Литература -->  Доменное производство металла 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 [ 58 ] 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155

очень прочно. Если дисперсионная среда представляет собою смесь нескольких газов, частицы Д. и т. могут адсорбировать предпочтительно какой-либо один из них, в зависимости от своей природы. При столкновении с поверхностями твердых или жидких те.л (напр. со стенками сосудов и труб) частицы Д. и т. сами адсорбируются ими и не возвращаются более в газовую среду.

Термические свойства дымов и туманов. Теплопрозрачность Д. и т. значительно меньше, чем чистого газа дисперсионной среды; она убывает с повышением концентрации частиц (С). При неоднородном тепловом состоянии газовой среды частицы Д. ИТ. получают с различных сторон неодинаковые молекулярные толчки и в результате диффундируют из нагретых областей в более холодные. Направление этой тепловой диффузии нормально к изотермич. слоям; скорость ее тем больше, чем резче падение t° от одного слоя к другому, т. е.

чем больше (I-толщина слоя). Благодаря этому явлению частицы Д. и т. как бы отталкиваются нагретыми поверхностями и оседают на холодных.

Оптические свойства дымов и туманов. Все Д. и т. характеризуются неполной светопроницаемостью вследствие дгх онтич. неоднородности. Луч света, вступая в слой дыма или тумана, испытывает в нем отраясение, преломление, поглощение и рассеивание (дисперсию) с частичной поляризацией. Характер и интенсивность того или другого из этих явлений зависят от величины, числа и свойств частиц дисперсной фазы. Если размеры частиц меньше, чем длина волны падающего света (Я = =0,76-0,4 ), то Д. и т. обнаруяшвают отчетливое явление Тиндаля , т. е. равномерное светорассеяние но всем наиравлениям. При более крупных частицах происходит беспорядочное отражение и преломление лучей. Ослабление интенсивности светового потока всегда имеет место и зависит от толщины I проходимого им слоя дыма или тумана данной концентрации, соответственно уравнению

J=Jo-e-\ (5)

где Jo и J-соответственно интенсивность входящего и выходящего световых пучков, е-основание натуральных логарифмов, к- коэфф. лучепоглощения, зависящий от природы частиц и от А. Являясь типичными мутными средами , Д. и т. в высокой степени затрудняют видимость предметов, особенно несветящихся. На этом свойстве основано применение их в качестве завес для целей маскировки. Затемняющая, или кроющая, способность F дыма или тумана, отнесенная к слою определенной толщины (например 1 м), м. б. выражена в % след. образом:

F=100(l-;)- (6)

В практике военно-маскировочн. дела кроющую способность или плотность д. и т. часто определяют как D = ljL, где L-толщина слоя, к-рый целиком затемняет нить электрические лампы, слуясащей эталоном.

Туманы обладают относительно большей затемняющей способностью, чем дымы. Белые аэрозоли обладают большей затемняющей способностью, чем темные, так как последние отражают меньше света. При завесе тумана толщиной 1=20 л?, и при диаметре частиц 10~ см, достаточно концентрации Ср = =0,02-0,05 г/л1 для полного сокрытия очертаний предметов. При одинаковых концентрациях Ср, большей кроющей способностью обладают те Д. и т., частицы которых мельче (т. е., где Су бо.т1ьше). Затемняющая завеса может находиться в любом месте между предметом и глазом наблюдателя. Эффект затемнения (при данной степени дисперсности) зависит почти всецело от объема частиц дисперсной фазы, заключенных в телесном угле зрения; при распределении того же числа частиц в более толстом слое затемняющий эффект увеличивается, но очень незначительно.

Электрич. свойства дымов и туманов. Частицы Д. и т. почти всегда несут на себе электрич. заряды. Эти заряды могут возникать: а) вследствие трения между частицами и газовой средой, б) путем захватывания газовых ионов из дисиерсион-ной среды, в) вследствие диссоциации незаряженных частиц в момент образования дыма или тумана (например при высокой t°) и г) в результате прямого действия ионизирующих агентов-электрического разряда, ультрафиолетов., рентгеновских или радиоактивных лучей и т. п. Величина заряда на единицу объема Д. и т., равно как и заряд, приходяшийся на 1 частицу, непостоянны: они зависят от условий образования и дальнейшего поведения дьп*1а или тумана. Напр. частички сахара, распыленного в дым, могут присоединять от 1 до 420 электронов. Знак заряда определяется гл. обр. химич. природой частиц (и газовой среды), но отчасти зависит и от способа их образования. Для обьганых Д. и т. (в воздухе) имеем:

Положительно заряженные чао-т и и ы (+): металлоиды; кислотообразующие окислы и к-ты; соли с сильным анионом; уголь (сажа): сера; вода; песок (SiOj); тонкая атмосферная пыль; NaCl; CuClj; KNO,; крахмал.

