СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОРОХОВ И ТОПЛИВ БАЛЛИСТИТНОГО ТИПА
METHOD OF PRODUCING POWDERS AND BALLISTIC PROPELLANTS

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.
2
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/см (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%.
2
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/см.
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/см<sup>2</sup>
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/см<sup>2</sup>
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/см<sup>3</sup>
ρ<sub>ср.</sub>±10,0%
ρ<sub>ср.</sub>±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