引言
膨化硝銨炸藥是南京理工大學(xué)發(fā)明的專利技術(shù)，屬于新型無梯粉狀炸藥，它具有無毒、無污染、低成本、物理性能和爆炸性能優(yōu)良等優(yōu)點，在全國范圍內(nèi)有著近百條生產(chǎn)線。目前膨化硝銨炸藥生產(chǎn)的制藥部分主要采用膨混聯(lián)建工藝，即將硝酸銨的膨化改性處理、膨化硝酸銨與其他組分混制成炸藥以及炸藥的晾藥等工序一并建在一個工房內(nèi)，以自動化、連續(xù)化的方式進(jìn)行生產(chǎn)。在這一工藝中，為保證炸藥混合的均勻性和細(xì)度，并滿足連續(xù)化生產(chǎn)及產(chǎn)能的需要，根據(jù)膨化硝酸銨的物化性能特點專門設(shè)計制作了一種凸輪
粉碎機(jī)用于生產(chǎn)線中。
膨化硝酸銨專用凸輪粉碎機(jī)是膨化硝銨炸藥連續(xù)化生產(chǎn)線的一個關(guān)鍵設(shè)備，但它同時又是安全隱患較高的設(shè)備。一方面，凸輪粉碎機(jī)粉碎過程中的膨化硝酸銨自身溫度較高，而且膨化硝酸銨具有雷管感度，隨著溫度升高，雷管感度增加；另一方面，凸輪粉碎機(jī)的轉(zhuǎn)速較高，一般為900 ~ 1500r/min，粉碎機(jī)的錘頭在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時與膨化硝酸銨撞擊和摩擦?xí)鹋蚧跛徜@升溫。針對目前生產(chǎn)中凸輪粉碎機(jī)可能存在的安全隱患，根據(jù)實際生產(chǎn)過程，以膨化硝酸銨專用凸輪粉碎機(jī)為中心設(shè)計了一個膨化硝酸銨粉碎系統(tǒng)．在控制室內(nèi)通過操作可以實現(xiàn)自動、連續(xù)對膨化硝酸銨進(jìn)行循環(huán)加熱、粉碎和輸送，實驗中通過調(diào)整多個參數(shù)來模擬極限條件下的生產(chǎn)過程，研究凸輪粉碎機(jī)的安全性。
1、實驗
1.1實驗裝置
本試驗裝置系統(tǒng)由凸輪粉碎機(jī)、定量螺旋、提升螺旋、回轉(zhuǎn)螺旋和連接螺旋等設(shè)備組成，按圖l所示連接和安裝。其中，凸輪粉碎機(jī)最高轉(zhuǎn)速為2950t/min，其與實際膨化硝銨炸藥生產(chǎn)線上粉碎機(jī)的體積比為2：5，最大處理能力為2.4t/h。
1.2實驗原理
膨化硝酸銨從加料口進(jìn)入回轉(zhuǎn)螺旋，在回轉(zhuǎn)螺旋內(nèi)經(jīng)蒸汽加熱到一定溫度后由定量螺旋勻速、定量輸送到粉碎機(jī)內(nèi)進(jìn)行粉碎，粉碎后的膨化硝酸銨經(jīng)提升螺旋和連接螺旋再送至回轉(zhuǎn)螺旋，由此形成膨化硝酸銨的循環(huán)粉碎過程。
回轉(zhuǎn)螺旋、提升螺旋和連接螺旋的夾套內(nèi)通入一定壓力的蒸汽，通過調(diào)整蒸汽的流量可以控制和調(diào)節(jié)膨化硝酸銨的溫度。在回轉(zhuǎn)螺旋出料口和粉碎機(jī)出料口分別設(shè)有測溫點，用來檢測膨化硝酸銨進(jìn)出粉碎機(jī)的溫度；粉碎機(jī)殼體和端蓋上設(shè)置的測溫點可以用來觀察粉碎機(jī)的升溫情況；同時還將監(jiān)測粉碎過程中粉碎機(jī)的噪音和振動情況。除此以外，可以通過變頻調(diào)節(jié)粉碎機(jī)和定量螺旋電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以調(diào)整粉碎機(jī)轉(zhuǎn)速和進(jìn)料速度；系統(tǒng)中所有設(shè)備電機(jī)均裝有過流保護(hù)裝置。
