Способ дробления металлического монолита

 

Использование: в области дробления металлического монолита типа металлургических "козлов", крупных отливок, поковок и т.п. Сущность изобретения: в монолите формируют отверстия, расположенные по линии предполагаемого разделения. В отверстиях размещают заряды взрывчатого вещества, которые затем взрывают. Размещение зарядов взрывчатого вещества и их взрывание производят по меньшей мере один раз в каждом отверстии. Величину шага формирования отверстий определяют из приведенного соотношения. Для формирования отверстий могут быть использованы кумулятивные заряды. Перед дроблением монолит подвергают локальному разупрочнению или охрупчиванию по линиям предполагаемого разделения. 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

Настоящее изобретение относится к области дробления негабарита, а более конкретно к области дробления металлического монолита типа металлургических "козлов", крупных отливок, поковок и т.п.

Наиболее эффективно данный способ используется для дробления металлического монолита в процессе вторичной переработки черных металлов. Возможно использование способа для разделения толстостенных изделий и крупногабаритных металлоконструкций.

Известен способ дробления металлического монолита, включающий формирование в нем отверстий по линии предполагаемого разделения, размещение в отверстиях зарядов взрывчатого вещества и их взрывание.

Однако использование способа ограничено необходимостью проведения предварительных экспериментальных подрывов для определения расстояния между отверстиями, формируемыми в монолите, и массы зарядов взрывчатого вещества, подрыв которых обеспечивает дробление монолита. Кроме того, прожигание отверстий "кислородным копьем" в монолите большой толщины требует большого расхода (30-60 м³/час) режущего кислорода и приводит к быстрому выходу из строя инструмента самого "кислородного копья" (0,5-1,0 м/мин). Перечисленные недостатки приводят к тому, что использование указанного способа становится экономически нецелесообразным с точки зрения себестоимости получаемого металлолома.

В основу изобретения положена задача создать способ дробления металлического монолита, который позволил бы отказаться от проведения предварительных экспериментальных подрывов в каждом конкретном случае его применения, а также сократить расход материалов и трудозатраты на дробление.

Поставленная задача решается тем, что в способе дробления металлического монолита, включающем формирование в нем отверстий по линии предполагаемого разделения, размещение в отверстиях зарядов взрывчатого вещества и их взрывание, размещение зарядов взрывчатого вещества и их взрывание производят по меньшей мере один раз в каждом отверстии, при этом величину шага формирования отверстий определяют из следующего соотношения; где l шаг формирования, расстояние между центрами отверстий (м); d_ср диаметр отверстий, пробитых кумулятивными зарядами (м); K_y эмпирический коэффициент; m 1,N количество подрывов в каждом отверстии; h_ср глубина отверстия, заполняемая зарядом ВВ (м); H_ср средняя толщина монолита по линиям разделения (м); Q удельная теплота взрыва взрывчатого вещества (Дж/кг); ρ- плотность взрывчатого вещества (кг/м³);
σ_в прочность материала монолита (Па).

Рациональное значение числа подрывов m в каждом отверстии определяется подбором после серии расчетов по формуле (1) исходя из следующих соображений: во-первых, шаг формирования, рассчитанный по формуле (1), должен обеспечивать возможность формирования отверстий (как правило, l>2d_ср); во-вторых, увеличение m свыше 5-6 раз на основании опыта практической работы экономически нецелесообразно вследствие увеличения трудоемкости операции и роста материальных затрат.

Зная характеристики подлежащего дроблению монолита, применяемого взрывчатого вещества и кумулятивных зарядов, можно отказаться от проведения предварительных экспериментальных подрывов в каждом конкретном случае. Формирование отверстий с шагом, не превышающим рассчитанной по формуле (1) величины, обеспечивает разделение монолита после m подрывов зарядов взрывчатого вещества, что подтверждается многократными результатами практического использования способа.

При взрывании кумулятивных зарядов нередки случаи, когда пест кумулятивного заряда, движущийся вслед за кумулятивный струей, попадает в пробитое ею отверстие и плотно застревают в нем, препятствуя размещению в отверстии заряда взрывчатого вещества. Поэтому для пробивания отверстий в монолите применяют специальные асимметричные кумулятивные заряды. При взрывании такого заряда пест отклоняется от оси кумулятивной струи. Другим способом пест кумулятивного заряда отклоняют от оси отверстия, взрывая дополнительные отсекающие заряды взрывчатого вещества.

