拉拔直径对超细延期药延时精度影响的探讨

徐 康,谢兴华,戴春阳,汪 磊

(1.安徽理工大学化学工程学院, 安徽淮南232001; 2.安徽天明爆破工程有限公司, 安徽 滁州239000)

拉拔直径对超细延期药延时精度影响的探讨

徐 康1,谢兴华1,戴春阳2,汪 磊1

(1.安徽理工大学化学工程学院, 安徽淮南232001; 2.安徽天明爆破工程有限公司, 安徽 滁州239000)

延期药的燃烧性质是影响雷管精度的一个重要因素,延期体成为体现雷管精度性能的重要指标之一。通过对延期体燃烧性能的理论分析,并结合物理化学中固-固反应速率的遵循的规律,探讨拉拔不同延期体直径对超细延期药延时精度的影响。

延期体; 延期体截面积; 燃烧过程; 精度; 物理化学

1 引言

上世纪70年代开始由于铅芯延期体以其制造工艺简单,延时精度高等优点逐渐取代直接压装延期药的延期方式,缩短了我国雷管生产技术与国外的差距。铅芯拉拔技术发展至今已相对较为成熟,该技术通过多次拉拔装药铅管使其外径与雷管内径可以松动吻合,再调节延期体长度控制延期时间。但是由于工程对延期时间要求不同,因此导致现在常用的延期药种类繁多。而且延期药需求长时间保持其燃烧性能基本不变的性质,因此在配方方面种类繁多导致难以保证延期时间的准确性,影响雷管产品的稳定性[1-2]。

影响毫秒延期雷管延时精度的因素有很多,如延期药组分粒度、混药方式、延期药雷管结构等。而其性能主要从燃速、发火点、气态产物、感度和安定性几个方面来体现。通常最直观的表现就是其燃烧稳定性。本文中采用SC—H立式高速研磨机将延期药各组分在短时间内达到较细的粒度,拉拔成成品铅芯延期元件,并再利用不同直径模具将其拉拔成不同直径 的延期元件,并利用光电测试系统测试其延期时间和精度。

2 实验及实验结果

2.1 实验仪器与测试方法

仪器:SC—H立式高速研磨机、JZ500型双转筒拉丝机、2CU2B光敏二极管、力科HDO4034型示波器、FB100型发爆器和一套不同直径钨钢硬质合金模具。

测试方法:利用光敏二极管对光的变化非常敏感燃烧过程这些性质[3-4],使延期药在燃烧时两次触发光敏二极管这一短间隔时间测的延期药燃烧速度。测试中采用导爆管起爆,导爆管为普通型,外径3.0 mm、内径1.5 mm,装药量为16 mg/m,爆速为(1 900±50)m/s。光敏二极管1由导爆管触发,延期药燃烧触发光敏二极管2,即测得的时间为爆轰波在导爆管中、消爆腔中传播时间和延期药燃烧时间,但1号二极管与延期体间距离约为40 mm,爆轰波传播时间约为0.02 ms,在此忽略不计,所测时间即为延期药燃烧时间。测试装置图如图1所示,每组样品测试10发。

图1 测试装置图

2.2 延期体的制造

本实验中所用基药配方均为硅和铅丹,属于微气体延期药,选用硒为缓燃剂,并且在基药中添加了冰晶石。本实验中采用高速球磨技术对延期药进行细化处理,采用了0.03 mm的氧化锆磨介球,粉体经过球磨后可达到亚纳米级。延期药基药配方见表1。延期药制备完成后在拉拔成直径为6.0 mm的单芯铅芯延期体成品,并置放于干燥皿中常温贮存1年,再通过使用不同直径的合金模具将6.0 mm的铅芯延期索拉拔成不同直径的延期体。拉拔后不同直径延期体如图2所示。

