CN105290602B - 一种爆炸复合金属棒材的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种爆炸复合金属棒材的制备方法，其工艺、步骤为：在露天矿台阶无水的预爆破岩体（1）中按照设计的爆破孔网参数进行布孔，形成无水干燥的垂直炮孔（2）；将复合金属棒材制备装置（3）放入到炮孔（2）的底部的中间位置；将炸药（6）装入到炮孔（2）内并用炮泥（7）封堵；起爆炸药（6），在爆炸能量的挤压下，实现B金属材料管和A金属材料实心棒的复合，制备出爆炸复合金属棒材。所述的复合金属棒材制备装置（3）从里向外依次为：A金属材料实心棒、预留空气间隔、B金属材料管、保护层。本发明在矿山爆破开采过程中制造爆炸复合材料新产品，实现了炮孔的“一孔多用”，在不影响爆破效果的情况下增加了企业的新增经济效益。
Description
技术领域
本发明属于复合金属材料制备技术领域，具体涉及一种采用爆炸复合法制备复合金属棒材的工艺，特别适用于露天矿山进行爆破作业时制备爆炸复合不锈钢棒材，不仅可以显著提高炸药能量利用率，同时在不影响爆破效果的前提下，实现炮孔的“一孔多用”，创造了良好的经济效益。
背景技术
爆炸复合材料制备工艺是爆炸加工领域的一种新型加工工艺，是采用爆炸复合法，利用炸药爆炸瞬间产生的巨大能量实现同类或不同金属板材接合在一起制备而成，具有传统加工方法无法比拟的优点，具有操作过程简便、省时、省力和经济等特点，其最突出的优点是可以实现不同金属之间的高强度结合；采用爆炸焊接制造的复合材料不仅复合层间有高强度的贴合力，而且几乎所有的金属材料间都能实施复合，如不锈钢-钢复合棒材、钛-钢复合棒材、铜-钢复合棒材等。
目前，比较成熟的工艺是采用爆炸复合法生产金属复合板，其成形工艺是：将制备好的复板放置在基板之上，然后在复板上铺设一层炸药，利用炸药爆炸时产生的瞬时超高压和超高速冲击能实现金属层间的固态冶金结合。《中国钛业》2013 年第三期发表的“爆炸复合技术”一文中就详细介绍了钛钢复合材料的结合原理、特征、过程、产品及其用途进行了广泛的说明。
复合不锈钢棒线材产品具有耐腐蚀性能好、强度高、轻量化、免维护、使用寿命长等诸多独特优势，且成本低、力学性能好。目前，复合棒材产品主要以不锈钢-钢为主，具备科技、环保、节能、耐腐蚀、节材的多重特性，可以为国家节约大量的Ni、Cr等稀有金属资源。与普通不锈钢棒材相比，80%以上原材料使用优质钢代替，大幅度降低了生产成本，同时显著改善了材料的力学性能。其主要应用在特殊环境下的基础设施建设工程（如沿海地区造地护坡、桥梁、隧道、输油管线等）。但到目前为止，未见有采用用爆炸复合法制备复合金属棒材的文献报导，也未见到爆破复合金属棒材生产的实例。
目前爆炸复合材料及爆炸合成材料均在露天裸露药包中进行，对加工场场地环境要求特殊，存在爆破冲击波和噪声难题。这些缺点大大提高了爆破复合材料的生产成本，限制了爆破复合材料的生产规模。
大量研究表明，矿山爆破作业中炸药能量利用率较低，只有25%左右的能量用于岩体破碎等，以达到相应的工程设计要求，而其他大部分能量则以地震波、空气冲击波及热能等形式传递给周围介质或散失在空气中；本发明结合露天台阶深孔，利用炮孔内炸药能量进行爆炸复合不锈钢棒材的制备。
发明内容
本发明的目的，就是针对现有技术存在的上述问题，而提供一种爆炸复合金属棒材的制备方法。该制备方法将金属棒材、金属管材置于露天矿山台阶爆破大直径深孔中，充分利用炸药的爆炸能量，生产出爆炸复合金属棒材，不仅大幅度提高炸药的能量利用率，同时又不影响破岩效果，实现了化害为利，并为矿山安全高效回采创造了良好条件。
为实现本发明的上述目的，本发明一种爆炸复合金属棒材的制备方法采用的技术解决方案是：
本发明一种爆炸复合金属棒材的制备方法采用以下工艺、步骤：
1）在露天矿台阶无水的预爆破岩体中按照设计的爆破孔网参数进行布孔，形成无水干燥的垂直炮孔；
2）将复合金属棒材制备装置放入到炮孔的底部，采用固定架将复合金属棒材制备装置固定在炮孔底部的中间位置；
所述的复合金属棒材制备装置从里向外依次为：A金属材料实心棒、预留空气间隔、B金属材料管、保护层，其中A金属材料实心棒、B金属材料管为等高设计；
3）将炸药及起爆雷管装入到炮孔内，炸药装填在复合金属棒材制备装置的周围及上部，并采用炮泥封堵炮孔的上部；
4）起爆炸药，在爆炸能量的挤压下，实现B金属材料管和A金属材料实心棒的复合，制备出外表部为B金属材料、内部为A金属材料的爆炸复合金属棒材。
