徐 康,謝興華,戴春陽,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)

拉拔直徑對超細延期藥延時精度影響的探討

徐 康1,謝興華1,戴春陽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重要因素,延期體成為體現(xiàn)雷管精度性能的重要指標之一。通過對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超細延期藥延時精度的影響。

延期體; 延期體截面積; 燃燒過程; 精度; 物理化學(xué)

1 引言

上世紀70年代開始由于鉛芯延期體以其制造工藝簡單,延時精度高等優(yōu)點逐漸取代直接壓裝延期藥的延期方式,縮短了我國雷管生產(chǎn)技術(shù)與國外的差距。鉛芯拉拔技術(shù)發(fā)展至今已相對較為成熟,該技術(shù)通過多次拉拔裝藥鉛管使其外徑與雷管內(nèi)徑可以松動吻合,再調(diào)節(jié)延期體長度控制延期時間。但是由于工程對延期時間要求不同,因此導(dǎo)致現(xiàn)在常用的延期藥種類繁多。而且延期藥需求長時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)致難以保證延期時間的準確性,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、氣態(tài)產(chǎn)物、感度和安定性幾個方面來體現(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立式高速研磨機將延期藥各組分在短時間內(nèi)達到較細的粒度,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,并利用光電測試系統(tǒng)測試其延期時間和精度。

2 實驗及實驗結(jié)果

2.1 實驗儀器與測試方法

儀器:SC—H立式高速研磨機、JZ500型雙轉(zhuǎn)筒拉絲機、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。

測試方法:利用光敏二極管對光的變化非常敏感燃燒過程這些性質(zhì)[3-4],使延期藥在燃燒時兩次觸發(fā)光敏二極管這一短間隔時間測的延期藥燃燒速度。測試中采用導(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,即測得的時間為爆轟波在導(dǎo)爆管中、消爆腔中傳播時間和延期藥燃燒時間,但1號二極管與延期體間距離約為40 mm,爆轟波傳播時間約為0.02 ms,在此忽略不計,所測時間即為延期藥燃燒時間。測試裝置圖如圖1所示,每組樣品測試10發(fā)。

圖1 測試裝置圖

2.2 延期體的制造

本實驗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。本實驗中采用高速球磨技術(shù)對延期藥進行細化處理,采用了0.03 mm的氧化鋯磨介球,粉體經(jīng)過球磨后可達到亞納米級。延期藥基藥配方見表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 實驗數(shù)據(jù)分析與處理

延期體拉拔后通過光電測試其延期時間,并計算出不同直徑下延期藥平均秒量,燃速以及標差和極差來衡量其,見表2。

表2 非電起爆系統(tǒng)測試結(jié)果a#樣品測試數(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,其燃燒速度存在加快的現(xiàn)象,當(dāng)延期體直徑在3.0 mm時四種延期藥的燃速都達到最快,但隨著延期體直徑的再次減小至2.5 mm時其燃速反而出現(xiàn)降低現(xiàn)象,并且結(jié)合表2中極差以及標準偏差的計算來看,也在3.0 mm時其延期精度最好。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動,因此在隨著拉拔次數(shù)的增加藥芯密度、藥芯直徑、延期時間都會隨之變化,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逐漸趨于一致,并減少了機械混藥帶入的空氣,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程中產(chǎn)生的氣體壓力波現(xiàn)象,有利于提高延期體延時精度。從圖3中四種樣品拉拔直徑為2.5 mm時,燃速從峰值開始降低,并均出現(xiàn)個別由于拉拔過細延期體中可能出現(xiàn)斷藥現(xiàn)象或者延期藥燃燒過程中熄火現(xiàn)象。因為延期藥的燃燒是熱分解過程產(chǎn)生熱量,同時也與周圍環(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度藥劑量減少,此時燃燒熱量減少,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,并且整體上來說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)是非均相的放熱過程,反應(yīng)的驅(qū)動力是反應(yīng)物和生成物的自由能差。在拉拔過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。同時在減小直徑的同時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,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,抑制延期藥燃燒過程中出現(xiàn)的層狀龜裂、振動燃燒和秒量漂移現(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,四種延期藥的秒量波動最小,延時精度最好。對比實驗中四組數(shù)據(jù)表格我們可以發(fā)現(xiàn)硒作為緩燃劑對延期藥燃速調(diào)節(jié)還是非常明顯的[10],在實驗數(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時延期精度最好。

3 結(jié)論

延期體拉拔過程中當(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,延期體的延時精度最好,燃燒速度最為穩(wěn)定。同時在拉拔程度逐漸增大過程中,延期藥的燃燒發(fā)火量會出現(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行,此時延期藥的延期精度最好。

[1] 路秀偉.煤礦許用毫秒延期電雷管延期精度的實驗研究[D].阜新:遼寧工程技術(shù)大學(xué),2009.

[2] 冷德全,葛婷婷,陳冬梅.探討拉拔對延期體延期時間精度的影響[J].貴州化工,2012,(4):16-19.

[3] 陳志軍.工業(yè)雷管延期精度的研究[D].南京:南京理工大學(xué),2010.

[4] 張生才,鄭云光,張世林,等.光敏二極管的可靠性和壽命分析[J].光電子·激光,2003(5):466-468.

[5] 房修義.硅系延期藥延期時間穩(wěn)定性研究[D].南京:南京理工大學(xué),2007.

[6] 潘功配.高等煙火學(xué)[M].哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué)出版社,2007.

[7] 顏事龍,張涵,何杰,等.鉛丹-硅系延期藥貯存中的化學(xué)反應(yīng)機理[J].火炸藥學(xué)報,2014(2):.

[8] 鄭思友,翟廷海,夏斌,等.硅系延期藥貯存穩(wěn)定性的熱動力學(xué)研究[J].煤礦爆破,2010(3):14-17.

[9] 龍云玲,顏世龍,孫玉玲.淺談影響延期雷管秒量精度的重要因素[J].煤礦爆破,2006(3):14-17.

[10] 吳翠香.硒粉提高硅系延期藥燃燒精度的作用[J].遼寧化工,2003,32(7):294-297.

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,研究方向為爆破器材與技術(shù),電話:15215543953。