Сущность процесса горения порохов

Основным видом взрывчатого превращения порохов является в обычных условиях применения горение, не переходящее в детонацию.

Горение порохов представляет собой сложный самопроиз­вольно протекающий физико-химический процесс превраще­ния пороха в преимущественно газообразные продукты горе­ния (СО₂, СО, Н₂О, Н₂, N₂ и др.), сопровождающийся выде­лением определенного количества тепла.

Пороха сравнительно легко воспламеняются и при достаточной плотности горят в орудии закономерно параллельными слоями (т.е. горение всех пороховых элементов происходит по всей поверхности с одинаковой скоростью), что позволяет в широких пределах регулировать выделение газов при их горении и тем самым управлять явлением выстрела.

Горение порохов характеризуется тремя основными факто­рами: скоростью процесса, тепловыделением и обра­зованием газообразных продуктов.

Горение порохов, сущест­венно не отличаясь от взрывчатого превращения по коли­честву выделяющегося тепла и объему газообразных продуктов, в очень сильной степени отличается по ско­рости процесса. Горение порохов имеет скорость, равную нескольким десяткам миллиметров в секунду, в то время как взрыв протекает со скоростью, достигающей нескольких тысяч метров в секунду. Скорость протекания взрывных процессов практически не зависит от давления и температуры, в то время как скорость процесса горения существенно зависит от этих факторов. При изменении температуры и давления в некоторых пределах может изменяться состав продуктов и теплота горения пороха.

Горение нитроцеллюлозных порохов и БРТТ протекает в три основные стадии. Пространственно указанные стадии реализуются в пяти ха­рактерных зонах (рис. 1.2).

Первая стадия включает в себя физические и химические превращения вещества, происходящие в поверхностном слое пороха. На этой стадии (в 1 зоне) вначале происходит прогрев вещества до величины Т_р, при которой начинаются физико-химиче­ские превращения отдельных компонентов пороха. Хи­мические реакции и тепловыделение в этой зоне отсутствуют. Затем (во 2-й зоне) происходят как физические (плавление, ис­парение, возгонка, диспергирование твердого вещества), так и химические (термическое разложение, внутримолекулярное окисление) превращения компонентов пороха. Эта зона характеризуется наличием на поверхности наряду с твердой структурой вязко-жидкого слоя.

Вторая стадия (зона 3) - процессы дальнейшего превращения ве­щества, протекающие в сложной дымо-паро-газовой области. На этой стадии происходит дальнейшее физико-химиче­ское превращение первичных продуктов разложения и к концу зоны достигается их полная газификация. При этом выделяется около 15% от всего тепла, выделяемого при сгорании пороха, а температура Т₁ достигает 1000—1300 К.

Рис. 1.2. Схема процесса горения порохов и твердых топлив

Конечные продукты горения

Третья стадия (зоны 4 и 5) - процессы, завершающиеся превращением промежуточных продуктов реакции в конечные продукты. На этой стадии вначале происходят окисли­тельно-восстановительные процессы с образованием в основ­ном продуктов неполного горения (СО, Н₂). При этом вы­деляется примерно 25—30% тепла от общего количества (температура Т₂ достигает 1400-1500 К). В дальнейшем протекают главным образом бимолекулярные реакции, которые приводят к обра­зованию конечных продуктов горения и выделению наиболь­шего количества тепла (40—50%) и максимальной температуры (2400-3000 К).

Все три стадии процесса горения оказывают влияние на скорость горения пороха.

Пороха коллоидного типа обычно горят закономерно параллельными слоями, в то время как при горении порохов - механических смесей такая закономерность существует не всегда, и лишь при больших плотностях пороховых зерен они горят более или менее закономерно. Поэтому эти группы порохов применяются в разных областях. Пороха - механические смеси в настоящее время почти не применяются для метательных целей, а используются для изготовления воспламенителей к зарядам из коллоидных порохов, для дистанционных составов в трубках и взрывателях, для вышибных зарядов, в различных пиротехнических средствах, для изготовления усилителей, замедлителей, петард и т. д. Пороха коллоидного типа, как правило, используются только для метательных целей.