RU2054376C1 - Method for production of high-melting inorganic compounds under conditions of burning - Google Patents
Method for production of high-melting inorganic compounds under conditions of burning Download PDFInfo
- Publication number
- RU2054376C1 RU2054376C1 SU4936886A RU2054376C1 RU 2054376 C1 RU2054376 C1 RU 2054376C1 SU 4936886 A SU4936886 A SU 4936886A RU 2054376 C1 RU2054376 C1 RU 2054376C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mixture
- combustion
- roll
- reactor
- cal
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к способу получения неорганических соединений и может быть использовано в химической и машиностроительной промышленности. The invention relates to a method for producing inorganic compounds and can be used in the chemical and engineering industries.
Известен способ получения тугоплавких неорганических соединений локальным воспламенением реакционной смеси, содержащей металлы III-IV и неметаллы III-IV групп, в замкнутом объеме с последующим высокотемпературным реагированием в режиме горения [1]
Недостатком данного способа является его цикличность и неоднородность по дисперсному составу получаемого соединения.A known method of producing refractory inorganic compounds by local ignition of a reaction mixture containing metals of III-IV and non-metals of III-IV groups in a closed volume followed by high-temperature reaction in the combustion mode [1]
The disadvantage of this method is its cyclicality and heterogeneity in the dispersed composition of the resulting compound.
Наиболее близким к изобретению является способ получения тугоплавких неорганических соединений в режиме горения путем непрерывной подачи исходной экзотермической смеси в зону горения реактора и ее термообработки в указанном режиме с последующим непрерывным отводом полученного соединения [2]
Недостатком известного способа является невысокий выход целевого продукта и его неоднородность по фракционному составу из-за нестабильности условий горения.Closest to the invention is a method for producing refractory inorganic compounds in the combustion mode by continuously supplying the initial exothermic mixture to the combustion zone of the reactor and its heat treatment in the specified mode, followed by continuous removal of the obtained compound [2]
The disadvantage of this method is the low yield of the target product and its heterogeneity in fractional composition due to the instability of the combustion conditions.
Целью изобретения является повышение выхода целевого продукта и улучшения его фракционного состава за счет повышения стабильности условий горения. The aim of the invention is to increase the yield of the target product and improve its fractional composition by increasing the stability of the combustion conditions.
Это достигается тем, что в способе получения тугоплавких неорганических соединений в режиме горения, включающем непрерывную загрузку в реактор исходной смеси компонентов, составляющих соединение, подачу указанной смеси в зону горения и ее термообработку в названном режиме с последующей непрерывной выгрузкой полученного соединения согласно изобретению исходную смесь в процессе загрузки подают на боковую поверхность валка реактора, затем нагревают ее до температуры, обеспечивающей расположение фронта горения на постоянном расстоянии от точки подачи смеси, после чего подогретую смесь подают в зону горения, расположенную также на боковой поверхности валка, причем линейную скорость ее подачи в зону горения выбирают из условий:
vo < v < vm, (1) где vo линейная скорость адиабатического горения исходной смеси при нормальных условиях, см/с;
v линейная скорость подачи исходной смеси в зону горения, см/с;
vm максимально допустимая линейная скорость подачи исходной смеси в зону горения, определяемая как ближайшей к vo корень уравнения:
F + -4 F 0 (2) где F +
β 1-exp-
Tг=To +
F функция переменных R, Tг, , E, α, c, ρ, β;
β- функция переменных α, χ, c, ρ, vm;
Тг температура горения, К;
безразмерная скорость;
То температура окружающей среды, К;
R универсальная газовая постоянная, кал/моль.К;
Q теплотворная способность смеси, кал /г;
C теплоемкость смеси, кал/г·К;
ρ плотность смеси, г/см3;
К энергия активации экзотермического химического превращения смеси, кал/моль;
α 1- коэффициент теплопотерь боковой поверхности валка реактора, кал/см2·с·К;
α коэффициент теплообмена между смесью и боковой поверхностью валка реактора, кал/см2·с·К;
