Тема 10. Способы переработки энм

Для того, чтобы эффективно использовать заложенную в ЭНМ потенциальную энергию, ему придают определенную форму (формируют заряд), которая наиболее полно соответствует поставленным целям, т.е. обеспечивает необходимую мощность и направленность взрывного действия.

Используемые способы формирования зарядов из ЭНМ (переработки ВВ) обусловлены:

• агрегатным состоянием материала,

• его физико-химическими свойствами,

• наличием специального технологического оборудования, позволяющего осуществить тот или иной способ переработки ЭНМ,

• экономическими и рядом других факторов.

Известно, что ЭНМ при обычных температурах их использования могут находиться в основном в двух агрегатных состояниях: твердом (тринитротолуол, гексоген) и жидком (нитроглицерин, тетранитрометан). В зависимости от их индивидуальных физико-химических свойств ЭНМ могут с различной степенью легкости переводиться из одного агрегатного состояния в другое. Такой переход может сопровождаться частичным или полным химическим разложением ЭНМ. Так, например, тринитротолуол легко выдерживает многократный переход из твердого состояния в жидкое и обратно при температуре 80С, а такой ЭНМ, как октоген, плавится с разложением. Таким образом, свойства ЭНМ во многих случаях оказывают определяющее влияние на выбор способа изготовления заряда.

Отметим, что технология наполнения изделий жидкими (газообразными) ЭНМ достаточно проста, а сами эти процессы используются редко при изготовлении специальных изделий. Поэтому в дальнейшем будем рассматривать процессы переработки только таких ЭНМ, которые в состоянии поставки находятся в твердом состоянии (порошкообразные).

Твердые ЭНМ в большинстве случаев представляют собой порошкообразные или гранулированные материалы, состоящие из химически однородного вещества (индивидуальные ЭНМ) или из нескольких компонентов (смесевые ЭНМ – взрывчатые составы или ВС).

Иногда, в частности в горнорудной промышленности, твердые ЭНМ могут применяться в сыпучем состоянии без какой-либо предварительной переработки. Однако, чаще всего, с целью повышения удельного отбора энергии, они подвергаются уплотнению, что предполагает использование специального оборудования.

В зависимости от назначения и особенностей конструктивного исполнения изделия заряд из ЭНМ формируют или в технологической форме или непосредственно в корпусе изделия.

Уплотнение ЭНМ при переработке может быть достигнуто:

• путем механического сжатия его частиц, при котором происходит их сближение за счет более плотной упаковки и деформации;

• плавлением индивидуального ЭНМ (в т.ч. в составе взрывчатой смеси) с последующим отверждением (кристаллизацией).

В соответствии с этим различают три основные способа формирования зарядов из ЭНМ:

• прессование,

• шнекование,

• заливка.

Поскольку в большинстве случаев заряды из ЭНМ формируются с целью использования их в составе различных изделий военной техники (боеприпасов), то перечисленные способы переработки ВВ называют также способами снаряжения боеприпасов.

Прессование и шнекование, являясь способами механического уплотнения ВВ, всегда выполняются в изолированных помещениях (кабинах) на специальном оборудовании с дистанционным управлением.

Прессование, как наиболее сложный и трудоемкий способ переработки ЭНМ используется в тех случаях, когда получить качественный заряд другими способами не представляется возможным. Он пригоден для переработки практически всех твердых ВВ.

В зависимости от технологических свойств ВВ (способности к уплотнению или «прессуемости») и конструктивных особенностей заряда применяются различные способы прессования, которые могут отличаться схемой подачи нагружающего усилия на ВВ, конструкцией пресс-форм, а также соотношением основных технологических параметров (удельного давления прессования, температуры прессования, длительности выдержки под нагружающим усилие и др.).

К технологическим свойствам порошков обычно относят угол естественного откоса, насыпную плотность, плотность утряски, текучесть, уплотняемость, прессуемость и формуемость, которые могут изменяться в широких пределах для порошков данного состава в зависимости от формы и размера частиц, их удельной поверхности, влажности и т.д. Однако знание технологических характеристик позволяет в сочетании с известными физическими свойствами оценивать поведение исследуемых порошков при их компактировании, скорость заполнения порошком пресс-форм, величину необходимого при прессовании давления и т.д.

Уплотняемость, прессуемость и формуемость характеризуют способность порошков к осуществлению процессов их переработки с приложением внешней нагрузки, при которых происходит деформирование частиц порошка. Под уплотняемостью порошков принято понимать их способность к уменьшению занимаемого объема под воздействием давления или вибрации. Формуемость порошка - это его способность сохранять приданную ему в результате переработки форму в заданном интервале пористости.

Прессуемость порошка ЭНМ является интегральной характеристикой, используемой для оценки его способности образовывать под действием давления тело, имеющее заданные размеры, форму и плотность (заряд). Эта характеристика дает качественную оценку свойств порошка, комплексно связанную с уплотняемостью и формуемостью.

Единой характеристики прессуемости различных ЭНМ не существует. Обычно сравнивают изготовленные однотипные заряды из двух или нескольких ЭНМ по коэффициенту запрессовки, разноплотности, внешнему виду и т.п. В том случае, если те же или лучшие показатели по перечисленным характеристикам для одного из веществ получены при менее интенсивных технологических режимах переработки (более низкое значение удельной нагрузки, предварительный нагрев ЭНМ и пресс-формы до более низкой температуры и т.п.), чем для других ЭНМ, то говорят, что первое вещество обладает относительно лучшей прессуемостью по сравнению с другими.

