Что такое горение металлов

Горение металлов

По характеру горения металлы делятся на две группы: летучие и нелетучие. Летучие металлы обладают относительно низкимитемпературами фазового перехода, температура их плавления менее1000 К, температура кипения 1000 К, а Ткип > 2500 К. Механизм горения металлов во мно­гом определяется состоянием их оксидов. Температура плавления летучих металлов зна­чительно ниже температуры плавления их оксидов. При этом оксиды представ­ляют собой достаточно пористые соединения.

При воздействии ИЗ на поверхность металла проис­ходит его испарение и окисление. При достижении НКПРП происходит их воспламенение. Зона диффузион­ного горения устанавливается у поверхности. Образующиеся пары, свободно диффундируют через пористую оксидную пленку и поступают в зону горения. Кипение металла вызы­вает периодическое разрушения оксидной пленки, что ин­тенсифицирует горние. Продукты горения, окислы металлов диффундируют не только к поверхности металла, способст­вуя образованию корки окисла (оксида), но и в окружающее про­странство, где, конденсируясь, образуются твердые частички в виде белого дыма. Белый плотный дым – признак горения летучих металлов.

У нелетучих металлов при горении на поверхности образуется более плотная окисная пленка, она хорошо сцепляется с поверхностью металла. В результате этого скорость диффузии паров металла через пленку затруднена и поэтому крупные частицы алюминия, бериллия гореть не способны. Как правило, нелетучие металлы горят в виде стружки, порошка аэрозолей. Их горение проходит без об­разования плотного дыма. При горении металлических пылей следует знать особенности, отличающие их от горения органических пылей:

1) при приближении состава горючей смеси (металл-
воздух) к стехиометрической (a = 1) скорость распространения
пламени возрастает;

2) скорость горения металлических пылей одного порядка с горением смесей предельных углеводородов;

3) горение металлов возможно не только в окислительной среде, но и в продуктах горения органических веществ, в этом случае горение протекает за счет экзотермической реакции воспламенения воды до водорода.

4) аэрогель металлов повышает свои пожароопасные свойства при увлажнении. Склонен к самовозгоранию. И при воспламенении развивает температуру, в десятки раз превышающую горение сухой аэровзвеси. Так, испытания, проведенные ФГУ ВНИИПО МЧС России, показали следующиерезультаты:

· для испытаний были приготовлены две 40-литровые фляги с порошком циркония. Порошок в одном случае был сухой, в другом увлажненный. При воспламенении сухого циркония горение продолжалось 30 мин, Тпл = 1200 0 С, температура воздуха на расстоянии 40 м от фляги составила 300 0 С;

· при воспламенении увлажненного порошка циркония процесс горения не превысил 5 минут, столб пламени имел высоту около 30 м, температура воздуха на расстоянии 40 м от очага горения составила 1300 0 С.

Вопросы для самоконтроля

1. Как классифицируются органические, неорганические ТГМ?

2. Какие соединения относятся к комплексным ТГМ?

3. Как ведут себя при нагревании каучуки, термопласты?

4. Как ведут себя при нагревании древесина, реактопласты?

5. Какие ТГМ горят по гетерогенному механизму?

6. В чем состоит принцип действия огнезащиты ТГМ?

7. Какие способы теплопередачи участвуют в распространении горения по ТГМ?

8. От каких факторов зависит скорость горения ТГМ?

9. В чем сходство в горении жидкостей и ТГМ?

10. Что происходит при воспламенении древесины?

11. Как протекает процесс термического разложения (пиролиза) древесины?

12. При какой температуре происходит прекращение выхода летучих соединений и начало горения углеродистого остатка древесины?

13. Что называется горючей пылью?

14. Что представляют собой аэрогель и аэровзвесь?

15. Какие свойства пылей характеризуют ПВО аэрогеля и аэровзвесей?

16. Каковы основные положения теории горения аэровзвесей?

17. От каких параметров зависят пределы воспламенения аэровзвесей?

18. Как классифицируются металлы по характеру горения?

19. Каковы особенности горения летучих металлов?

20. Каковы особенности горения нелетучих металлов?

Источник

Электронная библиотека

Металлы отличаются от других твердых горючих веществ тем, что на их поверхности в процессе окисления образуются твердые оксиды, пленка которых препятствует прямому контакту реагирующих веществ. Опыты по возгоранию металлов показали, что некоторые из них (Fe, Al, Zn, Sn) в компактном состоянии способны гореть только в виде кусочков, проволочек, фольги, ленты. В виде же порошка они способны даже самовозгораться и гореть в большой массе. Другие металлы (К, Na, Li) способны возгораться и гореть в компактном состоянии и в большой массе.

На способность металлов возгораться и гореть большое влияние оказывают химические и физические свойства как самих металлов, так и их оксидов. Особенно большое влияние на возгораемость и характер горения оказывают температуры плавления и кипения металлов и их оксидов. По этим физическим свойствам металлы подразделяются на летучие и нелетучие.

Все эти металлы имеют низкую температуру плавления и при горении находятся в жидком состоянии. Температура кипения их (кроме калия) ниже температуры плавления оксидов, поэтому на жидком металле могут находиться твердые оксиды.

Читайте также:  Набор сверл по металлу с левым вращением

При контакте металлов с источником зажигания, например с пламенем, они нагреваются и окисляются. Оксиды всех металлов, приведенные в табл. 7.7, пористы и не способны изолировать поверхность металла от дальнейшего окисления, а следовательно, и нагревания. Через некоторое время металл расплавляется и начинает испаряться.

Пары его диффундируют сквозь пористый твердый оксид в воздух. Когда концентрация паров в воздухе будет достаточная для воспламенения, возникает горение. Зона диффузионного горения (короткое пламя) устанавливается вблизи поверхности оксида, и большая часть теплоты реакции передается металлу, в результате этого он нагревается до температуры кипения. Кипение металла вызывает разрыв корки оксида и более интенсивное горение.

Источник

Пожар класса «D» — горение металлов

Пожары класса D: горят ли металлы?

Фраза «горение металлов» у многих вызывает недоумение. Люди далекие от вопросов пожарной безопасности уверены, что металлы не горят. Однако это не совсем так. Некоторые металлы способны не просто гореть, но даже самовоспламеняться.

Основные опасности, которые несут в себе разные металлы:

  • Алюминий – легкий электропроводный металл с довольно низкой температурой плавления (660°С), в связи с чем при пожаре может произойти разрушение алюминиевых конструкций. Но самым опасным является алюминиевый порошок, который несет в себе угрозу взрыва и может гореть.
  • Кадмий и многие другие металлы под воздействием высоких температур выделяют токсичные пары. Поэтому тушение горящих металлов следует производить в защитных масках.
  • Щелочные металлы (натрий, калий, литий) вступают в реакцию с водой, образуя при этом водород и количество теплоты, необходимой для его воспламенения.
  • Чугун в виде порошка при воздействии высоких температур или огня может взорваться. Искры от чугуна могут спровоцировать возгорание горючих материалов, находящихся вблизи.
  • Сталь, которая не считается горючим металлом, также может загореться, если она находится в порошкообразном состоянии или в виде опилок.
  • Титан – прочный металл, основной элемент стальных сплавов. Плавится он при высоких температурах (2000°С) и в больших конструкциях или изделиях не горит. Но маленькие детали из титана вполне могут воспламениться.
  • Магний – один из главных элементов в легких сплавах, придающий им пластичность и прочность. Гореть могут хлопья и порошок магния. Твердый магний также может воспламениться, но только если его нагреть до температуры выше 650°С.

Как видно, гореть способны в основном измельченные металлы в виде порошка, стружки, опилок. Помимо указанных опасностей, металлы могут также стать причиной травм, ожогов и увечий людей.

Тушение пожаров класса D

Горение класса D происходит на поверхности металла при очень высокой температуре и сильным искрообразованием.

Вода как огнетушащее вещество совершенно не подходит для металлических изделий и порошков, так как многие из них вступают в реакцию с ней, вследствие чего пожар может только усилиться. Также попадание воды на горящий металл может способствовать разбрызгиванию его на людей и окружающие предметы.

Песком также нельзя тушить горящие металлы. Его применение может привести к взаимодействию этих двух материалов и усилить горение.

Для тушения металлов чаще всего используют специальные сухие порошки. Причем для каждого метала необходимо подбирать свой состав.

Горение магния и сплавов на его основе подавляется посредством сухих молотых флюсов, применяемых при их плавке. Флюсы способствуют отделению очага возгорания от воздуха с помощью образующейся жидкой пленки.