χ расстояние между точками подачи исходной смеси на валок реактора и выгрузки соединения, см.This is achieved by the fact that in the method for producing refractory inorganic compounds in the combustion mode, which includes continuously loading into the reactor an initial mixture of the components that make up the compound, supplying the specified mixture to the combustion zone and its heat treatment in the above mode, followed by continuous unloading of the obtained compound according to the invention, the initial mixture is the loading process is fed to the side surface of the reactor roll, then it is heated to a temperature that ensures that the combustion front is at a constant distance from the feed point of the mixture, after which the heated mixture is fed into the combustion zone, also disposed on the side surface of the roll, the linear velocity of its flow into the combustion zone conditions selected from:
v o <v <v m , (1) where v o is the linear velocity of the adiabatic combustion of the initial mixture under normal conditions, cm / s;
v linear feed rate of the initial mixture into the combustion zone, cm / s;
v m the maximum allowable linear feed rate of the initial mixture into the combustion zone, defined as the root of the equation closest to v o :
F + -4 F 0 (2) where F +
β 1-exp -
T g = T o +
F is a function of the variables R, T g , , E, α, c, ρ, β;
β is the function of the variables α, χ, c, ρ, v m ;
T g combustion temperature, K;
dimensionless speed;
T about the ambient temperature, K;
R is the universal gas constant, cal / mol. K;
Q calorific value of the mixture, cal / g;
C heat capacity of the mixture, cal / g · K;
ρ density of the mixture, g / cm 3 ;
K activation energy of exothermic chemical conversion of the mixture, cal / mol;
α 1 - coefficient of heat loss of the side surface of the reactor roll, cal / cm 2 · s · K;
α heat transfer coefficient between the mixture and the side surface of the reactor roll, cal / cm 2 · s · K;
χ the distance between the points of supply of the initial mixture to the reactor roll and the discharge of the connection, see
Линейную скорость адиабатического горения исходной смеси при нормальных условиях вычисляют по скорости Зельдовича для начальной температуры То
vo exp- To + , (3) где Ко предэкспонент, I/с;
λ коэффициент теплопроводности смеси, кал/см·с·К.The linear adiabatic combustion rate of the initial mixture under normal conditions is calculated from the Zel'dovich velocity for the initial temperature T o
v o exp - T o + , (3) where К о is the pre-exponent, I / s;
λ thermal conductivity of the mixture, cal / cm · s · K.
На продукт горения перед выгрузкой из реактора воздействуют вторым валком усилием 10-1000 кг/см2.On the combustion product before unloading from the reactor, a second roll is applied with a force of 10-1000 kg / cm 2 .
На чертеже представлено изображение реактора, в котором реализуют способ по изобретению. The drawing shows an image of a reactor in which the method according to the invention is implemented.
Исходную экзотермическую смесь при помощи загрузочного устройства 1 подают на валок 2, который предварительно нагревают элементом 3. На валке 2 за счет его движения загружаемая смесь располагается в виде слоя 4. Устройством 5 в зоне А-Б слоя смеси инициируют процесс горения. На прореагировавшую смесь воздействуют вспомогательным валком 6 усилием от 10 до 1000 кг/см2, регулируемые пружинным механизмом 7. Готовый продукт 8 поступает в приемное устройство 9, налипший на валки продукт отделяется скребками 10. Валки заключены в кожух 11, в который через патрубок 12 вводят нейтральный газ для изоляции готового продукта от атмосферного воздуха.The initial exothermic mixture is fed by means of a loading device 1 to the
Зона А-Б представляет собой зону автостабилизации фронта горения относительно точки В загрузочного устройства. Zone A-B is a zone of auto-stabilization of the combustion front relative to point B of the loading device.
Если тепло, выделяемое при синтезе тугоплавкого неорганического соединения, достаточно для поддержания режима автостабилизации горения, то нагревательный элемент 3 отключают, если нет, то снижают его нагрев до величины, необходимой для создания условий режима автостабилизации горения. If the heat generated during the synthesis of the refractory inorganic compound is sufficient to maintain the self-stabilization mode of combustion, then the
Сущность автостабилизации заключается в следующем. The essence of auto stabilization is as follows.