1.3實驗方案
實驗中運(yùn)用控制變量法，通過粉碎機(jī)轉(zhuǎn)速、進(jìn)料溫度、進(jìn)料速度和外殼與錘頭之間間隙的調(diào)節(jié)，對膨化硝酸銨的粉碎展開安全性研究。
1.3.1粉碎機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)實驗
將96 kg膨化硝酸鎪投入回轉(zhuǎn)螺旋，在回轉(zhuǎn)螺旋內(nèi)加熱至90℃時開始進(jìn)料，控制進(jìn)料速度為26.0kg/min，即定量螺旋電機(jī)工作頻率為20Hz，此時粉碎機(jī)的外殼與錘頭之間間隙為15mm；通過變頻器的調(diào)節(jié)使得粉碎機(jī)的轉(zhuǎn)速在1000一2950 r/min的范圍內(nèi)變化。
1.3.2進(jìn)料溫度調(diào)節(jié)實驗
混藥過程中膨化硝酸銨的溫度越高，油相的流動性越好，則各組分混合得更為均勻；但是因為膨化硝酸銨具有熱粘性，其溫度在超過110℃時，粉碎過程中受撞擊和摩擦的作用將會破壞自身特殊的“微氣孔”結(jié)構(gòu)，影響其自敏化程度，因此膨化硝酸銨在粉碎過程中溫度不能超過110%。
在回轉(zhuǎn)螺旋內(nèi)，膨化硝酸銨通過夾套內(nèi)蒸汽進(jìn)行加熱，當(dāng)溫度分別升至80C、85℃直至105℃時開始進(jìn)料，控制進(jìn)料速度為26.0kg/min，此時粉碎機(jī)外殼與錘頭之間間隙為15mm，粉碎機(jī)的轉(zhuǎn)速為1400 r/min。
1.3.3進(jìn)料速度調(diào)節(jié)實驗
經(jīng)過測量，當(dāng)定量螺旋的速頻比為1.3kg/( min．Hz)，膨化硝酸銨加熱至90"C時，定量螺旋電機(jī)工作頻率分別取值20、25、30和35Hz，即進(jìn)料速度分別為26.0、32.5、39.0和45.5kg/min，此時粉碎機(jī)外殼與錘頭之間間隙為15 mm，轉(zhuǎn)速1400r/min。
1.3.4粉碎機(jī)外殼與錘頭之間間隙調(diào)節(jié)實驗
當(dāng)外殼與錘頭之間間隙為15 mm時，加熱膨化硝酸銨到90℃，按26.0 kg/min大小的速度進(jìn)料，粉碎機(jī)的轉(zhuǎn)速為1400 r/min；然后通過更換不同大小的錘片，調(diào)節(jié)粉碎機(jī)外殼與錘頭之間間隙為12 mm，在相同運(yùn)行參數(shù)下再次進(jìn)行粉碎。
2、結(jié)果與討論
2.1粉碎機(jī)轉(zhuǎn)速對膨化硝酸銨粉碎安全性的影響
凸輪粉碎機(jī)的轉(zhuǎn)速是粉碎過程中一個不可或缺的運(yùn)行參數(shù)，對粉碎機(jī)的安全性有著重要的影響。本研究對不同轉(zhuǎn)速下粉碎機(jī)出料溫度、殼體溫度和端蓋溫度進(jìn)行測量，結(jié)果如表1。
從表1中的數(shù)據(jù)可以看出，膨化硝酸銨進(jìn)出料溫差、粉碎機(jī)殼體溫度隨著粉碎機(jī)轉(zhuǎn)速的升高而逐漸增大，這是由于在粉碎過程中，隨著粉碎機(jī)轉(zhuǎn)速的升高，粉碎機(jī)錘頭對物料的撞擊力度以及物料與物料之間相互擠壓摩擦的頻率和作用力都會增大，導(dǎo)致產(chǎn)生更多的熱量。由于物料的粉碎過程主要在粉碎機(jī)錘頭與殼體之間完成，粉碎機(jī)殼體一直處于與物料的摩擦和撞擊狀態(tài)，因此殼體溫度始終高于出料溫度。
