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爆炸焊接铵油炸药现场混装技术与装备的研究与应用

2016-06-01 09:25:22 责任编辑:崔玮娜

葡京国际赌场 www.sangkatech.com 龚  兵  熊代余  孙大为  查正清  李国仲  马  平

(北京矿冶研究总院北矿亿博,北京,100160)

摘  要:结合金属板材爆炸焊接炸药的特性以及现场混装炸药技术特点,研究开发了一种采用硝铵与柴油冷混工艺技术生产爆炸焊接用粉状铵油炸药的技术和装备,并成功实现了工业化应用,拓展了现场混装技术的应用领域。

关键词:爆炸焊接;混装车;地面站;铵油炸药;安全

 

1引言

爆炸焊接是利用炸药爆炸瞬间产生的巨大能量作为能源使金属产生塑性变形、熔化,并达到原子间结合的一种崭新焊接技术。爆炸焊接而成的金属复合材料具有单一金属材料不可比拟的综合性能和性价比。目前,包括我国在内为数不多的几个国家利用爆炸焊接技术进行产品的开发和生产,其产品大量地应用于石油、化工、冶金、机械、造船等工业领域,而我国爆炸焊接金属板材产量超过全世界产量的50%。

众多学者的研究表明,影响爆炸焊接产品质量的因素除复合金属的材质、焊接工艺技术外,还与炸药性能密切相关,笔者单位在国内外首次将炸药现场混装技术引入爆炸焊接行业,实现了爆炸焊接用粉状炸药的现场混制[1~5]

2爆炸焊接现场混装铵油炸药配方研究

金属板材爆炸焊接结合面通常有大波状、小波状和微波状三种结合形态,其中以微波状结合面的结合强度最高、质量最好。在爆炸焊接工艺和方法相同的情况下,导致结合面形态不同的主要原因是炸药爆速不稳定。因此控制炸药的爆轰速度,使飞板获得足以保证焊接质量的稳定的爆炸能量,成为控制爆炸焊接质量的关键。用于金属板材爆炸焊接的炸药俗称三低炸药(即低密度、低爆速、低猛度),国内外多采用向成品粉状炸药中加入调节剂而成,降低其密度和爆速后使用,常用成品炸药有2号岩石硝铵炸药、膨化炸药等。要求三低炸药性能满足如下特点:(1)具有雷管感度;(2)爆速为1800~2500m/s;(3)堆积密度为0.50~O.70g/cm3;(4)猛度小于10mm。

试验研究了硝铵粒度范围和密度调节剂含量不同对炸药性能的影响。结果表明,硝铵粒度越细、密度调节剂加入量越少,最终产品的密度大、爆速高、猛度大、传爆性能好,产品密度与爆速关系如图l所示,最终确定了表1所示工艺配方。

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本项研究由地面站和混装车两部分组成,在地面站完成炸药原料或半成品的准备,即完成多孔粒状硝铵破碎后与密度调节剂的均匀混合,然后装入混装车硝铵料仓内,最后按需装载柴油。在爆破作业现场,通过车载系统将上述两种物料按比例混合,直接出料到钢板上,实现爆炸焊接铵油炸药的现场混制。在运输和使用过程中只涉及炸药半成品,避免了成品炸药的运输、二次加工和使用,本质安全性高[6,7]

3地面站的设计

地面站是炸药现场混装车配套使用的技术和装备,包括上料系统和辅助设施。上料系统由皮带输送机、破碎机、螺旋输送机、调节剂储存与计量系统、除尘系统和自动控制系统等组成,生产设备布置如图2所示。上料系统设计了引风除沉装置,可有效避免硝铵破碎过程中产生粉尘,使上作环境整洁。在硝铵投料口加装不锈钢防护栏确保操作人员安全,加装除铁装置确保破碎机运转安全,并对破碎机轴承通冷却水,防止轴承长时间工作过热发生危险,有利于安全生产。辅助设施包括硝铵库房、调节剂库房、车库、办公牢、消费、防雷以及安防设施等。

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鉴于硝铵粒度和添加剂含量对炸药性能影响很大,因此地面站上料系统控制关键是确保多孔粒状硝铵粒度范围和加入密度调节剂满足工艺配方要求,确保半成品质量稳定。