表1 延期基药配方

图2 拉拔后延期体

2.3 实验数据分析与处理

延期体拉拔后通过光电测试其延期时间,并计算出不同直径下延期药平均秒量,燃速以及标差和极差来衡量其,见表2。

表2 非电起爆系统测试结果a#样品测试数据

数据分析:为了解不同直径的延期体与延期效果影响直径的关系利用origin绘制了如图3所示的各样品燃速与延期体直径的关系图。

图3 燃速与直径的关系图

从图3中可以很直观的看出随着直径从5.0 mm逐渐减小至2.5 mm时,其燃烧速度存在加快的现象,当延期体直径在3.0 mm时四种延期药的燃速都达到最快,但随着延期体直径的再次减小至2.5 mm时其燃速反而出现降低现象,并且结合表2中极差以及标准偏差的计算来看,也在3.0 mm时其延期精度最好。延期药的燃速降低存在不同的影响因素,首先从拉拔受力情况分析[2]药芯在拉拔过程中受到铅管壁给与的正压力作用,促使延期药沿着拉拔反方向运动,因此在随着拉拔次数的增加药芯密度、药芯直径、延期时间都会随之变化,而且呈现非线性关系。但是拉拔次数增加到一定程度后药芯密度会逐渐趋于一致,并减少了机械混药带入的空气,由于气体压力波传播速度是燃烧波正面传播速度的10倍[5],因此减少由于延期药中存在气体而在燃烧过程中产生的气体压力波现象,有利于提高延期体延时精度。从图3中四种样品拉拔直径为2.5 mm时,燃速从峰值开始降低,并均出现个别由于拉拔过细延期体中可能出现断药现象或者延期药燃烧过程中熄火现象。因为延期药的燃烧是热分解过程产生热量,同时也与周围环境发生热传递,随着拉拔次数的增加单位体积或者单位长度药剂量减少,此时燃烧热量减少,热产生速率小于热损失速率,出现燃烧不完全现象。

从燃速与直径的关系图(见图3)中可以很明显的看出,随着延期体拉拔次数增加,燃速是随着直径的减小而加快的规律同样呈现的是非线性的关系,并且整体上来说随着直径减小燃速变化还是很明显的,在拉拔至在四种不同配方的延期药随着拉拔直径减小时出现燃烧速度加快现象。根据物理化学中固-固反应遵循的原则和规律[6],这一类反应是非均相的放热过程,反应的驱动力是反应物和生成物的自由能差。在拉拔过程中延期药的密度逐渐增加氧化剂和还原剂之间的接触更加充分,增大了反应物之间的接触面积,降低了原子转移扩散的难度,因此此类延期药中固—固相反应速度遵循的是抛物线速度规律。同时在减小直径的同时药芯药量虽然减少但其与金属接触比面积增大,传热效果增强,在一定直径范围内燃速加快。

本文中延期药采用高速球磨技术,延期药的粒径可以到40μm左右,在随着拉拔次数的增加即压药密度的增加,可以有效的减少颗粒之间的空穴,抑制延期药燃烧过程中出现的层状龟裂、振动燃烧和秒量漂移现象,有效的提高延期药的精度[9]。在表2中可以看出在拉拔直径为3.0 mm时,四种延期药的秒量波动最小,延时精度最好。对比实验中四组数据表格我们可以发现硒作为缓燃剂对延期药燃速调节还是非常明显的[10],在实验数据表格中可以看出四种不同配方的延期药在拉拔直径为3.0 mm时延期精度最好。

3 结论

延期体拉拔过程中当药芯直径减小到一定程度后,遵循固-固相反应抛物线速度规律,燃烧速度逐渐降,低降到最低后出现燃速上升曲线直至延期药压死不传爆。在通过不同配方的延期药拉拔直径比较可以看出在拉拔直径为3.0 mm时,延期体的延时精度最好,燃烧速度最为稳定。同时在拉拔程度逐渐增大过程中,延期药的燃烧发火量会出现减少现象,可能出现燃烧不完全的现象。因此在延期体制造过程中可以根据延期药的不同性质选择其燃烧速度最缓的压药密度进行,此时延期药的延期精度最好。

[1] 路秀伟.煤矿许用毫秒延期电雷管延期精度的实验研究[D].阜新:辽宁工程技术大学,2009.

[2] 冷德全,葛婷婷,陈冬梅.探讨拉拔对延期体延期时间精度的影响[J].贵州化工,2012,(4):16-19.

[3] 陈志军.工业雷管延期精度的研究[D].南京:南京理工大学,2010.

[4] 张生才,郑云光,张世林,等.光敏二极管的可靠性和寿命分析[J].光电子·激光,2003(5):466-468.

[5] 房修义.硅系延期药延期时间稳定性研究[D].南京:南京理工大学,2007.

[6] 潘功配.高等烟火学[M].哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社,2007.

[7] 颜事龙,张涵,何杰,等.铅丹-硅系延期药贮存中的化学反应机理[J].火炸药学报,2014(2):.

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[9] 龙云玲,颜世龙,孙玉玲.浅谈影响延期雷管秒量精度的重要因素[J].煤矿爆破,2006(3):14-17.

[10] 吴翠香.硒粉提高硅系延期药燃烧精度的作用[J].辽宁化工,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,安徽庐江人,在读硕士,研究方向为爆破器材与技术,电话:15215543953。