全自动粉状硝铵炸药生产技术的分析和设计.pdf

1 0 爆破器材 E x p l o s i v eM a t e r i a l s 第3 9 卷第5 期 全自动粉状硝铵炸药生产技术的分析和设计’ 陈友民 湖南南岭民用爆破器材股份有限公司 湖南汨罗，4 1 4 4 1 3 [ 摘要] 通过对硝酸铵敏化机理的研究，探求无梯硝铵炸药影响敏化的主要因素，以及无梯硝铵炸药选择硝铵 改性进行敏化的可行路线，介绍了全自动粉状硝铵炸药自动化连续化工业生产的工艺过程。 [ 关键词] 硝铵炸药生产技术敏化设计 [ 分类号] T D 2 3 5 ．2 1 引言 随着国家实施可持续发展和发展绿色化工的要 求，民用炸药的无梯化已成为民爆行业的必然趋势。 近年来，国内民爆行业的专家和学者已展开无梯硝 铵炸药生产技术的广泛研究，也探索了实现粉状硝 铵炸药无梯化的各种可行路径。膨化硝铵炸药巧妙 地运用硝铵结晶过程中晶形变化规律，诱导硝铵晶 形的歧化和变异，获得硝铵颗粒内的微小气泡和较 大的比表面，从而实现硝铵的自敏化。本文介绍硝 铵自敏化的另一种途径，该途径在利用硝铵晶形变 异的前提下，实现硝铵高分散及硝铵与可燃剂的高 度接触，并利用现代电子技术和自动控制技术，实现 无梯粉状硝铵的连续化自动化工业生产全自动 粉状硝铵炸药生产线。 1 硝酸铵敏化机理的分析 1 ．1 硝铵敏化机理的分析 常压下，固体硝酸铵在温度一1 6 ．9 1 6 9 ．6 ℃范 围内存在5 种热力学稳定的结晶体⋯，见图1 。 图1 晶型变化图 立方晶格的体积最小，其次是0 t 斜方晶体；立 方晶体的比容最大，单位晶格的粒子数只有1 个。 硝铵在1 2 5 ．2 。C 时，因以立方体晶体存在，使它具备 了足够的对雷管的敏感度[ 2 】。 当硝酸铵以2 。C ／m i n 的速度快速冷却时，只观 察到3 种晶型变化 图2 。 图2 晶型变化图 硝铵从3 2 ．3 ℃加热至8 4 ．2 ℃时，由于晶型转 变，体积膨胀，同时晶体分裂成小晶体，增加了细度， 随着温度进一步升高到1 2 5 ．2 0 C ，硝酸铵吸热后的 晶型逐渐转变为立方晶体，导致比容增大，密度逐渐 减少【3 】。当硝铵含有一定水分时，硝铵晶体的强度 也逐渐减少。硝铵在加热升温过程中，硝铵晶体的 转变，导致硝铵晶体的分裂，硝铵颗粒细度有增加趋 势；另因硝铵含有一定的水分，硝铵晶体的强度随温 度的升高而下降，因此硝铵晶体在高温和外界机械 力破坏下更容易分裂细化。在8 4 ．2 ℃以上，有利于 硝铵晶体的细化，使硝铵的比表面积增大，表面能聚 增，硝铵中的有效空气泡增多，使硝铵自身敏感度增 加。 在高温、水分和机械破坏的同时，加入的改性剂 一方面吸附在硝铵颗粒表面，降低高细度的硝铵粉 末的表面能，防止硝铵粉末的自聚、成团和成“盐 桥”；另一方面利用改性剂中部分极性基团和离子 取代硝铵晶体中晶格的部分质点，使晶体的晶格改 变、晶体出现裂隙、空洞、歧化，从而进一步提高硝铵 的比表面、表面能和增加硝铵有效空气泡数量。硝 铵晶体的变化有利于促成硝铵自身的敏化。 1 ．2 硝酸铵混合物高分散度对敏化的作用 由于硝铵本身晶形随环境温度的升高而变化， 并趋向于比容升高、密度下降、晶体裂变成细晶粒， 故升高硝铵的温度对提高硝铵细度有利。但由于表 面张力的作用，物质颗粒愈小，表面张力愈大，自由 能愈高，导致颗粒本身有自聚作用。如果随着温度 的下降、晶形的转变，晶体体积缩小，硝铵比容减少， 密度增加，加之自聚作用，硝铵颗粒相互附聚起来， 颗粒自然增大。为此，在硝铵被升温转晶、外力碾磨 压碎的同时，加入表面活性剂与硝铵微粒充分接触， 涂覆于硝铵微粒表面，从而减少硝铵微粒的自由能， 收稿日期2 0 l O 硝- 2 l 作者简介陈友民 1 9 6 3 一 。男，工程师，主要从事民爆器材生产技术管理工作。E m f l e y m 9 6 2 5 y a h o o ．咖 万方数据 2 0 1 0 年1 0 月全自动粉状硝铵炸药生产技术的分析和设计 陈友民 避免硝铵微粒自聚，确保在温度下降后硝铵的细度 仍然不变。