，t h eh e a ti n s u l a t i o “p r o b l e m so f b l a s t i o gm a t e d a lh a v eb e e nr e s e a r c h e d ，a n dt h e 万方数据