工業(yè)炸藥第四五組課件

第三組&第四組5膨化硝銨炸藥銨梯炸藥存在：（1）安全性不高。高感度TNT的球磨粉碎和銨梯炸藥高溫輪碾混制過程都存在較高的爆炸危險性；（2）環(huán)境污染嚴重。TNT對人體有毒、對生物有害，嚴重傷害人體健康和自然環(huán)境（3）產(chǎn)品成本高；（4）物理性能不良，易吸濕結(jié)塊；高溫輪碾工藝的生產(chǎn)技術(shù)落后、勞動強度大、生產(chǎn)效率不高、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。5.1研究背景人們總是設(shè)法尋求解決的辦法和途徑，先后在新型敏化劑、硝酸銨改性、新技術(shù)和新工藝等方面作過不斷的研究和探索，也得到了一定程度的應用。但是，這些技術(shù)都沒有從本質(zhì)上得到徹底解決。優(yōu)性能、低成本、無毒性、高效率的粉狀工業(yè)炸藥是人們長期的盼望。實現(xiàn)硝酸銨自敏化的方法是使硝酸銨顆粒內(nèi)含微氣孔和形成歧形顆粒，實現(xiàn)的途徑是在膨化結(jié)晶機內(nèi)采用借助于表面活性劑和控制狀態(tài)下強制析晶工藝，制造具有自敏化效果的膨化硝酸銨。根據(jù)炸藥配方設(shè)計的氧平衡原理、最大放熱原理、最大安全原則，將膨化硝酸銨與可燃劑木粉和復合燃料油相以及消焰劑、鋁粉等其它添加劑，在專門設(shè)計的混合設(shè)備內(nèi)進行機械混合，制備了具有創(chuàng)新性的、可滿足不同用途的膨化硝銨炸藥系列產(chǎn)品。（1）硝酸銨自敏化技術(shù)方案

◥以“熱點”理論為基礎(chǔ)，應用表面與界面活性理論，深入研究硝酸銨飽和溶液相平衡，優(yōu)化組合化工單元過程，提出了本項目實施的技術(shù)方案是：在表面活性劑——膨化劑作用下，借助于減壓的外力作用，使得硝酸銨在呈“沸騰”狀態(tài)的溶液中快速析晶，控制形成歧形、片狀、充滿“微氣泡”的改性硝酸銨，這就是自敏化的膨化硝酸銨。

5.3技術(shù)方案

◥硝酸銨膨化的工藝：硝酸銨破碎、溶解和析晶的工序組合，其實施步驟和基本流程是：將硝酸銨粉碎至一定粒度后與膨化劑、水分別定量投入溶解機內(nèi)，在攪拌作用下溶解形成一定溫度的硝酸銨飽和溶液，然后再負壓作用下，經(jīng)過保溫從加熱管道進入膨化結(jié)晶機內(nèi)，在表面活性劑、壓力和溫度的綜合作用下，硝酸銨溶液迅速“沸騰”、“膨脹”，水分大量汽化、逸出，最終形成面包狀的整塊固體；

在水分充分揮發(fā)后膨化過程結(jié)束，這時再啟動膨化結(jié)晶機內(nèi)的攪拌出料裝置，將整塊硝酸銨切割、劃分和打破，逐步排出結(jié)晶機，就制得了膨化硝酸銨，進入混藥工序。（2）實施效果通過最佳膨化工藝獲得輕質(zhì)、疏松、多孔的膨化硝酸銨具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)。正是這種特殊的結(jié)構(gòu)使硝酸銨顆粒中含有微氣泡，同時顆粒岐形化、粗糙化，當受到外界強烈的激發(fā)作用時，這些不均勻的局部就形成高溫高壓的熱點，進而發(fā)展為爆炸，使硝酸銨達到自敏化目的，具有宏觀的雷管感度。

