RU2660862C1 - Thermite composition for destruction of oversized pieces of rock and non-metallic building structures - Google Patents
Thermite composition for destruction of oversized pieces of rock and non-metallic building structures Download PDFInfo
- Publication number
- RU2660862C1 RU2660862C1 RU2017146202A RU2017146202A RU2660862C1 RU 2660862 C1 RU2660862 C1 RU 2660862C1 RU 2017146202 A RU2017146202 A RU 2017146202A RU 2017146202 A RU2017146202 A RU 2017146202A RU 2660862 C1 RU2660862 C1 RU 2660862C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- composition
- powder
- aluminum
- potassium perchlorate
- termite
- Prior art date
Links
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 87
- 230000006378 damage Effects 0.000 title claims abstract description 14
- 239000011435 rock Substances 0.000 title claims abstract description 11
- 239000003832 thermite Substances 0.000 title abstract description 11
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 48
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 34
- ITRNXVSDJBHYNJ-UHFFFAOYSA-N tungsten disulfide Chemical compound S=[W]=S ITRNXVSDJBHYNJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- AXZAYXJCENRGIM-UHFFFAOYSA-J dipotassium;tetrabromoplatinum(2-) Chemical compound [K+].[K+].[Br-].[Br-].[Br-].[Br-].[Pt+2] AXZAYXJCENRGIM-UHFFFAOYSA-J 0.000 claims abstract description 26
- 229910001487 potassium perchlorate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 26
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 17
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims abstract description 16
- 239000008240 homogeneous mixture Substances 0.000 claims abstract description 4
- 241000256602 Isoptera Species 0.000 claims description 34
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 21
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 6
- 238000004321 preservation Methods 0.000 abstract description 2
- CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N molybdenum disulfide Chemical compound S=[Mo]=S CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 25
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 25
- 229910052982 molybdenum disulfide Inorganic materials 0.000 description 21
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 16
- 239000000463 material Substances 0.000 description 14
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 13
- 239000000047 product Substances 0.000 description 12
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 11
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 11
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 11
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 7
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 206010019345 Heat stroke Diseases 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 4
- 230000001050 lubricating effect Effects 0.000 description 4
- 229910052961 molybdenite Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 4
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 4
- KINMYBBFQRSVLL-UHFFFAOYSA-N 4-(4-phenoxybutoxy)furo[3,2-g]chromen-7-one Chemical compound C1=2C=COC=2C=C2OC(=O)C=CC2=C1OCCCCOC1=CC=CC=C1 KINMYBBFQRSVLL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 101001104199 Homo sapiens Retinitis pigmentosa 9 protein Proteins 0.000 description 3
- 101001104198 Mus musculus Retinitis pigmentosa 9 protein homolog Proteins 0.000 description 3
- 102100040073 Retinitis pigmentosa 9 protein Human genes 0.000 description 3
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 3
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 3
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 3
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 3
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 3
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 3
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 3
- 125000004434 sulfur atom Chemical group 0.000 description 3
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 3
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 229910000476 molybdenum oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- PQQKPALAQIIWST-UHFFFAOYSA-N oxomolybdenum Chemical compound [Mo]=O PQQKPALAQIIWST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010451 perlite Substances 0.000 description 2
- 235000019362 perlite Nutrition 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 2
- 150000004763 sulfides Chemical class 0.000 description 2
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004484 Briquette Substances 0.000 description 1
- 229910017518 Cu Zn Inorganic materials 0.000 description 1
- 108091026901 Evf-1 Proteins 0.000 description 1
- 229910001209 Low-carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006057 Non-nutritive feed additive Substances 0.000 description 1
- BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N Selenium Chemical compound [Se] BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical group [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005411 Van der Waals force Methods 0.000 description 1
- 239000010441 alabaster Substances 0.000 description 1
- 239000003831 antifriction material Substances 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000010951 brass Substances 0.000 description 1
- OSGAYBCDTDRGGQ-UHFFFAOYSA-L calcium sulfate Chemical compound [Ca+2].[O-]S([O-])(=O)=O OSGAYBCDTDRGGQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N copper tin Chemical compound [Cu].[Sn] KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 239000010440 gypsum Substances 0.000 description 1
- 229910052602 gypsum Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000005984 hydrogenation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 239000011505 plaster Substances 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 229910052702 rhenium Inorganic materials 0.000 description 1
- WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N rhenium atom Chemical compound [Re] WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011669 selenium Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000004154 testing of material Methods 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C06—EXPLOSIVES; MATCHES
- C06B—EXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
- C06B29/00—Compositions containing an inorganic oxygen-halogen salt, e.g. chlorate, perchlorate
- C06B29/02—Compositions containing an inorganic oxygen-halogen salt, e.g. chlorate, perchlorate of an alkali metal
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C06—EXPLOSIVES; MATCHES
- C06B—EXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
- C06B33/00—Compositions containing particulate metal, alloy, boron, silicon, selenium or tellurium with at least one oxygen supplying material which is either a metal oxide or a salt, organic or inorganic, capable of yielding a metal oxide
- C06B33/06—Compositions containing particulate metal, alloy, boron, silicon, selenium or tellurium with at least one oxygen supplying material which is either a metal oxide or a salt, organic or inorganic, capable of yielding a metal oxide the material being an inorganic oxygen-halogen salt
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Agricultural Chemicals And Associated Chemicals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к пиротехническим (не бризантным) составам на основе перхлората калия, органических соединений и алюминия, используемым при проведении специальных работ по дефрагментации объектов природного и техногенного происхождения, преимущественно в строительной и горнорудной промышленности. Изобретение относится к использованию в пробуренных шпурах для раскалывания способом теплового удара - скальных массивов или блочного камня. И в особенности для разрушения объектов в щадящем (не бризантном) режиме, например для использования в области туннелестроения и проведения работ в аналогичных стесненных условиях, а также в горнорудной промышленности: при разработке карьеров и добыче штучного камня.The invention relates to pyrotechnic (non-blasting) compositions based on potassium perchlorate, organic compounds and aluminum, used in special works to defragment natural and man-made objects, mainly in the construction and mining industries. The invention relates to the use in drilled holes for splitting by heat stroke method - rock massifs or block stone. And especially for the destruction of objects in a gentle (not blasting) mode, for example, for use in the field of tunneling and work in similar cramped conditions, as well as in the mining industry: during quarrying and piece stone mining.
В настоящее время, для разрушения негабаритных кусков горных пород и неметаллических строительных конструкций - природных и техногенных объектов широкое распространение получили различного рода и состава газогенераторы давления, размещаемые в шпурах, пробуренных в массив разрушаемого объекта (RU 2152376, RU 2498064, "Газогенераторы НОНЕКС" (Италия) - http://www.tecnocomtc.it/ita/demolizioni, "Тактические деструкторы MREL" (Канада) - http://store.mrel.com/index.php/tactical-disrupters/). При этом, газогенераторы разрушают объект только при условии прочной забойки шпура: так как принцип их работы основан на воздействии высокого давления газообразных продуктов химической реакции, образующихся при сгорании газогенерирующего состава, на стенки полости части шпура занимаемой газогенератором и локализованной прочным забоечным материалом.At present, for the destruction of oversized pieces of rock and non-metallic building structures - natural and man-made objects, various types and compositions of pressure gas generators are placed in bore holes drilled into the massif of the object to be destroyed (RU 2152376, RU 2498064, "NONEKS gas generators" ( Italy) - http://www.tecnocomtc.it/ita/demolizioni, "MREL Tactical Destructors" (Canada) - http://store.mrel.com/index.php/tactical-disrupters/). At the same time, gas generators destroy the object only under the condition of a solid stemming of the hole: since the principle of their operation is based on the effect of high pressure of the gaseous products of the chemical reaction formed during the combustion of the gas-generating composition on the walls of the cavity of the part of the hole occupied by the gas generator and localized by the solid stopping material.
