一種DNAN基熔鑄炸藥的裝藥工藝探究

朱錦書，朱德運，王繼章

(安徽神劍科技股份有限公司技術保障部，安徽 合肥 230061)

熔鑄炸藥是指將固相顆粒加入到熔態炸藥中形成熔融態混合物后進行注裝的混合炸藥，是利用熔態炸藥相變裝換來完成裝藥過程的一種裝藥工藝[1]。

DNAN基熔鑄炸藥作為一種非梯恩梯基鈍感混合炸藥，其相比于TNT基炸藥更加鈍感，使用更加安全[2]，且在炸藥熔鑄過程中的內部溫升有限[3]，熱安全性高，具有一定的本質安全性。參考TNT基炸藥熔鑄裝藥中易產生的裝藥疵病[4]，包括：氣孔、縮孔、低隙、裂紋等，結合炸藥的性能與工藝控制，可以確定DNAN基熔鑄炸藥裝藥過程中也會產生這些裝藥疵病。依據炸藥爆炸的熱點理論，含有這些疵病的彈藥在使用時，會在炸藥內形成局部“熱點”，提高戰斗部的感度，造成膛炸概率的提升。

為消除和減少疵病的產生，了解有關工藝參數對裝藥質量的影響，通過使用某型彈藥所用彈體作為開合彈、實彈對DNAN基熔鑄炸藥進行簡單的裝藥工藝實驗，研究其在不同梯度護理參數、攪拌速度及回用藥比例情況下的裝藥變化，以期為裝藥設計提供一定幫助。

1 裝藥設計

裝藥設計為三個階段：一階段為藥液處理，分為藥塊熔化、藥液保溫與真空處理；二階段為澆注過程，分為彈體預熱和振動注藥；三階段為梯度護理過程，彈體內藥液通過水浴冷卻，由外而內，由下而上逐層凝固成型。此外為避免炸藥在凝固時發生體積收縮而形成縮孔，還需要使用冒口漏斗來隨時補充藥液。

2 工藝實驗

2.1 設備與炸藥

主要設備包括熱風窯、熱風裝置、凝固水循環裝置、振動護理裝置、熔化鍋、注藥鍋等。

炸藥成分包含DNAN和RDX，其中DNAN，化學名2,4-二硝基苯甲醚，外觀呈黃色針狀，熔點94.6℃，密度1.34 g/cm3，微溶于水，可溶于乙醇、乙醚、丙酮、苯等有機溶劑，是一種鈍感熔鑄載體炸藥，具有沖擊波感度低的特性，有一定的呼吸粘膜刺激性，在熔藥過程中會發生揮發，長時間暴露在DNAN蒸汽環境中，會對人員的健康產生不利影響[5]。

2.2 實驗概述

熔藥溫度、保溫溫度等參數，因其與炸藥性質有關，參考相關文獻與技術資料，可以初步確定這些參數，不再贅述。主要進行梯度護理參數實驗，了解梯度護理參數對裝藥質量的影響，并形成滿足裝藥質量的基本工藝參數，然后在此基礎上，進行其他參數的工藝實驗，研究其它工藝參數等對裝藥質量的影響。

2.3 梯度護理參數實驗

進行9組實驗，每組均使用開合彈進行多發裝藥，裝藥結束后，打開開合彈，使用排水法測量藥柱整體密度，考察每組藥柱平均裝藥密度，參見表1。然后破開藥柱觀察內部情況，發現除第8、9組外，其余幾組均有明顯氣孔、縮孔疵病。

表1 不同梯度護理參數裝藥藥柱平均密度

表1(續)