在操作中，趁高温时将细度较大的硝铵 颗粒与油相材料混合，充分接触，使油相材料包裹在 硝铵颗粒的表面，使硝铵微粒全部分散在油相材料 中，避免了硝铵在降温冷却时硝铵晶体的转晶变大 或与水接触形成“盐桥”后重新结成大晶体。 硝铵微粒在表面活性剂的作用下，晶体变大受 到控制，硝铵微粒的细度得到最大幅度的提高。硝 铵微粒高度分散在液态油相材料中，大幅度提高氧 化剂与可燃剂的接触度，从而实现氧化剂与可燃剂 在炸药体系中的高度接触。高度接触使体系的氧 化一还原反应有利于混合反应，降低炸药所需起爆 能量和有利于爆轰反应的扩展。实验证明，过1 2 0 目以上的硝铵微粒按一定比例与油相材料充分混合 后，不仅有雷管感度，而且爆速可以达到3 2 0 0 3 4 0 0m ／s 。 2 粉状硝铵炸药的敏化 改性剂稳定了硝铵在8 5 ℃以上时形成的主要 晶体，它们的晶格能高，稳定性差、感度高。由于细 小的晶体和较大比表面积的微粒，接受能量的表面 积也增大，形成活化中心的数目多，容易接受爆轰产 物传递的能量，有利于爆轰的激起。从几何规律来 看，炸药颗粒之间空隙的数量随颗粒数量的增加而 增加，所以颗粒愈细，体系中的微小空隙愈多，热点 数目愈多，炸药所需起爆能量愈小。按混合炸药的 表面反应机理，全自动粉状硝铵炸药从硝铵的晶体 的体积和硝铵微粒的细度上都具备了这一条件。 氧化剂与可燃剂的高度分散、高度接触，成几何 级数地增加了炸药反应物之间的接触面积，氧化剂 与可燃剂得以快速、完全地发生氧化一还原反应，并 放出最大的能量。所以，各组分的高度分散和高度 接触，使全自动粉状硝铵炸药在较低的外界爆轰波 等外能的作用下，反应区还可以明显变窄，反应速度 剧增，爆轰波的传递得到支持和加强，故炸药的感度 提高，爆速也较高。 加入木粉，不仅增加炸药体系的可燃物、增加体 系的能量、调整炸药密度，更主要的是增加炸药体系 中的微孔，提高炸药中“热点”数量，从而提高炸药 的感度。 全自动粉状硝铵炸药的敏化主要通过上述3 种 途经。全自动粉状硝铵炸药能够在较低的起爆能量 作用下发生快速的爆轰反应，在表观上反映出炸药 的殉爆距离、爆速性能指标均高于新4 号铵梯油炸 药，加上全自动粉状硝铵炸药的密度可达到O ．9 5 1 ．0 5g ／c m 3 ，所以猛度明显高于新4 号铵梯油炸药 和膨化硝铵炸药。因全自动粉状硝铵炸药采用的油 相材料由热值较高、闪点较低、安定性好的油蜡成分 组成，其用量也保证了炸药体系的完全反应，其能量 密度较高，故爆力也高于新4 号铵梯油炸药和膨化 硝铵炸药。根据用户反馈的意见，本产品的使用性 能明显好于新4 号铵梯油炸药和膨化硝铵炸药。 3 生产工艺的确定 全自动粉状硝铵炸药生产的工艺流程见图3 。 图3 工艺流程不意图 经锤式或双辊式破碎机破碎成4 0 目的硝酸铵 颗粒，通过硝铵计量螺旋与通过改性剂计量螺旋计 量的改性剂在硝铵输送螺旋内进行混合，并连续送 人预混机内进一步混合和预热。当进入改性机的热 风温度达到 1 5 0 1 0 ℃时，将预混后的硝铵经计 量螺旋送人改性机内进行转晶、碾压、干燥。在改性 机内通过热风风选出水分和细度合格的硝铵微粒， 进人旋风分离器内进行气固分离。在分离器下部通 过颗粒流量计测量后的硝铵颗粒与油相气雾混合， 并通过螺旋输送机送入滚筒式球磨机，与木粉计量 螺旋送来的木粉在球磨机内混合。从球磨机连续输 出混合均匀的半成品炸药，经螺旋冷却后输送至装 药、包装线包装成成品。 整个生产线的运行均使用距生产线2 0 0m 以外 的操作室内计算机控制。在计算机的操作平台上， 通过调整各计量螺旋的速度来调节炸药各组分的比 例；通过电磁调节阀来控制各个控制点的温度指标； 通过P L C 来联动整个生产线的所有设备；通过闭路 电视系统来监控整个生产线的运行情况。整个生产 现场无人操作，安全可靠，也摆脱硝铵炸药传统的间 断式的轮碾工艺，真正实现粉状硝铵炸药的连续化 自动化。产品质量状况见表1 。 表1 产品爆炸性能 4 结论 1 全自动粉状硝铵炸药采用的敏化方式有硝 铵转晶，高度分散、高度接触和利用木粉内空隙。 2 全自动粉状硝铵炸药生产线的建成和投 产，实现了粉状硝铵炸药的连续化、自动化、无梯化。 