способ взрывного синтеза алмазов и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ взрывного синтеза алмазов, включающий детонирование взрывчатого вещества с отрицательным кислородным балансом во взрывной камере высокого давления в газожидкостной охлаждающей среде, создаваемой путем распыливания во взрывной камере в продуктах взрыва охлаждающей жидкости, удаление из взрывной камеры полученной алмазной шихты и выделение алмаза, отличающийся тем, что распыливание проводят перед подрывом и после подрыва заряда взрывчатого вещества против направления действия сил тяжести охлаждающей жидкости.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что удаление полученной алмазной шихты осуществляют в смеси с охлаждающей жидкостью путем вытеснения продуктами взрыва.

3. Устройство для взрывного синтеза алмазов, содержащее взрывную камеру с помещенным в ее центре зарядом взрывчатого вещества, систему ввода заряда взрывчатого вещества, систему подачи во взрывную камеру охлаждающей жидкости и систему удаления продуктов взрыва, отличающееся тем, что система подачи охлаждающей жидкости содержит центробежную форсунку, установленную в донной части взрывной камеры.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что система удаления конденсированных продуктов взрыва подключена с помощью переключающего устройства к системе подачи охлаждающей жидкости.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к взрывному синтезу алмазов и может быть использовано для синтез алмазов непосредственно в процессе детонации углеродсодержащего взрывчатого вещества с отрицательным кислородным балансом (ВВ) и дальнейшего разлета продуктов взрыва.

Известен способ синтеза алмазов (Титов В.М., Анисичин В.Ф., Мальков К.Ю. "Исследование процесса синтеза ультрадисперсного алмаза в детонационных волнах", ФГВ, 1989 г. т. 6, N 3, с. 117 - 126 /1/), состоящий в том, что заряд из углеродсодержащего взрывчатого вещества с отрицательным кислородным балансом помещают в инертной газовой среде во взрывной камере и инициируют детонацию. Благодаря тому что на фронте детонационной волны термодинамические параметры отвечают области устойчивости алмаза на фазовой диаграмме углерода, химически свободный углерод, содержащийся в продуктах взрыва, находится в алмазной фазе. Волна разгрузки, сопровождающая детонационную волну, снижает термодинамические параметры углерода до области фазовой диаграммы углерода, в которой устойчива графитная фаза, поэтому при недостаточной скорости охлаждения продуктов детонации, обусловленного их газодинамическим разлетом и перемешиванием с инертным газом часть алмаза графитизируется. Относительно низкий выход алмаза, связанный с недостаточно высокой скоростью охлаждения продуктов детонации, является основным недостатком аналога [1].

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ взрывного синтеза алмазов (Б.А. Выскубенко, В.В. Даниленко, Э. Э. Лин. В. А. Мазанов, Т.В. Серова, В.И. Сухаренко, А.П. Толочко, "Влияние масштабных факторов на размеры и выход алмазов при детонационном синтезе", ФГВ-1992 г., N 2, с. 108 - 109 [2]), выбранный в качестве прототипа, заключающийся в том, что заряд ВВ из состава тротилгексоген помещают в полость сферической взрывной камеры, окружают его инертной газожидкостной средой - водяной оболочкой в водонепроницаемом резервуаре, который окружают инертным газом. Наличие водяной оболочки и инертного газа вокруг заряда ВВ при разлете продуктов детонации способствует быстрому охлаждению и сохранению синтезированного алмаза и повышению его выхода от единичного заряда ВВ. Недостатком аналога является его сложность, связанная с необходимостью установки в камере водонепроницаемой оболочки для удерживания воды вокруг заряда ВВ перед подрывом. Кроме того, наличие фрагментов водонепроницаемой оболочки в конденсированных продуктах детонации усложняет их удаление из камеры и выделение из них алмаза, что, в конечном итоге, снижает производительность данного способа. Недостатком также является относительно высокая нагрузка на стенки камеры при подрыве, что ограничивает массу заряда ВВ в единичном опыте.

