真空度对液混式改性铵油炸药产品性能的影响研究_吕苗.pdf

经验介绍真空度对液混式改性铵油炸药产品性能的影响研究吕苗，朱正弟(麻城凯龙科技化工有限公司，湖北 麻城 438300)摘要:根据液混式改性铵油炸药生产线的生产工艺原理，分析影响产品性能的几种因素，重点研究在原材料、工艺条件、产品配方不变的情况下，生产系统的真空度对改性铵油炸药爆炸性能和物理性能的影响。关键词:改性铵油炸药;真空度;爆炸性能中图分类号:TD235文献标志码:A文章编号:16743970(2023)01003104收稿日期:20221018作者简介:吕苗(1989)，女，湖北武汉人，主要从事民爆器材生产、民爆技术研究、综合管理等工作。Email:sonnylvqqcom。引用格式:吕苗，朱正弟真空度对液混式改性铵油炸药产品性能的影响研究 J 煤矿爆破，2023，41(1):3134LYU Miao，ZHU ZhengdiStudy on the influence of vacuum degree on the performance of liquidmixed modified ANFOexplosives J Coal Mine Blasting，2023，41(1):3134Study on the influence of vacuum degree on the performance of liquidmixedmodified ANFO explosivesLYU Miao，ZHU Zhengdi(Macheng Kailong Technology Chemical Co，Ltd，Macheng 438300，China)Abstract:According to the production process principle of liquidmixed modified ANFO explosive production line，several factors affecting the performance of explosives are analyzed The influence of the vacuum degree of production systemon the explosion performance and physical properties of modified ANFO explosives is studied under the condition ofunchanged raw materials，process conditions and product formulaKey words:modified ANFO explosive;vacuum degree;explosion performance0引言液混式改性铵油炸药被广泛应用于矿山爆破工程，但改性铵油炸药在高温高湿季节生产储存时容易硬化或结块，产品硬化结块会造成产品性能不稳定甚至拒爆12，因此，生产企业采取各种技术措施来降低改性铵油炸药的水分含量。根据公司现有生产工艺和设备，从硝酸铵溶液初始质量分数、温度、真空度和膨化剂及其加入量等方面综合分析影响液混式改性铵油炸药产品性能的因素。1生产工艺简述液混式改性铵油炸药生产线主要生产工艺流程包括:水相和油相制备、混合、制粉、凉药混合和物料输送、装药、转运等34。具体流程如图 1 所示。图 1生产工艺流程13第 41 卷第 1 期2023 年 3 月Coal Mine BlastingVol.41 No.1Mar.2023硝酸铵水溶液和液态油相通过自动阀门利用高差分别自流入硝酸铵水溶液储罐和液态油相储罐，保温备用。生产前启动制粉机、油相管道蒸汽预热阀，预热制粉机、油相输送管道、水相输送管道、混合器和混合液输送管道。