拉拔直徑對(duì)超細(xì)延期藥延時(shí)精度影響的探討

徐 康,謝興華,戴春陽(yáng),汪 磊

(1.安徽理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院, 安徽淮南232001; 2.安徽天明爆破工程有限公司, 安徽 滁州239000)

拉拔直徑對(duì)超細(xì)延期藥延時(shí)精度影響的探討

徐 康1,謝興華1,戴春陽(yáng)2,汪 磊1

(1.安徽理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院, 安徽淮南232001; 2.安徽天明爆破工程有限公司, 安徽 滁州239000)

延期藥的燃燒性質(zhì)是影響雷管精度的一個(gè)重要因素,延期體成為體現(xiàn)雷管精度性能的重要指標(biāo)之一。通過(guò)對(duì)延期體燃燒性能的理論分析,并結(jié)合物理化學(xué)中固-固反應(yīng)速率的遵循的規(guī)律,探討拉拔不同延期體直徑對(duì)超細(xì)延期藥延時(shí)精度的影響。

延期體; 延期體截面積; 燃燒過(guò)程; 精度; 物理化學(xué)

1 引言

上世紀(jì)70年代開(kāi)始由于鉛芯延期體以其制造工藝簡(jiǎn)單,延時(shí)精度高等優(yōu)點(diǎn)逐漸取代直接壓裝延期藥的延期方式,縮短了我國(guó)雷管生產(chǎn)技術(shù)與國(guó)外的差距。鉛芯拉拔技術(shù)發(fā)展至今已相對(duì)較為成熟,該技術(shù)通過(guò)多次拉拔裝藥鉛管使其外徑與雷管內(nèi)徑可以松動(dòng)吻合,再調(diào)節(jié)延期體長(zhǎng)度控制延期時(shí)間。但是由于工程對(duì)延期時(shí)間要求不同,因此導(dǎo)致現(xiàn)在常用的延期藥種類繁多。而且延期藥需求長(zhǎng)時(shí)間保持其燃燒性能基本不變的性質(zhì),因此在配方方面種類繁多導(dǎo)致難以保證延期時(shí)間的準(zhǔn)確性,影響雷管產(chǎn)品的穩(wěn)定性[1-2]。

影響毫秒延期雷管延時(shí)精度的因素有很多,如延期藥組分粒度、混藥方式、延期藥雷管結(jié)構(gòu)等。而其性能主要從燃速、發(fā)火點(diǎn)、氣態(tài)產(chǎn)物、感度和安定性幾個(gè)方面來(lái)體現(xiàn)。通常最直觀的表現(xiàn)就是其燃燒穩(wěn)定性。本文中采用SC—H立式高速研磨機(jī)將延期藥各組分在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到較細(xì)的粒度,拉拔成成品鉛芯延期元件,并再利用不同直徑模具將其拉拔成不同直徑 的延期元件,并利用光電測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試其延期時(shí)間和精度。

2 實(shí)驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 實(shí)驗(yàn)儀器與測(cè)試方法

儀器:SC—H立式高速研磨機(jī)、JZ500型雙轉(zhuǎn)筒拉絲機(jī)、2CU2B光敏二極管、力科HDO4034型示波器、FB100型發(fā)爆器和一套不同直徑鎢鋼硬質(zhì)合金模具。

測(cè)試方法:利用光敏二極管對(duì)光的變化非常敏感燃燒過(guò)程這些性質(zhì)[3-4],使延期藥在燃燒時(shí)兩次觸發(fā)光敏二極管這一短間隔時(shí)間測(cè)的延期藥燃燒速度。測(cè)試中采用導(dǎo)爆管起爆,導(dǎo)爆管為普通型,外徑3.0 mm、內(nèi)徑1.5 mm,裝藥量為16 mg/m,爆速為(1 900±50)m/s。光敏二極管1由導(dǎo)爆管觸發(fā),延期藥燃燒觸發(fā)光敏二極管2,即測(cè)得的時(shí)間為爆轟波在導(dǎo)爆管中、消爆腔中傳播時(shí)間和延期藥燃燒時(shí)間,但1號(hào)二極管與延期體間距離約為40 mm,爆轟波傳播時(shí)間約為0.02 ms,在此忽略不計(jì),所測(cè)時(shí)間即為延期藥燃燒時(shí)間。測(cè)試裝置圖如圖1所示,每組樣品測(cè)試10發(fā)。

圖1 測(cè)試裝置圖

2.2 延期體的制造

本實(shí)驗(yàn)中所用基藥配方均為硅和鉛丹,屬于微氣體延期藥,選用硒為緩燃劑,并且在基藥中添加了冰晶石。本實(shí)驗(yàn)中采用高速球磨技術(shù)對(duì)延期藥進(jìn)行細(xì)化處理,采用了0.03 mm的氧化鋯磨介球,粉體經(jīng)過(guò)球磨后可達(dá)到亞納米級(jí)。延期藥基藥配方見(jiàn)表1。延期藥制備完成后在拉拔成直徑為6.0 mm的單芯鉛芯延期體成品,并置放于干燥皿中常溫貯存1年,再通過(guò)使用不同直徑的合金模具將6.0 mm的鉛芯延期索拉拔成不同直徑的延期體。拉拔后不同直徑延期體如圖2所示。

表1 延期基藥配方

圖2 拉拔后延期體

2.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析與處理

延期體拉拔后通過(guò)光電測(cè)試其延期時(shí)間,并計(jì)算出不同直徑下延期藥平均秒量,燃速以及標(biāo)差和極差來(lái)衡量其,見(jiàn)表2。

表2 非電起爆系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果a#樣品測(cè)試數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)分析:為了解不同直徑的延期體與延期效果影響直徑的關(guān)系利用origin繪制了如圖3所示的各樣品燃速與延期體直徑的關(guān)系圖。

圖3 燃速與直徑的關(guān)系圖

從圖3中可以很直觀的看出隨著直徑從5.0 mm逐漸減小至2.5 mm時(shí),其燃燒速度存在加快的現(xiàn)象,當(dāng)延期體直徑在3.0 mm時(shí)四種延期藥的燃速都達(dá)到最快,但隨著延期體直徑的再次減小至2.5 mm時(shí)其燃速反而出現(xiàn)降低現(xiàn)象,并且結(jié)合表2中極差以及標(biāo)準(zhǔn)偏差的計(jì)算來(lái)看,也在3.0 mm時(shí)其延期精度最好。延期藥的燃速降低存在不同的影響因素,首先從拉拔受力情況分析[2]藥芯在拉拔過(guò)程中受到鉛管壁給與的正壓力作用,促使延期藥沿著拉拔反方向運(yùn)動(dòng),因此在隨著拉拔次數(shù)的增加藥芯密度、藥芯直徑、延期時(shí)間都會(huì)隨之變化,而且呈現(xiàn)非線性關(guān)系。但是拉拔次數(shù)增加到一定程度后藥芯密度會(huì)逐漸趨于一致,并減少了機(jī)械混藥帶入的空氣,由于氣體壓力波傳播速度是燃燒波正面?zhèn)鞑ニ俣鹊?0倍[5],因此減少由于延期藥中存在氣體而在燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的氣體壓力波現(xiàn)象,有利于提高延期體延時(shí)精度。從圖3中四種樣品拉拔直徑為2.5 mm時(shí),燃速?gòu)姆逯甸_(kāi)始降低,并均出現(xiàn)個(gè)別由于拉拔過(guò)細(xì)延期體中可能出現(xiàn)斷藥現(xiàn)象或者延期藥燃燒過(guò)程中熄火現(xiàn)象。因?yàn)檠悠谒幍娜紵菬岱纸膺^(guò)程產(chǎn)生熱量,同時(shí)也與周圍環(huán)境發(fā)生熱傳遞,隨著拉拔次數(shù)的增加單位體積或者單位長(zhǎng)度藥劑量減少,此時(shí)燃燒熱量減少,熱產(chǎn)生速率小于熱損失速率,出現(xiàn)燃燒不完全現(xiàn)象。

從燃速與直徑的關(guān)系圖(見(jiàn)圖3)中可以很明顯的看出,隨著延期體拉拔次數(shù)增加,燃速是隨著直徑的減小而加快的規(guī)律同樣呈現(xiàn)的是非線性的關(guān)系,并且整體上來(lái)說(shuō)隨著直徑減小燃速變化還是很明顯的,在拉拔至在四種不同配方的延期藥隨著拉拔直徑減小時(shí)出現(xiàn)燃燒速度加快現(xiàn)象。根據(jù)物理化學(xué)中固-固反應(yīng)遵循的原則和規(guī)律[6],這一類反應(yīng)是非均相的放熱過(guò)程,反應(yīng)的驅(qū)動(dòng)力是反應(yīng)物和生成物的自由能差。在拉拔過(guò)程中延期藥的密度逐漸增加氧化劑和還原劑之間的接觸更加充分,增大了反應(yīng)物之間的接觸面積,降低了原子轉(zhuǎn)移擴(kuò)散的難度,因此此類延期藥中固—固相反應(yīng)速度遵循的是拋物線速度規(guī)律。同時(shí)在減小直徑的同時(shí)藥芯藥量雖然減少但其與金屬接觸比面積增大,傳熱效果增強(qiáng),在一定直徑范圍內(nèi)燃速加快。

本文中延期藥采用高速球磨技術(shù),延期藥的粒徑可以到40μm左右,在隨著拉拔次數(shù)的增加即壓藥密度的增加,可以有效的減少顆粒之間的空穴,抑制延期藥燃燒過(guò)程中出現(xiàn)的層狀龜裂、振動(dòng)燃燒和秒量漂移現(xiàn)象,有效的提高延期藥的精度[9]。在表2中可以看出在拉拔直徑為3.0 mm時(shí),四種延期藥的秒量波動(dòng)最小,延時(shí)精度最好。對(duì)比實(shí)驗(yàn)中四組數(shù)據(jù)表格我們可以發(fā)現(xiàn)硒作為緩燃劑對(duì)延期藥燃速調(diào)節(jié)還是非常明顯的[10],在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格中可以看出四種不同配方的延期藥在拉拔直徑為3.0 mm時(shí)延期精度最好。

3 結(jié)論

延期體拉拔過(guò)程中當(dāng)藥芯直徑減小到一定程度后,遵循固-固相反應(yīng)拋物線速度規(guī)律,燃燒速度逐漸降,低降到最低后出現(xiàn)燃速上升曲線直至延期藥壓死不傳爆。在通過(guò)不同配方的延期藥拉拔直徑比較可以看出在拉拔直徑為3.0 mm時(shí),延期體的延時(shí)精度最好,燃燒速度最為穩(wěn)定。同時(shí)在拉拔程度逐漸增大過(guò)程中,延期藥的燃燒發(fā)火量會(huì)出現(xiàn)減少現(xiàn)象,可能出現(xiàn)燃燒不完全的現(xiàn)象。因此在延期體制造過(guò)程中可以根據(jù)延期藥的不同性質(zhì)選擇其燃燒速度最緩的壓藥密度進(jìn)行,此時(shí)延期藥的延期精度最好。

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Effect of Drawing Diameter on Delay Drecision of Ultra-fine Delay

XU Kang1,XIE Xing-hua1,DAI Chun-yang2,WANG Lei1
(1.School of Chemical Engineering,Anhui University of Science and Technology, Huainan Anhui 232001; 2.Anhui Tian min g Blastin g En gineerin g LTD, Chuzhou Anhui 239000)

The properties of delayers burning is an important factor affecting the accuracy of detonators.Delayers become one of the important indicators reflecting the properties of precise detonators. Through the theoretical analysis on the burning properties of delayers and combined with the Physical chemistry of solid-solid reaction rate law,the impact on the delayers'accuracy in timing delaying caused by different drawing delayers can be explorated.

delay element; delay element cross-sectional area; combustion process; drecision; physical chemistry.

TQ565+.2

B

1671-4733(2015)06-0008-04

10.3969/j.issn.1671-4733.2015.06.003

2015-10-19

徐康(1990-),男,安徽廬江人,在讀碩士,研究方向?yàn)楸破鞑呐c技術(shù),電話:15215543953。