Что такое горение металлов

Металлы отличаются от других твердых горючих веществ тем, что на их поверхности в процессе окисления образуются твердые оксиды, пленка которых препятствует прямому контакту реагирующих веществ.

Опыты по возгоранию металлов показали, что некоторые из них (Fe, Al, Zn, Sn) в компактном состоянии способны гореть только в виде кусочков, проволочек, фольги, ленты. В виде же порошка они способны даже самовозгораться и гореть в большой массе.

Другие металлы (К, Na, Li) способны возгораться и гореть в компактном состоянии и в большой массе.

На способность металлов возгораться и гореть большое влияние оказывают химические и физические свойства как самих металлов, так и их оксидов. Особенно большое влияние на возгораемость и характер горения оказывают температуры плавления и   кипения металлов и их оксидов. По этим физическим свойствам металлы подразделяются на летучие и нелетучие.

Все эти металлы имеют низкую температуру плавления и при горении находятся в жидком состоянии. Температура кипения их (кроме калия) ниже температуры плавления оксидов, поэтому на жидком металле могут находиться твердые оксиды.

При контакте металлов с источником зажигания, например с пламенем, они нагреваются и окисляются. Оксиды всех металлов, приведенные в табл. 7.7, пористы и не способны изолировать поверхность металла от дальнейшего окисления, а следовательно, и нагревания. Через некоторое время металл расплавляется и начинает испаряться.

Пары его диффундируют сквозь пористый твердый оксид в воздух. Когда концентрация паров в воздухе будет достаточная для воспламенения, возникает горение.

Зона диффузионного горения (короткое пламя) устанавливается вблизи поверхности оксида, и большая часть теплоты реакции передается металлу, в результате этого он нагревается до температуры кипения.

Кипение металла вызывает разрыв корки оксида и более интенсивное горение.

Таблица 7.7

Свойства летучих металлов и их оксидов

Металлы Температура, 0С Оксиды металлов Температура, К
плавления кипения воспламе-нения плавления кипения
  • Li
  • Na
  • K
  • Mg
  • Ca
  1. 179
  2. 98
  3. 64
  4. 651
  5. 851
  • 1370
  • 883
  • 760
  • 1107
  • 1482
  1. 190
  2. 114
  3. 69
  4. 623
  5. 550
  • Li2О
  • Na2О
  • K2О
  • MgО
  • CaО
  1. 1610
  2. 920
  3. 527
  4. 2800
  5. 2585
  • 2500
  • 1277
  • 1477
  • 3600
  • 3527

Так как температура горения летучих металлов превышает температуру кипения их оксидов, последние находятся в зоне горения в газообразном состоянии.

Из зоны горения пары оксидов диффундируют как в твердую корку оксидов, так и в воздух, где они, охлаждаясь, конденсируются и превращаются затем в мельчайшие твердые частицы оксида – дым.

Образование белого плотного дыма является одним из признаков горения летучих металлов.

Нелетучие металлы имеют свои особенности горения (табл. 7.8).

Таблица 7.8

Свойства нелетучих металлов и их оксидов

Металлы Температура, 0С Оксиды металлов Температура, 0С
плавления кипения воспламе-нения плавления кипения
Нерастворимые оксиды
Al
Si
660
1412
2500
3309
1000
Al2О3
SiО2
2050
1610
3527
2727
Растворимые оксиды
Ti
Zr
1677
1852
3277
4477
300
500
TiО2
ZrО2
1855
2687
4227
4927

Из данных табл.

Что такое горение металлов

7.8 видно, что температура плавления оксидов часто ниже температуры кипения металлов, поэтому они могут находиться на поверхности металла в жидком состоянии. Поэтому оксиды в значительной степени замедляют окисление металлов. Горение этих металлов происходит энергичнее в состоянии порошков, аэрозолей и стружки без образования дыма.

Пожар класса «D» — горение металлов

Фраза «горение металлов» у многих вызывает недоумение. Люди далекие от вопросов пожарной безопасности уверены, что металлы не горят. Однако это не совсем так. Некоторые металлы способны не просто гореть, но даже самовоспламеняться.