Недостатком способа является также его относительная сложность, связанная с необходимостью наличия отдельной системы удаления продуктов взрыва.

Сущность изобретения.

Техническая задача предлагаемого изобретения состоит в повышении производительности способа за счет упрощения процесса подготовки к взрывному синтезу, увеличения массы заряда ВВ в единичном опыта, а следовательно, и выхода алмазов в единичном подрыве.

Технический результат - увеличение производительности и упрощение способа взрывного синтеза алмазов достигается тем, что в известном способе взрывного синтеза алмазов, заключающемся в детонировании заряда ВВ с отрицательным кислородным балансом во взрывной камере высокого давления в газожидкостной охлаждающей среде, удалении из взрывной камеры полученной алмазной шихты и выделении алмаза, новым является то, что газожидкостную среду создают перед подрывом заряда ВВ путем распыливания во взрывной камере в продуктах взрыва против направления действия сил тяжести охлаждающей жидкости.

Удаление полученной алмазной шихты осуществляют в смеси с охлаждающей жидкостью путем вытеснения продуктами взрыва либо воздухом.

В известном устройстве, включающем взрывную камеру с помещенным в ее центре зарядом ВВ, систему ввода заряда ВВ, систему инициирования заряда ВВ и систему удаления продуктов взрыва, отличительным является то, что устройство содержит систему подачи охлаждающей жидкости, которая содержит центробежную форсунку, установленную в донной части взрывной камеры.

Система удаления продуктов взрыва подключена с помощью переключающего устройства к форсунке системы подачи охлаждающей жидкости.

Создание во взрывной камере газожидкостной охлаждающей среды перед подрывом заряда ВВ путем распыливания охлаждающей жидкости против направления действия сил тяжести позволяет увеличить массу взвешенной в объеме камеры жидкости по сравнению с распыливанием в направлении действия сил тяжести, так как время нахождения единичной капли жидкости складывается из времени ее движения против направления действия сил тяжести и времени свободного падения капли от верхней точки траектории до дна камеры. Подрыв заряда ВВ в подготовленной равномерно по объему газокапельной среде улучшает процесс охлаждения продуктов детонации, что увеличивает выход алмазов, а также снижает нагрузку на стенку камеры, что позволяет увеличить массу заряда ВВ в опыте.

Упрощение способа, увеличение выхода алмазов в единичном опыте с возможностью увеличения заряда ВВ позволяет увеличить производительность способа в целом.

Экспериментально установлено, что масса единичного заряда ВВ связана с массой взвешиваемой в объеме камеры жидкости соотношением , где m_ВВ - масса единичного заряда ВВ; m_ж - масса взвешенной жидкости; L_ВВ, q_ж - теплота взрыва и теплота парообразования жидкости. Из соотношения видно, что увеличение массы жидкости позволяет пропорционально увеличить массу заряда ВВ. Распыливание жидкости против направления действия сил тяжести возможно при подключении системы подачи жидкости к донной части камеры, что позволяет осуществлять удаление конденсированных продуктов взрыва в смеси с охлаждающей жидкостью через элементы системы подачи жидкости путем вытеснения давлением продуктов взрыва. Использование для удаления продуктов взрыва элементов системы подачи охлаждающей жидкости существенно упрощает конструкцию установки и ее эксплуатацию, так как не требует дополнительной арматуры и ее подсоединения к камере, что позволяет не вносить к тому же дополнительных ослаблений в корпусе взрывной камеры.

В устройстве отличительные признаки способа реализуются путем подключения системы подачи охлаждающей жидкости к донной части взрывной камеры, установления распыливающего элемента системы - центробежной форсунки в донной части корпуса взрывной камеры и подсоединении системы удаления конденсированных продуктов взрыва с помощью переключающего устройства к системе подачи жидкости.

