Силкина Т.В.Исследование физико-механических свойств спец. материалов. Автореферат

Авторефера

Тема магистерской работы:: "Исследование физико-механических свойств спец. материалов и обоснование выбора техники для ее измельчения"

1. Введение

Одной из составляющих проблемы национальной безопасности в Украине является загрузка складов боеприпасами с истекшим гарантийным сроком хранения. В настоящее время на базах и арсеналах МО Украины скопились тысячи тонн различных боеприпасов, списанных или подлежащих списанию. К ним относятся авиабомбы, ракеты, масса ВВ в которых достигает сотен и даже тысяч килограммов,а также артиллерийские снаряды, инженерные мины и заряды с массой ВВ до нескольких килограммов (обычно не более 10 кг).

Опыт хранения боеприпасов показывает, что их чувствительность к внешним воздействиям со временем, по мере окончания гарантийного срока хранения (ГСХ), повышается, что связано с изменением свойств ВВ, которым снаряжены боеприпасы.Несмотря на тщательные лакокрасочные покрытия внутренних поверхностей корпусов,соприкасающихся с зарядом ВВ, в них с течением времени может происходить реакция взаимодействия или образования более чувствительных по сравнению с исходным ВВ соединений, что повышает опасность дальнейшего хранения боеприпасов.

Следует отметить еще один аспект длительного хранения боеприпасов, связанный с повышением взрыво- и пожароопасности. В последние годы, начиная с конца 70-х и начала 80-х гг., производство боеприпасов ежедневно значительно возросло. На складах и базах ограниченные емкости хранилищ не позволяли соблюдать требуемые условия хранения, поэтому допускалось, например, боеприпасы содержать на открытых площадках в штабелях под навесом или брезентом. Такое временное хранение часто оставалось постоянным. Прибывающие очередные партии боеприпасов переполняли территории складов. Для строительства новых хранилищ с соблюдением безопасных расстояний требовались новые площади и территории, а строительство заглубленных или подземных хранилищ боеприпасов связано с большими материальными затратами, поэтому хранилища строились недостаточными темпами. В этих условиях на открытые площадки для дальнейшего хранения перевозились боеприпасы с истекшими сроками хранения и, , следовательно, с повышенной взрыво- и пожароопасностью. Участились взрывы и пожары на складах боеприпасов. Создалась проблема, решить которую можно было только путем сокращения запасов боеприпасов. Новая оборонительная доктрина, сокращение вооруженных сил, и в т.ч. обычных вооружений, также привели к необходимости сокращения запасов боеприпасов. Этому способствовало и моральное старение боеприпасов. Списанные боеприпасы требует более тщательного контроля при дальнейшем хранении. Поэтому уменьшение запасов за счет списания их части, отслужившей ГСХ, не только не сокращает, а наоборот, увеличивает затраты на хранение.

2. Актуальность темы и постановка задачи исследования

Политические процессы, произошедшие в мире за последние десятилетия, неожиданно поставили совершенно новую задачу, связанную с расснаряжением боеприпасов, неиспользованных раньше и нет перспектив для дальнейшего использования. Решение задачи стало особенно актуальным после ряда взрывов на складах боеприпасов, причем вероятность повторения подобных инцидентов возрастает. В то же время многообразие промышленных взрывчатых веществ (ПВВ) определяется широтой диапазона их возможного применения. Подавляющие количество руды цветных и черных металлов в нашей стране добывается по взрывной технологии, кроме того ПВВ используются также при добычи полезных ископаемых, разведки недр (залежей нефти), в сельском хозяйстве, для разрушений в мирных целях (расчистка русел рек), при борьбе со стихийными (тушение пожаров).

Тот путь, который был выбран ранее - уничтожение боеприпасов, не рациональный по двум причинам. Во-первых, результаты овеществленного труда различных слоев общества (ученых, инженеров, конструкторов, рабочих ), материалы, зачастую достаточно ценные, затраченные электроэнергия, другие виды энергии, а также затраты на амортизацию оборудования - все это представляет собой безвозвратные потери.

Другая негативная сторона уничтожения списанных боеприпасов связана с нарушением (ухудшением) экологии окружающей среды, загрязнением почв, поверхностных и подземных вод, растительности и воздушной среды. Загрязнение окружающей природной среды неизбежно влияет на состояние животных и людей. Особенно опасно загрязнение элементами и соединениями тяжелых металлов (свинец, ртуть и др.), которые концентрируются в организме человека, вызывая тяжелые болезни. Ущерб от таких бездумных действий можно оценить только по затратам на восстановление окружающей природной среды до нормальных или хотя бы до допустимых показателей.

По некоторым данным, которые приводились в докладах на конференциях по проблемам утилизации боеприпасов, ущерб от уничтожения существующих в настоящие время списанных боеприпасов составлял бы 60 млн. грн. Поэтому весьма актуальна, стала проблема утилизации боеприпасов с их последующим применением в различных областях.

Технический процесс расснаряжение боеприпасов выполняется в обратной последовательности, чем при снаряжении и сборки, однако, как показывает опыт, количество факторов риска при этом значительно больше, что делает процесс более опасным, создает более высокую степень вероятности аварий.

В большинстве случаев расснаряжение боеприпасов предполагает выполнение следующих типовых операций:

удаление взрывателя,
вскрытие корпуса для доступа к взрывчатому веществу,
извлечение взрывчатого материала,
последующей переработки ВВ и элементов корпуса
.

Отрицательные аспекты содержания списанных боеприпасов (опасность их длительного хранения, дополнительные затраты на хранение, возможность их хищения и использование криминальными группировками, ущерб от уничтожения списанных боеприпасов, нарушение экологического равновесия окружающей природной среды) свидетельствуют о том, что простое уничтожение списанных боеприпасов нецелесообразно, а в больших масштабах недоступно. Поэтому основным направлением снижения запасов устаревших боеприпасов является их утилизация, главным образом, расснаряжение боевых частей, особенно снаряженных большими массами ВВ.

3.Особенности перерабатываемых материалов

3.1 Физико-механические свойства утилизируемых веществ

Разработка технологий расснаряжение боеприпасов имеет определенную специфику, которую следует обязательно учитывать при проведении работ. Прежде всего, это относится к тому факту, что в боеприпасах используются чувствительные к механическим и тепловым воздействиям вещества, представляющие собой значительную потенциальную опасность, и в первую очередь в плане взрывоопасности. Даже случайный взрыв одного снаряда в месте, где сосредоточены их значительные запасы, может привести к трагическим последствиям.

Вторая особенность связана с тем, что боеприпас как продукт, подлежащий утилизации, представляет собой, как правило, неразъемную конструкцию, изначально не рассчитанную на демонтаж. Естественно, что извлечение из него вторичных ресурсов связано с дополнительными трудностями.

Третья особенность состоит в том, что наряду с легко утилизируемой металлической составляющей исходный боеприпас содержит весьма значительную долю ВВ, порохов, твердых ракетных топлив, ОВ и т.д. Перечисленные особенности создают ряд дополнительных проблем в процессе разработки технологии расснаряжения боеприпасов. Основные физико-химические свойства тротила представлены в таблице 3.1.

Таблица 1.1 – Физико-химические показатели тротила

Наименование показателя Норма для марки Б
Внешний вид Чешуйки желтого цвета
Массовая доля влаги и летучих веществ, %, не более 0,1
Температура затвердевания, 0С, не менее 77,8
Массовая доля веществ, нерастворимых в органическом растворителе, %, не более 0,08
Кислотность в пересчете на серную кислоту, % 0,01

Как сложная техническая задача переработки взрывоопасных изделий длительного хранения, нередко с неизвестной историей эксплуатации, утилизация должна строится на ряде основных принципов:

Комплектность переработки боеприпасов и их компонентов. Процесс утилизации должен предусматривать переработку всех элементов изделий, включая боевые части, метательные заряды и двигатели, средства инициирования, системы управления, тару и т.д.
Безопасность ведения процесса утилизации. Процесс утилизации в ряде случаев более опасен, чем процесс снаряжения, как по ряду объективных причин (большое разнообразие конструкций, сосредоточенных в одном производстве, разнообразные условия хранения и эксплуатации конкретных изделий, трудности разборки и извлечения ВВ и т.д.), так и в силу субъективных причин, малым производственным опытом по утилизации, организационными вопросами поставки боеприпасов на утилизацию и т.п. Поэтому должен быть создан специальный комплекс методов (технологий и специализированного оборудования) в зависимости от типа ВВ, порохов и топлив, габаритно-весовых характеристик изделий и их конструкции, а также решены вопросы контролируемой поставки изделий на утилизацию, проектирования и эксплуатации производств, технологической дисциплины и подготовки кадров.
Процессы утилизации должны быть экологически чистыми. При прямом сжигании на открытом воздухе или взрывах в окружающую среду (ОС) попадает большое количество токсичных окислов, цианидов, солей тяжелых металлов, диоксинов. Происходит загрязнение воздуха, воды и почвы. Поэтому технологии утилизации должны исключать отравление ОС.
Применяемые процессы утилизации должны осуществляться с минимальными экономическими потерями, а при глубоких вторичных переделах получаемого сырья в местах утилизации должны быть экономически выгодны.

ВВ по своим токсическим свойствам относятся к I, II, III и IV классам опасности. Около 85 % извлекаемых ВВ принадлежит к чрезвычайно опасным (I класс) и высокоопасным (II класс) веществам.
3.2 Зависимость свойств материала от метода утилизации

Наименование показателя	Норма для марки Б
Внешний вид Чешуйки	желтого цвета
Массовая доля влаги и летучих веществ, %, не более	0,1
Температура затвердевания, 0С, не менее	77,8
Массовая доля веществ, нерастворимых в органическом растворителе, %,	не более 0,08
Кислотность в пересчете на серную кислоту, %	0,01

Были определены основные физико-химические свойства партий утилизированного разными методами тротила. На основание полученных данных составлена таблица.

Таблица 3.2 – Физико-химические показатели тротила в зависимости от метода утилизации

Метод утилизации	Мас. доля влаги, %	Мас. доля нерастворим. в-в, %	Кислотность, %	Температура затверд-я, ˚С
Механическое выдавливание	0,02	0,04	0,0017	80,1
	0,02	0,06	0,001	80,1
	0,03	0,08	0,002	80,2
	0,08	0,07	0,009	80,1
Неконтактная выплавка	0,02	0,03	0,001	80,19
	0,03	0,04	0,001	80,19
	0,03	0,03	0,0024	80,2
	0,06	0,04	0,001	80,02
Контактная выплавка	0,17	0,07	0,001	80,13
	0,21	0,03	0,0013	80,24
	0,33	0,06	0,001	80,13
Чешуирование	0,14	0,04	0,001	80,13
	0,23	0,06	0,0013	80,1
	0,24	0,05	0,0016	80,24
	0,31	0,035	0,002	80,13
	0,73	0,03	0,001	80,24

Ввод исходных данных
Длина валка,м
Диаметр валка,м
Ширина выходной щели,м
Скорость вращения валка,об/мин
Производительность,м³/мин