Натрий, калий и их сплав тушатся огнетушителями или установками с огнетушащими порошками ПС-1 и ПС-2. Нередко для борьбы с возгоранием этих щелочных металлом используют поваренную соль, аргон и азот.

Горящий натрий можно потушить порошкообразным графитом.

Металлический литий в случае его воспламенения потушить очень непросто. Все самые распространенные огнетушащие вещества для этого не подходят (вода, углекислота, пена и т. д.).

Для устранения возгорания металлического лития были разработаны специальные порошковые смеси ПС-11, ПС-12 и ПС-13. В их основе – различные флюсы и графит с примесями.

Возгорание лития также можно подавить путем вытеснения воздуха из очага горения при помощи аргона.

Металл считается потушенным после охлаждения всех поверхностей.

Источник

Особенности горения и тушения металлов и гидридов металлов

Горение металлов

По характеру горения металлов их делят на две группы: ле­тучие и нелетучие. Летучие металлы обладают относительно низкими температурами фазового перехода — температура плав­ления менее 1000 К, температура кипения не превышает 1500 К. К этой группе относятся щелочные металлы (литии, натрий, ка­лий и др.) и щелочноземельные (магний, кальций). Температуры фазового перехода нелетучих металлов значительно выше. Тем­пература плавления, как правило, выше 1000 К. а температура кипения — больше 2500 К (табл. 1).
Механизм горения металлов во многом определяется состоянием их окисла. Температура плавления летучих металлов зна­чительно ниже температуры плавления их окислов. При этом по­следние представляют собой достаточно пористые образования.

При поднесении источника зажигания к поверхности металла происходит его испарение и окисление. При достижении концентрации паров, равной нижнему концентрационному пределу, про­исходит их воспламенение. Зона диффузионного горения устанав­ливается у поверхности, большая доля тепла перелается металлу, и он нагревается до температуры кипения. Образующиеся пары, свободно диффундируя через пористую окисную пленку, посту­пают в зону горения. Кипение металла вызывает периодическое разрушение окисной пленки, что интенсифицирует горение. Про­дукты горения (окислы металлов) диффундируют не только к по­верхности металла, способствуя образованию корки окисла, но и в окружающее пространство, где, конденсируясь, образуют твер­дые частички в виде белого дыма. Образование белого плотного дыма является визуальным признаком горения летучих металлов.

Читайте также:  Рейтинг ленточных пил по металлу на 220 вольт

У нелетучих металлов, обладающих высокими температурами фазового перехода, при горении на поверхности образуется весь­ма плотная окисная пленка, которая хорошо сцепляется с по­верхностью металла. В результате этого скорость диффузии паров металла через пленку резко снижается и крупные частицы, на­пример, алюминия и бериллия, гореть не способны. Как правило, пожары таких металлов имеют место в том случае, когда они находятся в виде стружки, порошков и аэрозолей. Их горение происходит без образования плотного дыма. Образование плот­ной окисной пленки на поверхности металла приводит к взрыву частицы. Это явление особенно часто наблюдается при движении частицы в высокотемпературной окислительной среде, связывают с накоплением паров металлов под окисной пленкой с последую­щим внезапным ее разрывом. Это, естественно, приводит к рез­кой интенсификации горения.

Основными параметрами их горения являются время воспламе­нения и сгорания. Из теории диффузионного горения следует, что время сгорания частицы металла tг пропорционально квадрату ее диаметра do. Экспериментальные данные показывают, что фактическая зависимость несколько отличается от теоретической. Так, для алюминия tг

Повышение концентрации кислорода в атмосфере интенсифицирует горение металла. Частички алюминия диаметром (53 ÷ 66) 10 -3 мм в атмосфере, содержащей 23% кис­лорода, сгорают за 12,7·10 -3 с, а при повышении концентрации окислителя до 60% — за 4,5·10 -3 с.

Однако для пожарно-технических расчетов большой интерес представляет не время сгорания частицы металла, а скорость рас­пространения пламени по потоку взвеси частиц металла в окис­лителе. В табл.2 приведены экспериментальные данные по скорости распространения пламени и массовой скорости выгора­ния взвеси частиц диаметрами менее 10 -2 мм и 3·10 -2 мм алю­миния в воздухе при различном коэффициенте избытка воздуха.

Особенности резки

К каждой металлической заготовке нужен свой подход. Остановимся на особенностях резки листов, поковок и труб.