В качестве забоечного материала используют глиняно-песчаные смеси или водорастворимые самоотверждаемые составы (типа «алебастр» - строительный гипс), или полимерные самоотверждаемые составы (типа Darwi Light (Бельгия). Причем, требования к забойке чрезвычайно высокие: так как скорость сгорания газогенерирующего состава незначительна (менее 1 м/с), забойка должна длительное время (до 1 сек) удерживать давление газообразных продуктов сгорания газогенерирующего состава в рабочей полости шпура, до начала зарождения и развития трещины в разрушаемом объекте. Металлы обладают высокой (в сравнении с неметаллическими материалами) пластичностью, в связи с чем, применение газогенераторов для разрушения металлических объектов технически малоэффективно.Clay-sand mixtures or water-soluble self-hardening compounds (such as “alabaster” -plaster gypsum) or polymer self-hardening compounds (such as Darwi Light (Belgium) are used as collapsing materials. Moreover, clogging requirements are extremely high: since the rate of combustion of the gas-generating composition is insignificant (less than 1 m / s), the stemming must for a long time (up to 1 second) hold the pressure of the gaseous products of combustion of the gas-generating composition in the working cavity of the borehole, before breaking and breaking the crack m facility. Metals have high (in comparison with non-metallic materials) ductility, and therefore, the use of gas generators for the destruction of metal objects is technically inefficient.
Применение газогенераторов для разрушения природных и техногенных объектов имеет ряд недостатков и ограничений. Так, например, газогенераторы затруднительно применять при отрицательных температурах окружающей среды. Это связано с перемерзанием водосодержащих забоечных материалов; также полимерные забойки крайне медленно отверждаются при отрицательных температурах.The use of gas generators for the destruction of natural and man-made objects has a number of disadvantages and limitations. For example, gas generators are difficult to use at low ambient temperatures. This is due to the freezing of water-containing blocking materials; Polymer blockages also cure extremely slowly at low temperatures.
Работа газогенераторов сопровождается шумовым эффектом: когда газообразные продукты сгорания вырываются на поверхность сквозь образующиеся в разрушаемом объекте трещины. При этом, давление в полости сгорания резко уменьшается, вследствие чего уменьшается и скорость сгорания газогенерирующего состава вплоть до полного затухания. Выделяющиеся при сгорании таких составов газы способны метать куски разрушаемых объектов на значительные расстояния. Этот факт до сих пор вызывает споры в среде инженерной общественности: являются ли газогенераторы взрывчатыми материалами и поднадзорно ли их обращение (производство, распространение, хранение и применение) Ростехнадзору? По каким методикам определять радиусы опасных зон при использовании газогенераторов на дроблении горных пород и неметаллических строительных конструкций? Авторы в своей практике столкнулись с указанными вопросами при использовании газогенераторов «ЭНАМАТ» собственного производства (RU 2633606).The operation of gas generators is accompanied by a noise effect: when gaseous products of combustion break out to the surface through cracks formed in the destructible object. At the same time, the pressure in the combustion cavity decreases sharply, as a result of which the rate of combustion of the gas-generating composition decreases, up to complete attenuation. The gases released during the combustion of such compounds are capable of throwing pieces of destructible objects over considerable distances. This fact still causes controversy among the engineering community: are gas generators explosive materials and is their control (production, distribution, storage and use) supervised by Rostekhnadzor? By what methods to determine the radii of hazardous areas when using gas generators for crushing rocks and non-metallic building structures? The authors in their practice have encountered these issues when using ENAMAT gas generators of their own production (RU 2633606).
Указанных недостатков лишены устройства, работающие на термитных составах, не образующих при своем сгорании газообразных продуктов (не дающие форса пламени). Ниже приведены некоторые варианты известных термитных составов:The indicated drawbacks are deprived of devices operating on termite compositions that do not form gaseous products during their combustion (which do not produce a force of flame). The following are some variations of known termite formulations:
1. На основе порошков алюминия: 3KClO4+8Al=3KCO+4Al2O3(+1000 ккал/кг).1. Based on aluminum powders: 3KClO 4 + 8Al = 3KCO + 4Al 2 O 3 (+1000 kcal / kg).
2. На основе порошков меди: KClO4+4Cu=KCl+4CuO(+450 ккал/кг).2. Based on copper powders: KClO 4 + 4Cu = KCl + 4CuO (+450 kcal / kg).
3. На основе порошков латуни: KClO4+2[Cu Zn]=KCl+2CuO+2ZnO(+635 ккал/кг).3. Based on brass powders: KClO 4 +2 [Cu Zn] = KCl + 2CuO + 2ZnO (+635 kcal / kg).
4. Традиционный термитный состав: Fe2O3+Al=Al2O3+Fe(+750 ккал/кг).4. The traditional termite composition: Fe 2 O 3 + Al = Al 2 O 3 + Fe (+750 kcal / kg).
Указанные термитные составы отличаются стоимостью (определяемой стоимостью применяемых компонентов) и выделяющейся при химической реакции теплотой.The indicated termite compositions differ in cost (determined by the cost of the components used) and the heat released during the chemical reaction.
Наибольший интерес из рассмотренных составов (1-4) представляет смесь алюминия и перхлората калия по составу №1. Используемые при изготовлении указанного термитного состава материалы - доступны, при раздельном хранении и перевозке - безопасны. Легко смешиваются в заданной пропорции (KClO4:Al=100:52, по массе - что составляет 65,8 и 34, 2% масс. соответственно) - на месте, непосредственно перед применением, в безлопастном объемном смесителе типа «пьяная бочка». Состав имеет температуру сгорания 6900°К (определено экспериментально, пирометрическим методом).Of the most interest from the considered compositions (1-4) is a mixture of aluminum and potassium perchlorate by composition No. 1. The materials used in the manufacture of the indicated termite composition are available; when stored and transported separately, they are safe. They are easily mixed in a predetermined proportion (KClO 4 : Al = 100: 52, by weight - which is 65.8 and 34, 2% by weight, respectively) - on the spot, immediately before use, in a drunken volumeless drunk barrel mixer. The composition has a combustion temperature of 6900 ° K (determined experimentally by the pyrometric method).
Данный термитный состав (34% алюминия и 66% перхлората калия - как «бризантный, зажигательный состав») описан в кн. А.А. Шидловского "Основы пиротехники", издание 4, М, Машиностроение, 1973, стр. 78, 79, таблица 7.6 и стр. 97, 98, таблица 9.3).This termite composition (34% aluminum and 66% potassium perchlorate - as “blasting, incendiary composition”) is described in the book. A.A. Shidlovsky's "Fundamentals of Pyrotechnics", vol. 4, M, Mechanical Engineering, 1973, p. 78, 79, table 7.6 and p. 97, 98, table 9.3).
