СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОРОХОВ И ТОПЛИВ БАЛЛИСТИТНОГО ТИПА Российский патент 2012 года по МПК C06B21/00 

Предлагаемое изобретение относится к области ракетной техники, а именно к производству порохов и топлив баллиститного типа для ракетных, артиллерийских и минометных систем.

Известен шнековый способ изготовления порохов баллиститного типа, состоящий из технологических операций, выполняемых на специальном оборудовании, разработанном с учетом физико-механических и реологических свойств пороховой массы, связанных между собой транспортными линиями с прессованием шашек- заготовок или длинных тонкосводных трубок на шнек-прессе с использованием раструбного прессового инструмента и применения матриц специальной конструкции (Смирнов Л.А."Оборудование для производства баллиститных порохов по шнековой технологии и зарядов из них". М.: МГАХМ, 1997 с.51-57, с.114-120, под ред. Забелина Л.В.).

Данный способ имеет ряд недостатков:

- сложные конструктивные особенности раструбных пресс-инструментов;

- наличие большого количества (50-200 кг) энергоемкой пороховой массы, одновременно находящейся под воздействием высокого давления и температуры в раструбе;

- возможность развития перехода горения в детонацию из-за замкнутого объема в шнек-прессе при формовании высокоэнергетического материала;

- получение большого количества бракованой продукции по нецентричности, разносводности, длине, воздушным включениям.

Известен способ получения баллиститного артиллерийского пороха, включающий смешение компонентов пороховой массы, отжим воды из пороховой массы в отжимном прессе, пластификацию на вальцах непрерывного действия при температуре исходящей воды с рабочего валка 90-100°C, с холостого валка - 80-90°C с формированием таблеток, сушку таблетки в сушильном барабане при температуре нагнетаемого воздуха 90-110°C до влажности не более 1,0% в течение 45 мин, гомогенизацию и прессование таблетки в блоки в шнек-прессе при температуре 80-95°C, прессование топливных элементов из блоков на гидропрессе при температуре воды с изложницы 70-85°C, со стола - 50-80°C и давлении 170-270 кгс/см² (патент RU №2254311 от 15.12.2003 г., МПК C06B 21/00, 25/24), взятый авторами за прототип.

При этом прототип имеет ряд серьезных недостатков:

- наличие большого количества аппаратов, в которых перерабатываемый энергоемкий пороховой полуфабрикат подвергается высокотемпературным сдвиговым воздействиям при вальцевании, высокому давлению при прессовании блоков через раструбный пресс-инструмент на шнек-прессе и при прессовании элементов из блоков на гидропрессе в течение длительного времени, длительному температурному воздействию при разогреве блоков в термошкафах, что ведет к снижению химической стойкости и термической стабильности пороховой массы;

- каждый аппарат имеет индивидуальный электропривод и систему теплоподвода, находится в отдельном помещении, что ведет к увеличению производственных площадей, дополнительных транспортных связей между зданиями (ленточные, шнековые транспортеры, автотранспорт и т.д.); увеличению потерь и низкому коэффициенту использования сырья и материалов.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка экономически и технологически эффективного способа изготовления порохов и топлив баллиститного типа. В предлагаемом способе изготовления достигается высокая химическая однородность, гомогенность пороха или топлива, что ведет к улучшению физико-механических и баллистических свойств: снижается разброс значений скорости горения как внутри партии, так и между партиями. Снижение температурно-временных и механических воздействий на пороховую или топливную массу обеспечивает повышенную химическую стойкость и термическую стабильность.