Резка листов

Ручная техника применяется для обработки листов. В качестве горючего газа в этом случае часто используют ацетилен, пропан-бутан и природный газ. Первый вариант предпочтительнее, поскольку при его применении время разогрева заготовки минимально.

Листы толщиной 3–300 мм рассекаются резаками Р2А-01 или РЗП-01. Для материала толщиной до 800 мм необходимы специализированные инструменты типа РЗР-2.

При резке стали малой толщины возможны перегревы, коробление металла и оплавление кромок. Чтобы не допустить этого, лучше применять резку с последовательным расположением пламени и кислорода. Мощность пламени должна быть минимальная, а скорость работы — максимальная.

При использовании ручной кислородной резки актуальны следующие технологические приемы:

  • безгратовая резка (позволяет получить срезы без грата (заусенцев, избыточного выдавленного металла) на кромках, подразумевает использование сопла с расширением на выходе и кислорода чистотой более 99,5 %);
  • пакетная резка (позволяет получать качественные срезы тонких листов, подразумевает стягивание в одну пачку заготовок толщиной 1,5–2 мм).

Рисунок 3 — Резка листового металла

Горение – алюминий

Массовая скорость испарения пггф материала в режиме кипения определяется скоростью поступления тепла из зоны горения, которая пропорциональна разности температур горения Тг и кипения Тк. Поскольку Тт в рассматриваемой области давлений почти не изменяется, а Тк увеличивается с увеличением давления, то разность Тг-Тк уменьшается с ростом давления и вместе с этим уменьшается скорость газификации ( испарения) металла тгф а ( Тг-ТК) / ЬИСЯ. Таким образом, при увеличении давления происходит приближение зоны горения к поверхности металла и парофазное горение может прекратиться. Следовательно, при горении алюминия существует область давлений, в которой механизм горения алюминия контролируется скоростью его испарения, и в этой области происходит постепенный переход от парофазного горения при наличии кипения к горению в отсутствие кипения, при котором могут преобладать реакции на поверхности металла. [31]

Близкая к этому значению температура горения алюминия приводится в работах [ 11, с. Температуре 3533 К по формуле (1.15), описывающей кривую кипения, соответствует давление р 3 22 МПа. Отсюда ясно, что при давлениях, больших 3 22 МПа. [33]

Оборудование для кислородной резки

Поскольку для работы часто используют ацетилен, то в качестве оборудования нередко берут установки для ацетиленовой сварки. Вместо сварочных горелок там применяются газовые резаки. Наиболее распространенный вариант — резак инжекторного типа.

По своей конструкции резаки существенно отличаются от горелок. Они имеют дополнительные трубки, через которые подается режущий кислород, и наконечники с мелкими отверстиями для смеси газов. Центральное отверстие предусмотрено для подачи режущего кислорода.

Читайте также:  Дата начала обработки металла

Рисунок 4 — Схема установки для кислородной резки

Принцип работы машины для кислородной резки:

  1. заготовка располагается горизонтально, вентили резака закрыты;
  2. открывается кислородный вентиль, а после — вентиль горючего газа;
  3. смесь воспламеняется и регулируется по мощности;
  4. металл нагревается по площади реза;
  5. открывается вентиль с режущим кислородом, активирующим горение при достижении разогретого металла;
  6. в процессе появляются окислы, они удаляются струей кислорода;
  7. при окончании работы сначала закрывают вентиль режущего кислорода, потом горючего газа, в завершении — горелки.

Основной инструмент комплекта кислородной резки — резак. Существуют классификации этих элементов:

  • по виду горючего газа (резаки для жидких горючих смесей, ацетилена, газов-заменителей);
  • степени автоматизации (ручные, машинные);
  • назначению (специальные и универсальные);
  • смешиванию газов (безинжекторные и инжекторные);
  • мощности пламени (большая, средняя, малая).

Пожары класса D: горят ли металлы?

Фраза «горение металлов» у многих вызывает недоумение. Люди далекие от вопросов пожарной безопасности уверены, что металлы не горят. Однако это не совсем так. Некоторые металлы способны не просто гореть, но даже самовоспламеняться.

