Горение гранулированной железоалюминиевой термитной смеси при получении железа и его композита с карбидом титана

• Автор: Яценко, Владимир Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 187 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Термитные реакции и их связь с СВС

1.1.1 Открытие металлотермии, алюминотермии и термитной сварки

1.1.2 Алюминотермия и ее связь с СВС

1.2 Теория металлотермических процессов

1.2.1 Термодинамическое описание

1.2.2 Макрокинетическое описание

1.3 Применение металлотермических процессов

1.3.1 Термитная сварка

1.3.1.1 Развитие термитной сварки и других областей применения термита в России
1.3.1.2 Современные направления использования термита и термитной сварки
1.3.1.3 Основы технологий термитной сварки рельсов
1.3.2 Металлотермия в металлургии
1.3.3 Металлотермия в пиротехнике
1.3.4 Металлотермия как нетрадиционный источник энергии и материалов
1.4 Использование добавок и флюсов в металлотермических процессах и СВС
1.5 Использование гранулирования в технологии СВС
1.6 Композиты на основе железа. Способы получения
1.6.1 Интерметаллиды Бе-П
1.6.2 Система ПС-сталь
1.6.3 Композиционные материалы
1.6.4 Сплавы на основе Бе3А1
1.6.4 Сплавы Бе-Т1-А1
1.7 Проблемные вопросы и недостатки алюминотермии
2 ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Приготовление термитной смеси
2.2 Приготовление смеси получения композита
2.3 Использование связующих
2.4 Использование флюса
2.5 Изготовление и выбор оптимальной формы и установки для
сжигания смесей
2.6 Зажигание термитных смесей
2.7 Проведение наблюдений за процессом горения и измерение параметров
2.8 Подготовка образцов для исследования
2.9 Исследование микроструктуры и химического состава продуктов реакции
3 ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ
3.1 Принятые в расчетах допущения
3.2 Расчет содержания кислорода в железной окалине
3.3 Расчеты алюминотермитной реакции
3.3.1 Расчет теплотворной способности термита и адиабатической температуры реакции
3.3.2 Влияние состава окалины на калорийность термита, избыток
теплоты реакции, температуру реакции и количество газообразного
железа

3.3.3 Влияние состава окалины и температуры реакции на процесс горения термитной смеси
3.3.4 Расчет количества железного наполнителя
3.3.5 Подтверждение термодинамических расчетов для алюминотермической реакции при помощи программы ТЬегшо
3.5 Термодинамические расчеты реакций образования композита Ре-НС
3.5.1 Расчет теплотворной способности и адиабатической температуры реакции смеси для получения композита
3.5.3 Расчеты для состава термитной смеси ЗБеО + 2А1
3.5.4 Подтверждение термодинамических расчетов реакций получения композита при помощи программы ТЬегто
3.5.5 Корректировка по результатам анализов продуктов реакции
3.6 Оценка влияния флюса 14осо1ок на процесс горения термитной смеси
3.7 Оценка влияния нитрата целлюлозы на процесс горения термитной смеси
4 РАЗРАБОТКА СПОСОБА СЖИГАНИЯ ТЕРМИТНОЙ СМЕСИ
4.1 Исследование горения термитной смеси при поджигании сверху
4.1.1 Горение смеси ЗРеО+2А1
4.1.2 Горение смеси РегОз+2А1
4.1.3 Прямое измерение температуры горения
4.1.4 Выводы по результатам исследования горения негранулированных термитных смесей
4.2 Исследование влияния грануляции исходной смеси и места
поджигания на протекание реакции

поверхность бункера, не слеживаются при хранении, не пылят при транспортировке и расфасовке. Применение гранулированных полупродуктов позволяет интенсифицировать технологический процесс, улучшает санитарные условия труда. Приготовление гранул с пластифицирующими добавками позволяет создавать временные связи между частицами, которые легко разрушаются при применении [90, 91].
Гранулирование подразумевает широкий диапазон технологий для получения агломератов размерами от 100 мкм до 20 мм, различных по структуре и плотности [91].
Некоторые исследования показывают целесообразность применения гранулированных шихт взамен порошковых в некоторых СВС процессах [92-96]. Это касается, например, синтеза материалов БЮ-АЬОз, В4С-А12О3, ПВг-АОз. Гранулирование в данном случае позволяет получить конечный продукт сразу в виде порошка, тогда как при обычном СВС продукты получаются в виде твердых спеков. Для достижения подобного результата применяется эффект фильтрационного горения, при котором фильтрующиеся газы уносят излишнее тепло, предотвращая спекание целевого продукта. Для образования газовой фазы в исходную шихту вводится нитрат целлюлозы, разведенный в ацетоне. В процессе синтеза при высоких температурах этот компонент шихты горит, создавая газовую фазу, и фильтруется через продукт. При гранулировании увеличивается пористость сжигаемого образца и облегчается фильтрация образующихся при горении нитрата целлюлозы газов [92].
Влияние размера гранул, как и содержание в гранулах нитрата целлюлозы, на разные системы влияют по-разному, изменяя скорость горения и температуру реакции. Обычно содержание нитрата целлюлозы принимают равным 5-15 % от общей массы смеси, а размер гранул 1-5 мм [92-96].
Использование нитрата целлюлозы для гранулирования исходной
шихты в процессах СВС, как правило, обусловлено полным его сгоранием,