膨化硝铵炸药是南京理工大学发明的专利技术，属于新型无梯粉状炸药，它具有无毒、无污染、低成本、物理性能和爆炸性能优良等优点，在全国范围内有着近百条生产线。目前膨化硝铵炸药生产的制药部分主要采用膨混联建工艺，即将硝酸铵的膨化改性处理、膨化硝酸铵与其他组分混制成炸药以及炸药的晾药等工序一并建在一个工房内，以自动化、连续化的方式进行生产。在这一工艺中，为保证炸药混合的均匀性和细度，并满足连续化生产及产能的需要，根据膨化硝酸铵的物化性能特点专门设计制作了一种凸轮粉碎机用于生产线中。
膨化硝酸铵专用凸轮粉碎机是膨化硝铵炸药连续化生产线的一个关键设备，但它同时又是安全隐患较高的设备。一方面，凸轮粉碎机粉碎过程中的膨化硝酸铵自身温度较高，而且膨化硝酸铵具有雷管感度，随着温度升高，雷管感度增加；另一方面，凸轮粉碎机的转速较高，一般为900 ~ 1500r/min，粉碎机的锤头在高速运转时与膨化硝酸铵撞击和摩擦会引起膨化硝酸铵升温。针对目前生产中凸轮粉碎机可能存在的安全隐患，根据实际生产过程，以膨化硝酸铵专用凸轮粉碎机为中心设计了一个膨化硝酸铵粉碎系统．在控制室内通过操作可以实现自动、连续对膨化硝酸铵进行循环加热、粉碎和输送，实验中通过调整多个参数来模拟极限条件下的生产过程，研究凸轮粉碎机的安全性。
1、实验
1.1实验装置
本试验装置系统由凸轮粉碎机、定量螺旋、提升螺旋、回转螺旋和连接螺旋等设备组成，按图l所示连接和安装。其中，凸轮粉碎机最高转速为2950t/min，其与实际膨化硝铵炸药生产线上粉碎机的体积比为2：5，最大处理能力为2.4t/h。
1.2实验原理
膨化硝酸铵从加料口进入回转螺旋，在回转螺旋内经蒸汽加热到一定温度后由定量螺旋匀速、定量输送到粉碎机内进行粉碎，粉碎后的膨化硝酸铵经提升螺旋和连接螺旋再送至回转螺旋，由此形成膨化硝酸铵的循环粉碎过程。
回转螺旋、提升螺旋和连接螺旋的夹套内通入一定压力的蒸汽，通过调整蒸汽的流量可以控制和调节膨化硝酸铵的温度。在回转螺旋出料口和粉碎机出料口分别设有测温点，用来检测膨化硝酸铵进出粉碎机的温度；粉碎机壳体和端盖上设置的测温点可以用来观察粉碎机的升温情况；同时还将监测粉碎过程中粉碎机的噪音和振动情况。除此以外，可以通过变频调节粉碎机和定量螺旋电机的转速，以调整粉碎机转速和进料速度；系统中所有设备电机均装有过流保护装置。
1.3实验方案
实验中运用控制变量法，通过粉碎机转速、进料温度、进料速度和外壳与锤头之间间隙的调节，对膨化硝酸铵的粉碎展开安全性研究。
1.3.1粉碎机转速调节实验
将96 kg膨化硝酸锼投入回转螺旋，在回转螺旋内加热至90℃时开始进料，控制进料速度为26.0kg/min，即定量螺旋电机工作频率为20Hz，此时粉碎机的外壳与锤头之间间隙为15mm；通过变频器的调节使得粉碎机的转速在1000一2950 r/min的范围内变化。
1.3.2进料温度调节实验
混药过程中膨化硝酸铵的温度越高，油相的流动性越好，则各组分混合得更为均匀；但是因为膨化硝酸铵具有热粘性，其温度在超过110℃时，粉碎过程中受撞击和摩擦的作用将会破坏自身特殊的“微气孔”结构，影响其自敏化程度，因此膨化硝酸铵在粉碎过程中温度不能超过110%。
在回转螺旋内，膨化硝酸铵通过夹套内蒸汽进行加热，当温度分别升至80C、85℃直至105℃时开始进料，控制进料速度为26.0kg/min，此时粉碎机外壳与锤头之间间隙为15mm，粉碎机的转速为1400 r/min。
1.3.3进料速度调节实验
