Горение металлов
По характеру горения металлы делятся на две группы: летучие и нелетучие. Летучие металлы обладают относительно низкимитемпературами фазового перехода, температура их плавления менее1000 К, температура кипения < 1500 К. К этой группе относятся щелочные металлы (литий, натрий, калий) и щелочноземельные (магний, кальций). Температуры фазового перехода нелетучих металлов значительно выше Тплав > 1000 К, а Ткип > 2500 К. Механизм горения металлов во многом определяется состоянием их оксидов. Температура плавления летучих металлов значительно ниже температуры плавления их оксидов. При этом оксиды представляют собой достаточно пористые соединения.
При воздействии ИЗ на поверхность металла происходит его испарение и окисление. При достижении НКПРП происходит их воспламенение. Зона диффузионного горения устанавливается у поверхности. Образующиеся пары, свободно диффундируют через пористую оксидную пленку и поступают в зону горения. Кипение металла вызывает периодическое разрушения оксидной пленки, что интенсифицирует горние. Продукты горения, окислы металлов диффундируют не только к поверхности металла, способствуя образованию корки окисла (оксида), но и в окружающее пространство, где, конденсируясь, образуются твердые частички в виде белого дыма. Белый плотный дым – признак горения летучих металлов.
У нелетучих металлов при горении на поверхности образуется более плотная окисная пленка, она хорошо сцепляется с поверхностью металла. В результате этого скорость диффузии паров металла через пленку затруднена и поэтому крупные частицы алюминия, бериллия гореть не способны. Как правило, нелетучие металлы горят в виде стружки, порошка аэрозолей. Их горение проходит без образования плотного дыма. При горении металлических пылей следует знать особенности, отличающие их от горения органических пылей:
1) при приближении состава горючей смеси (металл-
воздух) к стехиометрической (a = 1) скорость распространения
пламени возрастает;
2) скорость горения металлических пылей одного порядка с горением смесей предельных углеводородов;
3) горение металлов возможно не только в окислительной среде, но и в продуктах горения органических веществ, в этом случае горение протекает за счет экзотермической реакции воспламенения воды до водорода.
2А1 + 3Н2О → А12О3 + 3Н2 +1389,4 к Дж/моль,
2А1 + 3СО2 → А12О3 + 3СО + 1345,3 кДж/моль;
4) аэрогель металлов повышает свои пожароопасные свойства при увлажнении. Склонен к самовозгоранию. И при воспламенении развивает температуру, в десятки раз превышающую горение сухой аэровзвеси. Так, испытания, проведенные ФГУ ВНИИПО МЧС России, показали следующиерезультаты:
· для испытаний были приготовлены две 40-литровые фляги с порошком циркония. Порошок в одном случае был сухой, в другом увлажненный. При воспламенении сухого циркония горение продолжалось 30 мин, Тпл = 1200 0С, температура воздуха на расстоянии 40 м от фляги составила 300 0С;
· при воспламенении увлажненного порошка циркония процесс горения не превысил 5 минут, столб пламени имел высоту около 30 м, температура воздуха на расстоянии 40 м от очага горения составила 1300 0С.
Вопросы для самоконтроля
1. Как классифицируются органические, неорганические ТГМ?
2. Какие соединения относятся к комплексным ТГМ?
3. Как ведут себя при нагревании каучуки, термопласты?
4. Как ведут себя при нагревании древесина, реактопласты?
5. Какие ТГМ горят по гетерогенному механизму?
6. В чем состоит принцип действия огнезащиты ТГМ?
7. Какие способы теплопередачи участвуют в распространении горения по ТГМ?
8. От каких факторов зависит скорость горения ТГМ?
9. В чем сходство в горении жидкостей и ТГМ?
10. Что происходит при воспламенении древесины?
11. Как протекает процесс термического разложения (пиролиза) древесины?
12. При какой температуре происходит прекращение выхода летучих соединений и начало горения углеродистого остатка древесины?
13. Что называется горючей пылью?
14. Что представляют собой аэрогель и аэровзвесь?
15. Какие свойства пылей характеризуют ПВО аэрогеля и аэровзвесей?
16. Каковы основные положения теории горения аэровзвесей?
17. От каких параметров зависят пределы воспламенения аэровзвесей?
18. Как классифицируются металлы по характеру горения?
19. Каковы особенности горения летучих металлов?
20. Каковы особенности горения нелетучих металлов?