Дисперсных выделений

ГОРЕНИЕ ДИСПЕРСНЫХ ТОПЛИВНЫХ СИСТЕМ

Вниманию читателей предлагается сборник статей, посвященных теоретическим и экспериментальным исследованиям энергетического использования дисперсных топливных систем (водоугольных суспензий, водомазут-ных эмульсий, углеводомазутных суспензий и др.).

Материал сборника представляет собой обобщение результатов работы лаборатории дисперсных топливных систем Института горючих ископаемых, выполненных в 1967 г.

Статьи сборника содержат основные результаты цикла научно-исследовательских и опытных работ по созданию новых схем энергетического использования обводненных твердых и жидких топлив, а также изысканию новых областей применения дисперсных топливных систем в народном хозяйстве. Приведены результаты исследований закономерностей выгорания потока водоуголь-ной суспензии с учетом ее начальной влажности и зольности и изменения относительных скоростей движения выгорающих капель суспензий, а также экспериментальные данные по выгоранию капель водоугольных суспензий, полученные с применением аппаратуры, регистрирующей изменение веса капли в быстропротекающих процессах. Приведены данные опытно-промышленных исследований горения и теплообмена водоугольных суспензий из каменных углей и антрацитов в промышленном энергетическом паровом котле.

Новые пути использования дисперсных топливных систем в народном хозяйстве представлены работами по применению топливио-водяных эмульсий в виде покрытия для защиты от выдувания при транспортировке по железной дороге и использованию жидких топлив с водой для получения парогаза или активного вытеснителя нефти из пласта.

Для нанесения пленки в лаборатории дисперсных топливных систем была изготовлена специальная форсунка с паровым рас-пылом производительностью 2,5 т/ч, которая при испытании на воде показала хорошие результаты.

Теоретический анализ выгорания водоугольной суспензии с учетом ее начальной зольности и влажности. Делягин Г. Н., Онищенко А. Г. Сб. «Горение дисперсных топливных систем». Изд-во «Наука», 1969, стр. 7—18.

Делягин Г. Н. Сб. «Горение дисперсных топливных систем». Изд-во «Наука», 1969, стр. 19—32.

Особенности сжигания антрацитового штыба в виде водоугольных суспензий в топке парового котла. Делягин Г. Н., Кирсанов В. И., Онищенко А. Г. Сб. «Горение дисперсных топливных систем». Изд-во «Наука», 1969, стр. 33—39.

Радиационный теплообмен в топке парового котла при сжигании водоугольных суспензий. Делягин Г. Н., Онищенко А. Г. Сб. «Горение дисперсных топливных систем». Изд-во «Наука», 1969. стр. 40—47.

Влияние зольности на основные теплотехнические характеристики при сжига-«ии отходов углеобогащения в виде водоугольной суспензии. Исаев В. В. Сб. «Горение дисперсных топливных систем». Изд-во «Наука», 1969, стр. 48—54.

Для многих конструкций характерен периодический режим нагру-жения. В этом случае одной из основных причин неисправностей и отказов колонны является усталостное разрушение. Результаты многочисленных исследований процесса возникновения усталостных трещин в крупногабаритных конструкциях позволяют сделать вывод о стохастическом распределении трещин, как по времени, так и по поверхности аппарата. Объясняется это системным воздействием комплекса факторов, проявляющихся при эксплуатации объекта. К числу таких факторов следует отнести особенности структуры материала (размер зерен, наличие дисперсных выделений и т. д.), последовательность нагружения, влияние термо-активационных процессов и т. п. Механизмы усталостного разрушения и особенности их проявления в крупногабаритных конструкциях рассмотрены в [39,40, 48].

типа характерных кривых циклического упрочнения (разупрочнения) (рис. 13). Монотонное циклическое упрочнение под действием циклической нагрузки, например, наблюдается в нормализованных конструкционных сталях, которые испытываются на усталость при амплитудах больше макроскопического предела текучести, и у чистых металлов и однофазных сплавов в пластичном состоянии, особенно с высокой энергией дефектов упаковки. Монотонное циклическое разупрочнение характерно для высокопрочных сплавов с большим числом дисперсных выделений и холоднодеформированных металлических материалов при амплитудах напряжения ниже предела текучести. Первоначальное циклическое разупрочнение и последующее циклическое упрочнение типично для нормализованных конструкционных сталей, если величина приложенной нагрузки не превышает макроскопический предел текучести. Па рис. 14, для примера, представлены кривые циклического упрочнения конструкционной стали Ск 45 (типа углеродистой стали 45).

