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(tuán)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(fù)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(jìn)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(fēng)分離在預(yù)混螺旋內(nèi)與油相、木粉混合,經(jīng)球磨混藥機(jī)連續(xù)混藥出藥。 此工藝采用了氣流工藝技術(shù)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(yīng)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(fù)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(shè)備中以膨化制粉的方式進(jìn)行改性,提高了復(fù)合油相在硝酸銨表面的包覆強(qiáng)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(guān)于推進(jìn)民爆行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的意見》中提出“加強(qiáng)安全生產(chǎn)風(fēng)險源頭管控,實施安全水平提升專項行動,進(jìn)一步提升生產(chǎn)線本質(zhì)安全水平。”為適應(yīng)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(jìn)行技術(shù)改造,通過試驗研究木粉、復(fù)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(zhǔn)備

準(zhǔn)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(dāng)采用固態(tài)硝酸銨時,按比例將水加入水相儲罐中,當(dāng)罐內(nèi)水溫達(dá)到70 ℃以上時,啟動破碎機(jī),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(jìn)行相應(yīng)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(jìn)行調(diào)整。

②油相制備。 使用液態(tài)油相時,當(dāng)物料自流完畢后,啟動空壓自動吹掃閥進(jìn)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(jìn)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(dá)到工藝要求溫度后保溫待用。

3)混合

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

生產(chǎn)前30 min 預(yù)熱制粉機(jī)、油相輸送管道。 生產(chǎn)前10 min 打開預(yù)熱閥預(yù)熱水相輸送管道、混合器、混合液輸送管道。 水相管路預(yù)熱保溫溫度為115 ～125 ℃,油相管路預(yù)熱溫度為85～95 ℃,保溫蒸汽壓力不得超過0.2 MPa。 當(dāng)油相和水相物料都達(dá)到要求以后,進(jìn)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(jī)、物料輸送螺旋、粉化機(jī)、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(shè)定的程序同時進(jìn)入2 個并聯(lián)的制粉機(jī)內(nèi)。 混合液在制粉機(jī)內(nèi)負(fù)壓作用下脫水形成粉體。

5)涼藥混合

粉體經(jīng)制粉機(jī)卸料倉進(jìn)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(jī)上進(jìn)行粉化,粉化后的粉體再進(jìn)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(fù)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?jǐn)?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(biāo)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(dāng)木粉添加量達(dá)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(biāo)符合要求,當(dāng)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(biāo)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?jǐn)?shù),考察其對炸藥各項性能指標(biāo)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?jǐn)?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(biāo)的影響

2.2 復(fù)合油相添加劑含量的影響

復(fù)合油相添加劑可以降低復(fù)合油相和硝酸銨溶液的界面張力,使得復(fù)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?jǐn)?shù)為1.8%,保持其他生產(chǎn)工藝參數(shù)不變,改變復(fù)合油相中添加劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù),考察其對炸藥各項性能指標(biāo)的影響。 試驗結(jié)果見表4。由表4 可知,在復(fù)合油相中,添加劑質(zhì)量分?jǐn)?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(fù)合油相添加劑的含量對炸藥各項性能指標(biāo)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(jī)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(biāo)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(shè)備選型時,抽真空系統(tǒng)設(shè)備一般能達(dá)到制粉要求。

表5 真空度對炸藥各項性能指標(biāo)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(fù)雜,工藝參數(shù)不同,炸藥的各項性能指標(biāo)就會發(fā)生變化,因此,在生產(chǎn)線改造過程中,除嚴(yán)格篩選工藝設(shè)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?jǐn)?shù)為1.8%,復(fù)合油相中添加劑的質(zhì)量分?jǐn)?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。