为增加爆破威力、提高两种不同金属材料的复合效果，所述的炮孔采用大直径垂直超深炮孔，炮孔的直径为180mm ~220mm；炮孔的孔深为14 m ~17m，其中超深1.5 m ~3.5m；所述的复合金属棒材制备装置的高度为1 m ~3m，并位于炮孔的底部超深中。
所述的保护层为预制塑料制品，长度比A金属材料实心棒和B金属材料管长10cm~20cm，保护层的壁厚3mm~5mm。保护层将炸药与B金属材料管隔离开来，使其满足爆破安全规程相关要求；保护层在起爆后自动分解破碎。
为了方便地将复合金属棒材制备装置放入到炮孔底部的超深中，所述的复合金属棒材制备装置的上部与一根定位杆活动连接，定位杆上带有刻度，在上述2）步骤中是通过定位杆将复合金属棒材制备装置放入到炮孔中，炮孔装入炸药之前，先将定位杆取出。
所述的A金属材料实心棒采用圆形钢棒为佳，所述的B金属材料管采用不锈钢薄钢管为宜，A金属材料实心棒的直径为30mm ~110mm，B金属材料管的壁厚为2mm~25mm，二者的长度为1m~2m。
所述的预留空气间隔的厚度为2mm~15mm。
当A金属材料实心棒的直径为30mm~50mm时，预留空气间隔的厚度为B金属材料管壁厚的40%~60%；当A金属材料实心棒的直径为90mm~110mm时，预留空气间隔的厚度为2mm~5mm。
本发明以矿山工程爆破施工现场为依托，在具体操作中，需要根据岩性情况、爆破台阶高度、炸药性能以及需要制备的复合金属棒材的直径、长度、材质进行科学优化设计，并通过试验验证确定最佳的装药量、装药方式以及超深长度等重要参数，利用炸药破岩外的多余能量实现两种材料的复合，以提高炸药的能量利用率，同时降低爆破飞石、冲击波等爆破公害，实现炸药爆炸多余能量的充分利用。
本发明一种爆炸复合金属棒材的制备方法的有益效果是：不仅提高了炸药能量利用率，同时又解决了露天裸露药包不锈钢复合棒材冲击波及噪声的难题，化害为利；同时在矿山爆破开采过程中制造爆炸复合材料新产品，实现了炮孔的“一孔多用”，在不影响爆破效果的情况下增加了企业的新增经济效益；该制备方法操作方便易行、安全可靠，创造的经济效益和社会效益十分显著。
附图说明
图1是本发明一种爆炸复合金属棒材的制备方法的炮孔结构布置图；
图2是图1中的A-A向纵剖图；
图3是图2中B-B剖面图。
附图标记为：1-岩体，2-炮孔，3-复合金属棒材制备装置，4-固定架，5-定位杆，6-炸药，7-炮泥，8-A金属材料实心棒，9-B金属材料管，10-预留空气间隔，11-保护层。
具体实施方式
为进一步描述本发明，下面结合附图和实施例对本发明一种爆炸复合金属棒材的制备方法做进一步说明。
由图1所示的本发明一种爆炸复合金属棒材的制备方法的炮孔结构布置图并结合图2、图3看出，本发明一种爆炸复合金属棒材的制备方法采用以下工艺、步骤：
1）试验矿山台阶高度12m，在露天矿台阶无水的预爆破岩体1中按照设计的爆破孔网参数进行梅花形布孔，形成无水干燥的垂直炮孔2；炮孔2直径200mm，孔深为15m，其中超深为3m。
2）将炮孔2清理干净，炮孔2清理完毕后，采用带有刻度的定位杆5将复合金属棒材制备装置3放入到炮孔2的底部的超深中，采用固定架4将复合金属棒材制备装置3固定在炮孔2底部的中间位置，固定架4能够确保复合金属棒材制备装置3位于炮孔的中心对称布置，保证炸药6在其周围均匀分布；所述的复合金属棒材制备装置3上部与一根定位杆5活动连接，如在复合金属棒材制备装置3的保护层11上设有挂钩或圆环，定位杆5的下端也设有挂钩。
3）将定位杆5取出，然后将炸药6及起爆雷管装入到炮孔2内，炸药6装填在复合金属棒材制备装置3的周围及上部，并采用炮泥7封堵炮孔2的上部；
4）起爆炸药6，在爆炸能量的挤压下，实现B金属材料管和A金属材料实心棒的复合，制备出外表部为B金属材料、内部为A金属材料的爆炸复合金属棒材。
由图2所示的图1中的A-A向纵剖图、图3所示的图2中B-B剖面图看出，所述的复合金属棒材制备装置3从里向外依次为：A金属材料实心棒8、预留空气间隔10、B金属材料管9、保护层11，其中A金属材料实心棒8采用圆形钢棒，所述的B金属材料管9采用不锈钢薄钢管。所述的复合金属棒材制备装置3的高度为1.1 m ~3m；所述的A金属材料实心棒8的直径为30mm~110mm，B金属材料管9的壁厚为2mm~25mm，二者的长度为1m~2m。所述的预留空气间隔10的厚度为2mm~15mm。当A金属材料实心棒8的直径为30mm~