Основные опасности, которые несут в себе разные металлы:

  • Алюминий – легкий электропроводный металл с довольно низкой температурой плавления (660°С), в связи с чем при пожаре может произойти разрушение алюминиевых конструкций. Но самым опасным является алюминиевый порошок, который несет в себе угрозу взрыва и может гореть.
  • Кадмий и многие другие металлы под воздействием высоких температур выделяют токсичные пары. Поэтому тушение горящих металлов следует производить в защитных масках.
  • Щелочные металлы (натрий, калий, литий) вступают в реакцию с водой, образуя при этом водород и количество теплоты, необходимой для его воспламенения.
  • Чугун в виде порошка при воздействии высоких температур или огня может взорваться. Искры от чугуна могут спровоцировать возгорание горючих материалов, находящихся вблизи.
  • Сталь, которая не считается горючим металлом, также может загореться, если она находится в порошкообразном состоянии или в виде опилок.
  • Титан – прочный металл, основной элемент стальных сплавов. Плавится он при высоких температурах (2000°С) и в больших конструкциях или изделиях не горит. Но маленькие детали из титана вполне могут воспламениться.
  • Магний – один из главных элементов в легких сплавах, придающий им пластичность и прочность. Гореть могут хлопья и порошок магния. Твердый магний также может воспламениться, но только если его нагреть до температуры выше 650°С.

Как видно, гореть способны в основном измельченные металлы в виде порошка, стружки, опилок. Помимо указанных опасностей, металлы могут также стать причиной травм, ожогов и увечий людей.

Тушение пожаров класса D

Горение класса D происходит на поверхности металла при очень высокой температуре и сильным искрообразованием.

Вода как огнетушащее вещество совершенно не подходит для металлических изделий и порошков, так как многие из них вступают в реакцию с ней, вследствие чего пожар может только усилиться. Также попадание воды на горящий металл может способствовать разбрызгиванию его на людей и окружающие предметы.

Песком также нельзя тушить горящие металлы. Его применение может привести к взаимодействию этих двух материалов и усилить горение.

Для тушения металлов чаще всего используют специальные сухие порошки. Причем для каждого метала необходимо подбирать свой состав.

Горение магния и сплавов на его основе подавляется посредством сухих молотых флюсов, применяемых при их плавке. Флюсы способствуют отделению очага возгорания от воздуха с помощью образующейся жидкой пленки.

Литература:

  1. Чибисов А.Л., Соина Е.А., Габриэлян С.Г., Смирнова Т.М., Габриэлян Г.С. Предельные условия и особенности воспламенения, горения и тушения различных металлов// Водородное материаловедение и химия гидридов металлов: Сборник тезисов VII международной конференции.-Украина, Ялта, 2001.-С.416.
  2. Чибисов А.Л., Смирнова Т.М., Громов А.Д., Акинин Н. И. Определение безопасной удельной скорости выделения водорода в технологическом процессе// Водородное материаловедение и химия гидридов металлов: Сборник тезисов VIII международной конференции.-Украина, Ялта, 2003. С.356-357.
  3. Габриэлян С. Г., Габриэлян Г. С. Рекомендации по тушению жидкого натрия и пирофорных алюмоорганических катализаторов М.: Изд. ВНИИПО, 2000, 19 с.

Другие статьи по теме:

  • Основные неисправности подвески и рулевого управления — часть 1
  • Техника безопасности и основные требования ТБ во время разборки
  • Заточка и правка режущих инструментов
  • Основные неисправности подвески и рулевого управления — часть 2
  • Основные элементы системы зажигания. Катушка зажигания. Часть 2
  • Основные элементы системы зажигания. Катушка зажигания. Часть 1
  • Техника безопасности при эксплуатации моечного оборудования и применении моющих средств
  • Рабочее место. Особенности организации и ТБ
  • Техника безопасности при применении бензола и антифриза
  • Техника безопасности при работе на линии

Преимущества кислородной резки

Технология кислородной и кислородно-флюсовой резки имеет массу преимуществ. Среди них:

  1. большие толщины рассекаемого металла (до 500 мм), ограниченные лишь конструктивными особенностями установок кислородно-флюсовой резки;
  2. низкая себестоимость;
  3. высокое качество (современные машины позволяют достичь приемлемой ширины реза, отсутствия конусности реза, чистых кромок, не требующих обработки);
  4. возможность использования многорезаковых схем.

Качественную кислородную резку осуществляют специалисты «МетиСтр», в арсенале которых — высокоточные станки и богатый опыт.

Источник

Поделиться с друзьями
Металл
Adblock
detector