凸輪粉碎機(jī)的轉(zhuǎn)速越高，粉碎后膨化硝酸銨的細(xì)度越高，越有利于混合炸藥體系混合均勻性和炸藥爆炸性能的提高。目前膨化硝銨炸藥生產(chǎn)線上粉碎機(jī)的轉(zhuǎn)速一般在1000—1450r/min范圍內(nèi)，粉碎后膨化硝酸銨在40目／英寸篩上通過率約為40%~60%。在粉碎機(jī)運(yùn)行過程中，粉碎機(jī)轉(zhuǎn)速逐漸增加的過程中，膨化硝酸銨出料溫度、粉碎機(jī)殼體及端蓋溫度隨之升高，安全隱患也是在增大。結(jié)果表明，當(dāng)粉碎機(jī)的轉(zhuǎn)速在1000一2950 r/min范圍內(nèi)改變時，膨化硝酸銨進(jìn)出料溫升變化范圍為2.3 -3.5℃，粉碎機(jī)殼體和端盞的溫度變化也不大，而且設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)，沒有較大的噪音和振動，因此系統(tǒng)運(yùn)行具有足夠的安全性；經(jīng)檢測，當(dāng)粉碎機(jī)轉(zhuǎn)速為2950r/min時，粉碎后的膨化硝酸銨在40目／英寸篩上通過率達(dá)到90%，物料細(xì)度的提高非常顯著。
2.2進(jìn)料溫度對膨化硝酸銨粉碎安全性的影響
為了研究粉碎過程中膨化硝酸銨溫度對粉碎機(jī)安全性的影響，實驗研究了不同進(jìn)料溫度下粉碎機(jī)各處的溫升情況，結(jié)果見表2。
從表2中的數(shù)據(jù)可以看出，膨化硝酸銨進(jìn)出料溫差和殼體溫度與出料溫度之差都隨著迸料溫度的升高而逐漸減小。溫差減小是因為在粉碎過程中，隨著進(jìn)料溫度的升高，硝酸銨顆粒逐漸軟化變得容易粉碎，同時粉碎機(jī)與環(huán)境之間的熱傳遞增加。
在粉碎過程中，當(dāng)進(jìn)料溫度逐漸增加時，膨化硝酸銨出料溫度、粉碎機(jī)殼體及端蓋溫度都會隨著升高，安全隱患也隨著增大。實驗結(jié)果表明，當(dāng)膨化硝酸銨進(jìn)料溫度在80~105℃范圍變化時，膨化硝酸銨進(jìn)出料溫升變化范圍為3.1~2.5℃，粉碎機(jī)殼體和端蓋的溫度變化也不大，而且設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)，沒有噪音和振動產(chǎn)生，因此系統(tǒng)運(yùn)行具有足夠的安全性。
2.3進(jìn)料速度對膨化硝酸銨粉碎安全性的影響
為了研究進(jìn)料速度對粉碎機(jī)安全性的影響，實驗測量了不同進(jìn)料速度下粉碎機(jī)的溫升情況，結(jié)果見表3。表3不同進(jìn)科速度對膨化硝酸銨粉碎溫升的影響
進(jìn)料定量螺旋工作電機(jī)裝有過流保護(hù)裝置，發(fā)生堵料時可以及時停機(jī)，有效地避免安全事故發(fā)生。實驗中，當(dāng)進(jìn)料速度達(dá)到45.5kg/min時，粉碎機(jī)進(jìn)料口處發(fā)生堵料，表明此時的進(jìn)料速度已經(jīng)超過了粉碎機(jī)的處理能力，因此進(jìn)料速度不能超過39.Okg/min。
由表3可知，膨化硝酸銨進(jìn)出料溫差隨著進(jìn)料速度的升高而逐漸變大。因為在粉碎過程中，隨著進(jìn)料速度的升高，物料之間擠壓和摩擦的頻率在增加，并且擠壓和摩擦作用的強(qiáng)度也隨之增加，導(dǎo)致產(chǎn)生更多的熱量。