当达到要求后，则进入炸药自动制备工序。按顺序启动真空泵、油相输送泵、水相输送泵、制粉机、物料输送螺旋、粉化机、添加剂计量螺旋，同时启动冷却水泵。水相和油相物料自动按比例沿输送管道经过滤器、计量装置送至混合器，经过剪切作用，形成混合液。混合液沿着输送管道按照设定的程序同时进入 2 个并联的真空制粉机内。在制粉机内，混合液在负压下脱水膨化后形成粉体。膨化后的粉体由制粉机卸料仓进入物料输送螺旋内，在物料输送螺旋内经过初步的冷却、粉碎后连续落到粉化机上，进一步破碎、粉化进入物料输送螺旋，经木粉输送螺旋和添加剂计量螺旋按配方定量加入物料输送螺旋内混合、凉药，混合后形成半成品液混式改性铵油炸药，经悬挂输送机输送到装药包装工房。改性铵油炸药生产工艺流程如图 1 所示，其主要组分见表 1。表 1岩石改性铵油炸药配方硝酸铵/%油相/%木粉/%添加剂/%8689343456木粉中的碳、氢元素含量高，相对分子质量和负氧平衡大，密度小，在改性炸药中可作为可燃剂，不仅对体系有敏化作用，还可以减轻硝酸铵颗粒的结块倾向，调节炸药密度56。在此次试验中，要求木粉中水的质量分数不大于 2%，细度为过 40 目筛 80%90%。添加剂为钝感、密度高的物质，在成品炸药中，起到调节炸药密度、增加炸药流散性的作用，水的质量分数0.05%。2影响液混式改性铵油炸药的主要因素2.1硝酸铵溶液质量分数和温度的影响由生产工艺可知，硝酸铵饱和溶液和饱含膨化剂(复合表面活性剂)的油相溶液经过预先混合后，真空度一定，混合溶液的平衡饱和蒸汽压高于外界压力，水分快速蒸发，吸热汽化，使溶液温度降低，质量分数提高。当温度降低时，溶液析出结晶，且会产生结晶热，从而使溶液不断蒸发，结晶过程则不断持续进行。为研究硝酸铵溶液质量分数和温度对硝酸铵膨化效果的影响，在相同的工艺条件和设备情况下，只改变硝酸铵溶液的质量分数和温度，分析两种因素的影响情况，试验结果见表 2 和表 3。表 2硝酸铵溶液质量分数对膨化的影响硝酸铵溶液的质量分数/%膨化后 AN膨胀倍数膨化情况产品中水的质量分数/%842.0膨化不明显883.1有膨化，颗粒硬0.53925.2膨化，较疏松0.10954.9膨化，不疏松0.24测试条件:硝酸铵溶液温度为 125(公司工艺要求为 115125)，系统真空度为0.092 MPa。试验表明，硝酸铵溶液质量分数在低于 88%或高于95%的情况下，膨化效果会变差，公司采购的液态硝酸铵初始质量分数为 91.5%93%，根据测试结果和设备实际情况，实际生产采用质量分数为 92%的硝酸铵溶液。表 3硝酸铵溶液温度对膨化的影响硝酸铵溶液温度/膨化后 AN 膨胀倍数膨化情况1052.2膨化不明显1123.4有膨化，颗粒硬1255.3膨化，较疏松1355.3膨化，较疏松测试条件:硝酸铵溶液质量分数为 92%，系统真空度为0.092 MPa。试验表明，硝酸铵溶液温度低于 120 时，膨化效果不能达到生产的需要，经过多次试验确定生产的硝酸铵溶液温度在 125，误差不超过2。2.2膨化剂对液混式改性铵油炸药性能的影响膨化剂(表面活性剂)在硝酸铵溶液膨化结晶过程中能有效地降低溶液的表面能，使溶液体系的介稳区变窄，并“干扰”正常晶体的形成，在膨化结晶过程中产生大量的晶形“歧化”的体晶。在水分快速蒸发排出时，在硝酸铵晶体上留下空隙，造成晶体表面粗糙，留下孔洞和较大裂隙，形成较大的比表面，将微气泡引入到硝酸铵晶体内，提高膨化硝铵的起爆感度。膨化剂的种类及其加入量在硝酸铵溶液的膨化过程中具有重要的作用。在测试条件一定的情况下，通过多次试验发现，膨化剂加入量在 0.15%时膨化倍数能达到 9 倍23Vol.41 No.1Mar.2023Coal Mine Blasting第 41 卷第 1 期2023 年 3 月以上，加入量偏少，膨化倍数明显降低，加入量大于0.15%时，膨化效果影响就不再有明显变化。