Методику расчета шага формирования по формуле (1) можно применять также и для других способов формирования отверстий, например "кислородным копьем".

Для обеспечения максимальной плотности заряжания отверстий в монолите и сокращения трудозатрат на размещение зарядов в отверстиях размещают заряды из взрывчатого вещества, способного заполнить весь объем отверстия и находящегося в жидком, пластичном или сыпучем состоянии.

Для уменьшения расхода взрывчатого вещества и сокращения трудозатрат на формирование отверстий за счет увеличения расстояния между ними перед дроблением монолит подвергают локальному разупрочнению или охрупчиванию по линиям предполагаемого разделения.

В зависимости от класса разделываемых материалов выбирают один из методов разупрочнения или охрупчивания либо их совокупность.

С целью формирования в сталях зоны высоконапряженного состояния с мартенситной структурой монолит подвергают перезакалу по линиям предполагаемого разделения, для чего любым доступным способом нагревают материал монолита вдоль этих линий до 700.1200^oC, т.е. выше температуры полной фазовой перекристаллизации (А_сэ) и ниже температуры плавления (T_п), а затем быстро охлаждают из аустенитной области до температуры 50^oC и ниже, например, водой. Выбор температуры, до которой необходимо охладить монолит, обусловлен верхним рабочим диапазоном применения взрывчатых веществ (+50^oC). Данный способ наиболее применим для углеродистых конструкционных сталей.

С целью формирования в монолите зон, способствующих образованию и последующему развитию магистральных трещин, применяют эффект диффузионного охрупчивания его поверхностных слоев, например, подвергая материал по линиям предполагаемого разделения высокотемпературному нагреву в присутствии водородсодержащих материалов, способных выделять в разделываемый металл диффузионноподвижный водород. В качестве таких материалов могут, например, применяться сварочные проволоки ферритного класса и гигроскопичные флюсы. При применении этого метода следует учитывать, что температура монолита перед вкладыванием зарядов взрывчатого вещества не должна превышать 50^oC по указанным выше причинам, а время после термического цикла до проведения взрывных работ 24 часов.

Локальную хрупкость материала монолита вдоль линий предлагаемого разделения получают, подвергая его жидкометаллическому охрупчиванию, для чего наносят на внутреннюю поверхность отверстий охрупчиватель, например медь. Причем тонкий слой меди наносят в процессе формирования отверстий в монолите медной кумулятивной струей.

Для увеличения хрупкости материала монолита перед размещением зарядов взрывчатого вещества в отверстиях и его взрыванием перемычки между ними охлаждают хладагентом до температур на 20.30^oC ниже порога хладноломкости, а именно -10.-196^oC, в зависимости от класса сталей, для чего помещают хладагент внутрь отверстий в монолите. Данный способ наиболее применим к сталям, имеющим высокий порог хладноломкости.

В материале монолита, например, не склонного к охрупчиванию указанными выше способами, генерируют магистральную трещину по линиям предполагаемого разделения, для чего взрывают кумулятивный заряд, который устанавливают так, чтобы кумулятивная струя пересекала возможно большее количество отверстий, сформированных в монолите.

Ниже настоящее изобретение поясняется подробным описанием примера конкретного выполнения со ссылками на прилагаемые фигуры: фиг.1 изображает внешний вид монолита с указанием его параметров, необходимых для проведения расчетов по формуле (1); фиг. 2 представляет фото монолита после подрыва зарядов взрывчатого вещества в отверстиях.

Конкретное выполнение способа дробления металлического монолита приводится на примере дробления стальной (сталь 2) отливки 1 (фиг.1) размерами 0,60х2,0х2,0 м, которую требуется разделить на две части. Пусть известно, что для дробления монолита будет использоваться пластичное взрывчатое вещество с удельной теплотой взрыва 4,61х10⁶ Дж/кг и плотностью 1500 кг/м³, а для формирования отверстий кумулятивный заряд типа ЗВБ, способный сформировать в стальном монолите 1 отверстие 2 диаметром 0,06 м и глубиной 0,6 м. Расчет производится при m 1.

По формуле (1) шаг формирования отверстий

где d_ср 0,06 м диаметр отверстий, сформированных в монолите;
h_ср 0,6 м глубина отверстий, заполняемая ВВ;
H_ср 0,6 м толщина монолита;
Q 4,61·10⁶ Дж/кг удельная теплота взрыва применяемого ВВ;
ρ 1500 кг/м³ плотность BB;
s_m 400·10⁶ Па прочность материала монолита (сталь 2);
m 1 количество подрывов;
K_y 1,42 эмпирический коэффициент.