Основные опасности, которые несут в себе разные металлы:

  • Алюминий – легкий электропроводный металл с довольно низкой температурой плавления (660°С), в связи с чем при пожаре может произойти разрушение алюминиевых конструкций. Но самым опасным является алюминиевый порошок, который несет в себе угрозу взрыва и может гореть.
  • Кадмий и многие другие металлы под воздействием высоких температур выделяют токсичные пары. Поэтому тушение горящих металлов следует производить в защитных масках.
  • Щелочные металлы (натрий, калий, литий) вступают в реакцию с водой, образуя при этом водород и количество теплоты, необходимой для его воспламенения.
  • Чугун в виде порошка при воздействии высоких температур или огня может взорваться. Искры от чугуна могут спровоцировать возгорание горючих материалов, находящихся вблизи.
  • Сталь, которая не считается горючим металлом, также может загореться, если она находится в порошкообразном состоянии или в виде опилок.
  • Титан – прочный металл, основной элемент стальных сплавов. Плавится он при высоких температурах (2000°С) и в больших конструкциях или изделиях не горит. Но маленькие детали из титана вполне могут воспламениться.
  • Магний – один из главных элементов в легких сплавах, придающий им пластичность и прочность. Гореть могут хлопья и порошок магния. Твердый магний также может воспламениться, но только если его нагреть до температуры выше 650°С.

Как видно, гореть способны в основном измельченные металлы в виде порошка, стружки, опилок. Помимо указанных опасностей, металлы могут также стать причиной травм, ожогов и увечий людей.

Тушение пожаров класса D

Горение класса D происходит на поверхности металла при очень высокой температуре и сильным искрообразованием.

Вода как огнетушащее вещество совершенно не подходит для металлических изделий и порошков, так как многие из них вступают в реакцию с ней, вследствие чего пожар может только усилиться. Также попадание воды на горящий металл может способствовать разбрызгиванию его на людей и окружающие предметы.

Песком также нельзя тушить горящие металлы. Его применение может привести к взаимодействию этих двух материалов и усилить горение.

Для тушения металлов чаще всего используют специальные сухие порошки. Причем для каждого метала необходимо подбирать свой состав.

Горение магния и сплавов на его основе подавляется посредством сухих молотых флюсов, применяемых при их плавке. Флюсы способствуют отделению очага возгорания от воздуха с помощью образующейся жидкой пленки.

Натрий, калий и их сплав тушатся огнетушителями или установками с огнетушащими порошками ПС-1 и ПС-2. Нередко для борьбы с возгоранием этих щелочных металлом используют поваренную соль, аргон и азот.

Горящий натрий можно потушить порошкообразным графитом.

Металлический литий в случае его воспламенения потушить очень непросто. Все самые распространенные огнетушащие вещества для этого не подходят (вода, углекислота, пена и т. д.).

Для устранения возгорания металлического лития были разработаны специальные порошковые смеси ПС-11, ПС-12 и ПС-13. В их основе – различные флюсы и графит с примесями.

Возгорание лития также можно подавить путем вытеснения воздуха из очага горения при помощи аргона.

Металл считается потушенным после охлаждения всех поверхностей.

Получить консультацию

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Cтраница 1

Горение металлов, Сѓ которых температура кипения окисла существенно превышает температуру кипения металла, РїСЂРѕРёСЃС…РѕРґРёС‚ преимущественно РІ паровой фазе.  [1]

Горение металлов РІРѕ РјРЅРѕРіРѕРј зависит РѕС‚ РёС… температуры плавления Рё кипения, Р° также температуры плавления Рё кипения РёС… окислов. РџРѕ характеру горения металлы делятся РЅР° РґРІРµ РіСЂСѓРїРїС‹: летучие Рё нелетучие.  [3]

Горение металла заключается в том, что на нагретое место направляется струя режущего кислорода.

Кислород энергично окисляет верхние слои металла, которые при сгорании выделяют значительное количество тепла и нагревают до воспламенения в кислороде нижележащие слои металла.

Р�нтенсивность окисления увеличивается СЃ увеличением чистоты кислорода Рё СЃ повышением температуры.  [4]

  • Рассмотрим горение металлов РїСЂРё наличии внешнего потока кислорода.  [5]
  • Процессы горения металлов РІ РІРѕР·РґСѓС…Рµ ( или РІ чистом кислороде) являются реакциями окисления-восстановления Рё заключаются РІ переходе электронов РѕС‚ атомов металла Рє атомам кислорода.  [6]
  • Температура горения металла должна быть ниже температуры его плавления СЃ тем, чтобы РїСЂРё горении сам металл РЅРµ плавился.  [7]
  • Продукты горения металла должны быть жидкими СЃ тем, чтобы РѕРЅРё легко удалялись РёР· реза, оголяя поверхность металла для непрерывного контакта СЃРѕ струей кислорода РїСЂРё перемещении резака вдоль линии реза.  [8]
Читайте также:  Какая кислота разъедает металл быстрее всего

Сущность горения металла заключается в том, что на нагретый участок разрезаемого металла направляется струя режущего кислорода.