在粉碎過程中，當(dāng)進(jìn)料速度逐漸增加時，膨化硝酸銨出料溫度、粉碎機(jī)殼體及端蓋溫度都會隨之升高，安全隱患也隨之增大。實驗結(jié)果表明，當(dāng)膨化硝酸銨進(jìn)料速度在26.0~39.0 kg/min范圍變化時，膨化硝酸錢進(jìn)出料溫升變化范圍為2.4~2.7℃，粉碎機(jī)殼體和端蓋的溫度變化也不大，并且設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)，未發(fā)生堵料情況，也沒有明顯的噪音和震動產(chǎn)生，因此系統(tǒng)運(yùn)行具有足夠的安全性。
2.4外殼與錘頭之間間隙對膨化硝酸銨粉碎安全性的影響
實驗測量了不同外殼與錘頭之間間隙條件下粉碎機(jī)的溫升情況，來研究不同外殼與錘頭之間間隙對粉碎機(jī)安全性的影響。
表4的數(shù)據(jù)表明，膨化硝酸銨進(jìn)出料溫差隨著外殼與錘頭之間間隙增加而逐漸減小，這是由于在粉碎過程中，外殼與錘頭之間間隙增加時，物料之間擠壓和摩擦作用的強(qiáng)度減小，導(dǎo)致產(chǎn)生的熱量也減少。
在粉碎過程中，由膨化硝酸銨出料溫度、粉碎機(jī)殼體及端蓋溫度的變化可知，安全隱患的大小與粉碎機(jī)間隙的變化呈反比。實驗結(jié)果表明，當(dāng)外殼與錘頭之間間隙分別為12 mm和15 mm時，膨化硝酸銨進(jìn)出料溫升變化范圍為2.5 -2. 9℃，粉碎機(jī)殼體和端蓋的溫度變化也不大，并且設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)，沒有明顯的噪音和震動產(chǎn)生，因此系統(tǒng)運(yùn)行具有足夠的安全性。
2.5 多個運(yùn)行參數(shù)極限條件下設(shè)備安全性研究
從上2.1、2.2、2.3和2.4節(jié)可看出，膨化硝酸銨粉碎過程中粉碎機(jī)最高轉(zhuǎn)速可達(dá)2950 r/min，進(jìn)料溫度的極限是105℃，進(jìn)料速度最高可達(dá)39.0kg/min，而外殼與錘頭之間間隙可以為12衄或15mm。為了更充分地研究粉碎機(jī)轉(zhuǎn)速、進(jìn)料溫度等運(yùn)行參數(shù)和設(shè)備參數(shù)對粉碎機(jī)安全性的影響，本實驗還研究了粉碎機(jī)轉(zhuǎn)速、進(jìn)料速度、進(jìn)料溫度和外殼與錘頭之間間隙這4個參數(shù)在極限條件下對粉碎機(jī)安全性的影響。
2.5.1進(jìn)料速度和間隙對膨化硝酸銨粉碎安全性的影響
研究在粉碎機(jī)轉(zhuǎn)速為2950r/min、進(jìn)料溫度為105℃、外殼與錘頭之間間隙分別為12 mm和l5 mm條件下，調(diào)節(jié)膨化硝酸銨的進(jìn)料速度，并測量粉碎機(jī)的溫升情況，結(jié)果見表5。
當(dāng)粉碎機(jī)外殼與錘頭之間間隙為12咖時，進(jìn)料速度為32.5、39.0kg/min兩種情況下粉碎機(jī)進(jìn)料口發(fā)生堵料；當(dāng)間隙為15 mm，進(jìn)料速度為39.0kg/min情況下粉碎系統(tǒng)也發(fā)生堵料。產(chǎn)生堵料可能有4個原因：粉碎機(jī)轉(zhuǎn)速過快、外殼與錘頭之間間隙較小、進(jìn)料速度過高和膨化硝酸銨的熱枯性，四者的共同作用阻礙了粉碎機(jī)的正常進(jìn)料。
