影响液混式膨化硝铵炸药性能的因素分析.pdf

2 0 1 3 年6 月影响液混式膨化硝铵炸药性能的因素分析张茂林等 3 3 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 - 8 3 5 2 ．2 0 1 3 ．0 3 ．0 0 8 影响液混式膨化硝铵炸药性能的因素分析来 张茂林赵荣霞 山西北化关铝化工有限公司 山西永济，0 4 4 5 0 1 [ 摘要]液混式硝铵炸药生产过程中的真空度、硝铵溶液浓度、硝铵溶液温度及喷头问隙是影响其膨化效果的 关键因素。文章结合生产工艺的优化，详细研究了这些因素对膨化效果的影响。研究结果表明，真空度低于0 ．0 8 6 M P a ，产品水分大，易结块；硝铵溶液浓度过高或过低都不利于膨化，一般控制在9 2 ．5 ％～9 3 ．0 ％最佳；硝铵溶液温 度以1 2 0 1 2 8 。C 为宜，过低遇到附着面易产生结晶现象，过高膨化后物料发粘；喷头间隙以3 ．0 ～5 ．0 r a m 为宜，过 小膨化物料过于蓬松，过大导致筛上物增多。 [ 关键词]膨化硝铵炸药液混式生产工艺质量影响因素 [ 分类号] T D 2 3 5 ．2 1T Q 5 6 4 ．4 2 引言 液混式膨化硝铵炸药生产工艺及设备是南京理 工大学和原广东省力拓民爆器材厂共同研制的，采 用先混合后膨化的技术，以零氧平衡为原则设计炸 药配方川。其制备的原理2 | 将氧化剂硝铵与可 燃剂油相，在输送管道中利用自身的湍流、混合器和 泵送混合共同的作用，进行液态准分子状态的混合， 形成水包油型分散体系溶液，然后在真空状态下干 燥去水、膨化而制得成品。 此工艺真正实现了膨化和混药过程的连续性， 与原间断膨化、轮碾混药工艺相比，炸药的爆炸性能 明显提高；连续真空干燥，除水彻底，炸药中含水量 小；制造方法简单，过程连续在一个工房内完成，减 少了危险工序和在线操作人员；降低了劳动强度，提 高了劳动效率，改善了作业环境；对提高生产企业的 技术装备水平和本质安全程度起到了积极的推动作 用。液混式膨化与间断膨化工艺的对比情况见表 1 。水分分析为W J 9 0 2 6 - - 2 0 0 4 中的水分测试法；性 能数据均为0 3 2 r a m 岩石膨化硝铵炸药测试数据； 危险工序和固定操作人员仅指硝铵破碎、溶解、膨 化、混药过程；实际生产能力的间断膨化工艺中轮碾 机以4 台计算，连续膨化工艺中膨化机为2 台 0 2 0 0 0 m m 1 8 0 0 m m ，混药螺旋为1 台0 9 0 0 r a m 4 5 0 0 m m 。 液混式膨化硝铵炸药制备工艺自动化、连续化 程度高，产品综合性能优良。但生产过程中若真空 度、硝铵溶液的浓度、硝铵溶液的温度3 ’及膨化机 表1液混式膨化与间断膨化工艺对比 T a b ．1 C o m p a r i s o no fl i q u i d m i xa n d b a t c he x p a n d i n gp r o c e s s 喷头间隙等任何一个条件控制不当时，都会影响整 条生产线的正常运行，且不利于产品质量的稳定。 因此，它们是制约整个生产过程的重要因素。 1 真空度对膨化的影响 膨化过程实际上是一个溶液高度湍流、沸腾、汽 化而导致的急剧膨胀过程4 | 。正是由于溶液中水 分的逸散导致硝铵析晶而保持了这种膨化状态。降 低外界压力必然促进水分的汽化，同时更有利于水 分子的逸出。提高真空度，有利于水分蒸发，使成品 中残留的水分减少，因此，真空度高一些为好。当真 空度过大时，在干燥过程中进入真空水循环系统的 药粉会略多，增加制造过程损耗；真空度过低则不利 于水分汽化，最终导致产品水分过大，影响产品质 量，严重时在成品包装后出现结块现象，影响膨化炸 来收稿日期2 0 1 2 1 2 1 7 作者简介张茂林 1 9 6 9 一 ，男，工程师，主要从事炸药生产技术管理。E - m a i l s x z h a n g m a o l i n 1 6 3 ．c o r n 通信作者赵荣霞 1 9 7 1 ～ ，女，工程师，主要从事炸药生产技术管理。E - m a i l z r x _ 8 6 9 1 6 3 ．c o r n 万方数据 爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l s 第4 2 卷第3 期 药爆炸性能。 表2 的试验数据表明，一般真空度控制在0 ．0 8 8 ～0 ．0 9 0 M P a 较好，最低不得低于0 ．0 8 6 M P a 海拔约 为4 0 0m 左右 。真空度与当地海拔有一定的关 系，应适当考虑。 表2 真空度对膨化的影响 T a b ．