Кислород интенсивно окисляет поверхность металла.

Верхние слои металла, сгорая, выделяют значительное количество тепла, подогревая РґРѕ воспламенения РІ струе кислорода РЅРёР·РєРёРµ слои металла.  [9]

Скорость горения металла также зависит РѕС‚ теплопроводности металла, энергии активации, теплоты горения ( сгорания), геометрической формы образца металла, Р° также РѕС‚ интенсивности подачи кислорода.  [10]

Температура горения металла должна быть ниже температуры его плавления, С‚.Рµ. металл должен гореть РІ твердом состоянии. Р’ противном случае расплавленный металл трудно удалять РёР· полости реза.  [12]

Процессы горения металлов РІ РІРѕР·РґСѓС…Рµ ( или РІ чистом кислороде) являются реакциями окисления-восстановления Рё заключаются РІ переходе электронов РѕС‚ атомов металла Рє атомам кислорода.  [13]

Процесс горения металла вдоль режущей струи кислорода происходит неравномерно.

РџРѕ мере углубления РІ массу металла ослабевает действие подогревательного пламени, теряет скорость кислород режущей струи, уменьшается мощность режущей струи вследствие расходования кислорода РЅР° сжигание железа. Отставание увеличивается СЃ повышением скорости резки Рё является РѕРґРЅРёРј РёР· факторов, ограничивающих скорость, РІ особенности РЅР° значительных толщинах металла. Слишком большая скорость резки, РїРѕРјРёРјРѕ значительного отставания режущей струи, дает РіСЂСѓР±Рѕ неровную бороздчатую поверхность реза. Слишком малая скорость резки вызывает оплавление РєСЂРѕРјРѕРє РЅР° РІС…РѕРґРЅРѕР№ стороне Рё увеличивает ширину реза.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

7.3. Горение металлов

По характеру горения металлов их делят на две группы: ле­тучие и нелетучие. Летучие металлы обладают относительно низкими температурами фазового перехода — температура плав­ления менее 1000 К, температура кипения не превышает 1500 К. К этой группе относятся щелочные металлы (литии, натрий, ка­лий и др.) и щелочноземельные (магний, кальций).

Температуры фазового перехода нелетучих металлов значительно выше. Тем­пература плавления, как правило, выше 1000 К. а температура кипения — больше 2500 К (табл. 1). Механизм горения металлов во многом определяется состоянием их окисла. Температура плавления летучих металлов зна­чительно ниже температуры плавления их окислов.

При этом по­следние представляют собой достаточно пористые образования.

При поднесении источника зажигания к поверхности металла происходит его испарение и окисление. При достижении концентрации паров, равной нижнему концентрационному пределу, про­исходит их воспламенение.

Зона диффузионного горения устанав­ливается у поверхности, большая доля тепла перелается металлу, и он нагревается до температуры кипения. Образующиеся пары, свободно диффундируя через пористую окисную пленку, посту­пают в зону горения.

Кипение металла вызывает периодическое разрушение окисной пленки, что интенсифицирует горение.

Про­дукты горения (окислы металлов) диффундируют не только к по­верхности металла, способствуя образованию корки окисла, но и в окружающее пространство, где, конденсируясь, образуют твер­дые частички в виде белого дыма. Образование белого плотного дыма является визуальным признаком горения летучих металлов.

У нелетучих металлов, обладающих высокими температурами фазового перехода, при горении на поверхности образуется весь­ма плотная окисная пленка, которая хорошо сцепляется с по­верхностью металла.

В результате этого скорость диффузии паров металла через пленку резко снижается и крупные частицы, на­пример, алюминия и бериллия, гореть не способны. Как правило, пожары таких металлов имеют место в том случае, когда они находятся в виде стружки, порошков и аэрозолей.

Их горение происходит без образования плотного дыма. Образование плот­ной окисной пленки на поверхности металла приводит к взрыву частицы.

Это явление особенно часто наблюдается при движении частицы в высокотемпературной окислительной среде, связывают с накоплением паров металлов под окисной пленкой с последую­щим внезапным ее разрывом. Это, естественно, приводит к рез­кой интенсификации горения.