Сгорание навески термита указанного состава, размещенной в шпуре, вызывает локальный перегрев материала разрушаемого объекта, вследствие чего в объеме материала разрушаемого объекта образуется волна механических напряжений, вызванная разностью плотностей нагретого и холодного материала разрушаемого объекта: происходит так называемый «тепловой удар», который вызывает растрескивание материала разрушаемого объекта но без разлета его кусков (эффект раскалывания). Разлет кусков отсутствует по причине отсутствия газообразных продуктов при сгорании термитного состава.The burning of a sample of termite of the indicated composition placed in the hole causes local overheating of the material of the object being destroyed, as a result of which a wave of mechanical stresses is generated in the volume of the material of the object being destroyed, caused by the difference in the densities of the heated and cold material of the object being destroyed: the so-called “heat shock” occurs, which causes cracking material of the object being destroyed but without the scattering of its pieces (cracking effect). Scatter pieces is absent due to the lack of gaseous products during the combustion of the termite composition.
Однако, как показала практика, данный термитный состав обладал очень высокой чувствительностью к трению, что относило его к категории опасных в эксплуатации взрывчатых термитных зарядов.However, as practice has shown, this termite composition had a very high sensitivity to friction, which classified it as dangerous explosive termite charges in operation.
В последующем этот термитный состав был усовершенствован (RU 2018506, С06В 33/06,. опубл. 30.08.1998). В этом патенте защищен пиротехнический состав, включающий перхлорат калия, алюминий и технологическую добавку, при этом в качестве технологической добавки он содержит дисульфид молибдена при следующем соотношении компонентов, мас. %:Subsequently, this termite composition was improved (RU 2018506, С06В 33/06, publ. 30.08.1998). This patent protects the pyrotechnic composition, including potassium perchlorate, aluminum and a technological additive, while it contains molybdenum disulfide as a technological additive in the following ratio, wt. %:
перхлорат калия 50-53potassium perchlorate 50-53
алюминий 45-48aluminum 45-48
дисульфид молибдена 1-3.molybdenum disulfide 1-3.
Это решение принято в качестве прототипа для заявленного объекта.This decision was made as a prototype for the claimed object.
Усовершенствованием является применение в составе заряда дисульфида молибдена, что сделано для повышения уровень работоспособности и снижения чувствительность к трению. Дисульфид молибдена применяется как сырье для получения молибдена, как смазка и как катализатор гидрогенизации ("Химический энциклопедический словарь" под ред. И.Л. Кнунянц, М, "Советская энциклопедия", 1983).An improvement is the use of molybdenum disulfide in the charge, which is done to increase the level of performance and reduce the sensitivity to friction. Molybdenum disulfide is used as a raw material for producing molybdenum, as a lubricant, and as a hydrogenation catalyst (Chemical Encyclopedic Dictionary, edited by I. L. Knunyants, M, Soviet Encyclopedia, 1983).
Эта технологическая добавка снижает чувствительность к трению. Дисульфид молибдена по внешнему виду очень похож на графит (Н.Л. Глинка "Общая химия", издательство "Химическая литература", 1958, с. 661), также очень мягок и обладает смазывающими свойствами. Однако, в отличие от графита, более высокая эффективность дисульфида молибдена обусловливается тем, что на разложение последнего затрачивается тепло. Вместе с тем сера, являющаяся продуктом разложения дисульфида молибдена, способствует устойчивости взрывчатого превращения состава с более высоким содержанием алюминия и повышению его работоспособности.This processing aid reduces friction sensitivity. Molybdenum disulfide in appearance is very similar to graphite (NL Glinka "General Chemistry", publishing house "Chemical Literature", 1958, p. 661), is also very soft and has lubricating properties. However, unlike graphite, the higher efficiency of molybdenum disulfide is due to the fact that heat is expended on the decomposition of the latter. At the same time, sulfur, which is a decomposition product of molybdenum disulfide, contributes to the stability of the explosive transformation of a composition with a higher aluminum content and to increase its performance.
Практика применения такого термитного состава показала, что как компонент, снижающий трение, дисульфид молибдена при контакте с кислородом воздуха и парами воды в атмосфере разрушается, с образованием абразивного оксида молибдена. И заявленный эффект - повышение работоспособности за счет снижения чувствительности к трению состава - не достигается или достигается (при работе со свежим дисульфидом молибдена), но теряется в процессе хранения состава, делая, со временем, безопасный состав опасным, так как смесь становится еще более чувствительной к трению и повышает опасность обращения с такой смесью в процессе ее хранения и применения.The practice of using such a termite composition has shown that, as a component that reduces friction, molybdenum disulfide is destroyed by contact with atmospheric oxygen and water vapor in the atmosphere, with the formation of abrasive molybdenum oxide. And the claimed effect - improving performance by reducing the sensitivity to friction of the composition - is not achieved or is achieved (when working with fresh molybdenum disulfide), but is lost during storage of the composition, making the safe composition dangerous over time, since the mixture becomes even more sensitive to friction and increases the risk of handling such a mixture during storage and use.
В порошковой металлургии твердые смазки принято вводить непосредственно в порошковые шихты, подвергаемые дальнейшей переработке в готовые изделия путем их прессования и спекания. По данным, полученным в результате исследований, проведенных Научно-производственным предприятием "ПОРМАТОКС" (специализация в области порошковой технологии), хотя в интервале эксплуатационных температур (до 400°С) дисульфид молибдена вполне термически устойчив, в процессе спекания в составе изделий, как оказалось, он диссоциирует с испарением серы, а также химически взаимодействует с матричными металлами и остаточным кислородом газовой среды спекания. В результате в структуре спеченных изделий вместо ожидаемого дисульфида молибдена могут появиться его оксиды и низшие сульфиды, не обладающие слоистой структурой и, следовательно, антифрикционными свойствами. Специальными рентгеноструктурными исследованиями (J. Tsuya, Н. Shimara, k. Umeda. A study of the properties of copper and copper-tin base self-lubricating composites. Wear, 22, 1972, №2, pp. 143-162) установлено, что MoS2 в составе порошковых оловянных бронз и бронзографитов претерпевает при спекании распад с испарением серы и образованием низших сульфидов Mo2S3 и Mo2S, обладающими высокими коэффициентами трения по стали (0,5 и выше). Этот вывод подтверждается триботехническими испытаниями материалов в интервале температур до 600°С (И.М. Федорченко, Л.И. Пугина. Композиционные спеченные антифрикционные материалы. Изд-во "Наукова думка", Киев, 1980).In powder metallurgy, it is customary to introduce solid lubricants directly into powder blends, which are further processed into finished products by pressing and sintering them. According to the data obtained as a result of research conducted by the PORMATOX Research and Production Enterprise (specializing in powder technology), although in the range of operating temperatures (up to 400 ° C), molybdenum disulfide is completely thermally stable, as it turned out during sintering as a part of products , it dissociates with the evaporation of sulfur, and also chemically interacts with matrix metals and the residual oxygen of the sintering gas. As a result, in the structure of sintered products, instead of the expected molybdenum disulfide, its oxides and lower sulfides may appear, which do not have a layered structure and, therefore, antifriction properties. Special x-ray structural studies (J. Tsuya, N. Shimara, k. Umeda. A study of the properties of copper and copper-tin base self-lubricating composites. Wear, 22, 1972, No. 2, pp. 143-162) established that MoS 2 in the composition of tin powder bronzes and bronze-graphites undergoes decomposition during sintering with the evaporation of sulfur and the formation of lower sulfides Mo 2 S 3 and Mo 2 S, which have high friction coefficients for steel (0.5 and higher). This conclusion is confirmed by tribotechnical testing of materials in the temperature range up to 600 ° C (I.M. Fedorchenko, L.I. Pugina. Composite sintered antifriction materials. Naukova Dumka Publishing House, Kiev, 1980).