從表5的數(shù)據(jù)可以看出，膨化硝酸銨進(jìn)出料溫差隨著進(jìn)料速度的增加而變大，隨著外殼與錘頭之間間隙的增大而減小，殼體溫度始終略高于出料溫度。
在粉碎過程中，當(dāng)進(jìn)料速度增加或外殼與錘頭之間間隙減小時，膨化硝酸銨出料溫度、粉碎機(jī)殼體及端蓋溫度都在變大，安全隱患也隨之增大。實驗結(jié)果表明，在表5中運(yùn)行參數(shù)條件下，膨化硝酸銨進(jìn)出料溫升變化范圍為3.5—3.8℃，粉碎機(jī)殼體和端蓋的溫度變化也不大，并且設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)，沒有明顯的噪音和振動產(chǎn)生，因此系統(tǒng)運(yùn)行具有足夠的安全性。
由表5可見，在粉碎機(jī)轉(zhuǎn)速為2950 kg/min、進(jìn)料溫度為105℃、進(jìn)料速度為32.5 kg/min、粉碎機(jī)外殼與錘頭之間間隙為15 mm條件下，最高出料溫度為109.3℃，未超過110℃，表明膨化硝酸銨特殊的“微氣孔”結(jié)構(gòu)沒有受到破壞。
經(jīng)檢測，上述運(yùn)行參數(shù)下，粉碎后的膨化硝酸銨在40目／英寸篩上通過率達(dá)到98%。
2.5.2粉碎機(jī)轉(zhuǎn)速和間隙對膨化硝酸銨粉碎安全性的影響
研究在進(jìn)料速度為390kg/min、進(jìn)料溫度為105℃、外殼與錘頭之間間隙分別為12 mm和15mm條件下，調(diào)節(jié)凸輪粉碎機(jī)轉(zhuǎn)速，并測量粉碎機(jī)的溫升情況，結(jié)果見表6。
當(dāng)粉碎機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到2800 r/min甚至更高時，進(jìn)料螺旋電機(jī)自動停機(jī)，粉碎機(jī)進(jìn)料口均發(fā)生堵料；在外殼與錘頭之間間隙為12mm、粉碎機(jī)轉(zhuǎn)速為2600r/min條件下，粉碎機(jī)在運(yùn)行較長一段時間后發(fā)生堵料。
從表6的數(shù)據(jù)可以看出，膨化硝酸銨進(jìn)出料溫差與粉碎機(jī)轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系，與外殼與錘頭之間間隙成反比，而殼體溫度始終保持略高于出料溫度。
在粉碎機(jī)運(yùn)行過程中，當(dāng)粉碎機(jī)轉(zhuǎn)速增加或外殼與錘頭之間間隙減小時，膨化硝酸銨出料溫度、粉碎機(jī)殼體和端蓋溫度都增加，系統(tǒng)的安全隱患也隨之增大。實驗結(jié)果表明，在表6中運(yùn)行參數(shù)條件下，膨化硝酸銨進(jìn)出料溫升變化范圍為3.1 ~3.5℃，粉碎機(jī)殼體和端蓋的溫度變化趨勢平穩(wěn)，并且設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)，沒有產(chǎn)生明顯的噪音和振動現(xiàn)象，因此上述運(yùn)行參數(shù)下系統(tǒng)運(yùn)行具有足夠的安全性。
由表6可見，在粉碎機(jī)轉(zhuǎn)速為2600r/min、進(jìn)料溫度為105℃、進(jìn)料速度39.0kg/min、外殼與錘頭之間間隙為15 mm條件下，最高出料溫度未達(dá)到ll0℃，表明膨化硝酸銨特殊的“微氣孔”結(jié)構(gòu)未受到破壞；并且粉碎后的膨化硝酸銨在40目／英寸篩上通過率經(jīng)檢測達(dá)到87%。