На практике в состав ВС с целью повышения их прессуемости специально вводят вещества (связующие), которые снижают трение между частицами порошка ВВ. Такие вещества могут быть многофункциональными, т.е. одновременно пластифицировать взрывчатую композицию, снижать ее чувствительность к внешним воздействиям (выполнять функцию флегматизатора) и повышать прочность полученной запрессовки.

Интегральный эффект от использования такого рода связующих, флегматизирующих и пластифицирующих добавок к мощным индивидуальным ВВ настолько существенен, что в настоящее время для изготовления зарядов (деталей) различной конфигурации индивидуальные ЭНМ практически не используются. Современные ВС представляют собой смеси мощных индивидуальных ЭНМ и взрывчатых или невзрывчатых добавок, улучшающих технологические свойства перерабатываемых материалов и позволяющих достигнуть того или иного специального эффекта (например, повышения фугасности - порошок Al).

Обычно при освоении прессования нового типа заряда проводится отработка технологического процесса его изготовления с выбором оптимального сочетания основных технологических параметров. Возможности данного способа переработки в отношении габаритов изготавливаемых зарядов определяются мощностью применяемого прессового оборудования и типом перерабатываемого ЭНМ.

Способ шнекования применяется в основном для снаряжения артиллерийских снарядов и мин путем непрерывной подачи ЭНМ в корпус боеприпаса с одновременным уплотнением ВВ вращающимся винтом специальной конструкции на так называемых шнек-аппаратах. Использование этого способа ограничивается уровнем чувствительности его к механическим воздействиям (в частности, к трению), поэтому мощные высокочувствительные ЭНМ типа гексогена и октогена перерабатывать этим способом нельзя из-за высокой вероятности возникновения взрыва. На практике этот способ переработки ЭНМ используется только для тротила и тротилсодержащих аммиачно-селитренных ВВ.

Заливка является наиболее простым способом переработки ВВ с точки зрения его аппаратурного оформления. Использование способа заливки предполагает перевод ЭНМ при нагревании в расплавленное или вязкотекучее состояние, заполнение в этом состоянии корпуса изделия или специальной формы с последующим отверждением (кристаллизацией) ЭНМ при охлаждении. Этим способом можно перерабатывать как индивидуальные ЭНМ, способные к двухстороннему фазовому переходу «твердое-жидкое-твердое» без существенного изменения свойств, так и взрывчатые смеси на их основе, в которых содержание плавкого компонента достаточно для обеспечения текучести состава в нагретом состоянии.

Основные требования, предъявляемые к взрывчатым веществам, применяемым для заливки:

• температура плавления не выше 80-100°С. Такие ЭНМ можно плавить в аппаратах, обогреваемых паром давлением 1,5-2,5 атм. Применение для заливки ЭНМ с более высокой температурой плавления требует более дорогих и сложных аппаратов;

• стойкость к нагреванию на 20-25°С выше температуры плавления. При выдержке взрывчатого вещества в течение 2-3 часов при этой температуре оно практически не должно разлагаться;

• малая летучесть в температурных условиях плавки и низкий уровень вредности их паров для организма человека;

Применение способа заливки для переработки взрывчатых составов на основе мощных бризантных ЭНМ ограничено тем, что такие вещества имеют очень высокие температуры плавления, и большинство из них плавятся с разложением. Введение в состав взрывчатой композиции плавящихся компонентов в количествах, обеспечивающих возможность переработки ее способом заливки, снижают удельные взрывчатые характеристики ВС. Плавкие компоненты вводят в состав смеси предварительно расплавленными или плавят в процессе ее приготовления. Неплавкие компоненты вводят в смесь в твердом состоянии, и в этом состоянии они остаются в смеси на всем протяжении плавки и заливки. Эти компоненты тоже должны выдерживать без разложения нагрев, который необходим при методе заливки.

В процессе приготовления смеси может происходить частичное растворение неплавких компонентов в плавких. Однако при этом недопустимо химическое взаимодействие между ними, которое может привести к изменению состава смеси.

Вязкость и густота смеси возрастают с:

• понижением содержания плавких компонентов,

• понижением растворимости неплавких компонентов в плавких,

• повышением вязкости раствора неплавких компонентов в плавких при температурных условиях заливки,

• с повышением удельного веса плавких и понижением удельного веса неплавких компонентов.

В весьма значительной мере густота и вязкость смеси зависят от структуры частиц неплавких компонентов. Монолитные частицы правильной, компактной формы без пустот и сростков при прочих равных условиях дают менее густые смеси, чем рыхлые частицы неправильной формы с внутренними пустотами.

Возможность повышения содержания неплавких компонентов в смесях обусловливается главным образом следующими причинами:

• геометрической формой и размерами кристаллов или твердых частиц. Чем компактнее и правильнее по форме кристаллы (частицы), чем меньшую удельную поверхность имеет порошок твердого компонента ВВ, тем больше может быть содержание неплавкого компонента в смеси;

• плотностью монокристаллов или частиц. Чем больше плотность монокристаллов или частиц неплавкого компонента, тем больше может быть его массовая доля в смеси;

• смачиваемостью кристаллов или частиц неплавкого компонента расплавленным;

• растворимостью неплавкого компонента в расплаве.

Каждый из указанных способов переработки ЭНМ имеет свои разновидности и особенности.

98