经过测量，当定量螺旋的速频比为1.3kg/( min．Hz)，膨化硝酸铵加热至90"C时，定量螺旋电机工作频率分别取值20、25、30和35Hz，即进料速度分别为26.0、32.5、39.0和45.5kg/min，此时粉碎机外壳与锤头之间间隙为15 mm，转速1400r/min。
1.3.4粉碎机外壳与锤头之间间隙调节实验
当外壳与锤头之间间隙为15 mm时，加热膨化硝酸铵到90℃，按26.0 kg/min大小的速度进料，粉碎机的转速为1400 r/min；然后通过更换不同大小的锤片，调节粉碎机外壳与锤头之间间隙为12 mm，在相同运行参数下再次进行粉碎。
2、结果与讨论
2.1粉碎机转速对膨化硝酸铵粉碎安全性的影响
凸轮粉碎机的转速是粉碎过程中一个不可或缺的运行参数，对粉碎机的安全性有着重要的影响。本研究对不同转速下粉碎机出料温度、壳体温度和端盖温度进行测量，结果如表1。
从表1中的数据可以看出，膨化硝酸铵进出料温差、粉碎机壳体温度随着粉碎机转速的升高而逐渐增大，这是由于在粉碎过程中，随着粉碎机转速的升高，粉碎机锤头对物料的撞击力度以及物料与物料之间相互挤压摩擦的频率和作用力都会增大，导致产生更多的热量。由于物料的粉碎过程主要在粉碎机锤头与壳体之间完成，粉碎机壳体一直处于与物料的摩擦和撞击状态，因此壳体温度始终高于出料温度。
凸轮粉碎机的转速越高，粉碎后膨化硝酸铵的细度越高，越有利于混合炸药体系混合均匀性和炸药爆炸性能的提高。目前膨化硝铵炸药生产线上粉碎机的转速一般在1000—1450r/min范围内，粉碎后膨化硝酸铵在40目／英寸筛上通过率约为40%~60%。在粉碎机运行过程中，粉碎机转速逐渐增加的过程中，膨化硝酸铵出料温度、粉碎机壳体及端盖温度随之升高，安全隐患也是在增大。结果表明，当粉碎机的转速在1000一2950 r/min范围内改变时，膨化硝酸铵进出料温升变化范围为2.3 -3.5℃，粉碎机壳体和端盏的温度变化也不大，而且设备运行平稳，没有较大的噪音和振动，因此系统运行具有足够的安全性；经检测，当粉碎机转速为2950r/min时，粉碎后的膨化硝酸铵在40目／英寸筛上通过率达到90%，物料细度的提高非常显著。
2.2进料温度对膨化硝酸铵粉碎安全性的影响
为了研究粉碎过程中膨化硝酸铵温度对粉碎机安全性的影响，实验研究了不同进料温度下粉碎机各处的温升情况，结果见表2。
从表2中的数据可以看出，膨化硝酸铵进出料温差和壳体温度与出料温度之差都随着迸料温度的升高而逐渐减小。温差减小是因为在粉碎过程中，随着进料温度的升高，硝酸铵颗粒逐渐软化变得容易粉碎，同时粉碎机与环境之间的热传递增加。
在粉碎过程中，当进料温度逐渐增加时，膨化硝酸铵出料温度、粉碎机壳体及端盖温度都会随着升高，安全隐患也随着增大。实验结果表明，当膨化硝酸铵进料温度在80~105℃范围变化时，膨化硝酸铵进出料温升变化范围为3.1~2.5℃，粉碎机壳体和端盖的温度变化也不大，而且设备运行平稳，没有噪音和振动产生，因此系统运行具有足够的安全性。
2.3进料速度对膨化硝酸铵粉碎安全性的影响
为了研究进料速度对粉碎机安全性的影响，实验测量了不同进料速度下粉碎机的温升情况，结果见表3。表3不同进科速度对膨化硝酸铵粉碎温升的影响
进料定量螺旋工作电机装有过流保护装置，发生堵料时可以及时停机，有效地避免安全事故发生。实验中，当进料速度达到45.5kg/min时，粉碎机进料口处发生堵料，表明此时的进料速度已经超过了粉碎机的处理能力，因此进料速度不能超过39.Okg/min。
由表3可知，膨化硝酸铵进出料温差随着进料速度的升高而逐渐变大。因为在粉碎过程中，随着进料速度的升高，物料之间挤压和摩擦的频率在增加，并且挤压和摩擦作用的强度也随之增加，导致产生更多的热量。