Техническим результатом изобретения является способ изготовления порохов и топлив баллиститного типа экструзионным методом, который включает смешение компонентов - "варку" пороховой или топливной массы в водной среде, отжим ее от воды на отжимном аппарате, пластификацию и таблетирование отжатой массы на непрерывных вальцах, сушку таблетки в сушильном аппарате барабанного или шнекового типа, гомогенизацию, дополнительную пластификацию полуфабриката в экструдере роторного типа и экструзию пороховых элементов через одно- или многоручьевую матрицу

Варка пороховой массы осуществляется в смесителе в водной среде при температуре 20-55°C в течение 6 ч. Отжим пороховой массы до остаточной влажности 6-12% осуществляется в отжимном шнековом аппарате при температуре теплоносителя 30…60°C, пластификация массы осуществляется на рифленых вальцах непрерывного действия при температуре исходящей воды с рабочего валка - 80…100°C, холостого валка - 70-90°C с получением полуфабриката в виде таблетки, сушка таблетки в сушильном аппарате барабанного или шнекового типа с температурой теплоносителя 90-110°C до влажности не более 1,0%.

Полуфабрикат после сушильного аппарата поступает в обогреваемый теплоносителем с температурой 70-90°C загрузочный бункер экструдера роторного типа, захватывается вращающимися зубчатыми роторами и подается к полукорпусам с уменьшающимися, по направлению вращения роторов, зазорами. Минимального значения в 1 мм зазоры достигают в нижней части роторов. Уменьшающиеся зазоры, по аналогии со шнек-прессом, создают зоны питания и сжатия, где полуфабрикат подвергается сжатию, уплотнению, гомогенизации и повторной пластификации. В точке касания наружных окружностей роторов начинается вытеснение полуфабриката из впадин с помощью входящих в них зубьев. При этом полуфабрикат, попавший в пространство между зубьями роторов, через зазор в зацеплении вытесняется в конфузорную зону экструдера и, далее, через одно- или многоручьевую матрицу экструдируется в виде профилированных пороховых элементов. Равномерное поступление полуфабриката в конфузорную зону экструдера роторного типа обеспечивает равномерное истечение его через экструзионную матрицу. Выходящие из матрицы с одной скоростью элементы по приемному лотку направляются в автомат резки и отрезаются на необходимую длину. Таким образом, резко сокращается количество возвратного брака по геометрическим размерам. Полный объем сдвиговых деформаций, характеризующий степень гомогенизации и пластификации порохового полуфабриката, будет зависеть от соотношения площади на входе в конфузорную зону экструдера к площади поперечного сечения экструдируемых элементов. Температура воды, обогревающей роторы и корпус экструдера - 70-90°C, давление в формующей зоне экструдера - 150-250 кгс/см².

Основные технологические операции, оборудование и режимы переработки порохов и топлив баллиститного типа по прототипу и заявленному способу представлены в таблице 1.

Основные свойства порохов и топлив баллиститного типа, изготовленных по заявляемому способу, представлены в таблице 2 в сравнении с порохом, изготовленным по прототипу.

Представленные в таблице 2 данные свидетельствуют о более высокой гомогенности порохов и топлив, изготовленных по предлагаемому способу, а это существенно влияет на прочностные характеристики, химическую стабильность и термическую стойкость. Одновременно достигается высокая стабильность баллистических характеристик, снижается внутри- и межпартийный разброс скорости горения, что в целом повышает боевую эффективность высокоточной спецтехники.

Таким образом, предлагаемый способ изготовления порохов баллиститного типа позволяет:

- сократить время технологического цикла за счет сокращения количества основных операций в 1,5 раза, упростить технологическую схему;

- обеспечить повышение комплекса эксплуатационных, физико-механических, физико-химических, баллистических характеристик, химической стойкости и термической стабильности;

- повысить экономическую эффективность производства за счет снижения теплоэнергозатрат на 20-25%, трудозатрат - на 15-25%, межфазных транспортных расходов - на 40-50%, сокращения межфазных потерь дорогостоящего сырья и материалов на 15-20%;

- повысить безопасность технологического процесса за счет уменьшения количества пороховой или топливной массы в формующей конфузорной части экструдера роторного типа.