4 BCJX铵油炸药现场混装车的设计

与球粒状多孔粉状硝铵相比较,破碎后的多孔粒状硝铵为多边形结构,表面的防潮防结块涂层被破坏后,极易吸湿结块,静态堆积角超过80°,流散性急剧下降,采用料仓固定式的常规铵油炸药现场混装车不能正常工作,出现出料不畅、配比不准、产品性能不稳定,甚至产生废品等现象。面对上述难题,通过大量调研后借鉴水泥搅拌车的工作原理,开发出一种硝铵料仓可旋转的新型铵油炸药现场混装车,将硝铵因静态堆积失稳出料变革为动态滚动出料。料仓正向旋转实现进料,反向旋转实现出料,在料仓旋转过程中结块物料被翻转和破碎,出料更加均匀,可满足粉状铵油炸药生产的需要。

本项目研制的BCJX型铵油炸药混装车由汽车底盘和装药系统组成,其中装药系统包括硝铵进料系统、硝铵储存输送系统、柴油储存输送系统、液压系统以及动态监控信息系统。为提高混装车工艺配比和计量精确性,在柴油输送管路上安装数字流量计,应用电液比例控制技术精确控制配比;设计了粉状物料中间料仓,并在中间料仓上加装料位计,确保粉状料位基本稳定,提高了计量精度,主要性能参数见表2,混装车在地面站上料现场,上料过程自动化程度高,无需干预(如图3所示)。

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混装车动态监控信息系统除实现生产数据的实时采集,定时、自动上传至行业主管部门外,还对生产过程中关键工艺参数实施在线监测,一旦发现液压油超温、粉状物料断料、柴油断流等情况,立即发出声光报警并延时自动停车,确保产品质量稳定可靠。

此外,混装车控制系统系统定时采集设备状态参数,随生产数据上传至混装车企业管理平台,与平台数据库设定参数进行对比,发现超出设定范围,将发出报警提示作业人员设备故障需维护,避免混装车带病作业;混装车研制单位可根据报警信息远程判断故障原因,指导用户进行维护保养,确保生产过程安全可靠。

工业应

该项研究成果已在四川通达化工有限公司宜宾分公司进行应用,生产的爆炸焊接用粉状铵油炸药经国家安全生产淮北检测中心检验,完全达到了企业标准要求,与市场上常用的成品炸药的性能对比结果见表3。

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BCJX型铵油炸药现场混装车在金属板材爆炸焊接现场的工作状态,通过操作手柄将混合螺旋摆出到钢板上方,输入单孔药量后,点击装药开始即可,达到设定药量后自动停止。制药过程仅需2~3人即可,自动化程度高,劳动强度低,减少了成品炸药的运输和使用,有利于社会公共安全(如图4所示)。

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在应用该项成果开展金属板材爆炸焊接初期,也曾出现过金属表面烧蚀严重,颜色不均匀或焊接质量不稳定等现象。深入分析仍是炸药性能不稳定所致,采取高效固液混合技术等多项措施提高产品均匀性,提高金属板材复合质量,最终得到了用户的认可。

6结论

该项研究成果的成功应用表明,采用将多孔粉状硝铵破碎后与柴油冷混生产金属板材爆炸焊接用粉状铵油炸药工艺技术是可行的,具有高效、安全、低成本等优点,扩大了现场混装技术的应用领域,符合民爆行业发展方向。

参考文献

[1]王耀华.金属板材爆炸焊接研究与实践[M].北京:国防工业出版社,1985.

[2]王建民,朱锡,刘润泉.爆炸焊接的应用与发展[J].材料导报,2006,20(1):41~45.

[3]田建胜,陈青术.爆炸焊接专用炸药实验研究[J].工程爆破,2008,14(3):59~62.

[4]岳宗洪,李亚,韩刚.爆炸焊接专用炸药的研究与应用[J].工程爆破,2011,17(2):73~75.

[5]王勇,张越举.赵恩军等.金属爆炸焊接用低爆速膨化铵油炸药实验研究[J].含能材料,2009,17(3):326~329.

[6]聂云端.爆炸焊接专用粉状低爆速炸药的研制[J].爆破,2005,22(2):106~108.

[7]孙光,熊代余,龚兵等.粉状铵油炸药现场混装车的设计与应用[J].爆破器材,2013,42(5):27~30.

摘自《中国爆破新进展》