Отрицательно заряженные частицы (-): металлы; основные окислы и их гидраты; соли с сильным катионом; Б е; А1; Zn; Mg; FcjO,; AljOa; ZnO; MgO; известь (CaO); цемент; ZnCOj: Na.COj; сахар; глюкоза; декстрин; мука.

Разноименно заряженные или незаряженные ч а с т и ц ы (+ и -); продукты гидратации и гидролиза некоторых веществ (H.SO,. PjOs, AsCl SnCb) влагой воздуха. Незаряженной может быть и часть дымовых и туманных частиц и;( всех упомянутых ранее веществ.

Облака Д. и т. при своем движении или других механических воздействиях могут наэлектризовываться до весьма высокого потенциала. Этот факт имеет большое значение для объяснения грозовых разрядов, а также взрывов пыли (см.) на заводах, мельницах, в шахтах и т. п.

Химические свойства дымов и туманов. В дисперсном состоянии дыма или тумана, химическ. активность (реакционная способность) веществ значительно больше, чем в массе. Она возрастает с повышением степени дисперсности: а) благодаря увеличению уд. иоверхности, что дает возмояс-ность реакциям протекать быстрее, б) бла-



годаря одновременному увеличению поверхностной энергии отдельных частичек и в) вследствие ускорения броуновского движения, облегчающего распространение реакции по всему объему дыма или тумана. Реакция может происходить меледу частицами и газовой средой (чаще всего) или мелсду частицами различньгк: Д. и т. (при их смешении). Нек-рые вещества, медленно окисляющиеся на воздухе, загораются при распылении на частицы диам. 10 -10 * см, даже при обыкновенной t° (нирофорич. металлы). Воспламенение распыленных органич. материалов (твердых) наступает при сонрикос-новении с телом, нагретым до 400-800°; жидкостей-при темп-ре возгорания их паров. Взрывы Д. и т. являются результатом быстрого реагирования горючего вещества дисперсной фазы с кислородом воздуха и протекают так же, как взрывы газовых смесей. Скорость распространения взрыва зависит от интенсивности (т.е. скорости и теплового эффекта) горения частиц, от расстояния между ними (концентрации См) и от скорости броуновского движения. Взрыв молсет наступить в результате местного нагревания или самопроизвольно. В последнем случае причиной воспламенения является либо крайне высокая химич, активность частиц, либо искровой разряд внутри облака дыма или тумана, наэлектризованного неравномерно. Такого рода явления имеют место в нек-рых производствах, где наблюдались самопроизвольные взрывы горючей пыли. Всякая устойчивая техническая пыль принадлежит к категории настоящих дымов или туманов; накопление ее и длительное застаивание в помещениях, облегчающее электризацию, может привести к взрыву, если данное вещество горюче (уголь, сера, сахар и т. п.). Сюда же относятся случаи самопроизвольного возгорания нефтяных фонтанов (туман распыленной нефти), взрывы и пожары на смолоперегонных установках и т. д. (см. Взрыв пыли).

Образование Д. и т. Дымы и туманы можно получать двумя путями: 1) раздроблением нек-рой массы твердого или жидкого вещества в газовой среде (дисперсионные процессы) и 2) конденсацией наров вещества внутри газовой среды, с которой они смешаны (конденсационные процессы). Те и другие процессы часто имеют место в природе, а также применяются и в технике для искусственного получения Д. и т.

Диснерсионные методы. 1) Механическое измельчение. 2) Распыление вещества помощью взрыва. Взрывной заряд может быть помещен внутри распыляемой массы или перемешан с нею. Этот способ применяется в военной технике для получения отравляющих, сигнальных, а также некоторых маскирующих Д. и т. 3) Пульверизация жидкостей в туман при выбрасывании их под давлением через узкие отверстия или при распылении струей газа. Степень распыления зависит от скорости истечения (т. е. от вязкости жидкости, диаметра отверстий и давления в приборе) и от конструкции распылителя (простой или центробежный). Этот способ применяется для получения туманов в теплотехнике (форт. э. т. VII.

сунки, моторы), в химич. производствах, в технике дезинфекции и дезинсекции, в военном деле и т. п. 4) Пульверизация раствора вещества в летучем растворителе применяется в процессах сушения и выпаривания; этот метод пригоден не только для истинных, но и для коллоидных растворов. Конденсационные методы.

1) Охлалсдение смеси пара с газом путем адиабатического расширения (сж.Адиабаупи-чвский процесс). Для образования тумана (или дыма) необходимо, чтобы пар был близок к состоянию насыщения; сгущение пара происходит вокруг газовых ионов или пылевых частиц, служащих ядрами конденсации. Размер и концентрация образующихся частиц тумана зависят: а) от стенени пересыщения S пара при расширении (s=-, т. е.

отношению начальной концентрации пара 1С конечной); б) от наличия ядер конденсации, их числа, размеров, физич. структуры, химич. природы и электрич. заряда; в) от природы газовой среды, ее плотности, t° и

степени расширения где ь\ и -удельные объемы газовой среды). Этот метод применяют в нроизводственной и лабораторной практике (например при сжилсении газов).

2) Поверхностное охлаждение пара при соприкосновении его с газом более низкой t°. Благодаря поверхностному охлаждению сгущение пара в туман или дым может происходить даже при концентрациях, далеких от насыщения. Этот процесс часто протекает одновременно с первым, напр., если струя газа насыщенного парами вещества, выбрасывается под давлением в более холодное пространство. Этот способ находит широкое применение в химич. технологии (напр. возгонка) и в военном деле. 3) Химические реакции, протекающие в газообразной среде и приводящие к образованию твердьгх или жидких продуктов (или паров, насыщающих пространство). Необходимое условие для образования дыма или тумана: упругость пара продукта реакции д. б. ниже упругостей реагирующих паров. Д. и т. получаются простым смешением парообразных веществ, предварительно разбавленных воздухом в достаточном объеме; одним из компонентов реакции может служить водяной пар (атмосферная влага). К реакциям этого тина относятся: взаимодействие кислотных наров с аммиаком, многие процессы гидролиза (см.), гидратации и т. п. Этот способ очень удобен для получения завес из Д. и т. и широко практикуется в военной технике. 4) Процессы горения, наиболее известные источники образования Д. и т., представляют собою обычно сочетание химич. реакций с различными конденсационными процессами. От предыдущего способа эти процессы отличаются тем, что дисперсионная среда (кислород) непосредственно участвует в реакции. При горении специальных дымовых смесей, содерлсащих окислители, явления м. б. еще слолснее. Для того чтобы горящее вещество давало дым или туман, необходимо, чтобы оно при Г горения превращалось в пар (например: нефть, масла, Mg, Zii) или разлагалось с выделением



летучих продуктов (дерево, камен. уголь). Сжигание веществ с целью получения дыма применяется в заводской и военной технике.

Значение Д. и т. в технике. Д. и т. сами по себе находят ограниченное технич. применение. Образование их часто является нежелательным процессом в производстве. Технич. ценность представляет обычно не дым или туман как таковой, но лишь одна из его двух фаз; такие Д. и т. подвергают обработке с целью выделения полезного компонента. В друг, случаях образование Д. и т. вызывают преднамеренно в промежуточных стадиях обработки продукта или при его утилизации.

Освобождение газов от примешанной к ним дисперсной фа-3 ы, твердой или жидкой, практикуется в промышленности очень часто. Таким образом очищаются: воздух рабочих помещений, колошниковые газы доменных печей, пирит-ные и ватер-жакетные газы (SOg) в производстве серной к-ты, водород в производстве синтетич. аммиака, генераторный, светильный и многие другие технические газы.

Выделение д-и сперсной фазы из газовой среды применяется для улавливания ценных продуктов, содержащихся в отходящих газах или в воздухе и механически увлекаемьгх в дымовые и вытяжные трубы. Д. и т. могут являться главными продуктами производства (напр. серная к-та) или побочными (например в металлургии). Так улавливаются дымы окислов пенных металлов (А1, Си, Zn, Cd, Sn, Pb, As, Sb, Bi) из газов плавильных, электрич. и рудообжигательных печей, туманы кислот (H.S04, ЫС1, HNO3), смол и т. д. Некоторые ценные примеси, находящиеся в состоянии паров, могут быть сгущены в туман охлаждением газа ИТ. о. выделены (напр. смолы и легкие масла в каменноугольном газе).

Превращение технич. продукта в дым используется для получения нек-рых веществ в состоянии тончайших порошков или устойчиво-рыхлых, объемистых хлопьев (аэрогели). Так получают, например, окислы сурьмы и олова (SbgOg, SnO,) из расплавленных металлов вдуванием кислорода; сажу-сжиганием масел; сублимированный пирогаллол (объем 1 кг-18 л; уд, в.0,056)-возгонкой сырого продукта в дым и последующей флокуляцией последнего. Превращение жидкостей в туман практикуется в технике выпаривания растворов в распыленном состоянии (напр. в производстве сухого молока). Здесь туман является промежуточной фазой обработки: аэрозоль [жидкость + газ], не теряя своей дисперсности, переходит в аэрозоль [твердое вещество + газ], т.е. совершается прямое превращение тумана в дым с коагуляцией последнего. Иногда, наконец, вещество только в виде дыма или тумана способно проявить нужное действие; например, твердое и жидкое топливо в высокодисперсном состоянии делается равноценным газообразному. Взрывы тумана с использованием полученного давления осуществляются в двигателях внутреннего сгорания, работающих на тяжелых маслах; сожигание угольной пыли в тоиках представляет собою непре-

рывный ряд взрывов аэрозоля [уголь-f воздух], с использованием их теплового эффекта. Некоторые ядовитые дымы и туманы применяются в сельском и лесном хозяйствах для борьбы с вредителями растений-насекомыми и грибками (см. Дезинсекция). В посяеднее время имеются попытки применения Д. и т. для целей оптич. рекламы и воздушной сигнализации.

Д. и т. в военном деле. Военная техника использует Д. и т. для целей маскировки, химич. нападения и сигнализации.

Маскирующие Д. и т. служат для создания дымовых завес, горизонтальных и вертикальных. Вещество дисперсной фазы м. б. жидким или твердым; оно д. б. трудно летучим и по возможности гигроскопичным; обычный размер частиц 10 *-10 см. Дымы или туманы для маскирующих завес получаются из особых веществ-дымообра-зователей-чаще всего при участии составных частей атмосферы: влаги, кислорода или той и другого вместе; поэтому химич. состав частиц Д. ИТ. обычно не одинаков с составом исходного вещества. От маскирующей завесы требуется устойчивость, большая затемняющая (кроющая) способность и по возможности отсутствие ядовитого или раздражающего действия. Применяемые дымообразующие вещества должны быть: а) доступны в больших количествах, б) безопасны в обращении, в) не должны разлагаться при хранении, г) техника их применения д. б. несложной и д) из единицы веса материала должен получаться бсяьшой объем дыма или тумана с высокой кроющей способностью. По способам применения они делятся на следующие группы: 1) вещества, дающие дым при механическ. распылении (взрыве): нек-рые смеси, применяемые в дымовых снарядах артиллерии; 2) вещества, образующие Д. и т. при химическом взаимодействии с влагой воздуха: хлорное олово SnCli, четыреххлористый титан TiCl4, четыреххло-ристый кремний SiCli, хлористый мышьяк ASCI3, хлорсульфоновая к-та С1 SOg - ОН, серный ангидрид SO3 и олеум (дымящая серная к-та: H2SO4+ от 20 до 50%8Оз). Хлористые соединения этой группы-жидкости типа хлорангидридов, легко гидролизующиеся водой-на воздухе дымят, пока все вещество не разложится; они применяются в снарядах, минах и в специальных дымообразующих аппаратах для нолевых войск, морского и воздушного флотов; они также часто примешиваются к боевым отравляющим веществам (см.). Олеум, дающий (как и SO3) туман благодаря реакции SO3 + HgO = H,S04, подвергается распылению или термич. возгонке (напр. выливанием на негаш. известь); применяется танками, морскими судами и сухопутными войсками; 3) вещества, образующие Д. и т. при горении: белый (желтый) и красный фосфор; смеси Бергера- ВМ [Zn(пыль),. CCI4, NaClOg, NH4CI и кизельгур; иногда ZnO или MgCOg] и НС (с заменой CCI4 на CaClg); смесь Ершова (NH4CI, нафталин, KCIO3 и уголь), нефть и др. Фосфор при сгорании дает дым POg и далее, с влагой, туман фосфорной кислоты; дымовые смеси образуют дымы, состоящие из продуктов горения, возгонки и химич. взаимодействия со-



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 [ 58 ] 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155