废旧弹药装药倒空方法的研究进展

废旧弹药装药倒空方法的研究进展

史盼,张欣

  中国兵器工业试验测试研究院

摘要：弹药超出储存年限后，需要进行废旧弹药销毁工作，如何通过有效的手段，进行废旧弹药销毁，已经成为国内外重点关注的一项内容。废旧弹药装药倒空属于废旧弹药销毁中较为重要的一项工作，在不断研究中，出现了较多废旧弹药装药倒空技术，具备较好的使用前景。基于此，本文从废旧弹药拆分相关概述入手，分析了我国废旧弹药绿色无害化处理思路及目标，提出了几种废旧弹药装药倒空方法，以供参考。

关键词：废旧弹药；拆分销毁；无害化处理；装药倒空

引言

    弹药属于较为重要的战略物质，不过其存储时间有一定限制，当达到储存年限后，则会失去军事利用价值[1]，成为废旧弹药。虽然废旧弹药无法正常使用，不过仍存在较大的爆炸特性，当受到外界能量刺激时，很有可能会发生爆炸事故，并且，废旧弹药因为其中存在较多的含能材料，属于危害较大的污染源，如果出现燃烧情况，所形成的废气、废水等，会造成严重的环境污染问题，因此，应基于无害化处理理念下，探讨废旧弹药装药倒空方法，科学进行废旧弹药销毁。

一、废旧弹药拆分概述

对于弹药拆分而言，其通常是根据弹药生产时的装配逆反顺序实施，属于不可逆的破坏性过程，主要涉及到两个方面：第一，弹体自身结构拆分，包括较多方式，如引信与弹丸分离、发射药筒与弹丸分离等。第二，分离含能材料、元件或惰性材料等，如弹丸装药倒空以及发射药倒空等。虽然失去效用的废旧弹药无法用于作战或训练，不过还会发生燃烧情况，严重情况下还会发生爆炸事故[2]。通过弹药拆分技术，可以将装药倒空，从而实现安全、绿色处理。现阶段，在废旧弹药处理方面，主要向绿色无害化处理方向发展，在其发展目标上，主要分为以下阶段：阶段一，重点研究新型弹药报废处理技术，通过更加智能化及自动化的设备进行处理；阶段二，加大对炸药与弹体分离技术以及含能材料回收技术的研究力度；阶段三，加大对弹药销毁环节废水、废渣及废气处理技术的研究，并研制出相应设备。通过不断加大研究，实现资源充分利用的同时，有效控制污染问题的发生。

二、废旧弹药装药倒空方法

1.蒸汽加热倒空法

这种方法是将蒸汽作为介质，进行弹体加热，使其中装药温度超过熔点，通过这样的方式，将装药变化液态，从弹体中流出，从而达到倒空目的。蒸汽加热倒空法适用于毒性小、熔点低、不挥发且加热后不会分解的装药。蒸汽温度与压力存在密切的联系，如表1所示。在这种方法上，国外研究较早，1994年，美国研究出了高压釜溶解系统，通过间接加热的方式，向弹药外部施加蒸汽，基于标准大气压及115℃温度下，选择340kg弹药，开展了倒空测试，产出废水速度为3.8L/h。经不断发展，我国在此方法的研究上也不断成熟，使得蒸汽加热倒空法逐渐成熟。一些研究人员针对TNT炸药，进行了自动化蒸汽倒药系统设计，可进行远程操作，具备较高的操作安全性。相关研究人员研究了弹丸装药倒空装置，通过蒸汽或热水进行炸药的加热及冲刷，使炸药熔化，该装置在梯黑及梯萘混合炸药倒空中具备较好的适用性。蒸汽加热倒空法具备较多的优势，操作方便、不涉及复杂的设备、安全性及倒药效率较高，所以，已被广泛应用于弹药处理中。不过这种方法也存在一定不足，不具备较高的热利用效率，凝结水中有炸药污染，通常要实施废水后处理。如果炸药熔点超过120℃，应加大蒸汽压力，会导致安全性降低，也会应用到更加复杂的设备，不适用于熔点较高的装药。

表1 蒸汽温度与压力的关系

2.水力空化倒空法

    利用空化装置，使流过液体变成空化泡，当空气泡泯灭时，会出现持续的冲击波与微射流，使装药与弹体分裂，这种方式就是水力空化倒空法。西方一些国家已经在弹丸倒空中应用到了此项技术，该方法应用环节，会通过不同流速两相水流形成的压力差，制造出大量气泡，这些气泡直径在3~5范围内，当其与炸药固体接触时，会立即破灭，并产生100MPa的负压，将炸药逐层剥离，当前已经出现了较多倒空装置，可达到较好的弹药掏空效果。相关研究人员通过实际研究[3]，进行了水力空化倒空系统设计，在淹没条件下，通过Fluent软件仿真分析了喷嘴内外流场特性，发现喷嘴收缩段，速度梯度变化较为明显，使喷嘴后部位置存在较大的压力，水力空化现象更为明显，压力持续增加下，汽含率及空化流畅速度也得以不断提升，冲蚀效率逐渐升高。这种方式优点是具备较强的装药适用性，工艺简单，且安全性高，在敏感炸药中更加适用，缺点是设备结构较为复杂，并且需要具备较高的自动化水平支撑，在大规模推广使用上存在一定难度。