Основными параметрами их горения являются время воспламе­нения и сгорания. Из теории диффузионного горения следует, что время сгорания частицы металла tг пропорционально квадрату ее диаметра do. Экспериментальные данные показывают, что фактическая зависимость несколько отличается от теоретической. Так, для алюминия tг

Повышение концентрации кислорода в атмосфере интенсифицирует горение металла. Частички алюминия диаметром (53 ÷ 66) 10 -3 мм в атмосфере, содержащей 23% кис­лорода, сгорают за 12,7·10 -3 с, а при повышении концентрации окислителя до 60% — за 4,5·10 -3 с.

  Какими электродами нужно варить 2 мм (тонкостенный) металл?

Однако для пожарно-технических расчетов большой интерес представляет не время сгорания частицы металла, а скорость рас­пространения пламени по потоку взвеси частиц металла в окис­лителе. В табл.2 приведены экспериментальные данные по скорости распространения пламени и массовой скорости выгора­ния взвеси частиц диаметрами менее 10 -2 мм и 3·10 -2 мм алю­миния в воздухе при различном коэффициенте избытка воздуха.

Особенности резки

К каждой металлической заготовке нужен свой подход. Остановимся на особенностях резки листов, поковок и труб.

Резка листов

Ручная техника применяется для обработки листов. В качестве горючего газа в этом случае часто используют ацетилен, пропан-бутан и природный газ. Первый вариант предпочтительнее, поскольку при его применении время разогрева заготовки минимально.

Листы толщиной 3–300 мм рассекаются резаками Р2А-01 или РЗП-01. Для материала толщиной до 800 мм необходимы специализированные инструменты типа РЗР-2.

При резке стали малой толщины возможны перегревы, коробление металла и оплавление кромок. Чтобы не допустить этого, лучше применять резку с последовательным расположением пламени и кислорода. Мощность пламени должна быть минимальная, а скорость работы — максимальная.

При использовании ручной кислородной резки актуальны следующие технологические приемы:

  • безгратовая резка (позволяет получить срезы без грата (заусенцев, избыточного выдавленного металла) на кромках, подразумевает использование сопла с расширением на выходе и кислорода чистотой более 99,5 %);
  • пакетная резка (позволяет получать качественные срезы тонких листов, подразумевает стягивание в одну пачку заготовок толщиной 1,5–2 мм).

Рисунок 3 — Резка листового металла

Горение – алюминий

Массовая скорость испарения пггф материала в режиме кипения определяется скоростью поступления тепла из зоны горения, которая пропорциональна разности температур горения Тг и кипения Тк.

Поскольку Тт в рассматриваемой области давлений почти не изменяется, а Тк увеличивается с увеличением давления, то разность Тг-Тк уменьшается с ростом давления и вместе с этим уменьшается скорость газификации ( испарения) металла тгф а ( Тг-ТК) / ЬИСЯ.

Таким образом, при увеличении давления происходит приближение зоны горения к поверхности металла и парофазное горение может прекратиться.

Следовательно, при горении алюминия существует область давлений, в которой механизм горения алюминия контролируется скоростью его испарения, и в этой области происходит постепенный переход от парофазного горения при наличии кипения к горению в отсутствие кипения, при котором могут преобладать реакции на поверхности металла. [31]

Близкая к этому значению температура горения алюминия приводится в работах [ 11, с. Температуре 3533 К по формуле (1.15), описывающей кривую кипения, соответствует давление р 3 22 МПа. Отсюда ясно, что при давлениях, больших 3 22 МПа. [33]

Оборудование для кислородной резки

Поскольку для работы часто используют ацетилен, то в качестве оборудования нередко берут установки для ацетиленовой сварки. Вместо сварочных горелок там применяются газовые резаки. Наиболее распространенный вариант — резак инжекторного типа.

По своей конструкции резаки существенно отличаются от горелок. Они имеют дополнительные трубки, через которые подается режущий кислород, и наконечники с мелкими отверстиями для смеси газов. Центральное отверстие предусмотрено для подачи режущего кислорода.

Рисунок 4 — Схема установки для кислородной резки

Принцип работы машины для кислородной резки:

  1. заготовка располагается горизонтально, вентили резака закрыты;
  2. открывается кислородный вентиль, а после — вентиль горючего газа;
  3. смесь воспламеняется и регулируется по мощности;
  4. металл нагревается по площади реза;
  5. открывается вентиль с режущим кислородом, активирующим горение при достижении разогретого металла;
  6. в процессе появляются окислы, они удаляются струей кислорода;
  7. при окончании работы сначала закрывают вентиль режущего кислорода, потом горючего газа, в завершении — горелки.