由表1可以看出，在電缸運行距離為165mm處,電缸運行間隔為1/8000 mm/ms時裝藥藥柱平均密度最大。

故選取第8組梯度護理參數進行大量開合彈裝藥，并將同一藥柱破成上、下兩部分，分段測量藥柱密度，并按照下式計算其平均裝藥密度，部分數據見表2。

從表2可以看出，開合彈平均裝藥密度均大于1.65g/cm3，破開所有實驗藥柱，藥柱內未發現肉眼可見縮孔、氣孔等疵病。

依此參數進行大量實彈裝藥后進行工業CT檢測，未發現明顯縮孔、氣孔、藥柱裂紋、底隙等缺陷，因此可以確定該組參數可作為基本工藝參數。

表2 部分開合彈裝藥密度數據

2.4 不同攪拌速度的裝藥實驗

在其他基本工藝參數不變的情況下，改變藥液澆注時的攪拌速度進行3組開合彈裝藥，每組裝開合彈多發，考察每組藥柱平均裝藥密度及藥柱內部疵病情況，參見表3。

表3 不同攪拌速度下開合彈柱裝藥情況

2.5 不同回用藥量的裝藥實驗

在其他工藝參數均為基本工藝參數的情況下，回用藥(鍋內余藥、冒口藥)經過處理后，與新藥(未進行熔化的藥塊)以一定的比例混合，進行3組開合彈裝藥，每組裝開合彈多發，考察每組藥柱平均裝藥密度及藥柱內部疵病情況，參見表4。

表4 不同回用藥比例情況下開合彈裝藥情況

實驗中發現當回用藥與新藥比例為5∶5時，在注藥鍋底層會有大量固相沉降，沉降層厚度較厚，其表面呈粗沙粒狀，藥液分層明顯，在加快攪拌速度后，沉降沒有明顯改善。此外，熔藥鍋內的熱格柵在熔藥后，格柵上也會出現表面呈粗沙粒狀的藥漿粘附。

3 結果與分析

3.1 梯度護理參數實驗

從表1可以看出，電缸運行間隔(冷卻液面上升速度)與電缸運行距離(冷卻液面停止位置)對裝藥質量有顯著影響。對于液面停止位置，考慮到工藝波動，實際液面停止位置處在定心部和引信室底部之間應是較為合理的。若位置過高，由于引信室徑向尺寸較小，室內局部藥液會早于其底部藥液先凝固，影響補縮，可能會在引信室底部形成縮孔，也會阻礙彈體內氣泡的排出；若位置過低，彈體中上部相當于自然冷卻，沒有梯度冷卻效果，裝藥疵病較多，裝藥質量較差。

故在液面停止位置確定后，若液面上升速度過快，可能會導致彈體內藥液所含氣泡無法在炸藥凝固前充分排出，從而在凝固的藥柱內形成氣孔；或使局部提前凝固，使其底部藥液得不到有效補縮而形成縮孔。而若液面上升速度過慢，一方面梯度護理效果不理想，另一方面也會影響整體裝藥速度，拖慢生產效率。

3.2 攪拌速度實驗

從表3的實驗情況可以看出，藥液澆注時適當提高攪拌速度對裝藥質量的提升有積極作用。一方面攪拌可以避免局部過熱和降低固相沉降；另一方面可以使藥液混合均勻，藥液變稀，使藥液內氣泡可以較易排出，減少氣孔的形成。但是當攪拌速度過快時，會帶入大量空氣進入藥液，反而弱化了藥液的真空處理效果，在其他參數不變的情況下，彈體內藥液所含微小氣泡無法在藥液凝固前從彈體內充分排出，從而形成氣孔疵病，進而影響裝藥質量，因此合理的攪拌速度應與實際熔藥量進行匹配，可以采用變速攪拌。

3.3 回用藥量實驗

從表4實驗情況可以看出，使用少量的回用藥對裝藥質量不會產生明顯影響，但是若回用藥使用量過多，會造成藥塊熔化困難、沉降嚴重。

而當混合炸藥處在熔化狀態時，組分內固相組分會發生沉降，因此在熔藥鍋內，當藥塊在格柵上熔化時，固相沉降粘附在格柵上，聚集起來會形成表面呈粗沙粒狀的難熔藥漿。而在注藥鍋內，RDX在共熔體系中的溶解度增加幅度趨緩，溶解度達到最大[6]，而回用藥內往往含有過量的固相RDX，所以此時進行藥液升溫及提高攪拌速度， RDX沉降不會明顯減少。

4 總結

通過這些工藝試驗，可以發現：

裝藥質量與平均裝藥密度具有一定相關性，當平均裝藥密度小于1.65g/cm3時，裝藥質量較差，而當平均裝藥密度大于1.65g/cm3時，裝藥質量較好。

若通過水浴來進行梯度護理設計，需要考慮的主要因素是液面上升速度與液面停止高度，一般來說液面停止的高度位置應在引信室位置下方。

攪拌作用雖然可以降低RDX的沉降效果，但是攪拌速度如果過快，會帶入大量氣泡進入藥液，反而會對裝藥質量產生不利影響。 適量的回用藥使用并不會影響裝藥質量，綜合安全因素與生產效率，回用藥的使用量應不超過30%。