2.5.3進(jìn)料溫度和間隙對膨化硝酸銨粉碎安全性的影響
研究在粉碎機(jī)轉(zhuǎn)速2950 r/min、進(jìn)料速度39.0kg/min、外殼與錘頭之間間隙分別為12 mm和15mm條件下，調(diào)節(jié)膨化硝酸銨的進(jìn)料溫度分別為90、95、100、105℃，測量粉碎過程中粉碎機(jī)的溫升情況。
所有實驗中進(jìn)料螺旋電機(jī)都自動停機(jī)，粉碎機(jī)進(jìn)料口均發(fā)生堵料，表明在粉碎機(jī)轉(zhuǎn)速2950 r/min.進(jìn)料速度39．0 kg/min條件下凸輪粉碎機(jī)無法正常工作。
2.5.4多個運(yùn)行參數(shù)極限實驗結(jié)果與討論
2.5.1、2.5.2和2.5.3節(jié)中的實驗結(jié)果表明，當(dāng)所有運(yùn)行參數(shù)都為極值時，凸輪粉碎機(jī)無法正常工作。由表5和表6得到的兩組運(yùn)行參數(shù)：粉碎機(jī)轉(zhuǎn)速為2950 kg/min、進(jìn)料溫度為105℃、進(jìn)料速度為32.5 kg/min、粉碎機(jī)外殼與錘頭之間的間隙為15 mm和粉碎機(jī)轉(zhuǎn)速為2600r/min、進(jìn)料溫度為105℃、進(jìn)料速度39.0kg/min、外殼與錘頭之間間隙為15 mm，不僅可以確保系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，還可以明顯提高膨化硝酸銨粉碎后的細(xì)度，極大促進(jìn)混藥工序中各組分混合的均勻性，提高膨化硝銨炸藥的爆炸性能。但是最大的進(jìn)料速度將可能導(dǎo)致粉碎機(jī)長時間運(yùn)行過程中發(fā)生堵料情況，引起設(shè)備停機(jī)，嚴(yán)重影響膨化硝酸銨粉碎的效率；而較高的粉碎機(jī)轉(zhuǎn)速可以使膨化硝酸銨粉碎后的細(xì)度更高，對膨化硝銨炸藥爆炸性能的提高更有利。因此，粉碎機(jī)轉(zhuǎn)速為2950 kg/min、進(jìn)料溫度為105℃、進(jìn)料速度為32.5 kg/min、粉碎機(jī)外殼與錘頭之間間隙為15咖時，該組運(yùn)行參數(shù)對膨化硝銨炸藥的生產(chǎn)更有利。
3、結(jié)論
(1)凸輪粉碎機(jī)粉碎膨化硝酸銨過程中轉(zhuǎn)速最高可達(dá)2950 r/min，進(jìn)料溫度不得超過105℃，進(jìn)料速度不能超過39.0kg/min。
(2)當(dāng)粉碎機(jī)轉(zhuǎn)速為2950 r/min、進(jìn)料速度為32.5 kg/min、進(jìn)料溫度達(dá)到105℃、粉碎機(jī)外殼與錘頭之間間隙為15 mm時，系統(tǒng)運(yùn)行具有足夠安全性，并且粉碎后膨化硝酸銨的細(xì)度有著明顯的提高。
(3)端蓋溫度和殼體溫度的變化與出料溫度的變化保持一致，三者之間的差值相對穩(wěn)定。在不易準(zhǔn)確測量出料溫度的凸輪粉碎機(jī)上，可以通過測量凸輪粉碎機(jī)上的殼體溫度和端蓋溫度，間接反映出料溫度，對安全隱患進(jìn)行及時的發(fā)現(xiàn)和控制。
相關(guān)粉碎機(jī)揉搓機(jī)產(chǎn)品：
1、
秸稈粉碎機(jī)
2、
飼料粉碎機(jī)