Кроме того, в прототипе не указана марка используемого алюминиевого порошка. Выпускаемые промышленностью алюминиевые порошки имеют разную дисперсность частиц алюминия. Соответственно, такие порошки обладают разной удельной поверхностью частиц (кв.м./грамм). Для косвенной оценки удельной поверхности частиц алюминиевого порошка используют метод определения покрывающей способности: измеряют площадь пятна, образующегося на поверхности воды, при нанесении на нее 1 гр исследуемого порошка.In addition, the prototype does not indicate the brand of aluminum powder used. Aluminum powders produced by the industry have different dispersion of aluminum particles. Accordingly, such powders have different specific surface areas of the particles (sq. M / gram). For an indirect assessment of the specific surface area of aluminum powder particles, the method of determining the coating ability is used: the area of the spot formed on the surface of the water is measured when 1 g of the studied powder is applied to it.
Помимо прочих, в больших количествах изготавливаются и применяются в промышленности алюминиевые порошки (пудры) марок «ПАП-1» и «ПАП-2». Марка «ПАП-1» имеет средний показатель покрывающей способности 9 кв.м./грамм, марка «ПАП-2» - до 14 кв.м./грамм. Большему значению показателя покрывающей способности соответствует меньшая крупность частиц порошка (т.е. более мелкий порошок обладает большей покрывающей способностью). При проведении экспериментальных работ авторами установлено, что термитные смеси, изготовленные на порошке «ПАП-1» труднее поджечь, нежели смеси изготовленные на порошке «ПАП-2» (требуется применение более мощных поджигающих устройств, в то время как смеси на «ПАП-2» загораются от огневого импульса электровоспламенителя фейерверочного «ЭВФ-1»).Among other things, aluminum powders (powders) of the PAP-1 and PAP-2 brands are produced and used in industry in large quantities. The PAP-1 brand has an average covering capacity of 9 sq.m. / gram, the PAP-2 brand - up to 14 sq.m. / gram. A higher value of the indicator of the covering ability corresponds to a smaller particle size of the powder (i.e. finer powder has a greater coating ability). During the experimental work, the authors found that thermite mixtures made with PAP-1 powder are more difficult to ignite than mixtures made with PAP-2 powder (more powerful ignition devices are required, while mixtures with PAP-2 "Light up from the fire pulse of the electric igniter fireworks" EVF-1 ").
Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в увеличении безопасного срока работоспособности за счет сохранения низкой чувствительности к трению.The present invention is aimed at achieving a technical result, which consists in increasing the safe working life by maintaining low sensitivity to friction.
Указанный технический результат достигается тем, что в термитном составе для разрушения негабаритных кусков горных пород и неметаллических строительных конструкций, содержащем перхлорат калия, алюминий и технологическую добавку, в качестве алюминия использован порошок алюминиевой пудры марки "ПАП-2", а в качестве технологической добавки использован дисульфид вольфрама, который перемешан с указанным порошком алюминиевой пудры до однородной смеси, смешанной с перхлоратом калия, при следующем соотношении компонентов, на 100 массовых долей:The specified technical result is achieved by the fact that in the termite composition for the destruction of oversized pieces of rock and non-metallic building structures containing potassium perchlorate, aluminum and a technological additive, aluminum powder “PAP-2” was used as an aluminum powder, and used as a technological additive tungsten disulfide, which is mixed with the specified powder of aluminum powder to a homogeneous mixture mixed with potassium perchlorate, in the following ratio, 100 mass fractions th:
Порошок алюминиевой пудры марки «ПАП-2» 33,2-31,2Powder of aluminum powder of the PAP-2 brand 33,2-31,2
Дисульфид вольфрама 1,0-3,0Tungsten Disulfide 1.0-3.0
Перхлорат калия 65,8Potassium Perchlorate 65.8
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.These features are significant and are interconnected with the formation of a stable set of essential features sufficient to obtain the desired technical result.
Согласно настоящего изобретения рассматривается новый состав термитного заряда, применяемого для разрушения негабаритных кусков горных пород и неметаллических строительных конструкций.According to the present invention, a new composition of thermite charge used for the destruction of oversized pieces of rock and non-metallic building structures is considered.
Особенностью данного термитного состава является то, что при сгорании размещенной в шпуре навески этого состава происходит вызывает локальный перегрев материала разрушаемого объекта, вследствие чего в объеме материала разрушаемого объекта образуется волна механических напряжений, вызванная разностью плотностей нагретого и холодного материала разрушаемого объекта: происходит так называемый «тепловой удар», который вызывает растрескивание/раскалывание материала разрушаемого объекта без разлета его кусков и без образования вырывающихся наружу газообразных продуктов химической реакции, как правило, приводящих к разлету кусков материала.The peculiarity of this termite composition is that when a sample of this composition placed in a hole is burned, it causes local overheating of the material of the object being destroyed, as a result of which a wave of mechanical stresses is generated in the volume of the material of the object being destroyed, caused by the difference in the densities of the heated and cold material of the object being destroyed: the so-called " heat stroke ”, which causes cracking / cracking of the material of the destructible object without scattering its pieces and without tearing outward gaseous products of a chemical reaction, as a rule, leading to the expansion of pieces of material.
Согласно настоящего изобретения термитный состав для разрушения негабаритных кусков горных пород и неметаллических строительных конструкций содержит перхлорат калия, порошок алюминиевой пудры марки "ПАП-2" и технологическую добавку в качестве которой использован дисульфид вольфрама. При этом в составе дисульфид вольфрама перемешан с порошком алюминиевой пудры до однородной смеси, которая в свою очередь смешана с перхлоратом калия.According to the present invention, the termite composition for the destruction of oversized pieces of rock and non-metallic building structures contains potassium perchlorate, aluminum powder "PAP-2" and a technological additive which uses tungsten disulfide. In this case, tungsten disulfide is mixed with aluminum powder to a homogeneous mixture, which in turn is mixed with potassium perchlorate.
Компоненты находятся в следующем соотношении, на 100 массовых долей:The components are in the following ratio, per 100 mass fractions:
Порошок алюминиевой пудры марки «ПАП-2» 33,2-31,2Powder of aluminum powder of the PAP-2 brand 33,2-31,2
Дисульфид вольфрама 1,0-3,0Tungsten Disulfide 1.0-3.0
Перхлорат калия 65,8Potassium Perchlorate 65.8
Дисульфид вольфрама изготавливают для использования в качестве активного наполнителя в смазки, размеры зерен 0,5 мкм (500 нм). Дисульфид вольфрама обладает аналогичными дисульфиду молибдена антифрикционными (смазывающими) свойствами и стоек во влажной атмосфере окружающей среды при температурах более +300°С. Таким образом, устраняется главный недостаток прототипа: повышение чувствительности к внешним механическим воздействиям термитного состава при его длительном хранении и в зависимости от влажности атмосферы окружающей среды.Tungsten disulfide is made for use as an active filler in lubricants, grain sizes of 0.5 μm (500 nm). Tungsten disulfide has similar antifriction (lubricating) properties to molybdenum disulfide and is resistant in a humid atmosphere at temperatures above + 300 ° C. Thus, the main disadvantage of the prototype is eliminated: increasing the sensitivity to external mechanical influences of the termite composition during its long-term storage and depending on the humidity of the atmosphere.
