Влияние условий сжигания на процесс горения термитной шихты

УДК 621.791.6

влияние условий сжигания на процесс горения термитной шихты

Амосов А.П., Самборук А.Р., Яценко В.В.

Самарский государственный технический университет.

Исследовано влияние различных условий сжигания небольших навесок железоалюминиевого термита на скорость горения, наличие выбросов, качество фазоразделения и выход чистого металла. Показано, что самое заметное влияние на изучаемые параметры оказывает способ сжигания гранулированных шихт в режиме спутной фильтрации газифицирующихся продуктов горения и условия теплообмена.

Термит применяется в различных отраслях народного хозяйства. Он используется для сварки крупногабаритных стальных и чугунных конструкций и арматуры железобетонных узлов. Термитом можно сваривать трубы и провода контактной сети, а также провода высоковольтных линий электропередач.

Однако основной сложностью применения термитной сварки является необходимость использования такого состава термитной шихты, который дает термитную сталь, максимально приближающуюся по химическому составу и механическим свойствам к стали свариваемых изделий. А при сварке, например, труб и деталей трубопроводов обязательным условием является равнопрочность металла сварного шва металлу трубы. Кроме того, в металле сварного шва должны быть исключены такие дефекты, как пористость и шлаковые включения.

Проблема с составом термитной стали теоретически решается путем добавления легирующих элементов в термитную смесь. Однако практически это сложно выполнимая задача, и, несмотря на то, существуют некоторые способы расчета термитной шихты, в каждом конкретном случае металл заданного состава может быть получен только эмпирически, путем многочисленных опытов.

При проведении реакции между компонентами шихты без ввода легирующих элементов получается термитный металл, который имеет следующий химический состав: C -0,1%; Mn – 0,08%; Si – 0,09%; S – 0,03%; P – 0,04%; Al – 0,02 – 0,08%. Такая сталь имеет следующие механические свойства: σ_в – 35кгс/мм², δ – 18-20% [1]. По составу и механическим свойствам этот металл ближе всего к Ст2сп по ГОСТ 380-2005. Сваривать таким металлом можно только изделия из сталей от Ст0 до Ст3сп по ГОСТ 380-2005, а также трубы самого низкого класса прочности - К34.

Для сварки других сталей необходимо получить термитный металл соответственно другого химического состава путем введения в термитную шихту легирующих компонентов: углерода, марганца, иногда кремния. Практикой установлено, что термитной сталью в среднем усваивается: углерода – 70%, марганца – 60%, кремния – 50%. Рассчитывая состав термитной стали, необходимо принять во внимание наличие перечисленных элементов в окалине и металлическом наполнителе. В окалине содержание углерода колеблется от 0,08 до 0,23%, марганца – 0,45%, а кремния – 0,35%. Термитная сталь содержит 0,02 – 0,08% Al. Эти включения алюминия не изменяют механических свойств стали, но способствуют улучшению структуры металла [1].

В литературе описаны способы расчета термитной шихты, позволяющие получить термитную сталь по содержанию алюминия в металле – с точностью до 0,1% и до 0,15% - по ряду других элементов [1].

Помимо углеродистых сталей, термитным способом можно получать высоко- и низколегированные стали, стали аустенитного класса, обладающие антикоррозионными и жароупорными свойствами.

Авторами статьи была поставлена задача получения небольшой (порядка 20 граммов) навески термитной стали однородной структуры с целью дальнейшего изучения ее свойств и влияния на них вводимых легирующих элементов. Исходная термитная смесь имела состав: 25%(масс.) - алюминий, 75%(масс.) – окалина. Для сжигания брались навески массой 40 г (10 г алюминия и 30 г окалины). Получали слитки металла массой около 20 г. Выход металла от теоретически возможного составлял 75 – 80%.

Исследовалось влияние следующих условий сжигания: