СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗМЕЛЬЧЕННОЙ ФРАКЦИИ ПЕРХЛОРАТА АММОНИЯ
METHOD OF PRODUCING GROUND FRACTION OF AMMONIUM PERCHLORATE

Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к измельчению порошкообразных материалов, в том числе взрывчатых веществ, используемых для зарядов к ракетным двигателям, и может быть применено в различных областях промышленности.
При изготовлении зарядов из смесевого твердого ракетного топлива (СТРТ) к ракетным двигателям различного назначения наибольшее применение нашел в качестве окислителя перхлорат аммония (ПХА). Для обеспечения и регулирования требований по баллистическим и физико-механическим показателям перхлорат аммония используют в виде смеси из нескольких фракций, отличающихся по размерам частиц. В качестве крупной фракции применяют округленные частицы с размером частиц в пределах 160-315 мкм. В качестве мелкой фракции используют частицы с размером менее 50 мкм, получаемые методом измельчения в струйных аппаратах. Наряду с этой фракцией в меньших масштабах применяют также высокодисперсные (частицы 3-5 мкм) и ультрадисперсные (частицы 2 и менее мкм) фракции.
В аналитическом обзоре №14 (121) за 1982 год "Подготовка перхлората аммония на заводах США" показана типичная схема технологического процесса подготовки перхлората аммония. По приведенной схеме на заводах США для измельчения ПХА применяют молотковые мельницы различной конструкции. Однако применение молотковых мельниц небезопасно при переработке чувствительных к механическим воздействиям материалов, к которым относится ПХА, из-за большого количества пар трения «металл-металл» с неконтролируемыми параметрами по зазорам, давлению и скоростям. С точки зрения обеспечения безопасности в технологическом процессе наиболее привлекательным является использование способа измельчения путем соударения частиц друг с другом в аэросмеси, а именно в скоростном потоке воздуха. На этом принципе работают струйные мельницы. Одной из разновидностей конструкции является струйная вихревая мельница, авторское свидетельство SU №198902, МПК В02С, от 18.05.1966 г. Недостатком этой мельницы является значительный унос измельченной фракции вместе с отработанным воздухом.
7
Известна струйная помольная установка, патент РФ №2244701 С1, МПК, С06В 21/00. Недостатком этой установки является то, что наряду ПХА с размером частиц менее 50 мкм измельченная фракция содержит частицы с размером выше 50 мкм в пределах 20%.
Наиболее близким к предлагаемому способу измельчения является принципиальная схема помольной установки, приведенная в книге В.И.Акунова "Струйные мельницы", ГНТИ, Москва, 1962 г., на фиг.64, стр.110-111 и взятая авторами за прототип. Недостатком приведенной схемы является использование незамкнутой системы потока воздуха с подсосом его из окружающей среды. При измельчении ПХА, способного адсорбировать влагу из воздуха, эта схема неприемлема. Адсорбирование влаги приведет к уменьшению эффективности измельчения ПХА и получению измельченной фракции с невоспроизводимой дисперсностью. Кроме того, применение такой системы движения аэросмеси требует комплектование мельницы со сложной системой фильтров.
Технической задачей изобретения является разработка безопасного способа изготовления измельченной фракции перхлората аммония с размерами частиц менее 50 мкм в струе воздуха и предотвращение адсорбции влаги из воздуха.
Технический результат изготовления измельченной фракции перхлората аммония заключается в подаче ПХА в струйную мельницу шнек-питателем при производительности его 300 кг/час, причем высоту слоя перхлората аммония в бункере над заборной частью шнек-питателя поддерживают не менее 100 мм, и воздушным потоком, создаваемым двумя газодувками, подают на измельчение в помольную камеру и разделяют на фракции в центробежном классификаторе при линейной скорости вращения 9,1 м/с, осаждают в приемном сборнике, а воздух возвращают на циркуляцию в струйную мельницу.
Сущность предлагаемого изобретения представлена на фигуре.
Перхлорат аммония загружают в бункер (10) и шнек-питателем (1) подают в вертикальную трубу (2), далее ПХА воздушным потоком, создаваемым двумя газодувками (3), направляется в центробежный классификатор (4), в котором происходит разделение на две фракции. Крупная фракция возвращается по двум наклонным течкам (11) в помольную камеру (8) на помол. Воздух из газодувок (3) вдувается в напорные сопла (6), где воздушная струя подхватывает поступающий из классификатора перхлорат аммония и разгоняет его в разгонных трубах (7). Два встречных потока воздуха с ПХА, выходя на большой скорости (40÷50 м/с) из разгонных труб, сталкиваются в помольной камере, где происходит соударение частиц ПХА и их измельчение. Из помольной камеры поток воздуха с измельченным ПХА поступает в центробежный классификатор, где происходит разделение частиц по дисперсности. Крупные частицы из классификатора поступают в помольную камеру на доизмельчение, мелкие частицы ПХА поступают в циклоны (5) и осаждаются в сборнике (9). Воздух из циклонов по воздуховодам (12) возвращается в газодувки и непрерывно циркулирует внутри струйной мельницы.
При измельчении ПХА с линейной скоростью вращения классификатора менее 9,1 м/с получена более крупная фракция перхлората аммония, которая не удовлетворяет требованиям документации. При измельчении ПХА с линейной скоростью вращения классификатора 9,1 м/с получаются более мелкие частицы перхлората аммония. В связи с этим целесообразна эксплуатация струйной мельницы при постоянной линейной скорости вращения центробежного классификатора 9,1 м/с.
Оптимальная производительность струйной мельницы составляет 300 кг/час. При производительности более 300 кг/час происходит нарушение стабильных режимов струйной мельницы за счет накопления продукта в ней с последующей забивкой и вынужденной остановкой процесса. Измельчение при меньшей производительности экономически невыгодно.
На получение ПХА с размером частиц менее 50 мкм и на устойчивую работу струйной мельницы оказывает влияние поддержание уровня ПХА в бункере над заборной частью шнека-питателя, который должен быть в пределах не менее 100 мм. При слое ПХА менее 100 мм в бункере возможен прорыв аэросмеси из мельницы, нарушение режима работы струйной мельницы и ухудшение качества мелкой фракции ПХА.
По результатам проведенных испытаний и опыта изготовления зарядов из СТРТ установлены следующие оптимальные параметры изготовления измельченной фракции ПХА на струйной мельнице: производительность шнек-питателя 300 кг/час; высота слоя ПХА в бункере над заборной частью шнека-питателя - не менее 100 мм; линейная скорость вращения центробежного классификатора 9,1 м/с.
Использование предложенных режимов эксплуатации струйной мельницы позволили обеспечить безопасный способ изготовления измельченной фракции перхлората аммония в струе воздуха и предотвращение адсорбции влаги из воздуха и получение частиц ПХА с размером менее 50 мкм на уровне 93±3%.
Предложенные режимы реализованы в условиях федерального казенного предприятия "Пермский пороховой завод".