При этом важно не только то, что дисульфид вольфрама используется как добавка, а и то, что в составе термитного заряда дисульфид вольфрама создает на границах механического контактирования частиц алюминиевого порошка и перхлората калия пограничные условия за счет того, что в условиях общей смеси частицы алюминиевой пудры покрываются частицами дисульфид вольфрама, создавая на поверхности порошка слой, отделяющий этот порошок от частиц перхлората калия. В результате в смеси создаются условия по минимизации механического контакта алюминиевого порошка и перхлората калия - в этом и проявляются антифирикционные качества, приводящие к гарантированному снижению чувствительности термитного состава к трению.It is important not only that tungsten disulfide is used as an additive, but also that tungsten disulfide in the composition of the thermite charge creates boundary conditions at the boundaries of mechanical contact of aluminum powder particles and potassium perchlorate due to the fact that aluminum powder particles are in a general mixture are coated with tungsten disulfide particles, creating a layer on the surface of the powder that separates this powder from the particles of potassium perchlorate. As a result, conditions are created in the mixture to minimize the mechanical contact of aluminum powder and potassium perchlorate - this is where anti-friction properties are manifested, leading to a guaranteed decrease in the sensitivity of the termite composition to friction.
Обращается внимание, что алюминиевая пудра марки "ПАП-2" - это порошок алюминия слоистой структуры. С помощью размола в шаровой мельнице получают тонко измельченный алюминий, состоящий из каплеобразных или чешуйчатых частиц. Выглядит она как однородный, мажущийся серовато-серебристый порошок, без различных примесей и комочков. Однако по сути каждая алюминиевая частица покрыта жировой оксидной пленкой (добавки жировые от 2,4 до 2,6%) и представляет собой отдельную чешуйку с толщиной лепестков частиц в пределах от 0,25 до 0,50 мкм при средних размерах частиц в пределах от 20 до 30 мкм. А размеры частиц порошка дисульфида вольфрама - имеет в среднем размеры зерен 0,5 мкм (предлагается на российском рынке для применения). Поэтому при смешивании практически сходных по размерам частиц дисульфид вольфрама и частиц алюминиевого порошка происходит обволакивание частиц алюминиевого порошка частицами компонента.Attention is drawn to the fact that PAP-2 brand aluminum powder is a layered structure aluminum powder. By grinding in a ball mill, finely ground aluminum is obtained consisting of droplet-like or scaly particles. It looks like a homogeneous, smeared grayish-silver powder, without various impurities and lumps. However, in fact, each aluminum particle is coated with a fatty oxide film (fat additives from 2.4 to 2.6%) and is a separate flake with a thickness of particle lobes ranging from 0.25 to 0.50 microns with average particle sizes ranging from 20 to 30 microns. And the particle size of the powder of tungsten disulfide - has an average grain size of 0.5 microns (it is offered on the Russian market for use). Therefore, when practically tungsten disulfide particles and particles of aluminum powder are mixed in size, the particles of aluminum powder are enveloped by the particles of the component.
В части решения задачи по понижению чувствительности по трению использование дисульфида вольфрама вместо дисульфид молибдена не является задачей замены одного на другое с целью получения свойств, присущих замене. Анализ прототипа с применением дисульфида молибдена показал, что при использовании этой добавки в объеме 1-3% при объеме алюминия (неустановленного размера частиц) - 45-48% объема добавки не хватает для изоляции всего алюминия от перхлората калия. Поэтому часть алюминия прямо введена в механический контакт с перхлоратом калия. А с течением времени из-за окисления добавки площадь механического контакта алюминия с перхлоратом калия увеличивается, что прямо указывает на формирование условий по повышению чувствительности к трению.In terms of solving the problem of reducing the sensitivity to friction, the use of tungsten disulfide instead of molybdenum disulfide is not the task of replacing one with another in order to obtain the properties inherent in the replacement. Analysis of the prototype using molybdenum disulfide showed that when using this additive in a volume of 1-3% with an aluminum volume (undetermined particle size), 45-48% of the additive volume is not enough to isolate all aluminum from potassium perchlorate. Therefore, part of the aluminum is directly brought into mechanical contact with potassium perchlorate. And over time, due to oxidation of the additive, the area of mechanical contact of aluminum with potassium perchlorate increases, which directly indicates the formation of conditions for increasing sensitivity to friction.
Дисульфид молибдена MoS2 с размером частиц в диапазоне 1-100 мкм реализуется на российском рынке в виде сухого смазывающего вещества (техническая фасовка с размером частиц 5-7 мкм). При этом, в сухом виде представляет собой кристаллический порошок, где каждый кристалл имеет строение игольчатого типа. До настоящего времени хорошо изучено поведение дисульфид молибдена MoS2 в текучих смазках, при использовании которых при трении на поверхности металла возникает пленка, в которой это вещество располагается слоями. Однако, недостаточно изучено поведение сухого порошка дисульфид молибдена MoS2 в таких же сухих смесях в виду того, что такая задача не ставилась и в таком виде это вещество не использовалось.MoS 2 molybdenum disulfide with a particle size in the range of 1-100 microns is sold on the Russian market as a dry lubricant (technical packaging with a particle size of 5-7 microns). Moreover, in dry form it is a crystalline powder, where each crystal has a needle-like structure. Up to now, the behavior of MoS 2 molybdenum disulfide in fluid lubricants has been well studied. When used, during friction, a film appears on the metal surface in which this substance is layered. However, the behavior of the dry powder of molybdenum disulfide MoS 2 in the same dry mixtures has not been sufficiently studied, since this problem was not posed and this substance was not used in this form.
Дело в том, что на ощупь порошок дисульфида молибдена кажется жирным, но это качество является следствием на наличия жировых компонентов, как это имеет место в дисульфиде вольфрама, является следствием строения его кристаллической структуры.The fact is that, by touch, the molybdenum disulfide powder seems oily, but this quality is a consequence of the presence of fatty components, as is the case in tungsten disulfide, is a consequence of the structure of its crystalline structure.