Основной инструмент комплекта кислородной резки — резак. Существуют классификации этих элементов:

  • по виду горючего газа (резаки для жидких горючих смесей, ацетилена, газов-заменителей);
  • степени автоматизации (ручные, машинные);
  • назначению (специальные и универсальные);
  • смешиванию газов (безинжекторные и инжекторные);
  • мощности пламени (большая, средняя, малая).
Читайте также:  Формы резцов для токарных работ по металлу

Пожары класса D: горят ли металлы?

Фраза «горение металлов» у многих вызывает недоумение. Люди далекие от вопросов пожарной безопасности уверены, что металлы не горят. Однако это не совсем так. Некоторые металлы способны не просто гореть, но даже самовоспламеняться.

Основные опасности, которые несут в себе разные металлы:

  • Алюминий – легкий электропроводный металл с довольно низкой температурой плавления (660°С), в связи с чем при пожаре может произойти разрушение алюминиевых конструкций. Но самым опасным является алюминиевый порошок, который несет в себе угрозу взрыва и может гореть.
  • Кадмий и многие другие металлы под воздействием высоких температур выделяют токсичные пары. Поэтому тушение горящих металлов следует производить в защитных масках.
  • Щелочные металлы (натрий, калий, литий) вступают в реакцию с водой, образуя при этом водород и количество теплоты, необходимой для его воспламенения.
  • Чугун в виде порошка при воздействии высоких температур или огня может взорваться. Искры от чугуна могут спровоцировать возгорание горючих материалов, находящихся вблизи.
  • Сталь, которая не считается горючим металлом, также может загореться, если она находится в порошкообразном состоянии или в виде опилок.
  • Титан – прочный металл, основной элемент стальных сплавов. Плавится он при высоких температурах (2000°С) и в больших конструкциях или изделиях не горит. Но маленькие детали из титана вполне могут воспламениться.
  • Магний – один из главных элементов в легких сплавах, придающий им пластичность и прочность. Гореть могут хлопья и порошок магния. Твердый магний также может воспламениться, но только если его нагреть до температуры выше 650°С.

Как видно, гореть способны в основном измельченные металлы в виде порошка, стружки, опилок. Помимо указанных опасностей, металлы могут также стать причиной травм, ожогов и увечий людей.

Тушение пожаров класса D

Горение класса D происходит на поверхности металла при очень высокой температуре и сильным искрообразованием.

Вода как огнетушащее вещество совершенно не подходит для металлических изделий и порошков, так как многие из них вступают в реакцию с ней, вследствие чего пожар может только усилиться. Также попадание воды на горящий металл может способствовать разбрызгиванию его на людей и окружающие предметы.

Песком также нельзя тушить горящие металлы. Его применение может привести к взаимодействию этих двух материалов и усилить горение.

Для тушения металлов чаще всего используют специальные сухие порошки. Причем для каждого метала необходимо подбирать свой состав.

Горение магния и сплавов на его основе подавляется посредством сухих молотых флюсов, применяемых при их плавке. Флюсы способствуют отделению очага возгорания от воздуха с помощью образующейся жидкой пленки.

Литература:

  1. Чибисов А.Л., Соина Е.А., Габриэлян С.Г., Смирнова Т.М., Габриэлян Г.С. Предельные условия и особенности воспламенения, горения и тушения различных металлов// Водородное материаловедение и химия гидридов металлов: Сборник тезисов VII международной конференции.-Украина, Ялта, 2001.-С.416.
  2. Чибисов А.Л., Смирнова Т.М., Громов А.Д., Акинин Н. И.

    Определение безопасной удельной скорости выделения водорода в технологическом процессе// Водородное материаловедение и химия гидридов металлов: Сборник тезисов VIII международной конференции.-Украина, Ялта, 2003. С.356-357.

  3. Габриэлян С. Г., Габриэлян Г. С. Рекомендации по тушению жидкого натрия и пирофорных алюмоорганических катализаторов М.: Изд.

    ВНИИПО, 2000, 19 с.

Другие статьи по теме:

  • Основные неисправности подвески и рулевого управления — часть 1
  • Техника безопасности и основные требования ТБ во время разборки
  • Заточка и правка режущих инструментов
  • Основные неисправности подвески и рулевого управления — часть 2
  • Основные элементы системы зажигания. Катушка зажигания. Часть 2
  • Основные элементы системы зажигания. Катушка зажигания. Часть 1
  • Техника безопасности при эксплуатации моечного оборудования и применении моющих средств
  • Рабочее место. Особенности организации и ТБ
  • Техника безопасности при применении бензола и антифриза
  • Техника безопасности при работе на линии

Преимущества кислородной резки

Технология кислородной и кислородно-флюсовой резки имеет массу преимуществ. Среди них:

  1. большие толщины рассекаемого металла (до 500 мм), ограниченные лишь конструктивными особенностями установок кислородно-флюсовой резки;
  2. низкая себестоимость;
  3. высокое качество (современные машины позволяют достичь приемлемой ширины реза, отсутствия конусности реза, чистых кромок, не требующих обработки);
  4. возможность использования многорезаковых схем.