在粉碎过程中，当进料速度逐渐增加时，膨化硝酸铵出料温度、粉碎机壳体及端盖温度都会随之升高，安全隐患也随之增大。实验结果表明，当膨化硝酸铵进料速度在26.0~39.0 kg/min范围变化时，膨化硝酸钱进出料温升变化范围为2.4~2.7℃，粉碎机壳体和端盖的温度变化也不大，并且设备运行平稳，未发生堵料情况，也没有明显的噪音和震动产生，因此系统运行具有足够的安全性。
2.4外壳与锤头之间间隙对膨化硝酸铵粉碎安全性的影响
实验测量了不同外壳与锤头之间间隙条件下粉碎机的温升情况，来研究不同外壳与锤头之间间隙对粉碎机安全性的影响。
表4的数据表明，膨化硝酸铵进出料温差随着外壳与锤头之间间隙增加而逐渐减小，这是由于在粉碎过程中，外壳与锤头之间间隙增加时，物料之间挤压和摩擦作用的强度减小，导致产生的热量也减少。
在粉碎过程中，由膨化硝酸铵出料温度、粉碎机壳体及端盖温度的变化可知，安全隐患的大小与粉碎机间隙的变化呈反比。实验结果表明，当外壳与锤头之间间隙分别为12 mm和15 mm时，膨化硝酸铵进出料温升变化范围为2.5 -2. 9℃，粉碎机壳体和端盖的温度变化也不大，并且设备运行平稳，没有明显的噪音和震动产生，因此系统运行具有足够的安全性。
2.5 多个运行参数极限条件下设备安全性研究
从上2.1、2.2、2.3和2.4节可看出，膨化硝酸铵粉碎过程中粉碎机最高转速可达2950 r/min，进料温度的极限是105℃，进料速度最高可达39.0kg/min，而外壳与锤头之间间隙可以为12衄或15mm。为了更充分地研究粉碎机转速、进料温度等运行参数和设备参数对粉碎机安全性的影响，本实验还研究了粉碎机转速、进料速度、进料温度和外壳与锤头之间间隙这4个参数在极限条件下对粉碎机安全性的影响。
2.5.1进料速度和间隙对膨化硝酸铵粉碎安全性的影响
研究在粉碎机转速为2950r/min、进料温度为105℃、外壳与锤头之间间隙分别为12 mm和l5 mm条件下，调节膨化硝酸铵的进料速度，并测量粉碎机的温升情况，结果见表5。
当粉碎机外壳与锤头之间间隙为12咖时，进料速度为32.5、39.0kg/min两种情况下粉碎机进料口发生堵料；当间隙为15 mm，进料速度为39.0kg/min情况下粉碎系统也发生堵料。产生堵料可能有4个原因：粉碎机转速过快、外壳与锤头之间间隙较小、进料速度过高和膨化硝酸铵的热枯性，四者的共同作用阻碍了粉碎机的正常进料。
从表5的数据可以看出，膨化硝酸铵进出料温差随着进料速度的增加而变大，随着外壳与锤头之间间隙的增大而减小，壳体温度始终略高于出料温度。
在粉碎过程中，当进料速度增加或外壳与锤头之间间隙减小时，膨化硝酸铵出料温度、粉碎机壳体及端盖温度都在变大，安全隐患也随之增大。实验结果表明，在表5中运行参数条件下，膨化硝酸铵进出料温升变化范围为3.5—3.8℃，粉碎机壳体和端盖的温度变化也不大，并且设备运行平稳，没有明显的噪音和振动产生，因此系统运行具有足够的安全性。
由表5可见，在粉碎机转速为2950 kg/min、进料温度为105℃、进料速度为32.5 kg/min、粉碎机外壳与锤头之间间隙为15 mm条件下，最高出料温度为109.3℃，未超过110℃，表明膨化硝酸铵特殊的“微气孔”结构没有受到破坏。
经检测，上述运行参数下，粉碎后的膨化硝酸铵在40目／英寸筛上通过率达到98%。
2.5.2粉碎机转速和间隙对膨化硝酸铵粉碎安全性的影响
研究在进料速度为390kg/min、进料温度为105℃、外壳与锤头之间间隙分别为12 mm和15mm条件下，调节凸轮粉碎机转速，并测量粉碎机的温升情况，结果见表6。