В дисульфиде молибдена каждый атом Mo(IV) находится в центре тригональнои призмы и окружен шестью атомами серы. Тригональная призма ориентирована так, что в кристалле атомы молибдена находятся между двумя слоями атомов серы (Structural Inorganic Chemistry. - Oxford: Clarendon Press, 19S4. - ISBN 0-19-855370-6). Из-за слабых ван-дер-ваальсовых сил взаимодействия между атомами серы в MoS2, слои могут легко скользить друг относительно друга. Это приводит к появлению смазочного эффекта и к появлению ощущения жирности, как результат подвижности частиц. Поэтому простое перемешивание всех трех компонентов в прототипе приводит к равномерному распределению всех компонентов в смеси, но не приводит к полной гарантированной взаимной изоляции частиц алюминия и перхлората калия. При малом объемном содержании MoS2 по отношению к алюминию и при отсутствии такого качества как природная жирность/липкость можно говорить только о вероятностном снижении чувствительности к трению (тем более, что в прототипе прямо сказано, что запатентованный "состав находится в опытно-конструкторской разработке").In molybdenum disulfide, each Mo (IV) atom is located in the center of the trigonal prism and is surrounded by six sulfur atoms. The trigonal prism is oriented so that molybdenum atoms are between two layers of sulfur atoms in the crystal (Structural Inorganic Chemistry. - Oxford: Clarendon Press, 19S4. - ISBN 0-19-855370-6). Due to the weak van der Waals forces of interaction between the sulfur atoms in MoS 2 , the layers can easily slip relative to each other. This leads to the appearance of a lubricating effect and to the appearance of a feeling of fatness as a result of the mobility of the particles. Therefore, simple mixing of all three components in the prototype leads to a uniform distribution of all components in the mixture, but does not lead to complete guaranteed mutual isolation of aluminum particles and potassium perchlorate. With a low volume content of MoS 2 with respect to aluminum and in the absence of such a quality as natural fat / stickiness, we can only talk about a probabilistic decrease in friction sensitivity (especially since the prototype explicitly states that the patented “composition is in experimental development” )
В прототипе указано, что в качестве технологической добавки использован дисульфид молибдена, а точнее, молибденовый блеск MOS2. Молибденовый блеск, который имеет название молибденит, используется как сырье для производства молибдена, рения и селена. Молибденит-полупроводник, применявшийся в радиотехнике для изготовления детекторов, но подобно графиту, используется как компонент смазок, но его применение здесь ограничивается преимущественно герметично закрытыми узлами (например, ШРУСами), так как в негерметичных узлах под воздействием воды и кислорода воздуха молибденит превращается в абразивный оксид молибдена.The prototype indicates that as a technological additive used molybdenum disulfide, or rather, the molybdenum gloss MOS 2 . Molybdenum shine, which is called molybdenite, is used as a raw material for the production of molybdenum, rhenium and selenium. Molybdenite-semiconductor used in the manufacture of detectors in radio engineering, but like graphite, is used as a lubricant component, but its use here is limited mainly to hermetically sealed units (for example, SHRUS), since molybdenite turns into abrasive under the influence of water and oxygen in the air molybdenum oxide.
Поэтому применение молибденита в качестве снижающей трение технологической добавки в термитном составе категорически противопоказано, так как этот компонент очень быстро теряет смазывающие свойства и превращается в абразив, переводя термитный заряд в категорию особо опасных и с минимальным сроком жизни.Therefore, the use of molybdenite as a friction reducing technological additive in the termite composition is categorically contraindicated, since this component very quickly loses its lubricating properties and turns into an abrasive, transferring the termite charge into the category of especially dangerous and with a minimum life time.
А дисульфид вольфрама не меняет своих свойств, до температур более +300°С дисульфид вольфрама не реагирует с парами воды в атмосфере окружающей среды, и гарантирует долговременное сохранение термитным составом рабочего состояния до истечения установленного производителем срока пригодности.And tungsten disulfide does not change its properties, up to temperatures above + 300 ° C, tungsten disulfide does not react with water vapor in the atmosphere, and guarantees long-term preservation of the working state by the termite composition until the expiration date set by the manufacturer.
Кроме того, как показали испытания нового термитного состава, при применении в качестве технологической добавки дисульфида вольфрама был выявлен дополнительный технический эффект, полученный при введении в состав смеси дисульфида вольфрама. Стало возможным прессование (таблетирование) смеси, для последующего наполнения ими картриджей (технологических оболочек, исключающих просыпание смеси, размещаемых в шпуры и сгорающих вместе с термитным составом). Хорошо таблетируются смеси, содержащие в своем составе 3% масс. дисульфида вольфрама.In addition, as shown by tests of a new termite composition, when using tungsten disulfide as a technological additive, an additional technical effect was revealed that was obtained when tungsten disulfide was added to the composition of the mixture. It became possible to compress (tablet) the mixture for subsequent filling of cartridges (technological shells, which exclude the spilling of the mixture, placed in holes and burned together with the termite composition). Well tableted mixture containing in its composition 3% of the mass. tungsten disulfide.
Применение таблеток термитной смеси или в другой прессованной форме обеспечивает удобство пользования, то есть приготовления заряда по месту его использования. При замене дисульфида вольфрама на дисульфида молибдена и тем более на его форму - молибденит, не дает такой возможности, так как с переходом добавки в абразив брикет смеси распадается или становится хрупким.The use of tablets of a thermite mixture or in other compressed form provides ease of use, that is, preparation of a charge at the place of its use. When replacing tungsten disulfide with molybdenum disulfide, and even more so with its form, molybdenite does not give such an opportunity, since with the transition of the additive to the abrasive, the briquette mixture decomposes or becomes brittle.
Приготавливают термитный состав следующим образом:A termite composition is prepared as follows:
1) Порошок алюминиевой пудры марки «ПАП-2» предварительно смешивают с дисульфидом вольфрама в соотношении 33,2…31,2 массовой доли алюминиевой пудры и от 1 до 3 массовых долей дисульфида вольфрама. Количество вводимого дисульфида вольфрама в указанном диапазоне определяется крупностью его порошка: порошка крупностью 10 мкм и менее - достаточно 1 массовой доли, крупностью 40 мкм - достаточно 3 массовых долей. Смешивание проводят в безлопастном, объемном гравитационном смесителе порционного действия типа «пьяная бочка» (с ручным или электромеханическим приводом). Время перемешивания 5 минут. За это время, поверхность частиц порошка алюминиевой пудры покрывается слоем дисульфида вольфрама.1) PAP-2 brand aluminum powder is pre-mixed with tungsten disulfide in a ratio of 33.2 ... 31.2 mass fractions of aluminum powder and from 1 to 3 mass fractions of tungsten disulfide. The amount of introduced tungsten disulfide in the specified range is determined by the size of its powder: a powder with a particle size of 10 microns or less is enough 1 mass fraction, a particle size of 40 microns - 3 mass fractions is enough. Mixing is carried out in a driftless, volumetric gravitational batch-action mixer of the “drunk barrel” type (with manual or electromechanical drive). Mixing time 5 minutes. During this time, the surface of the aluminum powder particles is coated with a layer of tungsten disulfide.
2) По завершении смешивания порошков алюминия и дисульфида вольфрама, в смеситель добавляют расчетное количество порошка перхлората калия - в количестве от 65,8 массовых долей и продолжают перемешивание еще 5 минут.2) Upon completion of mixing the powders of aluminum and tungsten disulfide, the calculated amount of potassium perchlorate powder is added to the mixer in an amount of 65.8 mass fractions and stirring is continued for another 5 minutes.
3) Полученная термитная смесь (в расчете на 100 массовых долей) имеет состав:3) The resulting thermite mixture (per 100 mass fractions) has the composition:
- Порошок алюминиевой пудры (Al)=33,2…31,2 масс. доли;- Powder aluminum powder (Al) = 33.2 ... 31.2 mass. shares;
- Порошок дисульфида вольфрама (WS2)=1,0…3,0 масс. доли;- Tungsten disulfide powder (WS 2 ) = 1.0 ... 3.0 mass. shares;
- Порошок перхлората калия (KClO4)=65,8 масс. доли.- Powder of potassium perchlorate (KClO 4 ) = 65.8 mass. share.