50mm时，预留空气间隔10的厚度为B金属材料管9壁厚的40%~60%；当A金属材料实心棒8的直径为90mm~110mm时，预留空气间隔10的厚度为2mm~5mm。
炸药6的高度根据复合材料尺寸进行调整。复合材料参数根据市场需要进行生产。根据理论分析、结合大量现场试验进行优化调整参数，以确定预留空气间隔10的最佳厚度，取得质量最佳的爆炸复合材料。
所述的保护层11为预制塑料制品，长度比A金属材料实心棒8和B金属材料管9长10cm~20cm，保护层11的壁厚3mm~5mm。其将炸药6与B金属材料管9隔离开来，使其满足爆破安全规程相关要求；起爆后自动分解破碎。炸药6起爆后，在爆炸能量的挤压作用下，A金属材料实心棒8通过预留空气间隔10与B金属材料管9进行复合，形成两种材料的良好复合。
当然，本发明所述的A金属材料实心棒8、B金属材料管9只是代表两种不同的金属材料，其中A金属材料实心棒一般为价廉的金属材料，而B金属材料管9则为价格高、性能优良的金属材料，通过爆炸作用将A金属材料实心棒8、B金属材料管9复合后的爆炸复合金属棒材的外表性能达到了同直径的B金属材料实心棒的外表性能。
本发明方法已经在马钢和尚桥铁矿工程爆破现场施工中进行了工业试验验证，实现了不锈钢薄钢管与圆形钢棒的完全复合，复合后的爆炸复合不锈钢棒材表面光滑，性能与不锈钢棒材一致，但价格只有同直径不锈钢棒材的40% ~60%，取得了非常好的技术、经济效果。
Claims (8)
1.一种爆炸复合金属棒材的制备方法，其特征在于采用以下工艺、步骤：
1）在露天矿台阶无水的预爆破岩体（1）中按照设计的爆破孔网参数进行布孔，形成无水干燥的垂直炮孔（2）；
2）将复合金属棒材制备装置（3）放入到炮孔（2）的底部，采用固定架（4）将复合金属棒材制备装置（3）固定在炮孔（2）底部的中间位置；
所述的复合金属棒材制备装置（3）从里向外依次为：A金属材料实心棒（8）、预留空气间隔（10）、B金属材料管（9）、保护层（11），其中A金属材料实心棒（8）、B金属材料管（9）为等高设计；
3）将炸药（6）及起爆雷管装入到炮孔（2）内，炸药（6）装填在复合金属棒材制备装置（3）的周围及上部，并采用炮泥（7）封堵炮孔（2）的上部；
4）起爆炸药（6），在爆炸能量的挤压下，实现B金属材料管和A金属材料实心棒的复合，制备出外表部为B金属材料、内部为A金属材料的爆炸复合金属棒材。
2.如权利要求1所述的一种爆炸复合金属棒材的制备方法，其特征在于：所述的炮孔（2）为大直径垂直超深炮孔，炮孔（2）的直径为180 mm ~220mm；炮孔（2）的孔深为14 m ~17m，其中超深1.5 m ~3.5m；所述的复合金属棒材制备装置（3）的高度为1.1 m ~3m，并位于炮孔（2）的底部超深中。
3.如权利要求2所述一种爆炸复合金属棒材的制备方法，其特征在于：所述的保护层（11）为预制塑料制品，长度比A金属材料实心棒（8）和B金属材料管（9）长10cm~20cm，保护层（11）的壁厚3mm~5mm。
4.如权利要求1、2或3所述的一种爆炸复合金属棒材的制备方法，其特征在于：所述的复合金属棒材制备装置（3）上部与一根定位杆（5）活动连接，定位杆（5）上带有刻度，在上述2）步骤中是通过定位杆（5）将复合金属棒材制备装置（3）放入到炮孔（2）中，炮孔（2）装入炸药（6）之前，先将定位杆（5）取出。
5.如权利要求4所述的一种爆炸复合金属棒材的制备方法，其特征在于：所述的A金属材料实心棒（8）的直径为30mm~110mm，B金属材料管（9）的壁厚为2mm~25mm，二者的长度为1m~2m。
6.如权利要求5所述的一种爆炸复合金属棒材的制备方法，其特征在于：所述的A金属材料实心棒（8）为圆形钢棒，所述的B金属材料管（9）为不锈钢薄钢管。
7.如权利要求5所述的一种爆炸复合金属棒材的制备方法，其特征在于：所述的预留空气间隔（10）的厚度为2mm~15mm。
8.如权利要求5所述的一种爆炸复合金属棒材的制备方法，其特征在于：当A金属材料实心棒（8）的直径为30mm~50mm时，预留空气间隔（10）的厚度为B金属材料管（9）壁厚的40%~60%；当A金属材料实心棒（8）的直径为90mm~110mm时，预留空气间隔（10）的厚度为2mm~5mm。
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