Для многих колонных аппаратов характерен периодический режим нагружения. В этом случае одной из основных причин неисправностей и отказов колонны является усталостное разрушение Результаты многочисленных исследований процесса возникновения усталостных трещин в крупногабаритных конструкциях позволяют сделать вывод о стохастическом распределении трещин как по времени, так и по поверхности аппарата. Объясняется это системным воздействием комплекса факторов, проявляющихся при эксплуатации колонны. К числу таких факторов следует отнести особенности структуры материала (размер зерен, наличие дисперсных выделений и т.д.), последовательность нагружения, влияние термоактива-ционных процессов и т.п. Механизмы усталостного разрушения и особенности их проявления в крупногабаритных конструкциях рассмотрены в [45-47].

Механизм упрочнения при старении сплавов различных систем состоит в том, что зоны «предвыделений» и образующиеся дисперсные частицы, имея по сравнению с матрицей различные упругие свойства, создают поля напряжений, взаимодействующие с дислокациями. В результате движение дислокаций через кристалл затормаживается и деформация сплава затрудняется; с другой стороны, дисперсные частицы оказывают также сопротивление переползанию дислокаций (см. рис. 58). Например, у магнитотвердых сплавов структура, возникающая на различных стадиях старения в системе Fe—Ni—А1, способствует увеличению коэрцитивной силы, поскольку зоны предвыделений и области дисперсных выделений, будучи соразмерными с величиной доменов, задерживают переориентацию стенки Блоха в процессе перемагничи-вания сплава. Эффект старения наблюдают и используют не только в системах цветных сплавов (на основе алюминия, магния, титана, никеля), но и в сплавах на основе железа и, в частности, у стали, содержащей 0,06% С.

зованием весьма дисперсных выделений на дислокациях в теле и границах зерен. Такая обработка привела к разному увеличению микротвердости сплава.

Высокий уровень температур рекристаллизации у стареющих сплавов может объясняться тем, что зародыши новых зерен в этих сплавах находятся в окружении дисперсных выделений второй фазы, препятствующих их дальнейшему росту. Это так называемый барьерный эффект.

Большинство 12% -ных хромистых сталей имеют комплексное легирование с присадкой карбидообразующих элементов W, V, Mo, Nb и Ti в различных сочетаниях и упрочнение их связано с образованием дисперсных выделений карбидных фаз типа Ме23С6, Ме6С, Ме2С и интерметаллидных фаз типа Fe2W или Fe.2Mo с растворением или замещением одних элементов в фазах другими. Количество элементов, связанных в фазах и твердом растворе, а также их свойства изменяют в зависимости от условий термической обработки или длительности испытания [1, 29, 34].

Ванадий повышает жаропрочность 12%-ных хромистых сталей, но в определенном сочетании с другими легирующими элементами (Мо, Сг и С). В 12%-ной хромистой стали с 0,6% Мо и 0,1% С наибольший эффект упрочнения при 550° С достигается при введении около 0,3% V. Эффективность влияния ванадия связана с образованием дисперсных выделений карбидов ванадия типа VC. При отпуске образуются два вида карбидов типа (Сг, V, Fe, Мо)23Св и небольшое количество карбида ванадия типа VC.

г) Ковкие, годные для холодной прокатки и волочения, подвергающиеся тек-стуровке или применяемые без нее сплавы железо—никель—медь и кобальт—никель—медь с высокой коэрцитивной силой за счет ориентированных дисперсных выделений ферромагнитной фазы из тройного твердого раствора, при Нс = 300ч-700 э, В, = 25004-6000 гс и Wm., = 25 000ч-45000 эрг/см3.

В большинстве встречающихся на практике случаев образующаяся при диффузионной пайке структура шва двухфазная: твердый раствор a-Ti и интерметаллидные включения. Изменение механических свойств сплавов, имеющих в своем составе интер-металлиды, зависит от особенностей выделения второй фазы и характера дисперсионного механизма упрочнения. В результате дисперсных выделений может иметь место как упрочне-нение, так и разупрочнение сплава. Выделение небольшого количества второй фазы в мелкодисперсном состоянии сопровождается повышением прочности и уменьшением пластичности. Вторая фаза в этом случае вносит искажения в кристаллическую решетку металла. Увеличение количества выделяющейся избыточной фазы может послужить причиной резкого уменьшения пластических и прочностных свойств, если эта фаза выделяется в виде сетчатого каркаса. Менее опасны интерметаллиды в случае их выделения в виде сосредоточенных включений.

Стабилизация размеров зерна достигается: 1) применением двухфазных сплавов с объемным соотношением фаз 1 : 1; в этом случае имеет место максимальное развитие межфазоной поверхности, что обеспечивает взаимное торможение роста зерен фаз; 2) использованием дисперсных выделений, являющихся барьером для перемещения границ зерен. В настоящее время для обработки в состоянии сверхпластичности чаще используют цинкоалюминие-