Таким образом, применение заявленного изобретения позволит увеличить производительность способа взрывного синтеза алмазов за счет увеличения массы заряда ВВ в единичном опыте и упростить способ за счет использования имеющейся системы подачи охлаждающей жидкости для удаления конденсированных продуктов взрыва.

Заявленный способ и устройство поясняются чертежом, где цифрами обозначены: 1 - взрывная камера; 2 - заряд ВВ с капсюлем - детонатором 3; 4 - загрузочный люк системы ввода заряда ВВ; 5 - система вода в камеру охлаждающей жидкости; 6 - центробежная форсунка; 7 - система удаления конденсированных продуктов взрыва с накопительной емкостью 8; 9 - переключающее устройство; 10 - система вытеснения; 11, 12 - отсечной клапан; 13 - 15 - вентиль.

Заявляемый способ и устройство работают следующим образом. Через люк 4 системы ввода заряда ВВ устанавливают заряд 2 с капсюлем-детонатором 3 в центре взрывной камеры 1, заполненной продуктами предыдущего взрыва заряда ВВ. Закрывают люк 4 и герметизируют камеру 1. От системы 5 через переключающее устройство 9 и центробежную форсунку 6 подают во взрывную камеру 1 охлаждающую жидкость, например воду. Секундный расход воды выбирают таким, что в момент подрыва заряда в объеме камеры в газожидкостной среде масса жидкости составляет , где m_ж - масса взвешенной воды, m_ВВ - масса заряда ВВ, L_ВВ, q_ж - теплота взрыва и парообразования воды. Масса допускаемого заряда ВВ при этом составляет . С помощью капсюля-детонатора 3 инициируют в заряде ВВ детонацию. После затухания в камере ударных волн закрытием клапан 12 прекращают подачу охлаждающей жидкости. С помощью переключающего устройства 9 и отсечного клапана 11 путем вытеснения газообразными продуктами взрыва смесь осевших на дно камеры 1 конденсированных продуктов взрыва с жидкостью удаляют из взрывной камеры в накопительную емкость 8 системы 7. Закрывают отсечной клапан 11. Избыточное давление газообразных продуктов взрыва во взрывной камере 1 стравливают в атмосферу через вентиль 13. Далее все описанные выше операции повторяют несколько раз до полного наполнения накопительной емкости 8 смесью конденсированных продуктов детонации с жидкостью. После наполнения накопительной емкости 8 закрывают отсечной клапан 11 и вентиль 14. Далее смесь с помощью системы вытеснения 10 через вентиль 15 направляют в устройство для отделения жидкости, выделения и сертификации полученного алмаза. Жидкость после отделения направляется для повторного использования.

На предприятии экспериментально показана возможность осуществления предлагаемого способа. В сферическую камеру с внутренним объемом 17 м³, заполненную продуктами предварительного взрыва заряда ВВ, помещался заряд ВВ состава ТГ 50/50. Через центробежную форсунку в камеру подавалась вода. В каждый момент времени в объеме камеры в газожидкостной среде находилось около 10 кг вода. Снижение расхода охлаждающей воды сопровождалось уменьшением выхода алмаза в единичном опыте при неизменной массе заряда ВВ. Установка центробежной форсунки в донной части камеры позволяет при неизменном расходе охлаждающей воды более чем в 2 раза увеличить массу взвешенной в камере жидкости и тем самым увеличить массу заряда ВВ без снижения выхода алмаза в единичном опыте.

После серии опытов содержание алмазов в конденсированных продуктах взрыва составило 75%, а выход алмазов от массы ВВ превышал 9%. Экспериментальная проверка показала, что допускаемая масса заряда ВВ в единичном опыте может быть увеличена по сравнению с прототипом примерно в 2 раза, что позволяет увеличить производительность способа в целом. Присоединение системы подачи охлаждающей жидкости к донной части взрывной камеры дает возможность ее использования для удаления продуктов взрыва путем вытеснения, что упрощает способ.

Проведенная экспериментальная проверка предлагаемого способа показала, что его применение позволит упростить способ и увеличить его производительность.