下转第1 4 页 万方数据 爆破器材E x p l o s i v e M a t e r i a l s 第3 9 卷第5 期 产品在贮存6 个月后，经淮北民爆器材检测中心检 测和现场抽测，其爆炸性能、贮存性能指标都符合 G B l 8 0 9 5 - - 2 0 0 0 孚L 化炸药中相关产品标准要求 表1 。 表1 M M R l 型乳化器 乳化炸药贮存性能指标 检测时间墓禁／惹罂，怒／。篓1 瓣 4M M R l 型乳化器的应用 2 0 0 9 年1 0 月M M R l 型乳化器首次在四川西昌 永盛实业有限责任公司生产线上运用，并且通过了 四川省国防科工办组织的专家验收，到目前为止厂 家反映效果良好。该生产线自试生产到2 0 1 0 年初 共生产乳化炸药2 2 0 0t ，产值为1 7 6 0 万元，实现利 润为3 3 0 万元，使用该乳化器的产品质量十分稳定。 其中爆速 5 0 0 0m ／s 、猛度 1 8 咖、殉爆距离为6 8c m 。贮存6 个月后，各项性能均优于 G B l 8 0 9 5 - - 2 0 0 0 孚L 化炸药中相关产品标准要求。 该乳化器目前已在四川西昌、海南云海、湖北凯龙、 吉林辽源等7 个厂家成功运用。 5 结束语 由中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司和安徽 盾安民爆器材有限公司共同研制的M M R l 型高效 乳化器，具有结构设计合理，生产安全可靠，乳化效 果好，生产效率高等特点，已申请了国家专利。 1 该乳化器采用了特殊的乳化腔结构和乳化 齿排列方式，在国内尚属首例，加强了乳化效果，提 高了乳胶基质质量。 2 该乳化器属于一级乳化工艺，不需要粗乳， 减少了生产线的投资成本和危险源。 3 该乳化器是马鞍山矿山研究院自钢带晾药 机、敏化机后的又一项乳化炸药生产线关键设备重 大研发成果。 参考文献 [ 1 ]汪旭光．乳化炸药[ M ] ．北京冶金工业出版社， 2 0 0 8 2 5 2 - 2 5 8 ． [ 2 ] 王永斌，裴海兴，吴龙祥，等．M R B 型乳化炸药大产能 微机控制连续化生产线的研究及应用[ J ] ．煤矿爆 破，2 0 0 4 ，3 3 增 1 4 ． [ 3 ] 石家庄开发区成功科技有限公司．乳化炸药连续乳 化器中国，2 0 0 4 2 0 0 3 5 7 9 9 ．X [ P ] ．2 0 0 5 - 0 4 - 2 0 ． [ 4 ]湖南金能科技股份有限公司．工业用立式乳化器中 国，2 0 0 8 2 0 1 5 8 9 5 1 ．1 [ P ] ．2 0 0 9 - 0 8 1 2 ． [ 5 ]唐秋明．一级连续乳化器中国，2 0 0 8 2 0 0 5 3 7 2 5 ．7 [ P ] ．2 0 0 9 - 0 6 1 0 ． R e s e a r c ha n dA p p H c a t i o no ft h eN e w - t y p eE f f i c i e n tE m u l s i f i e r Z H A N GC u i y i n g ，W Ul 一0 n g x i a n g ，W A N GY o n g b i n S i n o s t e e lM a a n s h a nI n s t i t u t eo fM i n i n gR e s e a r c hC o ．，l a d ． A n h u iM a a n s h e n ，2 4 3 0 0 4 [ A B S T R A C T ] | 1 1 I i sn e w - t y p ee m u l s i f i e ri sf i r s t d e g r e ee m u l s i f y i n ge q u i p m e m ，w h i c ha d o p t e du p r i g h ts t r u c t u r e ，e s p e - c i a lc a d t y ，i n c r e a s e ds t i r t o o t he t c ．