Повна версія

Головна arrow Товарознавство arrow Теорія горіння та вибуху

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

Горіння магнію, алюмінію та їх сплавів в окислювальних середовищах

Для детального вивчення процесу займання і горіння металів досить плідним є застосування швидкісний мікрофотографування. Даний метод дозволив вивчити характерні особливості процесу: послідовність стадій, структуру зони горіння і т.д.

Для дослідження процесу горіння одиночних металевих частинок використовується метод швидкісної мікрофотографування палаючих часток (рис. 2.3). Задана окислювальна середу створюється продувкою камери приготовленої газовою сумішшю. Займання частинки досягається за допомогою нагреваемого сілітового стрижня. Частинка розміщується безпосередньо на поверхні стрижня або на вістрі вольфрамової голки; в першому випадку має місце несиметричний процес, аналогічний горінню частинки на поверхні конденсованої системи, у другому випадку досягається симетричність процесу, аналогічно знаходженню частинки в потоці газоподібних продуктів розкладання конденсованої системи. Температура вимірюється малоінерційними термопарами, розташованими на поверхні частинки і на певному віддаленні від неї.

Схема установки для дослідження процесу горіння нерухомих частинок металевого пального в газоподібних окислювальних середовищах при нормальному атмосферному тиску

Рис. 2.3. Схема установки для дослідження процесу горіння нерухомих частинок металевого пального в газоподібних окислювальних середовищах при нормальному атмосферному тиску:

1 - кінокамера СКС-1М; 2 - мікроскоп МБС-2; 3 - камера з окислювальним середовищем; 4 - освітлювальні лампи; 5 - досліджувана частинка на підвісці; 6 - елементи токоподвода; 7 - нагрівальний елемент

Горіння магнію

Горіння магнію в повітрі

Займання частинок магнію діаметром 100-1000 мкм відбувається при температурі 920-970 К і носить гетерогенний характер, тобто появі полум'я передують окислювальні реакції на поверхні частинки (рис. 2.4, а).

Надалі реакції переходять в газову фазу. Тривалість формування зони світіння навколо частинки становить 0,1- 1 мс.

У процесі горіння частинку оточує сферична зона світіння, неоднорідна і має факельну структуру (рис. 2.4, б).

Із зовнішнього боку контури зони світіння розмиті, це ускладнює визначення її розмірів. Частинки оксиду магнію, що буря із зони свічення, що не перевершують 1 мкм. Світіння самої частинки менш інтенсивно, ніж світіння зони реакції.

Тривалий час розміри і структура зони горіння не міняються. Це свідчить про стаціонарності процесу вигорання магнію з частинки. Ставлення радіусу зони світіння r св до початкового радіусу частинки r 0 при нормальному атмосферному тиску становить 4,15.

На заключній стадії горіння процес стає нестаціонарним (рис. 2.4, в). Ця стадія характеризується поступовим зменшенням зони світіння до розмірів частки (її оксидної оболонки) і посиленням неоднорідності світіння за рахунок появи факелів на поверхні частинки. Наприкінці горіння розмір частинки зменшується, що обумовлено плавленням оксидної оболонки. Погасла частинка оксиду якийсь час продовжує світитися (рис. 2.4, г).

Горіння частинки магнію в повітрі при нормальному атмосферному тиску

Рис. 2.4. Горіння частинки магнію в повітрі при нормальному атмосферному тиску:

а - частка до моменту її займання; б - стаціонарне вигоряння магнію з частинки; в - нестаціонарне вигоряння магнію: г - частка оксиду, що утворилася після згоряння магнію

Час стаціонарного горіння частинки магнію в повітрі складає 0,85-0,9 від загального часу горіння τгор. Час нестаціонарного горіння одно (0,10 ÷ 0.15) τгор, а час світіння оксидної частинки - (0,15 ÷ 0,2) τгор. Середнє відношення діаметра оксидної частинки до початкового діаметру частинки одно 0,75 у разі симетричного горіння і 1,25, коли частка горить на поверхні нагрівального елемента. Залежність часу горіння від розміру часток виражається емпіричними формулами: для симетричного горіння і для несиметричного горіння (τгор - в с, d 0 - в мм).

Підвищення тиску призводить до появи пульсації світлового випромінювання. Час горіння частинок, а також величини До і п залежно зменшуються (рис. 2.5).

Залежність часу горіння τ (а), константи К (б) і показника ступеня і (в) від тиску при горінні частинок магнію в повітрі (а і 1) і діоксиду вуглецю (2)

Рис. 2.5. Залежність часу горіння τ (а), константи К (б) і показника ступеня і (в) від тиску при горінні частинок магнію в повітрі і 1) і діоксиду вуглецю (2)

Горіння магнію в сумішах кисню з аргоном

Основні особливості процесу горіння магнієвої частинки в кисень-аргонної суміші ті ж, що і в повітрі. Розміри зони світіння залежать від складу суміші: із збагаченням суміші киснем ставлення Rсв / r0 зростає. При цьому також зростає і інтенсивність світіння частинки.

При високих змістах кисню стає можливим дроблення частинок.

Залежність часу горіння від розміру часток, вмісту кисню в суміші у разі несиметричного горіння виражається емпіричною формулою

(2.1)

де Р - загальний тиск; - парціальний тиск кисню в МПа.

Для симетричного горіння формула має подібний вигляд, але числовий коефіцієнт зменшується із зростанням вмісту кисню.

Горіння магнію в діоксиді вуглецю і водяній парі

Тепловий ефект реакції взаємодії магнію з діоксидом вуглецю менше, ніж з киснем. Через це до моменту займання магнію в діоксиді вуглецю на поверхні частинки утворюється товста оксидна плівка. Крім того, що утворюються при взаємодії магнію та діоксиду вуглецю частинки елементарного вуглецю закупорюють отвори в плівці. Тому горіння магнію в діоксиді вуглецю носить пульсуючий характер. Пари магнію періодично проривають оболонку, закінчуються з частинки і згоряють з утворенням окремих факелів. Утворюється після згоряння пухка темно-сіра оболонка складається з суміші окміда магнію і вуглецю зі слідами карбіду магнію Mg2C3, обнаруживаемое рентгеноструктурньїм аналізом.

Емпіричні залежності часу горіння магнію від розміру його частинок при горінні в СO2 і сумішах СO2 з аргоном мають такий вигляд:

При взаємодії магнію з водою поряд з конденсованим оксидом або гідроксидом магнію утворюється газоподібний продукт реакції - водень, що може суттєво впливати на характер займання і горіння.

Перехід реакції з поверхні в об'єм після гетерогенного займання супроводжується руйнуванням окисної плівки; від поверхні частинки піднімається хмара пластівців, яка швидко збільшується до певного розміру. Відношення діаметра хмари до початкового діаметру частинки становить 2,0-2,2. Після вигоряння магнію з пластівців утворюється твердий скелет гіллястого будови - "корал".

Температура займання магнію у водяному парс на 100 градусів нижче, ніж у повітрі. Залежність виражається формулами при несиметричному горінні і при симетричному горінні. Швидкість горіння магнію в водяній парі більше, ніж у повітрі, але менше, ніж у чистому кисні.

 
<<   ЗМІСТ   >>