Таблица 1 Технологические операции и условия переработки Оборудование и значение режима переработки Прототип Заявляемый способ 1. Смешение компонентов - "варка" пороховой или топливной массы Смеситель Смеситель - температура воды в смесителе, °C 15-35 20-55 - время смешения, ч 6 6 2. Отжим массы Пресс отжимной Пресс отжимной - температура теплоносителя, °C 30-60 30-60 - влажность массы, % 5-12 5-12 3. Пластификация Непрерывные вальцы Непрерывные вальцы - температура теплоносителя, °C, с рабочего валка 90-100 80-100 - температура теплоносителя, °C, с холостого валка 80-90 70-90 4. Сушка Сушильный барабан Сушильный барабан или шнековая сушилка - время сушки, мин 45 45-90 - влажность таблетки, % не более 1,0 не более 1,0 - температура теплоносителя, °C 90-110 90-110 5. Гомогенизация таблетки и формование блоков Шнек-пресс с раструбным пресс-инструментом - - температура теплоносителя, °C 80-95 - - давление прессования, кгс/см² 200-400 - 6. Разогрев блоков Термошкаф - - температура теплоносителя, °C 75-85 - - время разогрева, ч 12-14 - 7. Прессование элементов Гидропресс Экструдер роторного типа - температура теплоносителя, °C 70-85 70-90 - давление прессования, кгс/см² 170-270 150-250 Коэффициент использования сырья и материалов 0,70 0,95

Таблица 2 Наименование характеристики Значение характеристики баллиститного пороха, изготовленного по прототипу баллиститного пороха и топлива, изготовленного по предлагаемому способу 1. Плотность пороха, ρ, г/см³ ρ_ср.±10,0% ρ_ср.±4,2% 2. Допускаемый внутрипартийный разброс скорости горения по ОСТ В 84-454-92 ±5,0 ±2,2 3. Допускаемый межпартийный разброс скорости горения по ОСТ В 84-454-92 ±10,0 ±5,4 4. Термическая стойкость по газовыделению при Т=110°C за 5 ч, мм рт.ст. не более (ОСТ В 84-2085-82) 80 10

Изобретение относится к области ракетной технологии, а именно к производству порохов и топлив баллиститного типа для ракетных, артиллерийских и минометных систем. Способ изготовления порохов и топлив баллиститного типа включает "варку" пороховой или топливной массы, отжим массы на отжимном шнековом аппарате, пластификацию и таблетирование массы на непрерывных вальцах, сушку таблетки в сушильном аппарате барабанного или шнекового типа, гомогенизацию, дополнительную пластификацию в экструдере роторного типа и экструдирование пороховых или топливных элементов. Равномерное поступление полуфабриката в конфузорную зону экструдера обеспечивает равномерное истечение его через экструзионную матрицу. Изобретение обеспечивает способ изготовления, в котором достигается высокая химическая однородность, гомогенность пороха или топлива, что ведет к улучшению физико-механических и баллистических свойств: снижается разброс значений скорости горения как внутри партии, так и между партиями. 2 табл.

Способ изготовления порохов и топлив баллиститного типа, включающий смешение компонентов в смесителе в водной среде в течение 6 ч до получения пороховой или топливной массы, отжим массы до остаточной влажности 6-12% в отжимном шнековом аппарате при температуре теплоносителя 30…60°С, пластификацию и таблетирование массы на рифленых вальцах непрерывного действия, сушку таблеток в сушильном аппарате с температурой теплоносителя 90-110°С до влажности не более 1,0%, отличающийся тем, что смешение компонентов проводят при температуре 20-55°С, пластификацию и таблетирование массы проводят при температуре исходящей воды с рабочего валка - 80-100°С, холостого валка - 70-90°С, сушку таблеток проводят в сушильном аппарате барабанного или шнекового типа в течение 45-90 мин до влажности не более 1,0%, а гомогенизацию, дополнительную пластификацию и получение пороховых и топливных элементов проводят в экструдере роторного типа при температуре 70-90°С и давлении 150-250 кгс/см².