Качественную кислородную резку осуществляют специалисты «МетиСтр», в арсенале которых — высокоточные станки и богатый опыт.

Источник

Особенности горения и тушения металлов и гидридов металлов

admin on 11 октября 2016

Производства, связанные с получением и переработкой металлов, их сплавов, гидридов металлов и металлоорганических соединений характеризуются повышенной пожарной и взрывопожарной опасностью. При выборе безопасных условий проведения технологических процессов, в которых обращаются указанные выше вещества и материалы, необходимо учитывать особенности их воспламенения, горения и тушения.

Результаты и обсуждение

Горение металлов, их сплавов, металлосодержащих веществ, в т.ч. металлоорганических веществ согласно ГОСТ 27331-87 подразделяются на 3 класса:

  1. класс Д1 – горение легких металлов (алюминий, магний и их сплавы, кальций, титан), условно «тяжелых» металлов (цирконий, ниобий, уран и др.);
  2. класс Д2 – горение щелочных металлов (литий, натрий, калий и др.);
  3. класс Д3 – (металлоорганические соединения: алюмо-, литий-, цинк- органика, гидриды алюминия, лития и др.).

Каждый из перечисленных металлов и их гидридов в обычном состоянии представляет собой твердое вещество, кроме металлоорганических соединений (МОС), представляющих собой жидкости.

Из особенностей металлов, которые имеют прямое отношение к их пожаро-, взрывоопасности и горению необходимо отметить следующие:

  • склонность к самовозгоранию при обычных условиях (т.е. пирофорность);
  • способность взрываться в состоянии аэровзвеси;
  • взаимодействие горящих металлов с водой, некоторыми газовыми огнетушащими составами: хладонами (хлорфторуглеводороды), азотом (например, магний) и др.

Способностью самовоспламеняться обладают щелочные металлы, стружка, металлические порошки, имеющие неокисленную активную поверхность, гидриды металлов, МОС (классы пожаров Д2, Д3).

Наиболее пожаро-, взрывоопасными металлами, горение которых происходит по классу Д1, являются легкие металлы в виде продуктов их переработки: порошков разной дисперсности, стружки. Металлы в виде изделий различной конфигурации (листы, профили и т.п.) поджечь практически невозможно, если обеспечиваются условия преобладания теплоотвода над теплоприходом.

Гидриды металлов занимают промежуточное положение между металлами и органическими соединениями. Связано это с тем, что при их разложении выделяется водород, что можно рассматривать как аналогию процесса выделения горючих газов при пиролизе органических материалов, сгорающих в газовой фазе [1].

При этом гидриды металлов значительно различаются между собой по своим физико-химическим свойствам, по механизму горения и воспламенения. Так, гидриды титана, ниобия, тантала и т. д. являются по существу растворами водорода в металле и имеют переменный состав с металлическим типом связи. Они горят в основном в тлеющем режиме, пламенное горение водорода практически отсутствует.

  • В то же время литий-алюминий гидрид (ЛАГ), гидриды алюминия (ГА) и лития (ГЛ) – ярко выраженные индивидуальные соединения с ионной (для ГЛ – частично ковалентной) связью, характеризующиеся наличием режимов пламенного и гетерогенного горения [2].
  • ГА и гидриды щелочных металлов проявляют пирофорные свойства, активно взаимодействуют с влагой воздуха, при небольшом нагреве активно выделяют водород и вследствие этого в состоянии аэровзвеси образуют гибридные взрывоопасные смеси с воздухом.
  • При повышенных температурах и при горении возможно взаимодействие азота с наиболее активными гидридами, например, ГА.

Небольшое разбавление азота воздухом может привести к очень «жесткому» взрыву аэровзвеси ГА, поэтому не для всех гидридов металлов можно использовать азот в качестве защитной атмосферы. Иногда для этого приходится использовать аргон.

Таким образом, характер горения металлов и металлосодержащих веществ исключает применение воды, водопенных средств тушения и ряда газовых огнетушащих составов, т. к. при контакте этих средств с горящими металлами происходит их взаимодействие, приводящее к разгоранию.

