Состав безгазового термитного топлива

 

Использование: получение экологически чистого топлива, не потребляющего при горении кислорода и не образующего при горении никаких выбросов. Применяется в качестве топлива при отоплении помещений, а также для получения энергии в специальных объектах. Сущность изобретения: термитный состав содержит, мас. %: алюминиевый порошок 15-17, железную окалину 40-46, глинозем 30-35, металлофосфатное связующее 7-10. Добавление металлофосфатного связующего позволяет сохранить необходимое тепловыделение с единицы объема при горении термитного элемента 40-50 см, состоящего из 10 термитных шашек. Время зажигания такого элемента не превышает 10 с, форма и размеры не изменяются. 2 табл.

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к экологически чистому термитному топливу, не потребляющему при горении кислород и не выделяющему при горении газообразных и твердых выбросов, и предназначено в качестве топлива для отопления помещений в случае аварии в отопительной сети или отсутствия последней, а также для получения электрической энергии в специальных объектах.

К термитному топливу предъявляются следующие требования: 1. максимально возможное тепловыделение с единицы объема; 2. сохранение формы и размеров при горении термитного топливного элемента, состоящего из 10 термитных шашек, высота каждой составляет 40-50 мм; 3. отсутствие газообразных и твердых выбросов при горении; 4. выход на стационарный режим горения термитного топливного элемента должен составлять не более 10 с; 5. термитный элемент не должен разрушаться при падении образующей на бетонный пол с высоты 1 м; 6. термитное топливо должно сохранять свойства и форму в течение 10 лет при хранении в помещении при температуре от 5 до 35^oC и относительной влажности 80% (оценить этот параметр позволяет методика испытаний при повышенных температурах форсированное старение).

Известен состав термитной смеси, содержащей железную окалину, порошок магния, натриевое жидкое стекло и политетрафторэтилен.

Недостатком состава является изменение формы при горении, невозможность получения прочного топливного элемента в виде шашки высотой 40-50 мм и внешним диаметром 80 мм, который сохранял бы форму и размеры при горении и хранении, а также образование продуктов сгорания органического связующего (политетрафторэтилена).

Наиболее близким к изобретению по составу является алюминиевый термит, содержащий следующие компоненты, мас. алюминий 20-22; окись-закись железа 60-63, окись алюминия 15-20 (авт.св. СССР N475234, МКИ В 23 К 23/00, В 23 К 19/00, 1975 /2/ прототип).

К недостаткам состава-прототипа можно отнести то, что отсутствие связующего и недостаточное количество оксида алюминия приводят к тому, что топливный элемент разрушается при падении образующей на бетонный пол с высоты 1 м и не сохраняет формы и размеры при горении термитного элемента высотой 40-50 см, состоящего из 10 термитных шашек.

Задачей предполагаемого изобретения является повышение прочности термитного элемента и сохранение формы и размеров термитного элемента высотой 40-50 см при горении при достаточном тепловыделении с единицы объема и обеспечение отсутствия газообразных и твердых выбросов.

Сущность заявляемого состава термитного топлива заключается в том, что в алюминиевый термит, содержащий алюминий, окись-закись железа, окись алюминия, дополнительно вводят металлофосфоросодержащее связующее при выбранном соотношении входящих в его состав компонентов (в мас.).

Использование в термитном составе металлофосфоросодержащего связующего совместно с порошком алюминия, железной окалиной (окись-закись железа) и глиноземом (окись алюминия) при выбранном соотношении компонентов придает ему новые свойства, а именно приводит к отверждению смеси, следствием чего является повышение прочности термитного элемента и сохранение формы и размеров при горении.

Механизм отверждения можно описать следующим образом: кислотно-основное взаимодействие алюминия и оксида алюминия с фосфорной кислотой, входящей в состав связующего; удаление свободной воды, концентрирование связки; образование водородных связей в системе связка-термитное топливо; термическая поликонденсация связки, приводящая к образованию полимерных гомологов с различной степенью поликонденсации; взаимодействие образовавшихся продуктов поликонденсации с активным заполнителем; разрушение ветвистой структуры фосфатов с образованием конечных мономерных продуктов реакции в виде различных форм ортофосфата алюминия. При температурах горения термитного топлива 1800-1900^oC половина образующихся фосфатов алюминия разлагается с образованием оксида фосфора (V), который взаимодействует с специально введенным в рецептуру термитного топлива избыточным количеством алюминия. Алюминий восстанавливает оксид фосфора (V) до фосфора. Восстановленный фосфор хорошо растворяется в железе с образованием термически стойких фосфидов, имеющих температуру разложения 2200^oC.

В качестве металлофосфатного связующего можно использовать: -алюмохромфосфатное АХФС ТУ-6-18-166-83 состава (мас.): алюминия в пересчете на оксид алюминия 6,5-9,0; хрома в пересчете на оксид хрома 3,5-4,5; соединений фосфора в пересчете на оксид фосфора (V) 35-39; -магнийалюмофосфатное состава (мас. ): алюминия в пересчете на оксид алюминия 4,6-6,0; магния в пересчете на оксид магния 4,5-5,5; соединений фосфора в пересчете на оксид (V) 38-41; -алюмофосфатное состава (мас.): алюминия в пересчете на оксид алюминия 6,0-9,5; соединений фосфора в пересчете на оксид фосфора (V) 30-47;
-боралюмофосфатное состава (мас.): алюминия в пересчете на оксид алюминия 6,0-9,5; соединений фосфора в пересчете на оксид фосфора (V) 30-47; соединений бора в пересчете на оксид бора 0,8-1,0.

Термитный состав используется в качестве экологически чистого топлива с температурой горения до 1800^oC. В теплогенераторе термитное топливо применяется в форме шашек различного размера в зависимости от конструкции теплогенератора. Основным требованием в составу является сохранение формы при горении, так как если происходит растекание образовавшихся шлаков, то затрудняется использование теплогенератора. Конструкция теплогенератора рассчитана на определенную конфигурацию термитного топливного элемента.

Отработанное термитное топливо состоящее из оксида алюминия, железа с небольшим количествами фосфидов железа и оксидов железа можно использовать после предварительного измельчения в качестве компонентов для получения огнеупоров и жаропрочных бетонов.

Результаты сравнительных испытаний предлагаемого состава (табл.1) и состава-прототипа, проведенных в лабораторных условиях, представлены в табл. 2. Характеристики составов определялись по разработанным и утвержденным в отрасли методикам.

Снижение содержания в термитном составе металлофосфатного связующего приводит к тому, что при горении термитного элемента, состоящего из 10 термитных шашек, форма элемента не сохраняется (шашки расплываются).

Следствием увеличения концентрации металлофосфатного связующего является повышение времени зажигания до 13-15 c, которое не должно превышать 10 с.

Увеличение содержания глинозема по сравнению с прототипом приводит к тому, что снижается температура горения и топливный элемент при горении сохраняет форму и размеры.

Формула изобретения

Состав безгазового термитного топлива, содержащий железную окалину, алюминиевый порошок и глинозем, отличающийся тем, что он содержит дополнительно металлофосфатное связующее при следующем соотношении компонентов, маc.

Алюминиевый порошок 15-17
Железная окалина 40-45
Глинозем 30-35
Металлофосфатное связующее 7-10

РИСУНКИ

Рисунок 1