1.2.2 Обзор существующих методов утилизации

Под утилизацией изделий в данной работе понимается разделение его на составляющие элементы с целью повторного использования каждого составляющего: металл (чёрный, цветной), снаряжение. Наличие заряда ВВ и конструкции каморы с поднутрением затрудняет рациональное построение цикла разборки изделия в последовательности обратной его сборки.

Сложность заключается в том, что основной энергетический компонент по причине опасности требует ограничений уровня воздействия не только непосредственно на него, но и на корпус изделия, в частности при механических и термических воздействиях.

Метод разделения выстрела на составляющие элементы вне зависимости от калибра может быть реализован по схеме прямого цикла: изготовление – снаряжение – окончательное снаряжение – выстрел – подрыв. В настоящее время операция «выстрел» может быть опущена, т.к. отделение снаряда от гильзы является штатной операцией, отработанной при выполнении контрольных проверок при хранении. Наиболее проблематичной операцией является подрыв изделия. Несмотря на то, что металл в данном случае может быть собран в виде мелких фрагментов и очищен от лака, покрывающего поверхность каморы, данный путь опасен и, в первую очередь, экологически. Средства инициирования содержат гремучую ртуть, азид свинца, а продукты взрыва боевого заряда при своём разложении дают гамму экологически вредных окислов углерода, азота и других соединений.

По этой причине наиболее предпочтительны обратные циклы, которые не допускают сам факт взрыва и рассматривают его как нежелательный фактор, требующий гарантированного исключения из технологической последовательности. Последовательность операций обратного цикла состоит в эвакуации ВВ и разделке корпуса снаряда.

Для отечественной промышленности утилизация не является традиционным технологическим процессом, а накопленный многолетний опыт изготовления и снаряжения изделий лишь частично может быть использован для разборки по причине отличающихся режимов этих операций. В наибольшей степени эти операции, их режимы и оборудования могут быть использованы для изделий, снаряжённых ВВ методом заливки. Однако основная масса снарядов основного назначения в настоящее время снаряжается прессованными составами, не допускающими их выплавления по причине химического разложения при плавлении.

По этим и ряду других причин необходимы специальные исследования с целью достоверного определения параметров критических термических и ударных воздействий на корпус снаряда и снаряжение, не вызывающих подрыв взрывчатого вещества.

Рассмотрим основные принципиальные предложения по утилизации изделий. Имеющийся доступный материал по этому вопросу и системный анализ информации позволяют представить многообразие методов с позиций принципиальных положений, составляющих основу того или иного метода утилизации (рис. 5).

Всю совокупность возможных действий на изделии в целом и на его снаряжение в частности можно разделить на две группы: термические и механические. Рассмотрим смысл каждого из них.

Термические воздействия подразумевают воздействие на снаряжение изделия повышенных или пониженных температур, приводящих заряд в состояние, наиболее благоприятное для его извлечения или создания таких состояний заряда, которые будут способствовать его безопасному извлечению. Следует отметить, что температурное воздействие неоднозначно влияет на физическое состояние корпуса снаряда и заряда ВВ, а следовательно и на его чувствительность, определяя в конечном счёте опасность технологической операции. Верхний предел температур опасен с точки зрения возможности термического разложения, нижний предел, область криогенных температур, ведёт к охрупчиванию корпуса, заряда (ВВ и флегматизатора), локальной концентрации энергии в зонах образования трещин и развитию процесса взрывчатого разложения. Следует отметить, что системные исследования по физико-механическому состоянию и установление степени опасности при термических воздействиях не проводились.

Термическое воздействие необходимо рассматривать в совокупности с механическими процессами, его сопровождающими, т.е. термическое воздействие всегда сопровождается механической реакцией на снаряжение и корпус. При повышении температуры заряд начинает расширяться, увеличивая внутреннее давление в системе вплоть до фазового перехода, что для замкнутого (полузамкнутого) объёма изделия приводит к повышению температуры плавления. Это явление будет проявляться тем ярче, чем интенсивнее нагрев. Имеющийся в системе воздух (газы, являющиеся следствием газификации при хранении) расширяется, создавая локальные очаги повышенного давления. При медленном нагреве по причинам связанной (открытой) пористости воздух будет выходить из системы, в этом случае производительность операции будет падать. В стадии нагрева до плавления будет обеспечиваться устойчивый контакт с внутренней поверхностью корпуса и его покрытием.

При понижении температуры наблюдается частично иная картина: заряд, имея коэффициент объёмного расширения на порядок больший, чем оболочка, уменьшаясь в объёме, интенсивно растрескивается, и если его сцепление с внутренним покрытием корпуса меньше предела прочности на разрыв ВВ, то заряд отделится от внутренней поверхности корпуса.

Под предельным тепловым воздействием будем понимать температуры, приводящие к плавлению ВВ и возможности последующего удаления заряда из корпуса изделия. Безопасность такой операции допускают системы на основе плавкого наполнителя, которым по сей день является ТНТ, допускающего безопасный фазовый переход при температурах, далёких от термического разложения (∆Т = 50^оС), что не требует точного контроля за тепловым режимом процесса.

В настоящее время известны следующие технологии разделения артиллерийского снаряда на составляющие:

1. Вымывание разрывного заряда взрывчатого вещества из корпуса снаряда, через гнездо под взрыватель струёй горячей воды с последующим отделением взрывчатого вещества от воды в специальных сепарирующих устройствах.

2. Выплавление разрывного заряда из корпуса снаряда путём нагревания разрывного заряда выше точки плавления или каплепадения легкоплавкого связующего взрывчатого вещества.

3. Через гнездо корпуса снаряда нагнетается газ под давлением 20•10⁵ Па и выдерживается под давлением в течение 20-30 минут. За счёт пористости взрывчатого вещества разрывного заряда происходит просачивание газа в поры вглубь заряда и выравнивание давления в порах . При резком сбросе нагнетаемого давления газ в порах ломает перемычки между ними и раскрошивает взрывчатое вещество. Затем раскрошенное взрывчатое вещество высыпается через гнездо под взрыватель.

4. Погружают снаряд в ванну с жидким азотом и охлаждают. Вследствие больших температурных напряжений, возникающих при охлаждении разрывного заряда, происходит его растрескивание. Затем на вибростенде вытрясают разрывной заряд из корпуса через гнездо под взрыватель.

5. Снаряд устанавливается дном на стол пресса, а затем пуансоном раздавливается корпус. Корпус раскалывается на несколько частей. Разрывной заряд раскрашивается, и его стряхивают с частей корпуса.

Анализ вышеприведённых технологий позволяет выявить следующие существенные недостатки:

– - метод вымывания требует большого количества воды, что делает его экологически грязным, т. к. невозможно дальнейшее использование воды без дополнительной обработки;

- метод выплавления не универсален, т. к. не позволяет удалять взрывчатое вещество А-IX-2 из снарядов калибром 37-57 мм;

- в трёх последних методах до 30 % разрывного заряда остаётся на стенках корпуса;

- все методы экономически дорогостоящи, т. к. требуют создания дополнительных технологий, либо для отделения диспергированного взрывчатого вещества от воды, либо для нагревания разрывного заряда выше точки плавления, либо охлаждения снаряда до криогенных температур, либо для отделения взрывчатого вещества от стенок корпуса.

Исходя из вышесказанного, можно сформулировать требования, которым должна удовлетворять технология утилизации артиллерийских снарядов [1]:

1) должна быть максимально автоматизирована и механизирована, полностью исключать применение ручного труда в процессе отделения взрывчатого вещества от корпуса снаряда;

2) исключать необходимость применения дополнительных технологических процессов;

3) быть экологически чистым производством;

4) максимально использовать имеющиеся технологии, инструменты и приспособления;

5) должна быть универсальной.