★硝酸銨膨化的實質(zhì)是表面活性技術(shù)、結(jié)晶化學原理和炸藥爆轟機理綜合應用。正是這種晶粒內(nèi)部自敏化作用取代了TNT敏化劑，使得膨化硝酸銨及其炸藥的起爆感度和沖擊波感度發(fā)生了質(zhì)的變化，而具有優(yōu)良的起爆特性、可靠的傳爆能力及良好的爆炸性能。通過自敏化改性的硝酸銨與其他類型的硝酸銨相比，其主要性能發(fā)生了根本改變，見表2。（3）膨化硝酸銨微氣泡形成機理

在一定溫度及真空度作用下，硝酸銨飽和溶液中的水分，生成氣泡，在表面活性劑的作用下形成大量的相對穩(wěn)定的泡沫。當溫度、真空度達到特定值情況下，泡沫破裂，水蒸汽快速蒸發(fā)，水分快速逸出，在硝酸銨晶體內(nèi)形成大量“孔、洞、隙”，快速晶析出的硝酸銨粒子間以及不規(guī)則的方式連接，形成輕質(zhì)、多孔、疏松的膨化硝酸銨。

5.4自敏化理論的驗證在研究開發(fā)膨化工藝的同時，對膨化硝酸銨的微孔結(jié)構(gòu)、撞擊感度、摩擦感度火焰感度、雷管感度等進行了表征，從微觀和宏觀的角度驗證硝酸銨具有自敏化的特性，得到了很多有意義的結(jié)論。（1）按照WJ1053-81“固體炸藥撞擊感度測試法”規(guī)定，進行的撞擊感度的測試表明，在10kg落錘、25cm落高和25~100℃的條件下，膨化硝酸銨的撞擊感度為零；在10kg落錘、50cm落高和90~100℃的條件下，膨化硝酸銨有極低的分解可能性。（2）根據(jù)WJ1054-81“固體炸藥摩擦感度測試法”規(guī)定，進行的膨化硝酸銨摩擦感度的測試結(jié)果表明，膨化硝酸銨在生產(chǎn)的高溫條件下，摩擦感度很低；而膨化硝銨炸藥混合物的摩擦感度低于普通銨梯炸藥。（3）對雷管感度的測試表明，膨化硝酸銨具有雷管感度，但是其雷管感度是可控的，在表面活性劑的用量小于0.12%或者膨化硝酸銨的堆積密度小于0.35g?cm-3或溫度低于60℃或水分含量大于0.3%時，膨化硝酸銨將失去雷管感度，以絕對保證生產(chǎn)過程的安全，充分證實了自敏化理論的正確性。（4）按照聯(lián)合國“威脅品的實驗和標準”5d規(guī)定的方法對膨化硝酸銨的火焰感度進行了測試，其點火率為零。利用靜電火花感度儀在電容值500pF和10000pF的條件下，膨化硝酸銨及其炸藥均未發(fā)火，表明膨化硝酸銨的靜電火花感度很低。