В России и мировой практике для тушения пожаров классов Д1, Д2, Д3 применяются огнетушащие порошковые составы специального назначения (ОПСН). При создании рецептуры таких составов учитываются следующие факторы:

  • основное вещество, определяющее этот состав (от 80 до 95% об.), не должно содержать в молекуле атом кислорода (не поддерживать горение) и не вступать с металлом в химическую реакцию;
  • ОПСН должны иметь определенный фракционный состав (как правило, в диапазоне 50-75 мкм);
  • ОПСН не должны слеживаться в процессе хранения, что достигается включением в их состав антислеживающих гидрофобизирующих добавок, а также обладать рядом других эксплуатационных свойств в соответствии с общепринятыми техническими требованиями;

В настоящее время наиболее распространены для тушения пожаров классов Д1, Д2, Д3 ОПСН на основе хлоридов щелочных металлов (KCl – Россия и NaCl – Европа, США). В качестве огнетушащих составов для металлов существует ряд жидкостных составов (например, на основе борных эфиров), но они не нашли широкого применения в практике пожаротушения.

Основным принципом достижения положительного результата при тушении металлосодержащих веществ (по классам Д1, Д2, Д3) является создание с помощью ОПСН защитного полного покрытия очага горения, препятствующего доступу кислорода воздуха в зону горения. Такое покрытие должно быть достаточно плотным, иметь необходимую толщину слоя порошка по всей поверхности очага горения, что достигается при определенном удельном расходе порошка (кг/м2).

Тушение металлов и металлосодержащих веществ имеет ряд особенностей, присущих каждой группе веществ по классам Д1, Д2, Д3 в т.ч.:

  1. для тушения металлов по классу Д1 ОПСН должен отвечать критериям, приведенным выше, при этом основу порошка составляет, например, хлорид калия с плотностью около 1 г/см3).;
  2. для тушения гидридов металлов (Д3) применяется ОПСН с характеристиками, аналогичными для ОПСН, применяемого для тушения по классу Д1;
  3. для металлорганических веществ, являющихся жидкостями при обычных условиях, ОПСН должен иметь плотность, близкую к плотности этих веществ (~ 0,7-0,8 г/см3), что обеспечивается введением в состав порошка негорючей добавки с низкой плотностью (перлит, вермикулит), что также способствует адсорбции МОС и улучшает надежность тушения.

При тушении натрия [3] возникает так называемый «капиллярный» или фитильный эффект горения за счет роста оксидных образований, прорастающих через слой порошка, по которым жидкий натрий проникает и горит в виде фитиля. Для предотвращения роста оксидов обычно используют специальные добавки.

Тушение металлов и металлосодержащих соединений ОПСН коренным образом отличается от тушения, например, углеводородных ЛВЖ, ГЖ (классы пожаров A, B, C) порошками общего назначения.

В случае тушения пожаров класса Д (Д1, Д2, Д3) основная задача при подаче ОПСН заключается в создании на поверхности очага горения слоя порошкового покрытия, желательно равной высоты, что достигается путем использования так называемых успокоителей, присоединяемых к подающему устройству (на выходе подающего ствола) огнетушителей, порошковых автомобилей. Использование насадки-успокоителя при подаче ОПСН необходимо при тушении порошков металлов и их гидридов, при этом практически предотвращается образование аэровзвеси огнетушащего порошка. Для тушения пожаров классов A, B, C применяется распылительное устройство типа «пистолет», при этом создается порошковое облако над очагом горения, которое способствует достижению тушения.

ОПСН можно применять для тушения радиоактивных металлов. При использовании, например, огнетушащего состава на основе хлорида калия, значительно снижается выделение радиоактивных аэрозолей.

Однако использование порошкового пожаротушения тоже имеет свои недостатки:

  • огнетушащий порошковый состав в отличие от воды не обладает охлаждающим действием. Надежное тушение можно достичь при охлаждении металлов до температуры ниже температуры их самовоспламенения. А температура горящих металлов, как правило, значительно выше температуры самовоспламенения, поэтому процесс тушения металлов и их гидридов носит длительный характер;
  • практически все выпускаемые автомобили порошкового тушения имеют ограниченные технические возможности и не могут обеспечить надежное тушение в помещениях объемом более 300-600 м3. Максимальная высота подачи ОПСН в зависимости от типа автомобиля порошкового тушения и давления в емкости составляет 10-25 м, при этом максимальное расстояние подачи порошка по горизонтали составляет 40-60 м, что является в ряде случаев недостаточным для того, чтобы обеспечить доставку порошка к месту загорания.