Если фронт горения при увеличении по каким-либо причинам скорости горения приблизился к загрузочному устройству, то уменьшится расстояние между фронтом горения и загрузочным устройством. Это, в свою очередь, уменьшит время контакта слоя экзотермической смеси с поверхностью, максимальную температуру его подогрева и, следовательно, скорость горения экзотермической смеси. Уменьшение скорости горения переместит фронт горения в противоположную от загрузочного устройства сторону. В том случае, когда фронт горения удалится от места загрузки, то время контакта с поверхностью валка, температура и скорость горения смеси увеличатся и фронт горения вернется в первоначальное положение. Таким образом, фронт горения на поверхности валка колеблется относительно некоторого равновесного положения. If the combustion front with an increase in the burning rate for any reason approaches the loading device, then the distance between the combustion front and the loading device will decrease. This, in turn, will reduce the contact time of the exothermic mixture layer with the surface, the maximum temperature of its heating and, consequently, the burning rate of the exothermic mixture. A decrease in the burning rate will move the combustion front in the opposite direction from the loading device. In the event that the combustion front moves away from the loading point, the contact time with the surface of the roll, the temperature and the burning rate of the mixture will increase and the combustion front will return to its original position. Thus, the combustion front on the surface of the roll oscillates relative to a certain equilibrium position.
П р и м е р 1. Берут 1 кг титана марки ПТХ-5-1 Опытного металлургического завода дисперсностью 0,45-0,08 мм и 0,25 кг технического углерода марки ПМ 15ТС, перемешивают в смесителе в течение 8 ч. Подготовленная таким образом смесь, а также используемый в примере валковый реактор и окружающая среда имеют следующие характеристики:
плотность исходной смеси ρ 5 г/см3.PRI me R 1. Take 1 kg of titanium grade PTX-5-1 of the Experimental Metallurgical Plant with a dispersion of 0.45-0.08 mm and 0.25 kg of carbon black grade PM 15TS, mix in the mixer for 8 hours. Prepared Thus, the mixture, as well as the roll reactor and the environment used in the example, have the following characteristics:
the density of the initial mixture ρ 5 g / cm 3 .
температура горения исходной смеси Тг 3500 К
линейная скорость адиабатического горения исходной смеси при нормальных условиях, рассчитанная по (3) vo 3 см/с
теплотворная способность исходной смеси Q 640 кал/г
теплоемкость исходной смеси с 0,2 кал/г·К
энергия активации экзотермического химического превращения исходной смеси Е 4500 кал/моль,
коэффициент теплопотерь боковой поверхности валка реактора α1= 0,005 кал/см2·с·К
коэффициент теплообмена между исходной смесью и боковой поверхностью валка реактора α 0,45 кал/см2·с·К
расстояние между точками подачи исходной смеси на валок реактора и выгрузки готового продукта χ= 10 см
температура окружающей среды То300 К
универсальная газовая постоянная К 2 кал/моль·К
предэкспонент Ко 3100 1/с
коэффициент теплопроводности смеси, λ= 0,0162 кал/см·с·К.combustion temperature of the initial mixture T g 3500 K
linear adiabatic combustion rate of the initial mixture under normal conditions, calculated according to (3) v o 3 cm / s
the calorific value of the initial mixture Q 640 cal / g
heat capacity of the initial mixture with 0.2 cal / g · K
the activation energy of the exothermic chemical conversion of the initial mixture E 4500 cal / mol,
the heat loss coefficient of the side surface of the reactor roll α 1 = 0.005 cal / cm 2 · s · K
heat transfer coefficient between the initial mixture and the side surface of the reactor roll α 0.45 cal / cm 2 · s · K
the distance between the points of supply of the initial mixture to the reactor roll and the discharge of the finished product χ = 10 cm
ambient temperature T about 300 K
universal gas
pre-exponent K about 3100 1 / s
the thermal conductivity of the mixture, λ = 0.0162 cal / cm · s · K.