（5）膨化硝酸銨具有雷管感度對其爆速、猛度、殉爆感度測試表明，其破壞能力與普通硝酸銨相當，而起爆感度卻大大增加。（6）自敏化膨化硝銨炸藥爆轟特性研究★爆熱，在爆熱彈中測試。(7)爆速與爆壓。利用高速攝影技術(shù)測試了膨化硝銨炸藥的爆速與爆壓，表明按自敏化理論設(shè)計的配方、工藝制造的膨化硝銨炸藥能夠完全爆轟，具有很好的爆轟性能。5.5硝酸銨膨化技術(shù)及影響因素（1）膨化劑及其用量對膨化的影響膨化劑能降低溶液的表面能，干擾晶體生長，在水分快速蒸發(fā)時，在晶體表面形成空隙使表面更粗糙，將微氣泡引入晶體內(nèi)，造成熱點。（2）溶液濃度、溫度和真空度對膨化的影響膨化是硝酸銨飽和溶液在膨化劑作用下的真空結(jié)晶。質(zhì)量分數(shù)90%的溶液在溫度為125~135℃時不需要加熱，即可蒸發(fā)制得水分含水量小于0.15%的膨化硝酸銨。濃度偏低水分含量超標，偏高則發(fā)粘，硬度大。真空是硝酸銨膨化的必備條件，利于降低硝酸銨析晶點并帶走水分而干燥。真空度越過越有利于縮短膨化過程，膨化效果好，但對真空設(shè)備要求較高。綜上所述，最佳膨化工藝為：★硝酸銨溶液濃度：86~94★硝酸銨溶液溫度：110~140℃★膨化劑用量：0.12~0.15%★真空度：0.085~0.095MPa★效果：含水量小于0.15%（3）膨化劑用量、真空度與膨化硝酸銨堆積密度對吸油率的影響。膨化硝銨炸藥中，油相占有相當大的比例，膨化硝酸銨與油相結(jié)合的均勻程度直接關(guān)系到炸藥的爆炸性能和儲存期內(nèi)的穩(wěn)定性。吸油率是衡量膨化硝酸銨質(zhì)量好壞的重要參數(shù)。（4）膨化劑用量、溫度與膨化硝酸銨堆積密度對雷管感度的影響從生產(chǎn)角度來說，膨化硝酸銨的雷管不利于安全生產(chǎn)，但其感度是有一定條件的，當膨化劑用量、溫度與膨化硝酸銨堆積密度達到一定程度才具有雷管感度，因此生產(chǎn)中，控制膨化劑用量、不讓膨化硝酸銨聚集以降低其堆積密度、通過螺旋冷卻降低其溫度，可降低其雷管感度，以提高安全性。5.6膨化硝酸銨的制造

膨化硝酸銨的制備是本項技術(shù)的關(guān)鍵，膨化結(jié)晶機是硝酸銨膨化的主要設(shè)備。在不斷實踐和不斷提高的過程中，經(jīng)過不斷改進，先后形成了兩種類型（間斷和連續(xù)）三種形式的膨化機，即臥式間斷膨化機、立式間斷膨化機和連續(xù)膨化機。