Выводы:

  1. Несмотря на отмеченные недостатки порошкового пожаротушения самым универсальным, надежным и эффективным огнетушащим веществом для тушения металлов и металлосодержащих материалов являются порошковые составы специального назначения.
  2. Для тушения и предотвращении загораний металлов и гидридов металлов в технологическом оборудовании рекомендуется использовать аргон.

Литература:

  1. Чибисов А.Л., Соина Е.А., Габриэлян С.Г., Смирнова Т.М., Габриэлян Г.С. Предельные условия и особенности воспламенения, горения и тушения различных металлов// Водородное материаловедение и химия гидридов металлов: Сборник тезисов VII международной конференции.-Украина, Ялта, 2001.-С.416.
  2. Чибисов А.Л., Смирнова Т.М., Громов А.Д., Акинин Н. И. Определение безопасной удельной скорости выделения водорода в технологическом процессе// Водородное материаловедение и химия гидридов металлов: Сборник тезисов VIII международной конференции.-Украина, Ялта, 2003. С.356-357.
  3. Габриэлян С. Г., Габриэлян Г. С. Рекомендации по тушению жидкого натрия и пирофорных алюмоорганических катализаторов М.: Изд. ВНИИПО, 2000, 19 с.

Горение металлов

Пожары, связанные с горением металлов и их соединений, занимают небольшую долю в общем количестве пожаров. Возникают они при производстве порошкообразных металлов, обработке легких металлов, их сплавов и др. Особенно опасно горение радиоактивных металлов, отработанного ядерного топлива, так как при их горении образуются дымовые аэрозоли, способные привести к заражению

местности. Металлы на пожаре могут гореть сплошной массой (К, Са, Na, Mg) или в виде стружек, порошков (Al, Ti и др.).

Характер горения зависит от температуры плавления металлов, температуры кипения металлов и их окисей.

По характеру горения металлы делятся на летучие и нелетучие.

Летучие металлы (Li, К, Na, Mg, Са) имеют низкую температуру плавления и при горении находятся в жидком состоянии. Температура их кипения ниже температуры кипения окисей, поэтому на жидком металле может быть корка твердого окисла. При поднесении к этим металлам источника зажигания они нагреваются и окисляются.

Их окислы — пористые вещества, они не способны изолировать металл от дальнейшего окисления. Металл расплавляется и начинает испаряться. Пары его диффундируют через корку окиси в воздух. Когда концентрация паров достигнет нижнего концентрационного предела Сн, возникает горение.

Зона диффузионного горения устанавливается вблизи поверхности окисла. Большая часть тепла реакции передается металлу, в результате чего он нагревается до кипения, что вызывает разрыв корки окисла. Пары металла в воздухе превращаются в твердые частички окиси — дым.

Образование белого плотного дыма — один из признаков горения летучих металлов.

Нелетучие металлы — Al, Be, Ti. Пленка их окислов прочно сцепляется с поверхностью металла и замедляет его окисление. Поэтому горение металлов происходит, когда они находятся в виде порошков, аэрозолей — без образования плотного дыма.

Тушить металлы, используя обычные средства (воду, пену), обычные газовые составы, огнетушащие порошки общего назначения, нельзя. При их взаимодействии с водой происходит выделение водорода, который образует «гремучие» смеси с воздухом.

Контакт воды с радиоактивными металлами (обогащенными ураном, плутонием) приводит к уменьшению их критической массы, а в ряде случаев — к возникновению самопроизвольной цепной реакции (распаду).

Только порошкообразное железо, компактные металлы разрешается тушить распыленной водой и пеной.

Большинство металлов при горении на воздухе могут взаимодействовать не только с 02 воздуха, но и с N2 (цирконий, титан, магний, алюминий, уран горят в атмосфере N2 и С02), поэтому при объемном тушении металлов используют аргон (например, тушение металлов в технологическом оборудовании).

Основным средством тушения металлов являются порошковые составы специального назначения, основой которых является КС1, не вза-

имодействующий ни с одним из металлов. Кроме того, хлорид калия КС1 эффективно ингибирует горение органических жидкостей и газов. Эти порошки марок ПХК по сравнению с порошками общего назначения имеют меньшую коррозионную активность и гигроскопичность. Например, при горении Na расход порошка ПХК 17—20 кг/м2, урана — 90—95 кг/м2, Л ВЖ и ГЖ — 0,8—0,9 кг/м2.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector