改性銨油炸藥性能因素研究

張國虎,呂 苗,聶 靖

(1.湖北凱龍化工集團股份有限公司,湖北 荊門 438032;2.麻城凱龍科技化工有限公司,湖北 麻城 438300)

0 引言

改性銨油炸藥是由硝酸銨、復合油相、木粉和改性劑等按照一定比例混合而成的工業(yè)炸藥,具有原材料來源廣泛,生產(chǎn)工藝簡單,成本低廉且安全性好等特點。 與銨油炸藥相比,改性銨油炸藥是利用表面活性劑對硝酸銨進行改性,使炸藥的爆炸性能和儲存穩(wěn)定性提高。 目前改性銨油炸藥生產(chǎn)工藝主要有兩種:氣流干燥和球磨混藥工藝;液混式生產(chǎn)工藝。

氣流干燥和球磨混藥工藝,是指硝酸銨經(jīng)粗碎、凸輪粉碎、氣流干燥和改性后經(jīng)旋風分離在預混螺旋內(nèi)與油相、木粉混合,經(jīng)球磨混藥機連續(xù)混藥出藥。 此工藝采用了氣流工藝技術路線提高了硝酸銨各組分的混合均勻性,炸藥產(chǎn)品裝藥密度大、爆速高,但由于各種原因,在中深孔、硬巖、小直徑爆破作業(yè)中易出現(xiàn)半爆、殘爆現(xiàn)象。 在一定程度上限制了其應用范圍[1]。

液混式生產(chǎn)工藝,是將一定溫度下的硝酸銨水溶液和復合油相按照比例混合后,經(jīng)過真空制粉,冷卻至一定溫度后再加入適量添加劑、木粉等物料,制備成改性銨油炸藥。 此工藝是在真空設備中以膨化制粉的方式進行改性,提高了復合油相在硝酸銨表面的包覆強度,與氣流干燥和球磨混藥工藝相比,液混式工藝所生產(chǎn)的炸藥爆炸性能明顯提高,抗水性能提高,殉爆距離、猛度均有不同程度的提高[2-4]。 液混式生產(chǎn)工藝在提高產(chǎn)品性能的同時也大大簡化了生產(chǎn)工藝,減少了生產(chǎn)線的在線藥量,實現(xiàn)了生產(chǎn)工藝在線人員少、自動化、連續(xù)化的要求。 新的生產(chǎn)工藝打破了傳統(tǒng)工藝的束縛,解決了傳統(tǒng)工藝的諸多弊端。

工信部印發(fā)的《工業(yè)和信息化部關于推進民爆行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的意見》中提出“加強安全生產(chǎn)風險源頭管控,實施安全水平提升專項行動,進一步提升生產(chǎn)線本質(zhì)安全水平。”為適應民爆市場需求,有效落實行業(yè)政策,公司對原有的12 000 t/a 液混式改性銨油炸藥生產(chǎn)線進行技術改造,通過試驗研究木粉、復合油相及真空度對炸藥性能的影響,對比查找影響炸藥性能的因素,提出具體的炸藥配方,有效地提高炸藥的流散性能、爆炸性能和安全性能。

1 改性銨油炸藥生產(chǎn)工藝流程

改性銨油炸藥制藥生產(chǎn)工藝流程包括水相和油相制備、混合、制粉、涼藥混合及物料輸送等[5-6]。 具體工藝流程如圖1 所示。

圖1 改性銨油炸藥工藝流程

1)原材料準備

準備硝酸銨水溶液和液態(tài)油相溶液。 或?qū)⑾跛徜@等水相材料運至水相投料間,固態(tài)油相材料運至油相投料間。

2)水相、油相制備

①水相制備。 水相溶液制備采用硝酸銨水溶液,生產(chǎn)時硝酸銨水溶液泵送入水相罐,不斷加熱攪拌,水相工藝溫度為115 ～125 ℃時停止攪拌。當采用固態(tài)硝酸銨時,按比例將水加入水相儲罐中,當罐內(nèi)水溫達到70 ℃以上時,啟動破碎機,將硝酸銨破碎后加入到水相儲罐中攪拌溶化。 投料過程中,水相儲罐的溫度不得低于50 ℃。 物料加完后,不斷加熱攪拌,至完全溶解后,水相工藝溫度為115～125 ℃時停止攪拌。 檢測水相密度、析晶點,并對物料比例進行相應調(diào)節(jié),符合要求則待用,否則按要求再加入一定比例的水或硝酸銨進行調(diào)整。

②油相制備。 使用液態(tài)油相時,當物料自流完畢后,啟動空壓自動吹掃閥進行吹掃,將管路中的油相吹入油相儲罐中。 使用固態(tài)油相時,將固態(tài)油相加入化油槽中,加熱熔化,控制油相溫度在85 ～95 ℃。 待其完全熔化后,對油相放料管道進行保溫3～5 min,再打開下料閥門讓熔化的油相流入油相儲罐中,同時打開攪拌器把油相攪拌均勻,待物料溫度達到工藝要求溫度后保溫待用。

3)混合

補償方式：競爭可用費和使用費的枯水期運行備用競價。當出現(xiàn)容量不足時可以評估市場對成本的補償程度決策是否需要建立容量市場。

生產(chǎn)前30 min 預熱制粉機、油相輸送管道。 生產(chǎn)前10 min 打開預熱閥預熱水相輸送管道、混合器、混合液輸送管道。 水相管路預熱保溫溫度為115 ～125 ℃,油相管路預熱溫度為85～95 ℃,保溫蒸汽壓力不得超過0.2 MPa。 當油相和水相物料都達到要求以后,進入炸藥自動制備工序。 順序啟動真空泵、油相輸送泵、水相輸送泵、制粉機、物料輸送螺旋、粉化機、添加劑計量螺旋,同時啟動冷卻水泵。

水相和油相物料,自動按給定的比例,沿著各自的輸送管道經(jīng)過濾器、計量裝置送至混合器。 液體在混合器經(jīng)過弱度的剪切混合,形成混合液。

4)制粉

混合液沿著輸送管道按照設定的程序同時進入2 個并聯(lián)的制粉機內(nèi)。 混合液在制粉機內(nèi)負壓作用下脫水形成粉體。

5)涼藥混合

粉體經(jīng)制粉機卸料倉進入物料輸送螺旋初步冷卻、粉碎后,連續(xù)、均勻地落到粉化機上進行粉化,粉化后的粉體再進入物料輸送螺旋內(nèi),同時啟動木粉輸送螺旋和添加劑計量螺旋按配方定量加入物料,混合均勻后形成半成品炸藥。

6)裝藥包裝

2 影響炸藥性能因素分析

根據(jù)生產(chǎn)工藝分析,影響改性銨油炸藥性能的因素可能為硝酸銨、復合油相、木粉、添加劑和真空制粉系統(tǒng)[7]。 根據(jù)實際測試排查,生產(chǎn)過程比較穩(wěn)定,水相溫度在115～125 ℃,油相溫度在85～95 ℃,水相析晶點在(110±2)℃。 硝酸銨質(zhì)量相差不大,生產(chǎn)工藝參數(shù)穩(wěn)定,對改性銨油炸藥性能的影響較小。因此,主要研究木粉、油相、真空度對改性銨油炸藥性能的影響。

生產(chǎn)線的水相、油相工藝配方見表1。

表1 生產(chǎn)線的水相、油相工藝配方

2.1 木粉的影響

木粉在改性銨油炸藥中不僅是可燃劑,還因其多孔隙、疏松的結(jié)構(gòu)特征,對改性銨油炸藥有很好的敏化作用,減輕了硝酸銨的結(jié)塊傾向和結(jié)塊程度[8-10],因此,其添加量、水分成為影響改性銨油炸藥敏化效果的重要因素。

1)木粉添加量對炸藥性能的影響

保持其他生產(chǎn)工藝參數(shù)不變,選擇含水量(質(zhì)量分數(shù))為1.8%的木粉,改變木粉的添加量,考察木粉添加量對炸藥各項性能指標的影響。 試驗結(jié)果見表2。 由表2 可得,隨著木粉添加量的增加,其爆速、猛度逐漸升高,當木粉添加量達到3% 時,爆炸性能最佳,此時的堆積密度為0.53 g/m3,炸藥的各項性能指標符合要求,當木粉含量繼續(xù)增加后,爆速、猛度逐漸下降,因此,木粉添加量為3%時最為理想。

表2 木粉含量對炸藥各項性能指標的影響

2)木粉含水量對炸藥性能的影響

試驗選取添加量為3%木粉,保持其他生產(chǎn)工藝參數(shù)不變,改變木粉中水的質(zhì)量分數(shù),考察其對炸藥各項性能指標的影響,試驗結(jié)果見表3。 由表3 可得,木粉中水的質(zhì)量分數(shù)為1.8% 時,炸藥含水量最低,爆速、猛度最高,最為理想。

表3 木粉含水量對炸藥各項性能指標的影響

2.2 復合油相添加劑含量的影響

復合油相添加劑可以降低復合油相和硝酸銨溶液的界面張力,使得復合油相和硝酸銨溶液均勻混合而不分層[11]。 試驗選取木粉添加量為3%,木粉中水的質(zhì)量分數(shù)為1.8%,保持其他生產(chǎn)工藝參數(shù)不變,改變復合油相中添加劑的質(zhì)量分數(shù),考察其對炸藥各項性能指標的影響。 試驗結(jié)果見表4。由表4 可知,在復合油相中,添加劑質(zhì)量分數(shù)為10%時,炸藥的爆速、猛度最高,含水量最低,此時劑量最為合理。

表4 復合油相添加劑的含量對炸藥各項性能指標的影響

2.3 真空度的影響

在改性銨油炸藥生產(chǎn)工藝中,真空制粉系統(tǒng)是核心,而其主要參數(shù)是真空度,通常要求在-86 kPa以上,如果真空度太低,水相、油相混合液在制粉機內(nèi)沸騰不良,水分不能充分去除,容易出現(xiàn)黏稠狀和塊狀物料。 因此,保持其他生產(chǎn)工藝參數(shù)不變,改變真空度,考察其對炸藥各項性能指標的影響。試驗結(jié)果見表5。 由表5 可得,隨著真空度的提高,炸藥的爆速、猛度得到提高,根據(jù)生產(chǎn)工藝的實際情況,真空度在-92 kPa 左右即可,在設備選型時,抽真空系統(tǒng)設備一般能達到制粉要求。

表5 真空度對炸藥各項性能指標的影響

3 結(jié)語

在改性銨油炸藥生產(chǎn)工藝中,影響炸藥產(chǎn)品性能和狀態(tài)的因素比較復雜,工藝參數(shù)不同,炸藥的各項性能指標就會發(fā)生變化,因此,在生產(chǎn)線改造過程中,除嚴格篩選工藝設備、生產(chǎn)線、原材料以外,還需根據(jù)生產(chǎn)線的實際情況調(diào)整炸藥配方。 通過試驗,木粉添加量為3%,木粉中水的質(zhì)量分數(shù)為1.8%,復合油相中添加劑的質(zhì)量分數(shù)為10%,真空度為-92 kPa 時,生產(chǎn)出的改性銨油炸藥的爆速、猛度最高,性能最好。