引言
膨化硝銨炸藥是南京理工大學發明的專利技術，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良等優點，在全國范圍內有著近百條生產線。目前膨化硝銨炸藥生產的制藥部分主要采用膨混聯建工藝，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，以自動化、連續化的方式進行生產。在這一工藝中，為保證炸藥混合的均勻性和細度，并滿足連續化生產及產能的需要，根據膨化硝酸銨的物化性能特點專門設計制作了一種凸輪
粉碎機用于生產線中。
膨化硝酸銨專用凸輪粉碎機是膨化硝銨炸藥連續化生產線的一個關鍵設備，但它同時又是安全隱患較高的設備。一方面，凸輪粉碎機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，凸輪粉碎機的轉速較高，一般為900 ~ 1500r/min，粉碎機的錘頭在高速運轉時與膨化硝酸銨撞擊和摩擦會引起膨化硝酸銨升溫。針對目前生產中凸輪粉碎機可能存在的安全隱患，根據實際生產過程，以膨化硝酸銨專用凸輪粉碎機為中心設計了一個膨化硝酸銨粉碎系統．在控制室內通過操作可以實現自動、連續對膨化硝酸銨進行循環加熱、粉碎和輸送，實驗中通過調整多個參數來模擬極限條件下的生產過程，研究凸輪粉碎機的安全性。
1、實驗
1.1實驗裝置
本試驗裝置系統由凸輪粉碎機、定量螺旋、提升螺旋、回轉螺旋和連接螺旋等設備組成，按圖l所示連接和安裝。其中，凸輪粉碎機最高轉速為2950t/min，其與實際膨化硝銨炸藥生產線上粉碎機的體積比為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入回轉螺旋，在回轉螺旋內經蒸汽加熱到一定溫度后由定量螺旋勻速、定量輸送到粉碎機內進行粉碎，粉碎后的膨化硝酸銨經提升螺旋和連接螺旋再送至回轉螺旋，由此形成膨化硝酸銨的循環粉碎過程。
回轉螺旋、提升螺旋和連接螺旋的夾套內通入一定壓力的蒸汽，通過調整蒸汽的流量可以控制和調節膨化硝酸銨的溫度。在回轉螺旋出料口和粉碎機出料口分別設有測溫點，用來檢測膨化硝酸銨進出粉碎機的溫度；粉碎機殼體和端蓋上設置的測溫點可以用來觀察粉碎機的升溫情況；同時還將監測粉碎過程中粉碎機的噪音和振動情況。除此以外，可以通過變頻調節粉碎機和定量螺旋電機的轉速，以調整粉碎機轉速和進料速度；系統中所有設備電機均裝有過流保護裝置。
1.3實驗方案
實驗中運用控制變量法，通過粉碎機轉速、進料溫度、進料速度和外殼與錘頭之間間隙的調節，對膨化硝酸銨的粉碎展開安全性研究。
1.3.1粉碎機轉速調節實驗
將96 kg膨化硝酸鎪投入回轉螺旋，在回轉螺旋內加熱至90℃時開始進料，控制進料速度為26.0kg/min，即定量螺旋電機工作頻率為20Hz，此時粉碎機的外殼與錘頭之間間隙為15mm；通過變頻器的調節使得粉碎機的轉速在1000一2950 r/min的范圍內變化。
1.3.2進料溫度調節實驗
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”結構，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%。
在回轉螺旋內，膨化硝酸銨通過夾套內蒸汽進行加熱，當溫度分別升至80C、85℃直至105℃時開始進料，控制進料速度為26.0kg/min，此時粉碎機外殼與錘頭之間間隙為15mm，粉碎機的轉速為1400 r/min。
1.3.3進料速度調節實驗
經過測量，當定量螺旋的速頻比為1.3kg/( min．Hz)，膨化硝酸銨加熱至90"C時，定量螺旋電機工作頻率分別取值20、25、30和35Hz，即進料速度分別為26.0、32.5、39.0和45.5kg/min，此時粉碎機外殼與錘頭之間間隙為15 mm，轉速1400r/min。
1.3.4粉碎機外殼與錘頭之間間隙調節實驗
當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大小的速度進料，粉碎機的轉速為1400 r/min；然后通過更換不同大小的錘片，調節粉碎機外殼與錘頭之間間隙為12 mm，在相同運行參數下再次進行粉碎。
2、結果與討論
2.1粉碎機轉速對膨化硝酸銨粉碎安全性的影響
凸輪粉碎機的轉速是粉碎過程中一個不可或缺的運行參數，對粉碎機的安全性有著重要的影響。本研究對不同轉速下粉碎機出料溫度、殼體溫度和端蓋溫度進行測量，結果如表1。
從表1中的數據可以看出，膨化硝酸銨進出料溫差、粉碎機殼體溫度隨著粉碎機轉速的升高而逐漸增大，這是由于在粉碎過程中，隨著粉碎機轉速的升高，粉碎機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，導致產生更多的熱量。由于物料的粉碎過程主要在粉碎機錘頭與殼體之間完成，粉碎機殼體一直處于與物料的摩擦和撞擊狀態，因此殼體溫度始終高于出料溫度。
凸輪粉碎機的轉速越高，粉碎后膨化硝酸銨的細度越高，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線上粉碎機的轉速一般在1000—1450r/min范圍內，粉碎后膨化硝酸銨在40目／英寸篩上通過率約為40%~60%。在粉碎機運行過程中，粉碎機轉速逐漸增加的過程中，膨化硝酸銨出料溫度、粉碎機殼體及端蓋溫度隨之升高，安全隱患也是在增大。結果表明，當粉碎機的轉速在1000一2950 r/min范圍內改變時，膨化硝酸銨進出料溫升變化范圍為2.3 -3.5℃，粉碎機殼體和端盞的溫度變化也不大，而且設備運行平穩，沒有較大的噪音和振動，因此系統運行具有足夠的安全性；經檢測，當粉碎機轉速為2950r/min時，粉碎后的膨化硝酸銨在40目／英寸篩上通過率達到90%，物料細度的提高非常顯著。
2.2進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安全性的影響，實驗研究了不同進料溫度下粉碎機各處的溫升情況，結果見表2。
從表2中的數據可以看出，膨化硝酸銨進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，同時粉碎機與環境之間的熱傳遞增加。
在粉碎過程中，當進料溫度逐漸增加時，膨化硝酸銨出料溫度、粉碎機殼體及端蓋溫度都會隨著升高，安全隱患也隨著增大。實驗結果表明，當膨化硝酸銨進料溫度在80~105℃范圍變化時，膨化硝酸銨進出料溫升變化范圍為3.1~2.5℃，粉碎機殼體和端蓋的溫度變化也不大，而且設備運行平穩，沒有噪音和振動產生，因此系統運行具有足夠的安全性。
2.3進料速度對膨化硝酸銨粉碎安全性的影響
為了研究進料速度對粉碎機安全性的影響，實驗測量了不同進料速度下粉碎機的溫升情況，結果見表3。表3不同進科速度對膨化硝酸銨粉碎溫升的影響
進料定量螺旋工作電機裝有過流保護裝置，發生堵料時可以及時停機，有效地避免安全事故發生。實驗中，當進料速度達到45.5kg/min時，粉碎機進料口處發生堵料，表明此時的進料速度已經超過了粉碎機的處理能力，因此進料速度不能超過39.Okg/min。
由表3可知，膨化硝酸銨進出料溫差隨著進料速度的升高而逐漸變大。因為在粉碎過程中，隨著進料速度的升高，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度也隨之增加，導致產生更多的熱量。
在粉碎過程中，當進料速度逐漸增加時，膨化硝酸銨出料溫度、粉碎機殼體及端蓋溫度都會隨之升高，安全隱患也隨之增大。實驗結果表明，當膨化硝酸銨進料速度在26.0~39.0 kg/min范圍變化時，膨化硝酸錢進出料溫升變化范圍為2.4~2.7℃，粉碎機殼體和端蓋的溫度變化也不大，并且設備運行平穩，未發生堵料情況，也沒有明顯的噪音和震動產生，因此系統運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的溫升情況，來研究不同外殼與錘頭之間間隙對粉碎機安全性的影響。
表4的數據表明，膨化硝酸銨進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度減小，導致產生的熱量也減少。
在粉碎過程中，由膨化硝酸銨出料溫度、粉碎機殼體及端蓋溫度的變化可知，安全隱患的大小與粉碎機間隙的變化呈反比。實驗結果表明，當外殼與錘頭之間間隙分別為12 mm和15 mm時，膨化硝酸銨進出料溫升變化范圍為2.5 -2. 9℃，粉碎機殼體和端蓋的溫度變化也不大，并且設備運行平穩，沒有明顯的噪音和震動產生，因此系統運行具有足夠的安全性。
2.5 多個運行參數極限條件下設備安全性研究
從上2.1、2.2、2.3和2.4節可看出，膨化硝酸銨粉碎過程中粉碎機最高轉速可達2950 r/min，進料溫度的極限是105℃，進料速度最高可達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轉速、進料溫度等運行參數和設備參數對粉碎機安全性的影響，本實驗還研究了粉碎機轉速、進料速度、進料溫度和外殼與錘頭之間間隙這4個參數在極限條件下對粉碎機安全性的影響。
2.5.1進料速度和間隙對膨化硝酸銨粉碎安全性的影響
研究在粉碎機轉速為2950r/min、進料溫度為105℃、外殼與錘頭之間間隙分別為12 mm和l5 mm條件下，調節膨化硝酸銨的進料速度，并測量粉碎機的溫升情況，結果見表5。
當粉碎機外殼與錘頭之間間隙為12咖時，進料速度為32.5、39.0kg/min兩種情況下粉碎機進料口發生堵料；當間隙為15 mm，進料速度為39.0kg/min情況下粉碎系統也發生堵料。產生堵料可能有4個原因：粉碎機轉速過快、外殼與錘頭之間間隙較小、進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的正常進料。
