Введение
1 Литературный обзор 13
1.1 Термитные реакции и их связь с СВС 13
1.1.1 Открытие металлотермии, алюминотермии и термитной сварки 13
1.1.2 Алюминотермия и ее связь с СВС 14
1.2 Теория металлотермических процессов 16
1.2.1 Термодинамическое описание 16
1.2.2 Макрокинетическое описание 18
1.3 Применение металлотермических процессов 21
1.3.1 Термитная сварка 21
1.3.1.1 Развитие термитной сварки и других областей применения термита в России 21
1.3.1.2 Современные направления использования термита и термитной сварки 24
1.3.1.3 Основы технологий термитной сварки рельсов
1.3.2 Металлотермия в металлургии 28
1.3.3 Металлотермия в пиротехнике 30
1.3.4 Металлотермия как нетрадиционный источник энергии и материалов 32
1.4 Использование добавок и флюсов в металлотермических процессах и СВС 33
1.5 Использование гранулирования в технологии СВС 34
1.6 Композиты на основе железа. Способы получения 36
1.6.1 Интерметаллиды Fei
1.6.2 Система ТіС-сталь 37
1.6.3 Композиционные материалы 41
1.6.4 Сплавы на основе Fe3Al 42
1.6.4 Сплавы Fei-Al 43
1.7 Проблемные вопросы и недостатки алюминотермии 43
2 Исходные материалы и методы исследования 46
2.1 Приготовление термитной смеси 46
2.2 Приготовление смеси получения композита 49
2.3 Использование связующих 49
2.4 Использование флюса 53
2.5 Изготовление и выбор оптимальной формы и установки для сжигания смесей 53
2.6 Зажигание термитных смесей 57
2.7 Проведение наблюдений за процессом горения и измерение параметров 57
2.8 Подготовка образцов для исследования 58
2.9 Исследование микроструктуры и химического состава продуктов реакции 58
3 Термодинамические расчеты 59
3.1 Принятые в расчетах допущения 59
3.2 Расчет содержания кислорода в железной окалине 62
3.3 Расчеты алюминотермитной реакции
3.3.1 Расчет теплотворной способности термита и адиабатической температуры реакции 64
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 76
3.3.4 Расчет количества железного наполнителя 77
3.3.5 Подтверждение термодинамических расчетов для алюминотермической реакции при помощи программы Thermo 79
3.5 Термодинамические расчеты реакций образования композита Fe TiC 82
3.5.1 Расчет теплотворной способности и адиабатической температуры реакции смеси для получения композита 82
3.5.3 Расчеты для состава термитной смеси 3FeO + 2А1 90
3.5.4 Подтверждение термодинамических расчетов реакций получения композита при помощи программы Thermo 93
3.5.5 Корректировка по результатам анализов продуктов реакции 3.6 Оценка влияния флюса Nocolok на процесс горения термитной смеси 100
3.7 Оценка влияния нитрата целлюлозы на процесс горения термитной смеси 107
4 Разработка способа сжигания термитной смеси 113
4.1 Исследование горения термитной смеси при поджигании сверху 113
4.1.1 Горение смеси 3FeO+2Al 113
4.1.2 Горение смеси Fe203+2A1 114
4.1.3 Прямое измерение температуры горения 115
4.1.4 Выводы по результатам исследования горения негранулированных термитных смесей 116
4.2 Исследование влияния грануляции исходной смеси и места поджигания на протекание реакции 117
4.2.1 Теоретические аспекты 117
4.2.2 Опытная установка для сжигания гранулированных термитных смесей 119
4.2.3 Исследование процесса горения 120
4.3 Разработка установки для сжигания гранулированных термитных смесей 124
4.3.1 Разработка модели установки 124
4.3.2 Условие работы установки 127
4.4 Сжигание больших масс гранулированной термитной смеси 127
4.5 Преимущества разработанного способа сжигания термитных смесей 129
5 Разработка рецептур гранулированных термитных смесей для получения железа 130
5.1 Исследование влияния связующего на протекание реакции и качество получаемого металла 130
5.1.1 Грануляция на основе пироксилина 130
5.1.2 Грануляция на основе фторкаучука 132
5.2 Исследование влияния флюса Nocolok на протекание реакции и качество получаемого металла 133
5.2.1 Добавление флюса в порошковую смесь Fe203+2A1 133
5.2.1 Добавление флюса в гранулированную смесь 3FeO+2Al 136
5.2.2 Добавление флюса в гранулированную смесь Fe203+2A1 137
5.2.3 Влияние флюса на фазоразделение 138
5.3 Влияние углерода на горение термитной смеси 138
5.4 Рекомендуемые рецептуры термитных смесей для получения железа 139
6 Разработка рецептур гранулированных смесей для получения композитов железа с карбидом титана 141
6.1 Сжигание порошковой смеси получения композита железа с карбидом титана 141
6.2 Грануляция исходных порошковых смесей для получения композита железа с карбидом титана
6.2.1 Приготовление гранул по рецептуре 1 142
6.2.2 Приготовление гранул по рецептуре 2 143
6.3 Исследование горения гранул для получения композита FeiC 143
6.3.1 Горение смесей, приготовленных по рецептуре 1 143
6.3.2 Горение смесей, приготовленных по рецептуре 2 144
6.4 Рекомендуемые рецептуры термитных смесей для получения композита железа с карбидом титана 146
7 Исследование железа и композитов 149
7.1 Подготовка образцов для исследования 149
7.2 Исследование железа
7.2.1 Исследование железа, полученного при сжигании негранулированной термитной смеси 149
7.2.2 Исследование стали, полученной при сжигании гранулированной термитной смеси на основе нитроцеллюлозы 151
7.2.3 Выводы по результатам исследования стали 152
7.3 Исследования композитов 152
7.3.1 Исследование композита, полученного при сжигании негранулированной смеси Fe203+2Al+xTi+xC 152
7.3.2 Исследование композита, полученного при сжигании гранулированной смеси РегОз+2А1+хТі+хС 156
7.3.3 Исследование композита, полученного при сжигании смеси гранул составов Fe203+2A1 и Ti+C 159
7.3.4 Свойства композитов 163
7.3.5 Выводы по результатам исследования композитов 164
Заключение 166
Список литературы
