Способ исследования воспламенения и горения одиночных частиц металла Советский патент 1980 года по МПК G01N25/52 

f

Изобретение относится к области техники безопасности металлургического производства, прежде всего к процессам, связанным с получением, переработкой, транспортировкой (по трубам) и хранением порошков металлов и сплавов и может быть использовано для определения критических ус.ловий воспламенения и исследования механизма горения частиц металлов в окислительных средах и влияния различных факторов (атмосферы воздухазот, воздух-аргон при пониженных давлениях) на их воспламеняемость.

Известен способ исследования воспламенения и горения одиночных металлических частиц, основанный на

том, что одиночная частица нагревается в пламени горелки до температуры плавления и затем вносится в поток окислителя. Процесс горения регистрируется кинокамерой, температурный профиль снимается с помощью хромельалюмелевых термопар с записью их показаний на осциллографе l.

Известен также способ исследования горения одиночных металлических частиц путем нагрева частиц в окислительной среде и регистрации процесса горения 2. Заданная окислительная среда создается продувкой камеры приготовленной газовой смесью. Нагрев и воспламенение частицы достигается при помощи нагреваемого силито вого стержня или на остриё вольфрамовой иглы. Температура измеряется малоинерционными термопарами.

Этот способ выбран в качестве прототипа изобретения.

Указанный способ позволяет исследовать горение частицы, находящейся в потоке газообразных продуктов разложения топлива, или частицы, находящейся на границе раздела конденсированной и газодисперсной фаз топлива .

Известный способ не пригоден для определения температуры воспламенения отдельных частиц метгиала, с его помощью не могут быть изучены процессы окисления, происходящие в предвоспламенительный период, а, следовательно, параметры воспламеняемости не могут быть связаны с закономерностями окисления металлов. Другими недостатками известного способа являются невозможность исследования воспламенени я и горения частицы при пониженных давлениях или в вакууме (эти условия

30 реализуются, например, при вакуумной

сушке металлических порошков), нёопределенность скорости нагрева (тогда, как;известно, что температура воспламенения существенно зависит от скорости нагрева). Кроме того известный спосо б связанный с продувкой окислительной среды не пригоден для исследования воспламенения и горения одиночной частицы, осевшей на нагретуюповерхность.

Целью изобретения является устранение вышеуказанных недостатков, т.е исследование процессов окисления, происходящих в предвоспламенительный период, изучение влияния различных факторов (состава атмосферы, давления) на воспламеняемость частиц металлов . .

Поставленная цель достигается тем, что нагрев осуществляют линейно со скоростью 2,5-150 град/мин.

Предлагаемый способ реализуется в устройстве, представляющем собой герметичную капсулу, снабженную штуцерами для вакуумирования и заполнения газовыми смесями заданного состава, позволяющую проводить исследование процесса воспламенения и горения частйц металлов в воздушной срёде 7 йри пониженных давлениях в атмосфере воз.дух-инертный газ при нормальном давлении) . В качестве нагревателя используется силитовый (из карбида кремния) инфракрасный излучатель, позволяющий осуществить линейный нагрев с контролируемой скоростью в широких пределах. .

В устройстве предусмотрено синхройное включение нагревания, киносъемки и записи профиля температур 4ia оЪцйллографе, а также имеется возмржность автономного включения их.

На чертеже представлена схема установки- для реализации предлагаемого

способа. - Она состоит из герметичной медной капсулы 1, миниатюрного силитового стержня 2, трансформатора 3 для подачи напряжения на нагревательный элемент, термопары 4, осциллографа 5, реле 5, микроскопа 7, кинокамеры 8. Вакуумная система ycтpiOйcтfia состоит из йакуум-ЙасЬса 9, образцового манометра 10, лампы 11 д 1яи зйёрёнйя остаточного давления и вакуумметра 12 для фиксирования глубокого разряжения .В задней стенке капсулы вварены

штуцера для закууШт с -ваакаК пЬ:Ка к газовой смеси заданного состава.

Один штуцер через вакуумный кран сое динен с вакуум-насосом 9, а другой с образцовым манометром 10, лампой 1 и вакуумметром 12.

Установка работает следующим об раэом. , ... / . ,.....,....,,...........,.-,

Выбран1ная частица металла иглой переносится на площадку нагревателя и её изображение фокуьируётсй через микроскоп 7 на кинопленку кинокамеры

767633

8. Для загрузки частиц металла и их киносъемки в процессе нагрева в капсуле предусмотрены два герметичных съемных окна. Во время проведения опыта загрузочное окно используется также для подсветки частицы. Подсветка осуществляется сфокусированным потоком софитовой лампы. После загрузки в капсулу .воздух из нее откачивается вакуум-насосоМ 9 до заданного остаточного давления, значение которого фиксируется на вакуумметре 12. Затем капсула заполняется газовой смесью и включается нагрев частицы. Воспламенение частицы осуществляется от миниатюрного силитового стержня 2,нагреваемого электрическим током от сети переменного напряжения, который через трансформатор 3 подается на нагреватель. Силитовый стержень крепится в герметичных токовводах, которые вварены в боковые стенки капсулы. В центре нагревателя делаются две взаимно перпендикулярные площадки (2, мм). Одна служит для размещения частиц металлов, другая - для термопары 4. Головка хромель-алюмелеврй термопары диаметром 500 мк сферизировывается на 1/3 диаметра (для лучшего контакта) и плоской поверхностью прижимается к боковой площадке, концы термопары через реле 6 подключаются к осциллографу 5. Перед началом опыта осциллограф 5 прогневается, а Затем синхронизированно включается нагреватель 2, кинокамера 8 и осциллограф 5.

Синхронизация процесса включения и выключения нагрева частицы и ее киносъемки осуществляется следующим образом: сиг-нал кинокамеры 8 через реле б подается на щит выключения силитового нагревателя 2 и осциллограф 5. На осциллографе ведется заспись времени между кадрами киносъемки и :запйсь иЬтйннбй температуры частицы (до момента воспламенения) во време.ни. В установке предусмотрена возможность автономного включения нагревателя, кинокамеры и осциллографа.

С помощью разработанного способа исследованы параметры воспламенения

0 и механизм горения одиночньк частиц ряда активных метгшлов: магния, циркония, тиТана, бора в зависимости от .скорости нагревания и размера частиц.Установка позволяет не только полуг ЧиТь указанные закономерности, но и определить скорости окисления по росту окисной пленки в предвоспламенительный период, а также различить по воспламеняемости и скорости горения образцы металлов, полученных различными способами. Так, при исследовании электролитического и иодидного циркония с чистотой 99,96% и 99,99% обнаружено, что температура воспламенения частицы уменьшалась с увеличением скорости нагрева и с увеличе