Основные характеристики горения металла зависят от того, в каком агрегатном состоянии находится металл: в твердом состоянии или в паровой фазе.
Горение в паровой фазе тем более вероятно, чем более летуч металл, чем мельче частица и чем меньше теплопотери в окружающую среду. В литературе для описания процесса парофазного горения широко используют квазистационарную модель [9].
Для парофазного горения характерны большая скорость реакции, наличие обособленной светящейся зоны реакции и образование продуктов сгорания в виде субмикронного дыма. В зону реакции диффундируют окислитель из окружающей среды и пары металла от поверхности капли. Скорость процесса контролируется диффузией окислителя в реакционную зону, и процесс часто называется парофазным диффузионным горением.
При поверхностном горении расплавленная сферическая капля металла заключена в оболочку жидкого оксида. Реакция окисления протекает на границах «оксид — газ» и «металл — оксид» и контролируется диффузией металла и кислорода через оксид. Процессу свойственны невысокая скорость, ограниченность светящейся зоны пределами горящей частицы и образование продуктов сгорания в виде частиц примерно того же размера, что и исходный металл [9, с. 126−134].
Каждому механизму горения соответствует определенный закон изменения времени горения? гор в зависимости от диаметра частицы d M. Для парофазной реакции для поверхностной? гор ~ d M.
Экспериментальное изучение горения металлов указывает на существенные отклонения от предположений о симметричном горении: выбросы горящих паров, вращение частиц, внезапные изменения направления движения, вспышки, фрагментация частиц, образование полых оксидных сфер. Наиболее важным явлением является фрагментация, которая уменьшает размер горящих частиц и сокращает время их горения. Причиной дробления частиц является воздействие металлических паров, а также растворенных в металле газов.
В. М. Мальцевым
Металлические частицы, входящие в состав металлизированной конденсированной системы, при горении слипаются и образуют агломераты с промежуточными продуктами разложения компонентов конденсированной системы. При попадании в зону высоких температур металл, диспергированный в агломерате, расплавляется и сливается в одну каплю. Если температура поверхности горения выше, чем температура плавления металла, слияние металлических частиц происходит уже на поверхности. Слияние металлических частиц на поверхности происходит в основном накоплением металла па поверхности [24]; некоторую роль играет также движение по поверхности (27, https:// ).
Газокислородная резка металла
... и при обработке блюмов и слябов перед прокаткой. В связи с разработкой кислородно-флюсовой резки высокохромистых и хромоникелевых сталей, а также чугуна и ряда цветных сплавов ... к поверхности металла через тонкий слой окислов - шлака. Продукты реакции - окислы - механическим действием струи кислорода удаляются (выдуваются) от места их образования. По характеру применяемого необходимого для резки ...
Горение частиц алюминия сопровождается выбросами паров, вспышками, некоторым дроблением частиц. Ширина следа горящей частицы достигает трех ее диаметров. Значение показателя степени п в зависимости колеблется от 2 до 1,5. В продуктах горения присутствуют сферы, сплошные или полые, по размеру близкие к исходным частицам, и мелкий дым, размер частиц которого меньше 1 мкм. Перечисленные особенности (характер треков, вид продуктов сгорания, характер зависимости? гор=f (d M)) показывают, что алюминий может гореть как с поверхности, так и в паровой фазе.
В конденсированных смесях мелкие частицы алюминия воспламеняются вблизи поверхности горения смеси при температуре около 1300 К, крупные — на значительном удалении от поверхности при температурах вплоть до температуры плавления А12O3.
Достаточно интенсивное поверхностное окисление алюминия в конденсированных смесях (металлизированные твердые топлива) начинается уже в реакционном слое конденсированной фазы, где окисляется 4−6% всего металла, что дает около 25% тепла, выделяемого этой фазой. При горении баллиститных порохов алюминий в конденсированной фазе не реагирует.
Бериллий горит как на поверхности частицы, так и в паровой фазе, в целом подобно алюминию [9, с. 35], но доля парофазных реакций у него меньше, поскольку бериллий кипит при большей температуре. Это подтверждается меньшей шириной трека, равной 1,2? 2,0 d M, отсутствием поворотов частиц и их дробления, характером продуктов сгорания. В конденсированных смесях бериллий воспламеняется на значительном удалении от поверхности горения смеси при температуре, близкой к температуре кипения бериллия.
Магний горит практически всегда в паровой фазе, что связано с низкой температурой его кипения, которая достигается уже на ранних стадиях горения, сразу же после воспламенения. В пользу парофазного горения магния свидетельствуют значение п в зависимости , равное или даже превышающее 2; большая ширина треков, достигающая 10−15 диаметров горящих частиц; вид треков (большая яркость зоны реакции, несимметричность, вымпелы, вращение частиц, внезапные повороты, вспышки, взрывы); характер продуктов горения, представляющих собой дым с частицами мельче 1 мкм.
Очень высокая температура кипения циркония (3850 К) приводит к тому, что он практически всегда горит на поверхности металла, хотя при высоких концентрациях кислорода и малых размерах частиц возможно горение циркония и в паровой фазе. Доказательством горения циркония на поверхности металла являются отсутствие оксидного дыма и образование всей массы продуктов сгорания в виде плотных сфер, примерно такого же размера, как и начальные металлические частицы; отсутствие вспышек; узкий густой ровный трек. Аналогично горению циркония протекает горение титана.
Алюминий и основные его соединения
... ёма. Природные соединения алюминия:а – боксит; б – корунд; в – рубин; г – сапфир. Основные области применения алюминия и его сплавов Алюминий используется в ... α–Al2 O3 4г/см3 , температура плавления 2050°С, температура кипения около 3500°С. Теплота образования α–Al2 O3 по реакции: ... реакцию мы можем наблюдать при горении бенгальских огней. 2. Если плёнку оксида алюминия разрушить, то этот металл будет ...
Для бора характерна смена механизмов горения в зависимости от агрегатного состояния оксидной пленки. При температурах ниже температуры кипения оксида наблюдается медленное горение; более интенсивное горение протекает при испаряющемся оксиде. И в том, и в другом случае горение идет на поверхности частиц, так как температура кипения металла выше температуры кипения оксида, но возможен и частичный переход горения бора в паровую фазу. Зависимость? гор = f (d M) меньше квадратичной; ширина трека равна диаметру горящей частицы.
Среди металлических сплавов наиболее широко изучено горение сплавов алюминия с магнием. К. II. Хоманн и 11. Вагнер показали, что сплав А1 + Mg (50 :50) горит в две стадии: вначале быстро горит магний, образуя диффузионное пламя и разрушая частицу, а алюминий рассеивается в виде мелких частиц, которые продолжают гореть более медленно. Спектроскопические исследования подтверждают, что в начале процесса преобладает горение магния, а, но мере его выгорания все более увеличивается доля горящего алюминия. Присутствие в продуктах сгорания двойных оксидов MgAl2O4, обнаруженное рентгеноструктурным анализом, служит доказательством невозможности постадийного парофазного горения алюминия и магния, поскольку рекомбинация простых оксидов алюминия и магния маловероятна. Однако этот аргумент недостаточно убедителен, так как пары обоих оксидов в отдельности могут быть ненасыщенными по отношению к их чистым веществам, а при смешении паров может начаться конденсация жидкой фазы промежуточного состава, для которой пересыщение больше единицы. Кроме того, двойной оксид может образоваться при предпламенном поверхностном окислении, предшествующем парофазному горению.
