Влияние условий сжигания на процесс горения термитной шихты, страница 2

1.  Различный материал форм для сжигания.

2.  Различные способы поджигания (сверху и снизу).

Сжигание смеси проводилось в следующих формах:

1.  Отверстие цилиндрической формы в огнеупорном кирпиче.

2.  Цилиндрическая форма, изготовленная из корунда и жидкого стекла.

3.  Кварцевая трубка, установленная вертикально в металлическом стакане с графитовой прокладкой внизу трубки.

4.  То же, но вместо металлического стакана использовалась форма из огнеупорного кирпича с засыпкой корунда между стенками трубки и формой.

При сжигании смеси в огнеупорном кирпиче, последний не выдерживает столь высокой температуры и разрушается. Отверстие, в котором проводилась реакция, увеличивается в несколько раз из-за сгорания материала кирпича. Слиток неровной формы, пористый, загрязнен шлаком и продуктами горения. Таким образом, огнеупорный кирпич непригоден для сжигания термитной смеси непосредственно в нем.

Далее, были изготовлены цилиндрические формы из корунда и жидкого стекла,  высушенные в печи. В результате реакции получали непригодные для дальнейшего изучения неравномерные пористые слитки, кроме того загрязненные частицами корунда. Сама реакция проходила неравномерно, с выбросами металла.

Сжигание термитной смеси в кварцевой трубке, установленной вертикально в металлическом стакане с графитовой прокладкой, дало лучшие результаты. Слиток получился ничем не загрязненным, однако во время реакции, как правило, происходили выбросы металла, а после реакции – плохое фазоразделение и слиток неровной формы.

Известно, что причиной выбросов, служит большое газовыделение при горении термитной смеси. [2] При этом также играет роль соотношение геометрических размеров формы. Так, если цилиндрическая форма имеет высоту, равную диаметру, то выбросы в 90% случаев отсутствуют, фазоразделение хорошее. С увеличением высоты формы при том же диаметре вероятность выброса возрастает, а фазоразделение ухудшается. На фазоразделении сказывается и теплопотери из продуктов горения. При большой скорости охлаждения фазоразделение не успевает пройти.

Для уменьшения перетока тепла, выделяемого в результате реакции, в металлический стакан, последний был заменен на стакан из огнеупорного кирпича, что благоприятно повлияло на характер горения и разделение фаз.

Таким образом, для получения навесок термитного металла небольшой массы предлагается использовать установку, состоящую из кварцевой трубки, вставленной вертикально одним концом в отверстие в огнеупорном кирпиче с графитовой прокладкой внизу трубки. Высота трубки и ее диаметр соотносятся как 1:1.

Далее исследовалось влияние гранулирования шихты [3]. В качестве пластификаторов использовались растворимые в летучих растворителях хлор- и фторкаучуки и фторопласты.

Также было исследовано влияние места поджигания термитной смеси: общепринятый способ поджигания смеси сверху и поджигание гранулированной пористой шихты снизу засыпки. Установка для сжигания гранулированной термитной шихты с поджиганием снизу изображена на рисунке 1.

Было установлено, что при горении гранулированной термитной шихты в режиме спутной фильтрации газифицирующихся продуктов горения (поджигание снизу) наблюдается увеличение скорости горения и существенно улучшается фазоразделение с получением высококачественного слитка металла. Это можно объяснить тем, что процесс фазоразделения начинается сразу после поджигания термитной смеси, так как тяжелые продукты горения (восстановленный металл) остаются внизу, а легкие (оксид алюминия) сразу имеют возможность всплыть вслед за фронтом горения, что практически исключает их перемешивание,  как при традиционном способе сжигания при поджигании сверху.

Рисунок 1. Установка для сжигания гранулированной термитной смеси с поджиганием снизу засыпки.

1 – форма из огнеупорного кирпича; 2 – кварцевая трубка; 3 – гранулированная шихта; 4 – кварцевый песок; 5 – инициирующая смесь для поджигания шихты; 6 – спираль для запала; 7 – графитовая прокладка.