2E f f e c to fv a c u u md e g r e eo ne x p a n d e d a m m o n i u mn i t r a t e 注为便于指导生产，水分分析为快速测试法 1 0 9 样品， 5 0 ～6 0 0 C ，5 m i n 。 2 硝铵溶液浓度对膨化的影响 根据硝铵膨化机理5 I ，硝铵溶液的浓度对膨化 效果起着关键性作用。当硝铵溶液浓度偏低，其中 的水分在一定时间和真空度下不能及时被带走而滞 留于物料中，造成物料水分偏高；当浓度过低，硝铵 溶液的粘稠度大大降低，体系呈“稀汤”状态，最终 影响“发酵”和“膨胀”状态形成。根据经验，物料中 水的质量分数偏高 i 0 ．0 8 ％ ，在膨化机和混药螺 旋内会出现粘壁现象，不利于输送；严重时会迫使螺 旋停机，影响生产正常进行。 不同硝铵溶液浓度对膨化效果的影响情况如表 3 所示。由表3 可见，硝铵溶液质量分数为9 4 ．0 ％ 时大面积结块，硝铵溶液质量分数为9 3 ．5 ％时手感 不松散，而硝铵溶液质量分数为9 2 ．0 ％发生粘壁现 象。这是因为当溶液硝铵溶液质量分数过高时，膨 表3 硝铵溶液浓度对膨化的影响 T a b ．3 E f b c to fc o n c e n t r a t i o no fa m m o n i u mn i t r a t e s o l u t i o no ne x p a n d e da m m o n i u mn i t r a t e 注水分分析为快速测试法，试验所用硝铵为陕西兴化集 团有限责任公司生产。 化过程中水分汽化量不够，水分汽化形成的膨胀力 小于硝铵分子间的作用力，因而不能形成有效膨化 所必需的“沸腾”状态，从而影响膨化效果；包装后 成品不松散，甚至出现结块现象。 总之，硝铵溶液浓度过高或过低都不利于膨化， 经过大量实践证明，在其它条件适宜的情况下，一般 硝铵溶液的质量分数控制在9 2 ．5 ％～9 3 ．0 ％为最 佳状态。 3 硝铵溶液温度对膨化的影响 液混式膨化硝铵炸药生产过程中，油相保温温 度一般在8 0 ℃左右，水相的会相对高些，且两者流 量的比例基本控制在4 9 6 左右。因此硝铵溶液的 温度决定了整个液相温度，直接影响着膨化过程的 “沸腾”状态，对物料的膨化效果起着重要作用。 硝铵极易溶于水，随着温度的升高溶解度大幅 提高。根据大量实践证明，当硝铵溶液保温温度过 低时，从混合器出来的液相流经料斗进入螺杆泵时， 料斗壁上有晶粒析出；且在膨化机内明显看到物料 膨胀高度降低、混药螺旋内小颗粒增多，膨化效果 差。当溶液温度偏高，膨化过程出现热粘性现象，不 利于出料；温度过高 接近1 6 0 0 C 状态下易发生热 分解⋯，会导致爆炸事故发生，不利于安全生产。 硝铵溶液温度对膨化效果的影响如表4 所示。 由表4 可见，在1 2 0 1 2 8 ℃内，硝铵溶液质量分数 为9 2 ．6 ％时膨化效果较好，但根据实际生产情况， 夏季硝铵溶液温度一般控制在1 2 0 1 2 3 ℃为宜，冬 季控制在1 2 6 ～1 2 8 ℃为宜，其它季节一般在1 2 2 ～ 12 5 ℃。具体温度与当地外界气温有一定关系。另 外，生产中为确保水、油相温度稳定，均采用夹套保 温管道输送。特别引起注意的是一般不需启用管 道保温系统，以免引起液相温度过高导致膨化效果 不佳，或引起水、油相过滤器中憋气，造成流量的不 稳定。当外界气温达0 ℃以下时，可略微打开管道 表4 硝铵溶液温度对膨化的影响 T a b ．4E f f e c to ft e m p e r a t u r eo fa m m o n i u m n i t r a t es o l u t i o no ne x p a n d e da m m o n i u mn i t r a t e 注硝铵溶液的质量分数9 2 ．6 ％。 万方数据 2 0 1 3 年6 月影响液混式膨化硝铵炸药性能的因素分析张茂林等 保温系统，以避免输送过程热量损失而造成液相温 度过低，影响膨化效果。 4 喷头间隙对膨化的影响 液混式膨化生产过程中，在其它条件一定的情 况下，膨化机喷头间隙不同，物料膨化状态也有所区 别。喷头间隙偏大，物料进入膨化机后会形成细股 状粘附于底盘形成堆积，不利于水分的逸出，影响膨 化效果；当与木粉混合经滚筒筛 孔径4 m m 过筛 后，筛上物明显增多。间隙偏小时，在泵送和真空度 下物料以雾状喷洒在膨化机底盘上，水分在很短时 间内迅速汽化，膨化状态好；但当物料过于蓬松时， 在输送螺旋、混药螺旋设备容积一定的条件下，因其 体积增大最终会制约产能提高，且不利于后续装药。 喷头间隙对膨化影响的试验结果如表5 所示。由表 中结果可见，一般单台膨化机 谬2 0 0 0 m m 1 8 0 0 m m 生产能力约2 t ／h 时，喷头间隙控制在3 。0 5 ．0 m m 为宜。适宜的间隙对提高炸药装药密度 也有一定作用。 表5 喷头闻隙对膨化的影响 T a b ．5E f f e c to fn o z z l eg a pO i le x p a n d e d a m m o n i u mn i t r a t e 不同油相材料生产的成品，筛上物的比例会出 现差异。本试验为2 台膨化机同时运行，生产能力 3 。8 t ／h ，硝铵溶液的质量分数为9 2 ．6 ％、温度1 2 6 ～ 1 2 8 ℃。 5 工艺优化前后的对比 通过对膨化硝铵炸药生产过程的真空度、硝铵 溶液浓度、硝铵溶解温度及膨化机喷头间隙的试验， 解决了物料在螺旋内输送不畅、产品结块、筛上物偏 多、膨化过程发粘等问题，确保了产品质量的稳定和 生产过程的正常运行，同时对提高爆炸性能、改善储 存和使用效果均起到了一定作用。工艺优化前后的 炸药性能如表6 所示。 6 结论 1 硝铵溶液的浓度是膨化过程的本质条件，浓 度过高或过低都不利于膨化，其质量分数一般控制 表6 工艺优化前后测试数据对比 T a b ．6 C o m p a r i s o no ft e s td a t ab e f o r e a n da f t e rp r o d u c t i o no p t i m i z a t i o n 项目殉爆／c 距离m ／，f m 曼粤s ， ／学m 度ml J 成品水的质 量分数／％ 优化前 4 ～73 2 0 0 ～3 5 0 01 2 ．3 ～1 4 ．70 ．0 5 0 ．1 1 优化后 6 ～83 4 0 0 ～3 6 0 01 4 ．0 ～1 5 ．50 ．0 5 0 ．0 7 注水分分析为W J 9 0 2 6 - - 2 0 0 4 中水分测试法；性能数据 均为D 3 2 m m 岩石膨化硝铵炸药测试数据。 在9 2 ．5 ％～9 3 ．0 ％为最佳状态。 2 硝铵溶液的温度是浓度的配合条件，溶液的 充分溶解是保证其有效膨化的重要条件。温度过低 会造成析晶现象；过高膨化后出现热粘性，且不利于 安全。生产过程确保在1 2 0 ～1 2 8 。C 为宜 应兼顾当 地气温 。 3 真空度是膨化过程必不可少的因素，一般真 空度控制在0 ．0 8 8 ～0 ．0 9 0 M P a 较好，最低不得低于 0 ．0 8 6 M P a 海拔约为4 0 0 m 左右 。 4 膨化机喷头间隙对最终膨化效果会产生直 接影响。间隙偏小膨化状态好但不利于后续装药； 间隙偏大筛上物增多，过程废品率提高。 总之，以上因素相互协调，有机配合才能确保过 程的实现和质量的稳定。 参考文献 [ 1 ]吕春绪．工业炸药理论[ M ] ．北京兵器工业出版社， 2 0 0 3 2 8 0 - 31 0 ． [ 2 ]陆明．工业炸药配方设计[ M ] ．北京北京理工大学出 版社，2 0 0 2 7 6 1 0 3 ． [ 3 ] L uM i n g ，L i uQ i f a ．An o v e lm a t h e m a t i c a lm o d e lo ff o r m u - l a t i o nd e s i g no fe m u l s i o ne x p l o s i v e [ J ] ．J o u r n a lo ft h eI r a - n i a nC h e m i c a lR e s e a r c h ，2 0 0 8 1 3 3 4 0 ． [ 4 ]陆明．表面活性剂及其应用技术[ M ] ．北京兵器工业 出版社，2 0 0 7 ． [ 5 ] L uM i n g ，L i iC h u n x u ．Ac o m p u t e rm o d e lf o rf o r m u l a t i o n o fA N F Oe x p l o s i v e s [ J ] ．S c i e n c em a dT e c h n o l o g yo fE n e r g e t i cM a t e r i a l s ，2 0 0 7 ，6 8 4 1 1 7 1 1 9 ． [ 6 ]胡坤伦，杨仁树，李冰．敏化温度影响乳化炸药稳定性 的实验研究[ J ] ．煤炭学报，2 0 0 8 ，3 3 9 1 0 1 1 - 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2 1 0 ． [ 1 0 ] P l a s t i n i nAV ，B o r d z i l o v s k i iSA ，K a r a k h a n o vSM ，e t a 1 ．C r i t i c a ld e t o n a t i o nd i a m e t e ro fae a s e dl o w v e l o c i t y e m u l s i o ne x p l o s i v e [ J ] ．C o m b u s t i o n ，E x p l o s i o na n d S h o c kW a v e s ，2 0 1 0 ，4 6 6 7 0 8 - 7 1 1 ． [ 1 1 ]S u m i y aF ，T o k i t aK ，N a k a n oM ，e ta 1 ．E x p e r i m e n t a l s t u d yo nt h ec h a n n e le f f e c ti ne m u l s i o ne x p l o s i v e s [ J ] ． J o u r n a lo fM a t e r i a l sP r o c e s s i n gT e c h n o l o g y ，1 9 9 9 ，8 5 1 - 3 2 5 - 2 9 ． [ 1 2 ]陆明，张汉平，甘德淮，等．液混式膨化硝铵炸药生产 技术研究[ J ] ．爆破器材，2 0 0 9 ，3 8 6 1 4 ．1 6 ． L uM i n g ，Z h a n gH a n p i n g ，G a nD e h u a i ，e ta 1 ．S t u d yo n t h ep r o d u c t i v et e c h n o l o g yo fe x p a n d e da m m o n i an i t r a t e [ 1 3 ] [ 1 4 ] [ 1 5 ] [ 1 6 ] e x p l o s i v ew i t hl i q i n dm i x i n g [ J ] ．E x p l o s i v eM a t e r i a l s ， 2 0 0 9 ，3 8 6 1 4 - 1 6 ． 胡炳成，刘祖亮，吕春绪，等．影响膨化硝铵性能的因 素[ J ] ．爆破器材，2 0 0 0 ，2 9 2 1 6 1 8 ． H uB i n g c h e n g ，“uZ u l i a n g ，L t iC h u n x u ，e ta 1 ．F a t t o r s w h i c hi n f l u e n c i n gt h ep e r f o r m a n c eo fe x p a n d e dA N [ J ] ． E x p l o s i v eM a t e r i a l s ，2 0 0 0 ，2 9 2 1 6 1 8 ． 吕春绪．膨化硝铵炸药[ M ] ．北京兵器工业出版社， 2 0 0 1 ． 吕春绪，刘祖亮，叶志文．硝酸铵膨化机理研究[ J ] ． 火炸药学报，1 9 9 8 2 1 6 - 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t a l l i z a t i o nw i l lh a p p e na tl o w e rt e m p e r a t u r e sw h e nt h es o l u t i o ne n c o u n t e r st h ea t t a c h m e n ts u r f a c ew h i l es t i c k ym a t e r i a l sw i l l b eg e n e r a t e da th i g h e rt e m p e r a t u r e su p o np u f f i n g ；t h ef a v o r a b l en o z z l eg a ph a saf a v o r a b l ev a l u eo f3 ．0 ～5 ．0m md u et ot h e a p p e a r a n c eo ff l u f f ye x t r u d e dm a t e r i a l sa ts m a l l e rg a pn o z z l ea n di n c r e a s e do v e r s i z e dm a t e r i a l sa tl a r g e rg a pn o z z l e ． [ K E YW O R D S ]e x p a n d e da m m o n i u mn i t r a t ee x p l o s i v e ；l i q u i d m i x e dp r o d u c t i o np r o c e s s ；q u a l i t yi n f l u e n c i n gf a c t o r s 万方数据