KNO3/S/C混合粉尘最低着火温度及最小点火能的试验研究

作     者：叶亚明 

作者单位：中北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：胡双启

授予年度：2017年

学科分类：082604[工学-军事化学与烟火技术] 08[工学] 0826[工学-兵器科学与技术] 

主      题：KNO3/S/C混合粉尘 燃烧爆炸 最低着火温度 最小点火能 

摘      要：黑火药作为中国四大发明之一广泛应用于武器点火系统和民用爆破中,其组分为KNO/S/C三者的混合物。由于物质的特殊性,一旦受到外界能量的刺激,发生燃烧爆炸的可能性极大。本论文以KNO/S/C三者的混合粉尘为研究对象,利用G-G炉测试装置、1.2-L Hartmann测试仪以及粉尘层恒温加热装置分别对混合粉尘云最低着火温度、最小点火能和粉尘层最低着火温度进行研究,并分析吹散压力、不同比例、粉尘云浓度、硝酸钾粒度对混合粉尘云最低着火温度的影响,以及不同比例、粉尘云浓度、硝酸钾粒度对混合粉尘云最小点火能的影响。具体结论如下:(1)KNO/S/C粒度分别为d50=45、75、58μm,浓度为1.136g/L,比例为ω(KNO):ω(S):ω(C)=75:10:15混合粉尘云最低着火温度随吹散压力的上升表现为先减后增趋势,存在最佳吹散压力值为0.3bar。木炭含量不变,随着硫磺粉尘浓度的升高,硝酸钾浓度的降低,混合粉尘最低着火温度表现为减小趋势。得到质量比为ω(KNO):ω(S):ω(C)=75:10:15,65:20:15,55:30:15,45:40:15,35:50:15对应的最低着火温度分别为309、300、290、285、282℃。混合粉尘云最低着火温度随浓度的增大表现为先降后升趋势,存在敏感浓度,得到ω(KNO):ω(S):ω(C)=75:10:15,65:20:15,35:50:15三种比例的混合粉尘敏感浓度均为1.136g/L,对应的最低着火温度分别为309、300、282℃。随着硝酸钾粒度的增大,混合粉尘云最低着火温度表现为逐渐增大趋势,测得在硝酸钾粒度d50=45、53、90μm,质量比为ω(KNO):ω(S):ω(C)=75:10:15,65:20:15,35:50:15的混合粉尘最低着火温度分别为:309、315、320℃;300、308、315℃;282、290、300℃。(2)质量比为ω(KNO):ω(S):ω(C)=75:10:15,65:20:15的两种混合粉尘在点火能量为2240mJ下均未发生燃烧爆炸,比例为ω(KNO):ω(S):ω(C)=55:30:15、45:40:15、35:50:15的混合粉尘发生燃烧爆炸的最小点火能量分别为2240、1141、410mJ。一定的点火能量范围内,质量比为ω(KNO):ω(S):ω(C)=75:10:15,65:20:15的两种混合粉尘浓度对静电火花的敏感程度较低,浓度在0.417-2.917g/L之间,点火能量为2240m J条件下未能发生燃烧爆炸,质量比为ω(KNO):ω(S):ω(C)=35:50:15的混合粉尘随着浓度的升高最小点火能出现先降低后升高趋势。硝酸钾粒度分别为d50=45、53、90μm,在点火能量为2240mJ,浓度为0.833g/L条件下质量比为ω(KNO):ω(S):ω(C)=75:10:15,65:20:15均未发生爆炸,三种粒度下质量比为ω(KNO):ω(S):ω(C)=35:50:15的混合粉尘云最小点火能分别为410、272、220mJ,并测得该比例下粉尘云的爆炸下限为0.083-0.167g/L之间。(3)堆积厚度为5mm,质量比为ω(KNO):ω(S):ω(C)=75:10:15的混合粉尘层内部温度随热板温度的上升表现规律为逐渐上升,测得在该比例下的混合粉尘层最低着火温度为280℃。