硝铵和木粉自动控制配比方法研究

刘勋文，樊小朝，龚松柏，吴为民

(1.新疆天河化工有限公司，新疆 库车 842000;2.新疆大学电气工程学院，乌鲁木齐 830047)

0 引言

硝铵在1843年它的爆炸性，硝铵和煤的混合物加热至170℃时发生强烈爆炸，1867年瑞典工程师 C.J.Ohisson 和 J.H.Norrbein 提出了世界上第一个硝铵炸药的专利［1］。硝铵炸药的爆轰是一种实际的非理想爆轰［2］。近年来国内众多学者对新型硝铵炸药进行了深入研究，如液混式膨化硝铵炸药［3］。

工业炸药产品的配比方法有两个主要特点:一要设计多元混合炸药;二要氧平衡准则［4］。震源药柱是一种通过炸药爆炸作为震源激发地震波的爆破器材［5－6］，震源药柱的生产过程中要将干燥的硝酸铵和木粉进行配比混合［7－9］。

文中根据新疆天河化工有限公司在新疆库车的现场实际为依托，将原有的手动配比方法改进为自动控制配比方法，运行经济性、安全性都得到了不同程度的提升。

1 硝木粉配料生产线的设计要求

根据多年来的现场经验，硝木粉配料生产线的设计要点有以下四点:

(1)结构简单，要有高的精度和配料速度，保证后续的塑化机和装填工艺的原料保证。

(2)维修和校验简单方便。

以上的两点要求是从已经使用冲板流量进行对比分析后提出。在建厂时安装了一套采用冲板流量计配料装置，发现以下的问题:

原用的冲板流量计的工作需要一定的落差行程对计量冲板的冲击力，积算仪根据传感器受到冲力对时间进行积分运算，计算出流量。在这个过程中对其检测精度的影响因素多，包括冲板的沾料，落料位置角度的变化等。对冲板流量计进行校验也十分的困难，要准备大量的已知质量的物料进行称量模拟运行，耗费大量的人力和时间［10］。

同时，对于木粉这样质量极轻的原料，在下落的过程中，对冲板行程的力极小，致使检测信号小，难以提高信噪比，增大了控制器在运算过程中的误差。

(3)由于以上的原因，采用了结构简单坚固的斗称式电子称进行计量，称重过程是间歇动作的，如何在配料过程中保证精度和速度要在干硝重量和木粉重量的配比方式上进行检测和控制是一个有相当难度的问题［11］。

(4)配比系统的速度和精度之间的矛盾。采用这种间歇式计量的方法，在设计和调试控制软件的过程中要处理好单次称重的量和放料的间隔。每次的称量小，动作的频率高，配料的均匀度好，但系统的机件的磨损大，设备的产量低;每次的称量大，由于落料的时间长，动作频率低，设备的磨损小，配料的均匀度差。这个过程还和运输螺旋的长度、坡度有关。

2 配料设备

2.1 硝铵计量电子称

在硝铵称重的前端是硝铵干燥机。经过蒸汽加热的硝铵由干燥机内部的刮板推动从出料口连续输出。由于称厢式电子称的工作过程是要经过进料、称量和放料三个步骤，在称量和放料的过程中，不能进料，在这个期间，从硝铵干燥机输出的硝铵暂存在硝铵储料厢内。等到放料完毕，称厢的放料门关闭后，硝铵储料厢的放料门开启，放料进入称厢。由于硝铵在不同的温度和湿度会有不同的黏结发生，落到硝铵称厢中的硝铵重量会和设定值有一定的偏差，按照比值计算木粉重量时是按照实际称得的硝铵重量为基础的。

2.2 木粉计量电子称

由电动螺旋输料器将料斗中的木粉输送到木粉称厢中。

硝木粉称重配料系统如图1所示。

图1 硝木粉称重配料系统

2 配料控制方法

具体的配比控制流程图如图2所示。采用以硝铵的流量为基础，通过设定的配比计算出需要的木粉重量，由木粉称厢进行计量后进行混合。由于木粉的重量轻、密度小、在湿度的影响下，发生结块，致使下落时成块和阻塞，因此落到称厢中的木粉重量是一个和给定的重量有一定误差的数值。

这个误差随着配料过程的称量次数的累积，误差会越来越大。因此在控制过程中对硝铵和木粉的称量总数进行累计，进行实际重量的配合比例计算，得到前段配料的实际比例。再对木粉的称量给定值进行调整，使整个配料过程更加精确。这个调整在整个配料动作次数序列中的跨度不能太大，否则会影响混料的均匀度。

3 实验和应用

(1)在搭建的模拟装置上进行了试验，测得的数据，总共试验配料 684.556 kg，木粉比例4.91%，达到了配比设定的要求，配料误差0.09%。

(2)建成生产线，日产硝木粉配合料20～30吨，已投入生产运转10个月，配比精度达到99.9%以上。

4 硝铵和木粉配比控制系统的优点

经过升温干燥的硝酸铵和木粉在生产线上按照规定的比例进行配合和匀质，是震源药柱生产过程的重要环节。以往采用人工用口袋接料用一般的磅秤进行称重。同时木粉的计量也是采用人工磅秤计量的方法，再由人工投入混料设备。新疆大学和新疆天化工合作完成的硝木粉自动连续配料系统，采用电子计量和计算机控制，完成硝木粉计量的连续生产。新的自动配料方式比较以往的人工配料方式有以下的优点:

(1)提高了生产效率:从人工配料的生产方式提升到自动化连续生产方式，配料操作人员由三人减少到一人，同时减低了劳动强度，由人力操作变成对设备的监视;月平均增加了产量达60%。

(2)提高了配料精度:由人工称量到电子测量和计算机过程控制可以保证配料误差在0.1%以内。采用了“配料误差累计补偿控制方法”，在对每一次配料进行控制的同时，还对累计的误差进行统计，进行补偿。同时由计算机对计量过程进行数据记录，可检查配料过程。

图2 配比控制流程图

(3)采用了螺旋输料:在输送的过程中也同时进行着硝铵和木粉的混合，提高了混合了的均匀度。

(4)配料生产过程实现了全密封:消除了中间运输、多次接投料等过程，减小了粉尘，改善了工作环境。

［1］胡 骏.新型高能粉状工业炸药的配方设计［D］.合肥:安徽理工大学，2010.

［2］陈靖宇，王万勇，苏焕欧，等.膨胀珍珠岩和硝酸铵溶液混合制备膨化硝铵炸药的实验研究［J］.爆破器材，2013，42(3):29 －32.

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［4］郭 蕾.炸药生产线改性硝铵水分控制系统的研究［D］.长沙:中南大学，2011.

［5］孙 涛，王青松，李 卫，等.震源药柱自动装药机的研究与设计［J］.爆破器材，2012，41(6):38 －40.

［6］赵 洁，俞珍权.耐压高威力乳化震源药柱的制备及其性能研究［J］.爆破器材，2013，42(1):22 －25.

［7］杨 扬，姜雪松，唐菲菲，等.基于在制品制造档案编制的生产吉祥物南量控制研究［J］.森林工程，2012(5):50－53.

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［9］谢圣艳，高 欣，张洪文.浅谈木粉在膨化硝铵炸药中的物理敏化作用［J］.爆破器材，2010(10):15－17.

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［11］李永伟，朱婧菲，刘占阳，等.连续输送物料计量称重系统的设计［J］.河北科技大学学报，2013，34(3):3－5.