试验中还发现，油相材料经多次加热后会影响膨化效果，分析原因，可能是膨化剂在高温反复加热时发生了热分解反应。因此，在第二次加热利用剩余油相材料时，会适当补充膨化剂加入量，以保证油相材料中的膨化剂有效含量满足工艺要求。3真空度对液混式改性铵油炸药的影响3.1真空系统液混式改性铵油炸药生产线真空系统主要由真空泵、真空制粉机(膨化机)、真空过滤器和大气冷凝器组成。下料仓的真空系统和膨化制药的真空系统独立设置，与产品性能无直接关系，此处不再赘述。系统使用 VA425 型液环式真空泵，液混式改性铵油炸药生产线真空系统如图 2 所示。图 2真空系统图3.2真空度对膨化的影响试验根据公司的生产操作规程，硝酸铵溶液质量分数为 92%0.5%，硝酸铵溶液温度为(1255)，这两项参数可以准确控制在工艺要求的范围之内。真空系统工作时，需要使用循环水充满腔体连续降温保证真空泵正常工作。由于真空泵高速运转，冷却水和制粉机排放水混合后温度逐渐升高，形成气体聚集，会导致真空泵腔体内存在空隙，使真空泵运转不良，真空度下降。因此，在实际生产过程中，系统的真空度并不是恒定的。为了测试真空度对膨化过程的影响，按照岩石改性铵油炸药配方进行试验。公司所在地大气压为一个标准大气压，设备产能为 4.2 t/h，其他工艺参数满足公司工艺要求。在生产系统不同的真空度下，对生产的样品进行检测，测试结果见表 4。表 4几种样品的初始性能测试品号真空度/MPa水的质量分数/%爆速/(ms1)猛度/mm堆积密度/(gm3)殉爆距离/cm10.0850.162 95611.020.56420.0870.133 28612.120.54430.0890.123 33413.140.55440.0900.103 39613.580.54450.0920.073 44813.960.534注:测试条件为温度 25，相对湿度 66%。试验结果表明，真空度为0.085 MPa 时，产品有砂砾状物存在，产品初始性能不合格;真空度越低，产品水分越大，产品性能越低;真空度越高，产品水分越小，产品性能越高。爆炸性能衰减试验是膨化结果考核的重要指标，膨化硝酸铵的体系稳定性、吸油性、吸水性均可以通过储存试验分析。对不同真空度条件下生产的试验样品水的质量分数和产品爆速进行为期4 个月的连续爆炸性能衰减测试，试验结果见表 5。表 5样品爆炸性能衰减试验结果样品号参数1 个月2 个月3 个月 4 个月1水的质量分数/%0.170.180.200.23爆速/(ms1)2 9302 9452 8962 6502水的质量分数/%0.150.160.180.20爆速/(ms1)3 2943 3463 0962 9773水的质量分数/%0.130.150.170.19爆速/(ms1)3 3563 3963 3543 3054水的质量分数/%0.110.130.150.18爆速/(ms1)3 4183 4643 3863 3785水的质量分数/%0.080.100.110.13爆速/(ms1)3 4623 4863 4323 396通过爆炸性能连续衰减测试表明，产品水分在储存过程中不断增加，所有产品的爆速在 2 个月内有所提升，2 个月后呈下降趋势，真空度在0.092MPa 时生产的样品性能明显偏优。3.3系统真空度的保持方法上述试验表明，真空度越高，产品性能越好，膨化过程干燥效果越好。公司的真空系统设置了一个循环水池和水封井。制粉机的水蒸气混合物通过真空系统抽排管路经过滤器滤除膨化硝铵微尘后到大气冷凝器冷却，排放到水封井，由水泵抽至循环水池的凉水塔进入循环水池。在每次生产的前两个小时，循环水池温度较低，系统真空度能达到0.093 MPa 以上，随着冷却水温度的不断升高，真空泵的效率就会下降，夏季高温季节系统真空度33第 41 卷第 1 期2023 年 3 月Coal Mine BlastingVol.41 No.1Mar.2023甚至会下降到0.08 MPa 以下，真空制粉机无法正常工作。