Указанное массовое соотношение компонентов смеси обеспечивает максимальное энерговыделение при сгорании состава. Отклонение от указанных соотношений приводит к уменьшению энерговыделения и снижению полезной работы термитного состава.The specified mass ratio of the components of the mixture provides maximum energy during combustion of the composition. Deviation from these ratios leads to a decrease in energy release and a decrease in the useful work of the termite composition.
Изготовленный указанным способом термитный состав имеет следующие характеристики: плотность при смешении алюминиевой пудры с порошком перхлората калия - около 0,6 г/см3, температура реакций 5600 К, скорость распространения реакции по составу 2100 м/с.The thermite composition made in this way has the following characteristics: the density when mixing aluminum powder with potassium perchlorate powder is about 0.6 g / cm 3 , the reaction temperature is 5600 K, and the reaction propagation velocity is 2100 m / s in composition.
Уравнение химической реакции (при температуре 5600 К.) имеет вид: 0,457061KClO4+1,266815Al=0,475061KCl+0,361042Al2O+0,361042О2+0,272365Al2O3.The chemical reaction equation (at a temperature of 5600 K.) has the form: 0.457061KClO 4 + 1.266815Al = 0.475061KCl + 0.361042Al 2 O + 0.361042О 2 + 0.272365Al 2 O 3 .
Показатели процесса, давление в «точке Чепмена-Жуге»=0,97 ГПа; коэффициент политропы=1,556; удельная теплота=1008 ккал/кг; начальный (в зоне химической реакции) удельный объем газов=268 л/кг. Работоспособность по отношению к аммониту 6ЖВ=11%.Process indicators, pressure at the “Chapman-Jouguet point” = 0.97 GPa; polytropic coefficient = 1,556; specific heat = 1008 kcal / kg; initial (in the chemical reaction zone) specific volume of gases = 268 l / kg. Efficiency in relation to ammonite 6ZhV = 11%.
При остывании продуктов реакции до температуры ниже 2500°К, происходит окисление газообразного Al2O кислородом, содержащимся в продуктах реакции, до твердого Al2O3. Таким образом, в конечном состоянии, в продуктах реакции не содержится газообразных веществ - что позволяет отнести предлагаемую авторами смесь к термитным составам. В свою очередь, термитные составы относятся к пиротехнической продукции не подлежащей лицензированию.When the reaction products are cooled to a temperature below 2500 ° K, gaseous Al 2 O is oxidized by the oxygen contained in the reaction products to solid Al 2 O 3 . Thus, in the final state, the reaction products do not contain gaseous substances - which allows us to attribute the mixture proposed by the authors to termite compositions. In turn, termite compositions are pyrotechnic products not subject to licensing.
Применение термитных составов для разрушения негабаритных кусков горных пород и неметаллических строительных конструкций способом «теплового удара» весьма перспективно, ввиду возможности их применения в стесненных условиях, когда недопустимы возникновение ударных воздушных волн и разлет кусков разрушаемого объекта.The use of termite compositions for the destruction of oversized pieces of rock and non-metallic building structures by the method of “heat stroke” is very promising, due to the possibility of their use in cramped conditions when the occurrence of shock air waves and the expansion of pieces of the destroyed object are unacceptable.
Учитывая, что только при таком массовом соотношении компонентов смеси обеспечивает максимальное энерговыделение при сгорании состава на уровне высокой температуры без выделения газообразующих продуктов, стало возможным расширить область применения данного термитного состава.Considering that only with such a mass ratio of the components of the mixture provides the maximum energy release during combustion of the composition at a high temperature without the release of gas-forming products, it became possible to expand the scope of this termite composition.
Известно (В.Г. Сорокин, А.В. Волосникова, С.А. Вятник и др. "Марочник сталей и сплавов", М, Машиностроение, 1989, 640 с.), что при нагревании стальных конструкций проявляется эффект значительного снижения пределов прочности этих стальных конструкций. Например, сталь марки 12Х18Н10Т имеет при 20°С предел прочности [σ]=620 МПа, а при 1200°С - только 26 МПа. Критическая термическая нагрузка, при которой происходит потеря несущей способности стальных конструкций - +500°С. Этим фактом объясняется обрушение самонесущих стальных конструкций при пожаре. Следовательно, воздействуя термитными составами на детали самонесущих стальных конструкций, также можно достигать их разрушения (самообрушения). Например, резать металлические листы, не прибегая к газовой резке. Это особо актуально для высоколегированных сталей типа вышеуказанной 12Х18Н10Т, которые не поддаются газовой резке, и режутся исключительно электродуговым способом.It is known (V.G. Sorokin, A.V. Volosnikova, S.A. Vyatnik, etc. "Marochnik staly and alloys", M, Mashinostroenie, 1989, 640 p.) That when heating steel structures, the effect of a significant reduction in the limits strength of these steel structures. For example, steel grade 12X18H10T has a tensile strength [σ] = 620 MPa at 20 ° C, and only 26 MPa at 1200 ° C. The critical thermal load at which the loss of the bearing capacity of steel structures occurs is + 500 ° C. This fact explains the collapse of self-supporting steel structures in case of fire. Therefore, by acting with termite compositions on the parts of self-supporting steel structures, it is also possible to achieve their destruction (self-collapse). For example, cutting metal sheets without resorting to gas cutting. This is especially true for high alloy steels such as the above 12X18H10T, which are not amenable to gas cutting, and are cut exclusively by electric arc method.
Авторами было проведено несколько опытов по термическому воздействию на несущую способность металлоконструкций путем загрузки термитного состава, изготовленного по рецептуре настоящего изобретения, в глухие объемы в этих конструкциях. Анализ разрушений показал, что при выделении тепловой энергии взрыва появляются так называемые структурные напряжения, возникающие от изменения параметров кристаллической решетки при структурных превращениях стали. В связи с перегревом у низкоуглеродистой стали объем стали уменьшается в связи с переходом перлита в аустенит, который имеет большую плотность по сравнению с перлитом, что приводит к разрыву связей в решетке и переходу в пластическое состояние нагретого участка и расплавлению металла. При нагреве резко увеличивается рост зерен аустенита. происходит резкое окисление границ зерен, что резко снижает прочность стали, повышается хрупкость. Это приводит к потере несущей способности и слому конструкции в месте перегрева под собственным весом.The authors carried out several experiments on the thermal effect on the load-bearing capacity of metal structures by loading the termite composition made according to the recipe of the present invention into the dead volumes in these structures. An analysis of the damage showed that when the thermal energy of the explosion is released, so-called structural stresses appear, arising from changes in the crystal lattice parameters during structural transformations of steel. Due to overheating in low-carbon steel, the volume of steel decreases due to the transition of perlite to austenite, which has a higher density compared to perlite, which leads to the breaking of bonds in the lattice and the transition to the plastic state of the heated section and the melting of the metal. When heated, the growth of austenite grains sharply increases. sharp oxidation of grain boundaries occurs, which sharply reduces the strength of steel, increases brittleness. This leads to loss of bearing capacity and structural failure at the site of overheating under its own weight.
