ЭКЗОТЕРМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ДЛЯ НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ Российский патент 1994 года по МПК C06B33/02 

Изобретение относится к пиротехническим нагревательным составам и предназначено для обогрева сливной арматуры железнодорожных цистерн с целью уменьшения времени выгрузки, а также для подогрева пищи, воды, обогрева палаток, укрытий и т.п. в условиях отсутствия электрической и других видов энергии.

Известные термитные, нагревательные и т.п. составы имеют высокую температуру горения и малое время тепловыделения, их удельная теплота сгорания как правило не превышает 1 ккал/г.

Известны составы для одноразовых горелок с температурой поверхности до 40. ..60^оС [1 и 2], содержащие уголь, соль и другие компоненты. Несмотря на отсутствие пламени, эти устройства обеспечивают незначительную интенсивность нагрева.

Известен также состав для обогрева металлических отливок, содержащий 60-65% угля или кокса, 10-15% песка или шамота, 15-20% декстрина и 0,5-5% железной окалины. Основными недостатками состава являются неспособность к самостоятельному горению при отрицательной и комнатной температуре, трудная воспламеняемость.

Прототипом состава является экзотермический состав, известный по книге Г. М. Жабровой "Тепло без пламени". Л., 1945. Он содержит 5% нитрата калия, 0,5% перманганата калия или двуокиси марганца, 8% крахмала и уголь - остальное. Этот состав не безопасен при применении, так как шлаки его содержат токсичные соединения марганца. Последнее затрудняет утилизацию шлаков. Особую остроту приобретает эта проблема для крупных зарядов. Кроме того, сгорание заряда сопровождается обильным форсовым искрением, что повышает пожарную опасность применения состава.

Целью изобретения является повышение безопасности применения состава за счет исключения токсичных веществ в шлаках и уменьшения (исключения) искрения.

Это достигается тем, что состав, включающий уголь, нитрат калия и водорастворимое связующее, в качестве водорастворимого связующего содержит или натрий-карбоксиметилцеллюлозу (НКМЦ), или метилцеллюлозу (МЦ), или лигносульфонат технический (ЛСТ). Безопасность применения обеспечена при следующем соотношении компонентов, мас,%: Нитрат калия 3...10% НКМЦ, или МЦ, или ЛСТ 3...10% Уголь Остальное
С целью полного устранения искр, дыма и неприятного запаха состав дополнительно содержит глицерин в количестве 1...3% и калий хлорнокислый в количестве 2...5%. При содержании водорастворимых связующих менее 3% наблюдается неустойчивое тепловыделение, обусловленное нестабильностью структуры состава. Если связующих более 10%, то процесс горения протекает с недостаточной полнотой, что выражается в проявлении дыма и неравномерности выделения тепла во времени. При содержании нитрата калия менее 3% горение становится неустойчивым и возможно затухание. Введение окислителя более 10% снижает теплотворную способность состава, горение сопровождается выбросом искр, особенно в период разгорания. Глицерин в количествах менее 1% не устраняет эффект искрения. Если его будет более %, то состав не технологичен и физически не стабилен - происходит эксудация при хранении. Хлорат калия в количестве до 2% не оказывает заметного влияния на характер горения состава. Добавка более 5% снижает время тепловыделения, вызывает искрение состава, что повышает пожарную опасность состава.

Примеры конкретного выполнения приведены на серийных компонентах: уголь ОСТ В84-2281-86, ГОСТ 6217-74, ГОСТ 8703-74; нитрат калия ГОСТ 19790-74, НКМЦ ОСТ 6-05-386-80; МЦ ТУ 6-05-1857-78; ЛСТ ТУ 13-0281-036-05-89; глицерин ГОСТ 6824-76; хлорат калия ГОСТ 2713-74.

Уголь, нитрат калия и хлорат калия применяли в виде порошков, НЦМЦ, МЦ и ЛСТ - в виде водных растворов с концентрацией от 5 до 20% по массе. Составы готовят по технологии, принятой в пиротехническом производстве, на смесителях для лаковых составов. Приготовленные составы можно перерабатывать в заряды необходимой формы и размеров по известной технологии глухого и проходного прессования, экструзией и т.п., т.е. использование состава не требует разработки нового оборудования и переоснащения существующих производств.

Соотношение компонентов в образцах заявленного состава и прототипа дано в табл. 1.

Характеристики предлагаемого состава и прототипа приведены в табл. 2.

Предлагаемый состав в виде зерен и таблеток (шашек) надежно воспламеняется от серийных средств воспламенения (включая бытовые спички, пламя зажигалки и т.п.), безопасен в обращении и применении. Горение передается в массивных прессованных зарядах, в насыпном виде (как в виде гранул, так и порошка) при начальной температуре от минус 40 до +60^оС и выше.

Состав не образует при сгорании экологически вредных продуктов, содержание токсичных летучих (типа СO), не превышает ПДК в воздухе промышленных зданий, шлаки можно использовать в виде минеральных удобрений. Кроме того, состав не содержит пищевых продуктов.

Известный ранее комплекс характеристик зарядов для нагревательных устройств, обеспечивающий их надежное функционирование, обусловлен предлагаемым соотношением компонентов, которые имеют широкую сырьевую и промышленную базу, находят применение в военной и мирной пиротехнике, строительстве и других отраслях.

Использование: обогрев сливной арматуры железнодорожных цистерн, пищи, воды, палаток, укрытий. Сущность изобретения: состав содержит, мас.%: нитрат калия 3-10; натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы или метилцеллюлозы, или лигносульфоната технического 3-10; уголь остальное. Состав может дополнительно содержать 1-3% глицерина и 2-5% перхлората калия. Состав готовят по технологии, принятой в пиротехническом производстве. Характеристики состава: время тепловыделения заряда массой 0,25 кг-11 ч, выделение дыма и искрение слабое или отсутствует, шлаки не токсичны. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. ЭКЗОТЕРМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ДЛЯ НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ, включающий уголь, нитрат калия и водорастворимое связующее, отличающийся тем, что, с целью повышения безопасности применения за счет исключения токсичных веществ в шлаках и уменьшения искрения, он в качестве водорастворимого связующего содержит натрийкарбоксиметилцеллюлозу, или метилцеллюлозу, или технический лигносульфонат при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Нитрат калия 3 - 10
Натрийкарбоксиметилцеллюлоза, или метилцеллюлоза, или технический лигносульфонат 3 - 10
Уголь Остальное
2. Состав по п.1, отличающийся тем, что, с целью устранения искр, дыма и неприятного запаха, он дополнительно содержит 1 - 3% глицерина и 2 - 5% перхлората калия.