SE501223C2

SE501223C2 - Methods and apparatus for making pyrotechnic kits by rolling

Info

Publication number: SE501223C2
Application number: SE9202465A
Authority: SE
Inventors: Hermann Schmid; Staffan Calsson
Original assignee: Bofors Explosives Ab
Priority date: 1992-08-28
Filing date: 1992-08-28
Publication date: 1994-12-12
Also published as: SE9202465L; SE9202465D0; WO1994005607A1

Abstract

The present invention includes a method of producing pyrotechnical charges comprising two or more preferably solid components and solvent such as water, alcohol or the like and/or a binder by mixing, grinding, compaction and granulation of relevant components in one or more stages in a per se known apparatus of the mixing and shear-rolling mill type. The present invention also includes a mixing and shear-rolling mill divided into a plurality of temperature zones.

Description

501 223 pyrotekniska satser innebär dessutom oftast kravet på malning eller finfördelning av en eller flera lättantändliga substanser. In addition, 501 223 pyrotechnic kits usually involve the requirement for grinding or atomizing one or more flammable substances.

Dessutom innehåller de pyrotekniska satserna som regel små mängder bindemedel. Detta sammantaget innebär att de pyrotekniska satserna av säkerhetsskäl som regel hittills endast kunnat tillverkas satsvis i begränsade mängder. Vanligtvis har därvid kollergångar eller motsvarande anordningar kommit till användning. I kollergången utsättes de tillförda kompo-nenterna för en omblandning och en samtidig malning och komprimering som om en filmbildande komponent finns närvarande ger upphov till en agglomeratuppbyggnad som ger nya partiklar innehållande de olika komponenterna i finfördelad form. Den filmbildande komponenten kan vara ett lösningsmedel såsom vatten, alkohol, klorerade kolväten eller motsvarande som ger en åtminstone lokal upplösning av någon av de ingående fasta komponenterna alternativt en av de fasta komponenterna som åtminstone punktvis smälter då de komprimeras med ett tillräckligt högt tryck och friktion som i så fall måste överskridas.In addition, the pyrotechnic kits usually contain small amounts of binder. All in all, this means that, for safety reasons, the pyrotechnic kits have, as a rule, so far only been able to be manufactured in batches in limited quantities. Usually, walkways or similar devices have been used. In the collar process, the supplied components are subjected to a mixing and a simultaneous grinding and compaction as if a film-forming component is present giving rise to an agglomerate structure which gives new particles containing the various components in finely divided form. The film-forming component may be a solvent such as water, alcohol, chlorinated hydrocarbons or the like which gives an at least local solution of any of the constituent solids or alternatively one of the solids which melts at least pointwise when compressed with a sufficiently high pressure and friction which in that case must be exceeded.

Föreliggande uppfinning har nu till uppgift att presentera en ny generell metod för framställning av pyrotekniska satser. Denna metod innebär användningen av en i och för sig känd anordning ett s k bland- och skjuvvalsverk (Misch- und Scherwalzwerk, ty) för detta ändamål. Denna typ av anordning kan användas för malning, blandning, homogenisering avdrivning av lösnings- medel och granulering av plastiska massor.The present invention now has for its object to present a new general method for the production of pyrotechnic kits. This method involves the use of a device known per se, a so-called mixed and shear rolling mill (Misch- und Scherwalzwerk, ty) for this purpose. This type of device can be used for grinding, mixing, homogenizing solvent evaporation and granulating plastic masses.

