PDF《锆金属粉尘云的爆炸特性》

3 P i c t u r eo f z i r c o n i u md u s t 图4 锆粉的 S EM 图Fig.4S EMo f z i r c o n i u md u s t 1. 3.

2 锆粉颗粒的粒度分析 图6 压力 - 时间曲线 F i g .

6 P r e s s u r e - t i m ec u r v e s 图5 锆粉粒度分布 F i g .

5 P a r t i c l es i z ed i s t r i b u t i o no f z i r c o n i u mp o w d e r 使用Mastersizer2

0 0

0 激光粒度分析仪对锆粉的粒度分布进行检测, 得到锆 粉的粒度分布体积百分比, 如图5所示. 可知锆粉的粒度分 布为: d( 0. 1) = 6.

8 0 9μ m, d( 0.

5 ) =2 1.

0 2 9μ m, d( 0. 9) =5 6.

2 5 5μ m, 其平均粒度为2 1.

0 2 9μ m. 根据超细粉体的定义, 可知本实验所 使用的锆粉属于超细粉体中的微米级粉 体.而超细粉体粒度较小, 具有特殊的结 构, 处于热力学上极不稳定的状态. 1. 3.

3 点火头制作 实验中采用的点火源是化学点火头, 化学点火头的制作是以锆粉、 硝酸钡、 过 氧化 钡按照4∶3∶3 的质量比混合而成[ 9] .共制备了能量为

1 ~1 0k J的共10种点火能量E 的化学点火头.各能量 点火头所对应的药粉总质量 m 和在无粉 尘参与条件下点火头点燃在罐中产生的 压力p, 如表1所示.

2 实验结果分析 按照 G B / T1

6 4

2 5 [

1 0] 和I E C [

1 1 ] 标准, 当爆炸升压( 不包括点火头影响) 超过3

0 ~5 0k P a时可认为粉尘发生了爆炸, 本 文中采用3 0k P a . 2.

1 锆粉尘云爆炸压力随时间变化过程 当锆粉浓度为2 0g / m3 时, 分别用

3、

5、

1 0k J的点火能量点爆罐内可燃物, 得 到不同锆粉尘云爆炸后随时间变化的压 力曲线, 如图6所示. 表1 不同工况下引燃后罐中的压力 T a b l e1 P r e s s u r e i nt h e l i t e ra f t e r i g n i t i o n u n d e rd i f f e r e n tw o r k i n gc o n d i t i o n s E / k J m / g p / k P a E / k J m / g p / k P a

1 0.

2 4

1 6 1.

4 4

3 7

2 0.

4 8

9 7 1.

6 8

4 6

3 0.

7 2

1 5

8 1.

9 2

5 2

4 0.

9 6

2 1

9 2.

1 6

5 9

5 1.

2 0

2 8

1 0 2.

4 0

6 8

8 9

4 爆炸与冲击第3 7卷 从图6可以看到, 3条压力 - 时间曲线均可划分为压力上升、 压力峰值和压力衰减3个阶段.压力上 升是由于爆炸罐内的锆粉颗粒被点燃, 快速氧化不断释放出的能量大于向周围损失的能量, 能量不断蓄 积, 压力不断升高;

压力峰值的大小与锆粉尘的反应热力学和动力学性质相关;

压力衰减是由于锆粉颗 粒氧化释放的能量小于系统损失的能量, 压力开始逐渐降低.点火能量不同, 压力峰值不同. 2.

2 初始点火能量对锆粉尘云爆炸压力的影响 在考察初始点火能量对锆粉尘云爆炸压力的影响时, 点火延迟时间设为60ms,符合GB/T16425[10] 和EN1

4 0

3 4 [

1 2 ] 的要求. 在2 0升爆炸罐中, 分别用

1、

2、 …、

1 0k J点火能量引爆浓度为2 0g / m3 的锆粉尘云, 分析初始点火 能量对锆粉尘云最大爆炸压力pm a x的影响.初始点火能量与锆粉尘云最大爆炸压力的关系如表2所示, t m a x为pm a x对应的时刻.从表2可以得到, 在锆粉尘云浓度为2 0g / m3 , 点火延迟时间为6 0m s , 其他 条件不变, 只改变初始点火能量的情况下: (

1 ) 点火能量为1和2k J的点火头无法引燃浓度为2 0g / m3 的锆粉尘云;

(

2 ) 锆粉尘云最大爆炸压力随初始点火能量的增大而增大, 说明初始点火能量对锆粉尘云 爆炸威力产生很大的影响. 表2 不同初始点火能量下锆粉尘云最大爆炸压力 T a b l e2 M a x i m u me x p l o s i o np r e s s u r e so f z i r c o n i u md u s t c l o u da td i f f e r e n t i n i t i a l i g n i t i o ne n e r g i e s E / k J pm a x / k P a t m a x / m s 是否爆炸 E / k J pm a x / k P a t m a x / m s 是否爆炸