Затем формируют отверстия 2 в монолите 1 с шагом 0,14 м, взрывая кумулятивные заряды 4. На линии предполагаемого разделения длиной 2 м таких зарядов будет 15. В полученных отверстиях 2 размещают заряды 3 пластичного взрывчатого вещества с указанными характеристиками, которые взрывают одновременно, обеспечивая дробление монолита 1 на две части (аналогично фиг. 2).

Другой пример конкретного выполнения. Пусть подлежит дроблению такой же металлический монолит 1, что и в предыдущем примере. Для дробления используется то же взрывчатое вещество. Но для формирования отверстий используются кумулятивные заряды устаревших боеприпасов, подлежащих уничтожению (в конкретном случае противотанковые кумулятивные гранаты). Диаметр отверстия, пробитого таким зарядом, равен 0,02 м, а глубина 0,6 м. По формуле (1) определяют шаг формирования отверстий аналогично предыдущему расчету при m 1:

где d_ср 0,02 м, h_ср 0,6 м, H_ср 0,6 м, K_y 1,42, Q 4,61·10⁶ Дж/кг, ρ 1500 кг/м³, s_b 400·10⁶ Па, m 1.

Как видно из расчета, шаг формирования , что делает невозможным процесс формирования отверстий. Поэтому для примера примем m 4, тогда

где d_ср 0,02 м, h_ср 0,6 м, H_ср 0,6 м, K^y 1,42, Q 4,61·10⁶ Дж/кг, ρ 1500 кг/м³, s_в 400·10⁶ Па, m 4.

В отверстиях 2 размещают заряды 3 взрывчатого вещества и подрывают их, повторяя этот процесс четыре раза. При этом увеличивается диаметр отверстий и в монолите происходит накопление ущерба, а четвертый подрыв обеспечивает дробление монолита 1 (аналогично фиг.2).

Применяя указанные выше методы локального разупрочнения материала монолита, можно при некотором увеличении трудозатрат сократить материальные, а следовательно, и общие затраты на дробление монолита. По имеющимся оценкам применение методов локального разупрочнения позволяет сократить расход взрывчатых материалов в 1,2-1,5 раза по сравнению с дроблением монолита без локального разупрочнения.

Формула изобретения

1. Способ дробления металлического монолита, включающий формирование в нем отверстий по линии предполагаемого разделения, размещение в отверстиях зарядов взрывчатого вещества и их взрывание, отличающийся тем, что размещение зарядов взрывчатого вещества и их взрывание производят по меньшей мере один раз в каждом отверстии, при этом величину шага формирования отверстий определяют из следующего соотношения:

где l шаг формирования отверстий, м;
d_ср диаметр отверстий, пробитых кумулятивными зарядами, м;
K_у эмпирический коэффициент;
m 1, N количество подрывов в каждом отверстии;
h_ср глубина отверстия, заполняемая зарядом взрывчатого вещества, м;
Н_ср средняя толщина монолита по линии разделения, м;
Q удельная теплота взрыва взрывчатого вещества, Дж/кг;
ρ - плотность взрывчатого вещества, кг/м³;
σ_в прочность материала монолита, Па.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отверстия в монолите формируют, взрывая кумулятивные заряды.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что при формировании отверстий отклоняют пест кумулятивного заряда от оси отверстия.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что для отклонения песта взрывают дополнительные заряды взрывчатого вещества.

5. Способ по п.3, отличающийся тем, что для отклонения песта взрывают асимметричные кумулятивные заряды.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в отверстиях размещают заряды из взрывчатого вещества, способного заполнить весь объем отверстия и находящегося в жидком, пластичном или сыпучем состоянии.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед дроблением монолит подвергают локальному механическому, термическому или диффузионному разупрочнению или охрупчиванию по линиям предполагаемого разделения.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что термическое разупрочнение материала производят, подвергая его перезакалу, при котором материал монолита нагревают вдоль линии предполагаемого разделения до температуры 700 - 1200^oС, а затем охлаждают водой до температуры ниже 50°С.

9. Способ по п. 7, отличающийся тем, что перед взрыванием зарядов взрывчатого вещества в монолите генерируют трещину по линиям предполагаемого разделения, для чего взрывают дополнительный кумулятивный заряд, который устанавливают так, чтобы кумулятивная струя пересекала возможно большее количество отверстий, сформированных в монолите.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2