Genom att man vid bland- och skjuvvalsverket har en större kontroll över den kompression som behandlingsgodset utsättes för kan kompression ökas och därmed ökar även möjligheterna att ersätta större eller mindre delar av tidigare nödvändigt lösnings- eller bindemedel som filmbildande substans med en vid sin kompression smältbar fast substans. Eftersom ett lösnings- medels effekt därvid även successivt kan ersättas av en vid sin kompression smältbar fast substans samtidigt med att lös- ningsmedlet avdrives så kan denna anordning användas för 501 223 framställning av pyrotekniska satser med lägre lösnings- medelshalter än vad som tidigare varit möjligt att framställa under säkra och kontrollerade former.By having a greater control over the compression to which the treatment material is subjected at the mixing and shear rolling mill, compression can be increased and thus also increases the possibilities of replacing larger or smaller parts of previously necessary solvent or binder as a film-forming substance with a melt-soluble solid. substance. Since the effect of a solvent can then also be successively replaced by a solid which can be melted during compression at the same time as the solvent is evaporated, this device can be used for the production of pyrotechnic batches with lower solvent contents than has previously been possible. produce in safe and controlled forms.

Bland- och skjuvvalsverket består av minst två på ett reglerbart avstånd från varandra och parallellt med varandra anordnade fö- reträdesvis med olika hastigheter mot varandra roterbara mal- ningsvalsar som är försedda med spiralskurna skarpkantade spår som bildar en vinkel om 5-45° med respektive valsaxel och som är så vinklade relativt varandra att de då valsarna roterar ger intryck av att kontinuerligt röra sig mot valssystemets ena ände. I motsats till ett normalt valsverk är det nu det V-formade valsnypet som bildas mellan valsarnas motroterande överytor och ej den minsta valsspalten mellan valsarna som i första hand utnyttjas för bearbetning av dit tillfört material. Om en högviskös finpartiklig substans tillförs nämnda valsnyp i den ände mot vilken räffelspåren synbart rör sig så kommer substansen successivt att förskjutas i motsatt riktning mot räffelspårens synbara rörelseriktning. För att fungera på ovan antytt sätt krävs att valsarna är anordnade på ett i förhållande till den aktuella substansens viskositet anpassat avstånd från varandra. Om så är fallet bildas nämligen en film av substansen ifråga på den snab- bast roterande valsens ytterperiferi samtidigt som substansen alltså successivt förflyttas i ovan nämnd riktning.The mixing and shearing rolling mill consists of at least two at a controllable distance from each other and in parallel arranged preferably at different speeds rotatable grinding rollers which are provided with spirally cut sharp-edged grooves which form an angle of 5-45 ° with the respective rolling axis and which are so angled relative to each other that when the rollers rotate they give the impression of continuously moving towards one end of the roller system. In contrast to a normal rolling mill, it is now the V-shaped roller nip which is formed between the counter-rotating upper surfaces of the rollers and not the smallest roller gap between the rollers which is primarily used for processing material fed there. If a highly viscous fine-particle substance is added to said roll nip at the end towards which the groove grooves visibly move, the substance will gradually be displaced in the opposite direction to the visible direction of movement of the groove grooves. In order to function in the manner indicated above, it is required that the rollers are arranged at a distance adapted to the viscosity of the substance in question. If this is the case, a film of the substance in question is formed on the outer periphery of the fastest rotating roller at the same time as the substance is thus successively moved in the above-mentioned direction.

Genom reglering av valsspalten och valsarnas hastigheter både i sig och relativt varandra kan den huvudsakliga bearbetningen av till valsnypet tillfört material ställas om mellan malning, bland- ning, transport, kompaktering och/eller avfuktning och torkning.By regulating the roller gap and the speeds of the rollers both per se and relative to each other, the main processing of material fed to the roller nip can be switched between grinding, mixing, transport, compaction and / or dehumidification and drying.

Anordningen är således mycket mångsidig men det finns idag endast begränsade erfarenheter om hur olika material skall be- arbetas på densamma.The device is thus very versatile, but today there is only limited experience of how different materials are to be processed on it.

Den nu aktuella anordningen finns närmare beskriven i 501 223 EP-A-0 148 966 (85 116 647.0) där man bland annat hävdar att anordningen är speciellt lämplig för transport, blandning och homogenisering av gummi och olika plastmaterial.The present device is described in more detail in 501 223 EP-A-0 148 966 (85 116 647.0) where it is claimed, inter alia, that the device is particularly suitable for transport, mixing and homogenization of rubber and various plastic materials.