Прожиг отверстия в листовом металле по традиционной технологии делают так: в одноразовую тигель-форму (http://www.kvazar-ufa.com/?part_id=280,330,340&goods_id=913), выполненную в виде стакана выполненного из жаропрочной керамики и снабженную устройством электроподжига, насыпают и утрамбовывают термитный состав (http://www.kvazar-ufa.com/product108.html) и устанавливают на поверхность листа металла, в котором требуется прожечь отверстие. Инициируют электроподжиг, химическая реакция превращения термитного состава начинается в верхней части перевернутого стакана (тигель-формы) и образующийся жидкий металл стекает вниз на прожигаемый лист, расплавляет и прожигает его.Burning holes in sheet metal according to traditional technology is done as follows: in a disposable crucible-form (http://www.kvazar-ufa.com/?part_id=280,330,340&goods_id=913), made in the form of a glass made of heat-resistant ceramic and equipped with an electric ignition device , pour and ram the termite composition (http://www.kvazar-ufa.com/product108.html) and install it on the surface of the sheet of metal in which you want to pierce the hole. Electric ignition is initiated, the chemical reaction of the termite composition transformation begins in the upper part of the inverted glass (crucible-shaped) and the formed liquid metal flows down onto the burned sheet, melts and burns it.
В предлагаемом же авторами термитном составе при его срабатывании жидкого металла не образуется, но сама реакционная масса термитного состава нагревается до Температуры более 5000°С и Передает тепло на поверхность Прожигаемого листа металла, от чего последний нагревается до температуры выше температуры плавления, и его расплавленный металл утекает в свободное пространство. При таком исполнении корпус тигель-формы нужен для придания требуемых габаритов термитной массе и ее удержания в процессе сгорания.In the thermite composition proposed by the authors, no liquid metal is formed when it is triggered, but the reaction mass of the thermite composition is heated to a temperature of more than 5000 ° C and transfers heat to the surface of the metal sheet being burned, from which the latter is heated to a temperature above the melting temperature, and its molten metal flows into free space. With this design, the crucible-shaped body is needed to impart the required dimensions to the thermite mass and to retain it in the combustion process.
Применение термитных составов для разрушения негабаритных кусков горных пород и неметаллических строительных конструкций способом «теплового удара» - весьма перспективно, ввиду возможности их применения в стесненных условиях, когда недопустимы возникновение ударных воздушных волн и разлет кусков разрушаемого объекта.The use of termite compositions for the destruction of oversized pieces of rock and non-metallic building structures using the “heat stroke” method is very promising, in view of the possibility of their use in cramped conditions when the occurrence of shock air waves and the expansion of pieces of a destructible object are unacceptable.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017146202A RU2660862C1 (en) | 2017-12-27 | 2017-12-27 | Thermite composition for destruction of oversized pieces of rock and non-metallic building structures |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017146202A RU2660862C1 (en) | 2017-12-27 | 2017-12-27 | Thermite composition for destruction of oversized pieces of rock and non-metallic building structures |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2660862C1 true RU2660862C1 (en) | 2018-07-10 |
Family
ID=62815669
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017146202A RU2660862C1 (en) | 2017-12-27 | 2017-12-27 | Thermite composition for destruction of oversized pieces of rock and non-metallic building structures |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2660862C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2018506C1 (en) * | 1991-07-12 | 1994-08-30 | Научно-исследовательский институт прикладной химии | Pyrotechnic explosive composition |
| US20030145924A1 (en) * | 2002-02-05 | 2003-08-07 | Greg Carter | Pyrotechnic thermite composition |
| WO2007028238A1 (en) * | 2005-09-06 | 2007-03-15 | 14007 Mining Inc. | Method of breaking brittle solids |
| WO2012082084A1 (en) * | 2010-12-17 | 2012-06-21 | Rock Breaking Technology Co (Rob Tech) Ltd. | Rock and concrete breaking (demolition - fracturing - splitting) system |
| RU2559240C1 (en) * | 2014-09-08 | 2015-08-10 | Акционерное общество "Чебоксарское производственное объединение имени В.И. Чапаева" | Manufacturing method of pyrotechnic charges, and pyrotechnic composition for charges of thermal destruction of solid bodies |
-
2017
- 2017-12-27 RU RU2017146202A patent/RU2660862C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2018506C1 (en) * | 1991-07-12 | 1994-08-30 | Научно-исследовательский институт прикладной химии | Pyrotechnic explosive composition |
| US20030145924A1 (en) * | 2002-02-05 | 2003-08-07 | Greg Carter | Pyrotechnic thermite composition |
| WO2007028238A1 (en) * | 2005-09-06 | 2007-03-15 | 14007 Mining Inc. | Method of breaking brittle solids |
| WO2012082084A1 (en) * | 2010-12-17 | 2012-06-21 | Rock Breaking Technology Co (Rob Tech) Ltd. | Rock and concrete breaking (demolition - fracturing - splitting) system |
| RU2559240C1 (en) * | 2014-09-08 | 2015-08-10 | Акционерное общество "Чебоксарское производственное объединение имени В.И. Чапаева" | Manufacturing method of pyrotechnic charges, and pyrotechnic composition for charges of thermal destruction of solid bodies |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Focke et al. | Review of gasless pyrotechnic time delays | |
| Li et al. | Explosion characteristics of nano-aluminum powder–air mixtures in 20 L spherical vessels | |
| Persson et al. | Self-propagating high-temperature synthesis and liquid-phase sintering of TiC/Fe composites | |
| EP2222619B1 (en) | Method for creating diamonds via detonation by utilizing explosive formulation with a positive to neutal oxygen balance | |
| Isert et al. | Tailoring burning rates using reactive wires in composite solid rocket propellants | |
| Babu et al. | Studies on composite solid propellant with tri-modal ammonium perchlorate containing an ultrafine fraction | |
| NO310285B1 (en) | Pyrotechnic charge for detonators | |
| Reeves et al. | Transition from Impact‐induced Thermal Runaway to Prompt Mechanochemical Explosion in Nanoscaled Ni/Al Reactive Systems | |
| RU2660862C1 (en) | Thermite composition for destruction of oversized pieces of rock and non-metallic building structures | |
| Guo et al. | Sn/Mn/Bi2O3 ternary pyrotechnic time delay compositions | |
| Babuk et al. | Combustion mechanisms of AN-based aluminized solid rocket propellants | |
| Zhang | Some issues for blast from a structural reactive material solid | |
| Tichapondwa et al. | The effect of additives on the burning rate of silicon‐calcium sulfate pyrotechnic delay compositions | |
| Elshenawy et al. | High density thermite mixture for shaped charge ordnance disposal | |
| JPH1129389A (en) | Non-explosive crushing composition | |
| Ahmed et al. | Development of Polyurethane‐Based Solid Propellants Using Nanocomposite Materials | |
| US20160046538A1 (en) | Explosive Formulations of Mixture of Carbon Dioxide and a Reducing Agent and Methods of Using Same | |
| JP4818583B2 (en) | Insensitive high-power non-explosive crushing agent | |
| Osborne | The effects of fuel particle size on the reaction of Al/Teflon mixtures | |
| Pang et al. | Effect of hydroborate iron additives (BH-Fe) on the properties of composite solid rocket propellants | |
| Gordeev et al. | Effect of nitrocellulose and 1-methyl-3-nitro-1, 2, 4-triazole on properties of CuO/Al and Bi2O3/Al nanothermites | |
| Bogatov et al. | Convective combustion of a mechanically activated Ti+ C mixture under forced SHS compaction | |
| US12221401B2 (en) | Secondary explosive | |
| US2214359A (en) | Ammunition | |
| Ilunga | The Effect of the Si-Bi2O3System on the Ignition of the Al-CuO Thermite |