膨化的本質(zhì)是硝酸銨溶液在表面活性劑控制和減壓強制共同作用下的快速結(jié)晶過程，但從總工藝過程來說是破碎、溶解和析晶的物理操作工序的組合。

（5）硝酸銨的溶解。對于硝酸銨膨化來說，溶解是為了結(jié)晶，獲得另一種結(jié)構(gòu)的晶體。因此，溶解成為結(jié)晶的一種特殊而有效的技術(shù)手段。（6）硝酸銨溶解的本質(zhì)：借助于機械攪拌作用的硝酸銨向水介質(zhì)擴散而形成分子間混合物的物理混合過程。外界攪拌作用也決定了硝酸銨的溶解速度?！谭肿訑U散：硝酸銨分子向水分子的相對運動引起的物質(zhì)傳遞。（分子尺度空間進行）√湍流擴散：外力作用而形成的渦流場中，渦旋分裂運動引起的物質(zhì)傳遞。（渦旋尺度空間進行）√主體對流擴散：包括一切不屬于分子運動和渦旋運動所引起的擴散過程。（在設(shè)備的大尺度空間內(nèi)進行。如在攪拌溶解機內(nèi)對流循環(huán)流引起的物質(zhì)傳遞（8）溶解機功能——懸浮和傳熱√懸?。菏瓜跛徜@顆粒與水介質(zhì)間有足夠的接觸面和相對運動速度；√傳熱：提供硝酸銨在水中溶解必需的熱量?！探Y(jié)構(gòu)：具有攪拌器和加套（盤管）的罐式設(shè)備。將硝酸銨粉碎至一定粒度后與膨化劑、水分別定量投入溶解機內(nèi)，在攪拌作用下溶解形成一定溫度的硝酸銨飽和溶液，然后再負壓作用下，經(jīng)過保溫從加熱管道進入膨化結(jié)晶機內(nèi)，在表面活性劑、壓力和溫度的綜合作用下，硝酸銨溶液迅速“沸騰”、“膨脹”，水分大量汽化、逸出，最終形成面包狀的整塊固體；在水分充分揮發(fā)后膨化過程結(jié)束，這時再啟動膨化結(jié)晶機內(nèi)的攪拌出料裝置，將整塊硝酸銨切割、劃分和打破，逐步排出結(jié)晶機，就制得了膨化硝酸銨，進入混藥工序。5.6.2硝酸銨膨化的基本流程（1）功能：膨化和膨化物料排出。在不斷實踐和改進，先后形成了兩種類型（間斷和連續(xù)）三種形式的膨化機，即臥式間斷膨化機、立式間斷膨化機和連續(xù)膨化機。（2）結(jié)構(gòu)√膨化空間—硝酸銨的膨化是個體積膨脹的過程，工業(yè)生產(chǎn)條件下體積膨脹8~10倍，所以膨化機必須具有較大的空間，一般是硝酸銨溶液的12~15倍。不僅是膨化體積增長的需要，為水蒸氣的瞬間逸出提供了自由的通道和必要條件。5.6.3膨化結(jié)晶機——硝酸銨膨化的主要設(shè)備√排料裝置—膨化后必須立即排出機外，由于物料溫度達90~105℃，所以排料裝置必須具有“切、劃、推”等綜合功能，足夠的機械強度和推力。√保溫夾套—膨化是一個自熱過程，不需要外界能量。但實際生產(chǎn)中，設(shè)備溫度低于硝酸銨溶液溫度，影響膨化。開始生產(chǎn)時要預熱30min。膨化機投入使用前必須包覆保溫層?！滔尬谎b置—膨化過程是一個自然膨脹過程，任何機械作用都會破壞這一過程的順利進行，故排料裝置必須限制在某一位置。如立式膨化機的出料裝置是上下運行的，只要設(shè)置兩個觸點，分別連續(xù)控制電路中的開和關(guān)，可以固定其運行區(qū)間。√排氣口—位于膨化機上部，口徑100~200mm。是膨化機與真空系統(tǒng)的連接部位。由于膨化過程的快速性，水分在短時間內(nèi)大量逸出，排氣口是水汽的快速通道?！踢M料口—膨化機與溶解機的連接部位，要求進料速度快（30~60s），避免前期膨化和后續(xù)物料對膨化的影響?！堂芊夂兔芊獠牧稀蚧窃谡婵諣顟B(tài)下進行，膨化機的密封至關(guān)重要。密封材料的選擇，尤其是軸密封材料的選擇應具有耐高溫、耐磨和耐腐蝕的要求。（3）臥式間斷膨化機具有圓形自由膨脹的空間，利于膨化；設(shè)備重心低，運行平穩(wěn)；出料機構(gòu)的主軸有兩個支點，扭矩小，強度高；體積小，重量輕，成本低；生產(chǎn)效率適中等優(yōu)點。其排料裝置設(shè)計成扇形螺旋葉片組合而成的出料螺旋，帶有齒口的螺旋葉片及其片狀支撐件交織形成了“鋸、切、劃”的綜合作用，使膨化后的硝酸銨被分割成單元塊體而排出結(jié)晶機。（4）立式間斷膨化機具有垂直的膨脹空間，膨化比較均勻；設(shè)備體積較大，生產(chǎn)效率高；便于維修和事故處理。該機設(shè)計的出料部件的主要元件是“犁頭”型的鏟刀，具有“劈、切、翻、鏟”的綜合作用，被松動的膨化硝酸銨再由輔助刮板推至出料門，排出機外。（5）連續(xù)膨化機按照“動態(tài)進料、靜態(tài)膨化”的原理設(shè)計。具有硝酸銨溶液的進料和膨化是一個連續(xù)均勻的過程，生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定；單位時間的膨化量顯著低于間斷膨化的瞬時膨化量，相應對真空系統(tǒng)的能力及膨化工藝條件的要求較低，從而有利于節(jié)省生產(chǎn)費用、減少操作人員，便于實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。（6）負壓