Уникальность
Реферат на тему: Механизмы и закономерности окисления, воспламенения и горения металлов
Аа
39967 символов
Теория машин и механизмов

Механизмы и закономерности окисления, воспламенения и горения металлов

Введение

Актуальность работы. Известно, что производственно-технологические взрывы и пожары являются в конечном счете продуктом хозяйственной деятельности человека, происходят вследствие нарушения технологической и производственной дисциплины, мер безопасности и обусловлены главным образом действием человеческого фактора. Для профессиональной деятельности инженера на современном этапе развития общества требуется глубокое знание основных физико-химических закономерностей, при движении к возникновению горения и взрыва. Такая фундаментальная подготовка специалистов, особенно в области техносферной безопасности, по этим вопросам, их осведомленность о зависимостях и факторах, сопровождающих процессы горения и взрыва, должна обеспечить решение вопросов пожарной безопасности, как на производстве, так и в бытовых условиях.
Объект исследования: металлы.
Предмет исследования: процессы окисления, воспламенения и горения металлов.
Для осуществления поставленной цели необходимо решить задачи:
- рассмотреть низкотемпературное окисление металлов;
- описать воспламенение металлов;
- разобрать горение металлов;
- проанализировать окисление металлов в динамическом режиме.


1. Низкотемпературное окисление металлов
Образование конденсированных продуктов при окислении металла приводит к тому, что процесс взаимодействия металла с окислителем удаляется из кинетической области и процесс начинает определяться диффузионным сопротивлением образующегося оксида.
Сопротивление оксидной пленки различных металлов наиболее четко выражается объемным соотношением, показывающим, как изменится объем металла при окислении, и представляющим отношение объема оксида к объему металла, из которого этот оксид образовался.
При φ < 1 оксид не может покрыть металл сплошной пленкой. Пленка имеет пористую, ячеистую структуру и не обладает значительной стойкостью к дальнейшему окислению металла. Металлы, имеющие такую пленку, включают Mg (φ = 0,81), Ва (φ = 0,78), Са (φ = 0,64), Li (φ = 0,58).
При φ > 1 пленка покрывает металл сплошным слоем. Поверхность свободно растет снаружи. Компактная пленка служит эффективным барьером для окисления. Такие оксидные пленки имеют А1 (при окислении до А12O3, φ = 1,28), Be (ВеО, φ = 1,68), Си (СиО, φ = 1,72), Ni (Ni2O3, φ = 1,65), Ζn (ΖnΟ, φ = 1,55).
При φ =1 защитные свойства оксида снова теряются. Это связано с большим увеличением объема при окислении, вызывающим деструктивные деформации в пленке. Так что веди себя прилично Сr (при окислении до Сr2О3, φ = 3,92), W (WO3, φ = 3,30), V (V2O5, φ = 3,19).
Другими свойствами, влияющими на защитные характеристики оксидной пленки, являются прочность, пластичность оксида, его адгезия к металлу, способность к отслаиванию, растворимость в металле. В частности, Ti и Zr, несмотря на то, что их оксидные пленки должны иметь защитный характер (φ равен 1,72 и 1,45 соответственно), продолжают интенсивно окисляться, так как образующиеся оксиды растворимы в металлической фазе.
В зависимости от свойств оксидной пленки изменяется кинетический закон, характеризующий окисление металла во времени. Рыхлая (φ < 1 или φ>>1) или растворимая в металле пленка не сопротивляется продвижению окислителя, скорость окисления не зависит от толщины пленки и контролируется скоростью диффузии в тонком слое воздуха на поверхности металла. Рост толщины пленки описывается линейной зависимостью. При наличии защитной пленки (φ> 1) скорость окисления уменьшается с утолщением оксидной пленки и описывается существенно нелинейным (параболическим, кубическим, логарифмическим) законом.

2.Воспламенение металлов
Общее время горения металла складывается из времени фактического трения и времени задержки воспламенения. Время задержки воспламенения в некоторых случаях может превышать время горения [9, с. 35]. Как скоро наступит возгорание, зависит от того, сколько времени останется на горение.
Кроме того, время задержки воспламенения определяет место горения металла в пламени, т. е. температуру условий горения и, следовательно, влияет на механизм горения металла.
Как указано, наличие диффузионного барьера на поверхности металлической частицы в виде оксидной пленки, образующейся при предпожарном окислении, значительно затрудняет процесс воспламенения металла. Во многих случаях для воспламенения требуется предварительное разрушение оксидной пленки. Поэтому воспламенение металлов может происходить не только за счет нарушения теплового равновесия, но и за счет разрушения диффузионного барьера. Температуру, при которой теряются защитные свойства оксидной пленки, А. М. Меллор и И. Глассман называют температурой "перехода". Разрушение оксидной пленки является предпосылкой для воспламенения металлов с φ > 1. Для металлов с φ < 1 достаточным условием воспламенения является нарушение теплового равновесия.
Среди факторов, влияющих на величину температуры воспламенения, большое значение имеет размер частиц металла. Для металлов с незащищенной оксидной пленкой, характеризующихся линейным законом окисления, применяется обычное гетерогенное условие воспламенения: более крупные частицы, вследствие меньшей скорости тепловыделения, воспламеняются при более низкой температуре. С защитной пленкой начинает действовать еще один фактор: рост оксидной пленки снижает скорость окисления, крупная частица находится в менее благоприятных условиях и воспламеняется при более высокой температуре.
По параболическому закону окисления оба фактора могут прийти в равновесие, и в определенном диапазоне размеров температура воспламенения будет не зависеть от размера частиц. При сильных защитных свойствах оксидной пленки (кубические, логарифмические законы окисления) в области достаточно крупных частиц температура воспламенения начинает повышаться с увеличением размеров частиц. Вся зависимость температуры воспламенения от диаметра металлической частицы выражается в этом случае кривой с минимумом [30].
По мере увеличения концентрации металлических частиц температура воспламенения снижается за счет" коллективного " эффекта. Это уменьшение больше для малых частиц, потому что при высоких концентрациях вещества тепловыделение, усиливаясь по мере уменьшения размера частиц, вызывает повышение температуры среды, и каждая частица как бы заключена в адиабатическую оболочку. Поэтому при достаточно высоких концентрациях частиц температура воспламенения мелких частиц ниже температуры воспламенения крупных частиц, даже для металлов с незащищенной оксидной пленкой.
Скорость нагрева частицы оказывает существенное влияние на температуру воспламенения. Характер оксидной пленки зависит от скорости нагрева: ее толщины и плотности. При медленном нагревании образуется плотная защитная пленка; трещины, возникающие в пленке, перерастают вновь образовавшийся оксид, происходит "заживление" дефектов. Температура воспламенения частицы достигает максимальных значений. При высокой скорости нагрева в пленке возникают деформации, вызванные разницей в тепловом расширении металла и оксида или изменением объема металла и оксида при агрегатных превращениях и фазовых переходах. Эти уродства не успевают "залечиться". Поэтому при высокой скорости нагрева облегчается воспламенение и можно добиться воспламенения металлов, которые не были воспламенены медленным нагревом.
Температура воспламенения также может быть снижена путем нагрева металла в инертной атмосфере с последующим контактом с окисляющей средой, например нагреванием металлического порошка в аргоне, разрушением нагретых металлических стержней в окислительной атмосфере или подачей горячих паров металла в окислительный газ.
Температура воспламенения металла оказывает решающее влияние на время задержки воспламенения металлической частицы. При горении в пламени конденсированной системы время задержки воспламенения определяется главным образом разницей между температурой среды и температурой воспламенения частиц, а также размером частиц.время задержки воспламенения уменьшается с уменьшением температуры воспламенения или, соответственно, с увеличением температуры среды [9, с. 35]. По мере увеличения диаметра частиц время задержки зажигания увеличивается пропорционально квадрату диаметра частиц. Эта зависимость соответствует влиянию размера частиц на время их нагрева. Далее рассмотрим характеристики зажигания некоторых металлов.
Алюминиевый
Алюминий имеет очень плотный непроницаемый оксид (j = 1,28). В условиях, когда невозможно избежать образования защитной пленки, воспламенение алюминия достигается только после его разрушения. Таким образом, при исследовании воспламенения единичных частиц алюминия в горелках А. Мацека получены значения температуры воспламенения, очень близкие к температуре плавления оксида алюминия. Это означает, что в этих экспериментальных условиях оксидная пленка при нагревании частиц выросла настолько, что дальнейшая химическая реакция между алюминием и окисляющим газом практически прекратилась. Воспламенение стало возможным только после расплавления оксидной пленки, при котором ее диффузионная проводимость увеличивается на несколько порядков. Кроме того, жидкая пленка легче разрывается парами металла или может стекать с частицы [30].
При изучении воспламенения алюминия в наиболее благоприятных условиях (высокая дисперсность, высокая концентрация частиц) удалось добиться воспламенения алюминия при очень низких температурах (ниже температуры плавления алюминия) - 770-920 к [18]. Другие экспериментальные температуры воспламенения алюминия лежат в интервале между этими температурами и температурой плавления оксида алюминия. Такой большой диапазон температур воспламенения алюминия не может быть объяснен термической теорией воспламенения и указывает на большую роль оксидной пленки.
В соответствии с асимптотическим законом окисления алюминий характеризуется экстремальной зависимостью температуры воспламенения от размера частиц [30]. Время задержки воспламенения частиц алюминия от размера частиц очень хорошо описывается квадратичной зависимостью.
При горении в пламени конденсированной системы температура воспламенения и время задержки воспламенения алюминия зависят в первую очередь от размера частиц и от параметров горения, таких как температурный профиль Факела и состав продуктов сгорания

Зарегистрируйся, чтобы продолжить изучение работы

Автор работы
5
Светлана Викторова
Теория машин и механизмов
26 заказов
Отзывы
07.08.2021
Осталась довольна
Статьи по теме
Больше рефератов по теории машин и механизмов:

Теория и практика ССК, КССК

Аа
31496 символов
Теория машин и механизмов
Уникальность

Механизмы и закономерности окисления, воспламенения и горения металлов

Аа
39967 символов
Теория машин и механизмов
Уникальность

Теория разделения властей : проблемы соотношения и применения

Аа
26158 символов
Теория машин и механизмов
Уникальность
Все рефераты по теории машин и механизмов

Закажи реферат

Наш проект является банком рефератов по всем школьным и студенческим предметам. Если вы не хотите тратить время на написание рефератов по ненужным предметам или ищете реферат в качестве базы для своей работы – он есть у нас.