從表5的數據可以看出，膨化硝酸銨進出料溫差隨著進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，當進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、粉碎機殼體及端蓋溫度都在變大，安全隱患也隨之增大。實驗結果表明，在表5中運行參數條件下，膨化硝酸銨進出料溫升變化范圍為3.5—3.8℃，粉碎機殼體和端蓋的溫度變化也不大，并且設備運行平穩，沒有明顯的噪音和振動產生，因此系統運行具有足夠的安全性。
由表5可見，在粉碎機轉速為2950 kg/min、進料溫度為105℃、進料速度為32.5 kg/min、粉碎機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”結構沒有受到破壞。
經檢測，上述運行參數下，粉碎后的膨化硝酸銨在40目／英寸篩上通過率達到98%。
2.5.2粉碎機轉速和間隙對膨化硝酸銨粉碎安全性的影響
研究在進料速度為390kg/min、進料溫度為105℃、外殼與錘頭之間間隙分別為12 mm和15mm條件下，調節凸輪粉碎機轉速，并測量粉碎機的溫升情況，結果見表6。
當粉碎機轉速達到2800 r/min甚至更高時，進料螺旋電機自動停機，粉碎機進料口均發生堵料；在外殼與錘頭之間間隙為12mm、粉碎機轉速為2600r/min條件下，粉碎機在運行較長一段時間后發生堵料。
從表6的數據可以看出，膨化硝酸銨進出料溫差與粉碎機轉速成正比關系，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。
在粉碎機運行過程中，當粉碎機轉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、粉碎機殼體和端蓋溫度都增加，系統的安全隱患也隨之增大。實驗結果表明，在表6中運行參數條件下，膨化硝酸銨進出料溫升變化范圍為3.1 ~3.5℃，粉碎機殼體和端蓋的溫度變化趨勢平穩，并且設備運行平穩，沒有產生明顯的噪音和振動現象，因此上述運行參數下系統運行具有足夠的安全性。
由表6可見，在粉碎機轉速為2600r/min、進料溫度為105℃、進料速度39.0kg/min、外殼與錘頭之間間隙為15 mm條件下，最高出料溫度未達到ll0℃，表明膨化硝酸銨特殊的“微氣孔”結構未受到破壞；并且粉碎后的膨化硝酸銨在40目／英寸篩上通過率經檢測達到87%。
2.5.3進料溫度和間隙對膨化硝酸銨粉碎安全性的影響
研究在粉碎機轉速2950 r/min、進料速度39.0kg/min、外殼與錘頭之間間隙分別為12 mm和15mm條件下，調節膨化硝酸銨的進料溫度分別為90、95、100、105℃，測量粉碎過程中粉碎機的溫升情況。
所有實驗中進料螺旋電機都自動停機，粉碎機進料口均發生堵料，表明在粉碎機轉速2950 r/min.進料速度39．0 kg/min條件下凸輪粉碎機無法正常工作。
2.5.4多個運行參數極限實驗結果與討論
2.5.1、2.5.2和2.5.3節中的實驗結果表明，當所有運行參數都為極值時，凸輪粉碎機無法正常工作。由表5和表6得到的兩組運行參數：粉碎機轉速為2950 kg/min、進料溫度為105℃、進料速度為32.5 kg/min、粉碎機外殼與錘頭之間的間隙為15 mm和粉碎機轉速為2600r/min、進料溫度為105℃、進料速度39.0kg/min、外殼與錘頭之間間隙為15 mm，不僅可以確保系統運行的安全性，還可以明顯提高膨化硝酸銨粉碎后的細度，極大促進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。但是最大的進料速度將可能導致粉碎機長時間運行過程中發生堵料情況，引起設備停機，嚴重影響膨化硝酸銨粉碎的效率；而較高的粉碎機轉速可以使膨化硝酸銨粉碎后的細度更高，對膨化硝銨炸藥爆炸性能的提高更有利。因此，粉碎機轉速為2950 kg/min、進料溫度為105℃、進料速度為32.5 kg/min、粉碎機外殼與錘頭之間間隙為15咖時，該組運行參數對膨化硝銨炸藥的生產更有利。
3、結論
(1)凸輪粉碎機粉碎膨化硝酸銨過程中轉速最高可達2950 r/min，進料溫度不得超過105℃，進料速度不能超過39.0kg/min。
(2)當粉碎機轉速為2950 r/min、進料速度為32.5 kg/min、進料溫度達到105℃、粉碎機外殼與錘頭之間間隙為15 mm時，系統運行具有足夠安全性，并且粉碎后膨化硝酸銨的細度有著明顯的提高。
(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定。在不易準確測量出料溫度的凸輪粉碎機上，可以通過測量凸輪粉碎機上的殼體溫度和端蓋溫度，間接反映出料溫度，對安全隱患進行及時的發現和控制。
相關粉碎機揉搓機產品：
1、
秸稈粉碎機
2、
飼料粉碎機