当粉碎机转速达到2800 r/min甚至更高时，进料螺旋电机自动停机，粉碎机进料口均发生堵料；在外壳与锤头之间间隙为12mm、粉碎机转速为2600r/min条件下，粉碎机在运行较长一段时间后发生堵料。
从表6的数据可以看出，膨化硝酸铵进出料温差与粉碎机转速成正比关系，与外壳与锤头之间间隙成反比，而壳体温度始终保持略高于出料温度。
在粉碎机运行过程中，当粉碎机转速增加或外壳与锤头之间间隙减小时，膨化硝酸铵出料温度、粉碎机壳体和端盖温度都增加，系统的安全隐患也随之增大。实验结果表明，在表6中运行参数条件下，膨化硝酸铵进出料温升变化范围为3.1 ~3.5℃，粉碎机壳体和端盖的温度变化趋势平稳，并且设备运行平稳，没有产生明显的噪音和振动现象，因此上述运行参数下系统运行具有足够的安全性。
由表6可见，在粉碎机转速为2600r/min、进料温度为105℃、进料速度39.0kg/min、外壳与锤头之间间隙为15 mm条件下，最高出料温度未达到ll0℃，表明膨化硝酸铵特殊的“微气孔”结构未受到破坏；并且粉碎后的膨化硝酸铵在40目／英寸筛上通过率经检测达到87%。
2.5.3进料温度和间隙对膨化硝酸铵粉碎安全性的影响
研究在粉碎机转速2950 r/min、进料速度39.0kg/min、外壳与锤头之间间隙分别为12 mm和15mm条件下，调节膨化硝酸铵的进料温度分别为90、95、100、105℃，测量粉碎过程中粉碎机的温升情况。
所有实验中进料螺旋电机都自动停机，粉碎机进料口均发生堵料，表明在粉碎机转速2950 r/min.进料速度39．0 kg/min条件下凸轮粉碎机无法正常工作。
2.5.4多个运行参数极限实验结果与讨论
2.5.1、2.5.2和2.5.3节中的实验结果表明，当所有运行参数都为极值时，凸轮粉碎机无法正常工作。由表5和表6得到的两组运行参数：粉碎机转速为2950 kg/min、进料温度为105℃、进料速度为32.5 kg/min、粉碎机外壳与锤头之间的间隙为15 mm和粉碎机转速为2600r/min、进料温度为105℃、进料速度39.0kg/min、外壳与锤头之间间隙为15 mm，不仅可以确保系统运行的安全性，还可以明显提高膨化硝酸铵粉碎后的细度，极大促进混药工序中各组分混合的均匀性，提高膨化硝铵炸药的爆炸性能。但是最大的进料速度将可能导致粉碎机长时间运行过程中发生堵料情况，引起设备停机，严重影响膨化硝酸铵粉碎的效率；而较高的粉碎机转速可以使膨化硝酸铵粉碎后的细度更高，对膨化硝铵炸药爆炸性能的提高更有利。因此，粉碎机转速为2950 kg/min、进料温度为105℃、进料速度为32.5 kg/min、粉碎机外壳与锤头之间间隙为15咖时，该组运行参数对膨化硝铵炸药的生产更有利。
3、结论
(1)凸轮粉碎机粉碎膨化硝酸铵过程中转速最高可达2950 r/min，进料温度不得超过105℃，进料速度不能超过39.0kg/min。
(2)当粉碎机转速为2950 r/min、进料速度为32.5 kg/min、进料温度达到105℃、粉碎机外壳与锤头之间间隙为15 mm时，系统运行具有足够安全性，并且粉碎后膨化硝酸铵的细度有着明显的提高。
(3)端盖温度和壳体温度的变化与出料温度的变化保持一致，三者之间的差值相对稳定。在不易准确测量出料温度的凸轮粉碎机上，可以通过测量凸轮粉碎机上的壳体温度和端盖温度，间接反映出料温度，对安全隐患进行及时的发现和控制。
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