Användningen av den nu aktuella anordningen i explosivämnes- sammanhang är inte heller den helt ny eftersom man i DE-OS- 36 35 296 föreslår användningen av bland- och skjuvvalsverk för framställning av sk pol-krut. Därvid utnyttjar man dock an- ordningens egenskaper främst för gelatinering av krutet och av- drivning av det vatten som ingår i den vattenfuktade krutmassa som användes som utgångsmaterial.The use of the present device in the context of explosives is also not entirely new, since DE-OS-36 35 296 proposes the use of mixed and shear rolling mills for the production of so-called polar gunpowder. However, the properties of the device are mainly used for gelatinization of the powder and evaporation of the water contained in the water-moistened powder mass used as a starting material.

Ytterligare en användning för bland- och skjuvvalsverket inom explosivämnesindustrien finns beskrivet i SE-A-4654 572 där det föreslås för blandning, bearbetning och homogenisering av bindemedelshaltiga gjutbara alternativt pressbara sprängämnen med hög viskositet och innefattande kristallina och/eller parti- kelformiga komponenter i form av sekundärsprängämnen och eller metallpulver. I denna patentskrift finns även beskrivet hur man granulerar den erhållna slutprodukten i höjd med valsver- kets utloppsända.A further use for the blending and shear rolling mills in the explosives industry is described in SE-A-4654 572 where it is proposed for mixing, processing and homogenizing binder-containing moldable or compressible explosives with high viscosity and comprising crystalline and / or particulate components in the form of secondary explosives and or metal powders. This patent also describes how to granulate the obtained end product at the height of the outlet end of the rolling mill.

Den nu aktuella typen av anordning har alltså redan tidigare fö- reslagits för framställning av två mer eller mindre specifika ty- per av explosivämnen nämligen en mycket speciell kruttyp och en definierad grupp av sprängämnen med mycket hög visko- sitet. Den senare även innefattande militära sprängämnen av typ sprängdeg. Mot bakgrund av detta skulle den som endast har ytliga kunskaper om explosivämnestillverkning kunna tänkas anse att det borde ligga nära till hands för fackmannen att dra den slutsatsen att anordningen ifråga borde vara speciellt lämplig för varje typ av explosivämnestillverkning.The current type of device has thus already been proposed for the production of two more or less specific types of explosives, namely a very special type of powder and a defined group of explosives with very high viscosity. The latter also includes military explosives of the explosive dough type. In view of this, those who have only superficial knowledge of the manufacture of explosives could consider that it should be convenient for the person skilled in the art to conclude that the device in question should be particularly suitable for any type of explosive manufacture.

Så enkelt är det emellertid inte eftersom varje typ av explosiv- ämne och då kanske främst pyrosatserna idag tillverkas med sin speciella teknik utarbetad genom erfarenheter vunna under en J' 501 223 lång följd av år. I detta sammanhang kan man alltså aldrig ta nå- got för helt givet.However, it is not that simple because every type of explosive, and then perhaps mainly the pyrosates today, are manufactured with their special technology developed through experience gained over a long period of years. In this context, one can thus never take anything for granted.

Nu har vi emellertid delvis till vår egen förvåning kunna konstatera att bland- och skjuvvalsverket faktiskt även är lämpligt för framställning av pyrotekniska satser i en kontinuer- lig process.Now, however, we have partly to our own surprise been able to state that the mixed and shear rolling mill is in fact also suitable for the production of pyrotechnic kits in a continuous process.

Vid framställning av pyrotekniska satser är det ett antal kriterier som är av speciell vikt och då kanske först säkerhetsaspekten.When producing pyrotechnic kits, there are a number of criteria that are of special importance and then perhaps first the safety aspect.

Som tidigare antytts är de pyrotekniska satserna som regel be- tydligt mer lättantändliga än de flesta krut och sprängämnes-ty- perna. På bland- och skjuvvalsverket finns endast begränsade mängder tillgängliga i en och samma tidpunkt trots att processen som sådan kan drivas kontinuerligt. Detta tillsammans med att den bearbetade satsen ligger helt öppet innebär att endast be- gränsade bränder kan bli aktuella i den på valsverket befintliga mängden bearbetat material.As previously indicated, the pyrotechnic kits are generally considerably more flammable than most types of gunpowder and explosives. At the mixing and shearing rolling mill, only limited quantities are available at one and the same time, despite the fact that the process as such can be run continuously. This, together with the fact that the processed batch is completely open, means that only limited fires can be relevant in the amount of processed material present at the rolling mill.

Pyrotekniska satser består vidare som regel av ett ﬂertal olika komponenter som kan kräva olika lång och/eller intensiv bear- betning och detta kan vid valsverket lösas genom att dessa kom- ponenter tillförs vid olika punkter längs med valsnypet. En ytterligare fördel med bland- och skjuvvalsverket är att den bearbetade substansen successivt förskjutes längs valsnypet. Den därvid erhållna bearbetningen och kompressionen kan därför kompletteras med olika värmebehandlingar antingen åstadkommen genom att valsarna ges olika temperaturer eller genom att valsarna delas upp i olika temperaturzoner vilka i sin tur genom värmning eller kylning ges sin speciella temperatur.Pyrotechnic kits also usually consist of a number of different components that may require different lengths and / or intensive machining, and this can be solved at the rolling mill by adding these components at different points along the nip. An additional advantage of the mixing and shearing rolling mill is that the processed substance is gradually shifted along the nip. The resulting processing and compression can therefore be supplemented with different heat treatments either achieved by giving the rollers different temperatures or by dividing the rollers into different temperature zones which in turn are given their special temperature by heating or cooling.

Detta kan t ex utnyttjas för att genom kylning kvarhålla en önskbar förångbar substans alternativt genom upphettning avdriva en dylik icke önskbar substans.This can be used, for example, to retain a desirable evaporable substance by cooling or, alternatively, to evaporate such an undesirable substance by heating.

Ett annat väsentligt drag vid framställningen av pyrotekniska 501 223 satser att de ingående komponenterna ofta måste kompakte- ras och granuleras i flera steg. Vid det hittills vanligaste sättet att framställa pyrotekniska satser nämligen med hjälp av en koller- gång har man i ﬂertypsprocesserna varit tvungen att sikta av de allt för finpartíkliga delarna av utgångssubstanserna. Om man istället utnyttjar det nu aktuella valsverket för bearbetning av substansen ifråga så kan man genom en lämplig tillförsel av lös- ningsmedel och eller bindemedel tillse att huvuddelen eller före- trädesvis allt finmaterial binds i det på den snabbast roterande valsen bildade skiktet. Skulle så inte ske så kommer Överskotts- materialet att falla genom valsnypet där det kan tillvaratas och eventuellt återföras till valsnypet tillsammans med lösningsme- del, bindemedel eller dylikt vid valsens inmatningsända. Detta innebär att man vid framställningen av pyrotekniska satser bland- och skjuvvalsverket ofta måste räkna med att man kan vara tvungen att öka mängden filmbildande substans i form av bindemedel, lösningsmedel och/eller fast smältbar substans något jämfört med de mängder som normalt användes vid framställning av samma pyrotekniska satser i en kollergång. Så länge det rör sig om lösningsmedel är detta dock inget problem eftersom bland- och skjuvvalsverket även kan utnyttjas för avdrivning av lösningsmedel såväl genom urkramning eller urpressning som genom ren torkning.Another essential feature in the production of pyrotechnic 501 223 propositions is that the constituent components often have to be compacted and granulated in several steps. In the hitherto most common way of producing pyrotechnic theorems, namely with the aid of a collar passage, in the yptype processes it has been necessary to aim at the overly fine-particle parts of the starting substances. If the rolling mill in question is instead used for processing the substance in question, it can be ensured by a suitable supply of solvent and / or binder that the main part or preferably all fine material is bound in the layer formed on the fastest rotating roll. Should this not happen, the surplus material will fall through the roll nip where it can be recovered and possibly returned to the roll nip together with solvent, binder or the like at the feed end of the roll. This means that in the production of pyrotechnic batches the mixing and shearing rolling mill often has to reckon with the fact that one may have to increase the amount of film-forming substance in the form of binder, solvent and / or solid fusible substance somewhat compared with the amounts normally used in the production of the same pyrotechnic theorems in a checkerboard. As long as it is a solvent, however, this is not a problem because the mixing and shear rolling mill can also be used for evaporating solvents both by squeezing or squeezing out as well as by pure drying.

Som exempel på i sammanhanget tänkbara bindemedel kan anges nedan uppräknade alternativ. De flesta tidigare kända som bindemedel i explosivämnessammanhang. I förekommande fall krävs även lösningsmedelstillsatser. De aktuella bindemedlen är: l. Akrylat, som lösningsmedelspolymer och dispersion. 2. Polyuretaner, två eller ﬂerkomponent, eller dispersion. 3. Cellulosaderevat såsom lösningsmedelslösliga och vattenlösliga. 501 223 4. PVC, Polyvinylklorid som lösningsmedelslösliga eller som dispersioner. 5. Polyvinylacetat som lösningsmedelslösliga eller som dispersioner. 6. Polyisobutadiener som lösningsmedelslösliga med molvikten 200-2000. 7. Klorkautchuk som lösningsmedelslösligt bindemedel. 8. Olika typer av vaxer, nativa och icke nativa. 9. Energetiska bindemedel såsom glycidyl- azidpolymerer (GAP). 10. Polymeriserbara nitroaromater.As an example of possible binders in this context, the alternatives listed below can be stated. Most previously known as binders in the context of explosives. Where applicable, solvent additives are also required. The binders in question are: 1. Acrylate, as solvent polymer and dispersion. 2. Polyurethanes, two or ﬂ component, or dispersion. Cellulose derivatives such as solvent soluble and water soluble. 501 223 4. PVC, Polyvinyl chloride as solvent soluble or as dispersions. 5. Polyvinyl acetate as solvent soluble or as dispersions. Polyisobutadienes as solvent soluble with a molecular weight of 200-2000. 7. Chlorine rubber as a solvent-soluble binder. 8. Different types of waxes, native and non-native. Energetic binders such as glycidyl azide polymers (GAP). 10. Polymerizable nitroaromatics.

I sammanhanget lämpliga lösningsmedel är främst vatten och med de ingående komponenterna kompatibla alkoholer eller klorerade kolväten.Suitable solvents in this context are mainly water and the alcohols or chlorinated hydrocarbons compatible with the constituent components.

De pyrotekniska satserna innehåller som regel ett flertal olika partikelformiga komponenter av vilka flera kan vara mycket lättantändliga och detta sammantaget gör dessa material mycket besvärliga att bearbeta. Trots detta har de nu visat sig vara för- vånansvärt lätta att bearbeta på ett bland- och skjuvvalsverk.The pyrotechnic kits usually contain a number of different particulate components, several of which can be highly flammable, and this together makes these materials very difficult to process. Despite this, they have now proved to be surprisingly easy to machine on a mixed and shear rolling mill.

Föreliggande uppfinning kan alltså rent generellt sägas inbegripa ett sätt att framställa pyrotekniska satser innefattande två eller flera företrädesvis fasta komponenter samt lösningsmedel såsom vatten alkohol eller dylikt och/eller ett bindemedel genom blandning, malning, komprimering och granulering av aktuella komponenter i ett eller flera steg på en i och för sig känd anord- ning av typen bland- och skjuvvalsverk.The present invention can thus generally be said to include a method of preparing pyrotechnic kits comprising two or more preferably solid components and solvents such as water alcohol or the like and / or a binder by mixing, grinding, compressing and granulating relevant components in one or more steps on a per se known device of the mixed and shear rolling mill type.

Sättet enligt uppfinningen kan sålunda inbegripa tillförsel av aktuella komponenter till valsverket vid en eller flera punkter längs detsamma, malning och kompaktering av nämnda kompo- nenter i valsnypet mellan valsarna samt formning av ett skikt av därvid erhållen blandning som under kontinuerlig bearbetning 501 223 förskjutes längs valsen och vid dess' slutända brytes upp och gra- nuleras till önskad partikelstorlek om så behövs återföras till valsverket för en ny bearbetning, eventuellt under tillsats av ytterligare material.The method according to the invention can thus comprise supplying relevant components to the rolling mill at one or more points along the same, grinding and compacting said components in the roll nip between the rollers and forming a layer of resulting mixture which is displaced along the roll during continuous processing. and at its end, it is broken up and granulated to the desired particle size if necessary and returned to the rolling mill for a new processing, possibly with the addition of additional materials.

I all korthet är sålunda föreliggande uppfinning detsamma som insikten om att det s k bland- och skjuvvalsverket är en utom- ordentlig anordning för framställning av pyrotekniska satser där valsverkets unika egenskaper verkligen kommer till sin rätt.In short, the present invention is thus the same as the realization that the so-called mixed and shear rolling mill is an excellent device for producing pyrotechnic kits where the unique properties of the rolling mill really come into their own.

Avslutningsvis kan som exempel på pyrotekniska satser lämpliga att framställas i enlighet med föreliggande uppfinning nämnas produkter av den typ som beskrivs i den internationella patent- ansökan PCT/EP90/OO887 (WO 90/15788) och som utgörs av en finfördelad blandning av ascorbinsyra och ett nitratinnehållande oxidationsmedel såsom kaliumnitrat.Finally, as examples of pyrotechnic kits suitable for preparation in accordance with the present invention, there may be mentioned products of the type described in the international patent application PCT / EP90 / OO887 (WO 90/15788) and which consist of a finely divided mixture of ascorbic acid and a nitrate-containing oxidizing agents such as potassium nitrate.

Claims

501 223 PATENT CLAIMS

1. Methods of preparing pyrotechnic batches by grinding, processing, compacting and possibly granulating components contained therein in the presence of one or more of the film-forming substances which during processing give rise to new particles containing the various components in finely divided form characterized in that the process is carried out on a so-called mixed and shear rolling mill of a type known per se.

2. A method according to claim 1, characterized in that at least one solid component which can be melted in itself at least pointwise in the compression of the pulp is used as a film-forming substance.

3. The method according to claim 1, characterized in that a binder or a solvent which can dissolve at least one of the solid components included in the finished pyrotechnic batch is supplied as film-forming substance.

4. A method according to claim 3, characterized in that solvent is added to one or two solvents selected from a group consisting of water, alcohol or chlorinated hydrocarbon compounds.

5. A method according to any one of claims 1-4, characterized in that the grinding, processing, compaction and the possible granulation are carried out on and in the roll nip between the rollers in a mixing and shearing rolling mill of a per se known type, the rollers of which are divided into different sections that can be given different temperatures depending on the composition and desired properties of the desired pyrotechnic kit.

A method according to claim 1 to reduce the final amount of solution or binder in an explosive substance such as preferably a pyrotechnic batch characterized in that said substance is finalized on a mixing and shear rolling mill of the per se known type where previously necessary solution and the effect of the binder on the viscosity of the substance is at least partially replaced by a local melting of one or more solid components contained therein by a compression. / 0 501 223

Device for the production of explosive substances with high viscosity and then primarily pyrotechnic batches in accordance with the method according to claim 6 in the form of a so-called mixed and shear rolling mill of a per se known general type, characterized in that it comprises ﬂ era temperature zones that have been separately supplied with cooling and heating medium, respectively, in order to be given a predetermined temperature.

Device according to Claim 7, characterized in that the two rollers included in the mixing and shear rolling mills each constitute a temperature zone.

9. Device according to claim 8, characterized in that the two rollers included in the mixing and shearing rolling mill are separately divided into separate temperature zones, each of which is supplied with heating and cooling medium in accordance with a predetermined scheme.