3.冷循环倒空法

对于冷循环倒空方法而言，其是在低温条件下进行弹药冷冻处理，升至室温后，再冷冻，再升温，反复进行此项操作，从而使弹药装药形成分布不均匀的热应力，弹药发生崩裂后，从壳体中取出药块即可，达到装药掏空的目的。国外一些国家选择超低温冷冻的方式，对未爆弹进行了处理，将冷冻液喷洒于未爆弹的散布区，通过这样的方式，降低雷管爆轰波能力，直至使其失效

[4]，随后进行未爆弹药收集，同时浸入到冷冻液中，使其处于失效状态，后期进行相应处理。这种方式已被逐渐应用于推进剂处理中。冷循坏倒空法会有效降低装药敏感性，同时操作不存在摩擦作用与机械撞击，并且不会发生污染问题，弹药取出更加安全，同时会被分散成各个小颗粒，不过也存在一定的缺点，能耗较大并且效率较低，不利于大规模工业化推广。

4.电磁加热装药倒空

通常情况下，装填TNT炸药材料的弹丸，可以选择加热的方式实施倒空处理，以往的加热方式主要有热水浸泡、蒸汽水煮等。对于电磁加热装药倒空技术而言，主要是按照导体感应磁场产生的涡流原理，使弹体作为感应磁场中的导体，缠绕壳体的线圈作为磁场，向线圈上作用交流电，从而使壳体内部产生交变涡流，进行弹体加热。相关资料中显示，一些西方国家将60 mm迫击炮弹作为试验对象，其中装有B炸药，电流达到4 kW时，熔化时间显示为119s。与传统热水溶解方式相比，在效率上提高了将近5倍，倒药环节不会有废水产生，因为这一技术手段存在较强的环保特点，已被国外较多企业应用，不断进行攻关研究，属于废旧弹药倒空技术发展的一个重要方向。

5.仿形钻削与干冰喷射复合倒空

一些研究人员研究出了一种仿形钻削与干冰喷射结合的自动生产线，专门用于弹丸装药倒空，其主要的工作原理为：在具备防爆功能的小室中，选择专用钻传以及低速风冷钻削的方式，这种方式中[5]，不仅有正常钻削方法，还包括仿弹体内弧形的仿形钻削方式，通过这一方法的应用，可以将弹丸中存在的大部分装药切削成粉状，将其倒出。随后在干冰喷洗机上放置弹丸，通过喷射干冰的方式，将其余炸药冲出，从而达到倒空目的，这种方式具备较强的安全性。该生产线中，存在传统系统，并且还存在干冰清洗机与钻削机，效率较高，还不会发生污染问题，可以处理较多的炸药品种，不会产生废气、废液及废渣，能够实现生产线自动化控制，在未来发展中，势必会成为一种废旧弹药装药倒空的新方法。

6.高压水射流倒药

    这种倒药技术的介质为水，利用高压泵向水施压，再利用喷嘴喷射而出，在气压或油压的驱动下，喷嘴会发生旋转，发射出不同强度、角度、多束的超高压旋转水射流，将弹药破碎后，使其随着水流倒出，最终达到倒药的目的。西方一些发达国家在该技术研究上已经相对成熟，特别是荷兰、乌克兰等国家 ，已经在弹箭处理、火箭发动机拆分等方面成功应用高压水射流技术，并在不断发展中，研究出了一系列后处理技术，能够对火炸药实现绿色回收处理。对于我国而言，在高压水射流倒药技术研究上正处于起步阶段，针对的是120～155 mm口径炮弹倒药研究。因为该工艺技术在废水处理及冲蚀破碎安全技术方面存在较高的要求，一些国家重点进行了全套自动化工艺装备研发，使得三废处理技术及壳药分离技术得以不断强化，操作安全性及效率得到进一步提高。

结束语

    综上所述，国家军事不断发展中，需要将如何安全高效的进行废旧弹药处理作为关键内容。通过工业技术方法，进行含能材料的回收利用，符合可持续发展战略要求，也是未来的主要发展方向。废旧弹药处理过程中，装药倒空属于较为重要的环节，在该技术不断发展中，已经形成了较多研究成果，其中蒸汽加热倒空法、水力空化倒空法、冷循环倒空法、仿形钻削与干冰喷射复合倒空法等，已经在使用中突显优势，在未来，还应以高效、绿色、安全为主要原则，进一步加大对废旧弹药装药倒空的研究，促进我国军事水平不断提升。

参考文献

[1]施洪杰,向红军,吕庆敖,苑希超,乔志明.废旧弹药装药倒空现状与发展[J].兵工自动化,2021,40(12):33-37.

[2]仝毅,刘炎,黄风雷.废旧弹药销毁处理技术研究进展[J].安全与环境学报,2020,20(05):1910-1923.

[3]满海涛,罗兴柏,丁玉奎,闫青春.喷嘴入口压力对水力空化倒药效率的影响研究[J].计算机仿真,2016,33(03):13-17.

[4]李全俊,王国辉,雷林,胡翔.废旧弹药拆分技术现状与发展[J].兵工自动化,2018,37(05):93-96.

[5]霸书红,沙育林,陈永进,王树涛.废旧弹药装药倒空方法的研究进展[J].安全与环境学报,2018,18(01):291-295.