，w i t ht h ei n d u s t r i a le a p a e i t ya c h i e v e d3 6 t ／h ，u n i l a t e r a lc l e a r a n c 沱o ft h es t a t o ra n d t h er o t o rb i g g e rt h a n4 ．5 m m ，m a x i m u ml i n ev e l o c i t ys l o w e rt h a n1 5 m ／s ，a n dt h er o t a t es p e e d8 0 0 1 4 5 0 r ／r a i n ．T h e8 0 - p r o d u c e de m u l s i o ne x p l o s i v eb yt h i se m u l s i f i e rh a st h ed e t o n a t i o nv e l o c 畸f a s t e rt h a n5 0 0 0 m ／s ，b r i s a n c eb i g g e rt h a n 1 8 r a m ，t r a n s m i s s i o nd i s t a n c eo f6 8 c m ．a n ds t o r a g el i f em o r et h a nh a l fay e a r ． [ K E Yw 0 R D s ]e m u l s i o ne x p l o s i v e ，e m u l s i f i e r ，s t s t o r ，r o t o r 上接第1 1 页 由于采用了现代远程控制技术，可以提高粉状硝铵 炸药生产过程的安全。 参考文献 【1 ]吕春绪．膨化硝铵炸药【M ] ．北京兵器工业出版社， 2 0 0 1 1 6 ．1 9 ． [ 2 ]吕春绪，等．工业炸药理论[ M ] ．北京兵器工业出版 社，2 0 0 3 2 5 7 ． 【3 ] 王文佑，等．工业炸药[ M ] ．北京兵器工业出版社， 1 9 9 3 1 1 1 ． A n a l y s i sa n dD e s i g no fF u l l - a u t o m a t i cP r o d u c t i o nT e c h n i c so fP o w d e rA m m o n i u mE x p l o s i v e C H E NY o u m i n H u ’n a nN a n l i n gC i v i l i a nB l a s t i n gE q u i p m e n tI n c ． H u ’n a nM i l u o ，4 1 4 4 13 [ A B 泓C r ] B yt h es t u d yo fA Ns e n s i t i z a t i o ni n e c h a n l s m 。t h em a j o rf a c t o r si n f l u e n c i n gs e n s i t i z a t i o no ft h en o n - T N TA N e x p l o s i v ea n df e a s i b i l i t yo 叭Ⅱs 髓o fA Nm o d i f i c a t i o ns e n s i t i z a t i o n 眦b o t hd i s c u s s e d ．T h et e c h n i c sp r o c e s so ff u l l - a u t o m a t i c a n dc o n t i n u o u sp r o d u c t i o nf o rp o w d e ra m m o n i u me x p l o s i v ei si n t r o d u c e d ． [ K E YW O R D S ] a m m o n i u me x p l o s i v e ，p r o d u c t i o nt e c h n i c s ，s e n s i t i z a t i o n ，d e s i g n 万方数据