为了保持合适的真空度，生产中可以采用两路冷却水供水，交替使用，保证冷却水温度不会太高。同时要严格按照水循环真空泵的日常检查与维护要求进行维护和保养真空泵，每运行 2 500 h，检查更换一次轴承润滑脂，定期打开真空泵侧盖上的观察孔检查泵内情况，保持泵内清洁。4结语试验结果表明，在大气压为一个标准大气压时，严格按照公司生产工艺要求，使用合格的原材料进行试验，若真空度低于0.085 MPa，产品性能则无法保证;真空度达到0.092 MPa 或更高时，膨化机干燥效果好，产品水分含量小，产品性能好。爆炸性能连续衰减测试表明，在储存过程中产品水分不断增加，爆速在 2 个月内有所提升，2 个月后呈下降趋势，在真空度较高条件下的产品性能明显偏优。真空泵冷却水保持较低的温度，能有效地提高和保持系统真空度，改善产品质量，提高产品性能。参考文献:1 陆明工业炸药配方设计M北京:北京理工大学出版社，20022 张国虎，吕苗，聂靖改性铵油炸药性能因素研究J煤矿爆破，2022，40(3):24273 李诤，朱正弟，吕苗一种提高液混式改性铵油炸药性能的方法J煤矿爆破，2019，37(5):20224 周磊改性铵油炸药性能影响因素分析J广东化工，2015，42(13):1495 胡炳成，刘祖亮，吕春绪，等影响膨化硝酸铵性能的因素J爆破器材，2000(2):16186 夏光改性铵油炸药油相加注装置的设计J煤矿爆破，2020，38(3):19227 吕春绪膨化硝铵炸药M北京:兵器工业出版社，2001(上接第 30 页)数字化转型没有统一的标准模板，不是一个短期的项目，而是一个没有终点的持续的过程。随着民爆行业的发展而不断革新，围绕民爆行业稳步前行，需进行总体规划和顶层设计，建立民爆行业数字化转型协调机制，职责明晰，协同推进。针对民爆行业存在的现状，笔者认为应该组织针对性的培训，加快培养专业性人才;组织民爆企业参观学习其他行业成熟的案例，探索民爆行业数字化转型的解决方案;建立相应的激励机制，鼓励有条件的企业分步骤实施数字化转型，相关单位共同参与组织数字化转型，推动民爆数字化工厂建设;在数字化转型的大背景下，民爆产业上下游的相关单位应加快统一企业内部的数据格式和数据接口，思考数字化转型过程中的需求和存在的不足。数字化转型会加快民爆智能工厂的建设，终将实现主管部门远程监管、危险岗位机器人巡检、视觉检测不合格药卷、门禁系统采用人脸识别、智能化无人仓库、民爆物品实时追踪、全流程数据采集与监控、设备远程运维、配件线上订货等。参考文献:1 杨菠，赵雄飞，宁远明高端装备制造业数字化转型的思考J信息通信技术与政策，2021，47(1):34372 吕为，程国彩，曹祥余民爆企业“五化”安全生产管理模式的探讨J煤矿爆破，2022，40(3):20233 武汉大学工业互联网研究课题组“十四五”时期工业互联网高质量发展的战略思考J中国软科学，2020(5):194 梁岗林关于工业控制系统信息安全的研究J信息系统工程，2022(3):40435 邓华林民爆行业自动化设备应用的安全问题探讨J装备制造技术，2020(6):2402426 翟清翠民爆生产企业双重预防体系建设探讨J煤矿爆破，2019，37(5):28297 杨安，徐耀大数据在民爆行业信息化中的应用J工程爆破，2017，23(3):86908 刘瑞强浅谈信息化系统在民爆企业设备管理中的应用J煤矿爆破，2013(4):8109 洪学海，蔡迪面向“互联网+”的 OT 与 IT 融合发展研究J中国工程科学，2020，22(4):182343Vol.41 No.1Mar.2023Coal Mine Blasting第 41 卷第 1 期2023 年 3 月