Подставляя в формулу (2) числовые значения указанных параметров, определяют с помощью ЭВМ vm, которая для данной смеси равна 5,1 см/с. Подставляя числовые значения vo и vm в (1), выбирают v в интервале 3 < v < 5,1 (см/с).Substituting in the formula (2) the numerical values of these parameters, determine using a computer v m , which for this mixture is 5.1 cm / s. Substituting the numerical values of v o and v m in (1), choose v in the
Исходную смесь помещают в загрузочное устройство 1 валкового реактора и приводят в движение валок 2 с линейной скоростью перемещения его поверхности v 3,5 см/с, предварительно нагрев его с помощью нагревательного элемента 3 до температуры Т 1200 К. The initial mixture is placed in the loading device 1 of the roll reactor and the
Из загрузочного устройства 1 смесь поступает на валок 2 в виде ленты 4, в которой при достижении ею зоны реакции А-Б инициируют процесс горения с помощью устройства 5. После синтеза на продукт 8 воздействуют вспомогательным валком 6 усилием 10 кг/см2, которое регулируют с помощью пружины 7, что способствует более полному превращению смеси. Затем готовый продукт 8 собирают в приемное устройство 9. Полученный продукт измельчают в течение 1 ч с загрузкой шаров в весовом соотношении к порошку 5:1.From the loading device 1, the mixture enters the
Готовый материал представляет собой порошок черного цвета, состоящий из однородных частиц карбида титана. Выход TiC 96% интервал зернистости 0,5-15 мкм. The finished material is a black powder consisting of homogeneous particles of titanium carbide.
В таблице представлены данные по выходу и фракционному составу, полученные по изобретению тугоплавких неорганических соединений. The table presents data on the yield and fractional composition obtained according to the invention of refractory inorganic compounds.
Из представленных в таблице данных следует, что изобретение позволяет получить различные тугоплавкие неорганические соединения, в частности карбиды, бориды, силициды, сложные карбиды и т.д. с выходом целевого продукта не менее 96% Порошки однородны по фракционному составу, способ легко автоматизируется. From the data presented in the table it follows that the invention allows to obtain various refractory inorganic compounds, in particular carbides, borides, silicides, complex carbides, etc. with the yield of the target product of at least 96%, the powders are homogeneous in fractional composition, the method is easily automated.
Claims (1)
v0 < v < vm,
где v0 - линейная скорость адиабатического горения исходной смеси при нормальных условиях, см/с;
vm - максимально допустимая линейная скорость подачи исходной смеси в зону горения, определяемая как ближайший к v0 корень уравнения
F - функция переменных
β - функция переменных a, x, C, ρ, vm;
Tг - температура горения, K;
Tо - температура окружающей среды, K;
- безразмерная скорость;
R - универсальная газовая постоянная, кал/моль • К;
q - теплотворная способность смеси, кал/г;
C - теплоемкость смеси, кал/г • К;
ρ - плотность смеси, г/см3;
E - энергия активации экзотермического химического превращения смеси, кал/моль;
a1 - коэффициент теплопотерь боковой поверхности валка реактора, кал/см2 • с • К;
α - коэффициент теплообмена между смесью и боковой поверхностью валка реактора, кал/см2 • с • К;
x - расстояние между точками подачи исходной смеси на валок реактора и вырузки полученного соединения, см,
а на продукт горения выгрузкой из реактора воздействуют вторым валком с усилием 10 - 1000 кг/см2.METHOD FOR PRODUCING REFINABLE INORGANIC COMPOUNDS IN THE COMBUSTION MODE, comprising continuously loading the components of the compound into the reactor of the initial mixture, supplying the specified mixture to the combustion zone and its heat treatment in the said mode, followed by continuous unloading of the obtained compound, characterized in that, in order to increase the yield and improving the fractional composition of the compound by increasing the stability of the combustion conditions, the initial mixture is fed to the side surface of the reactor roll during loading, then heated they are heated to a temperature that ensures that the combustion front is at a constant distance from the mixture supply point, after which the heated mixture is fed into the combustion zone, which is also located on the side surface of the roll, and the linear velocity v of its supply to the combustion zone is determined from the condition
v 0 <v <v m ,
where v 0 is the linear adiabatic combustion rate of the initial mixture under normal conditions, cm / s;
v m is the maximum allowable linear feed rate of the initial mixture into the combustion zone, defined as the root of the equation closest to v 0
F - function of variables
β is the function of the variables a, x, C, ρ, v m ;
T g - combustion temperature, K;
T about - ambient temperature, K;
- dimensionless speed;
R is the universal gas constant, cal / mol • K;
q is the calorific value of the mixture, cal / g;
C is the heat capacity of the mixture, cal / g • K;
ρ is the density of the mixture, g / cm 3 ;
E is the activation energy of the exothermic chemical conversion of the mixture, cal / mol;
a 1 - heat loss coefficient of the side surface of the reactor roll, cal / cm 2 • s • K;
α is the heat transfer coefficient between the mixture and the side surface of the reactor roll, cal / cm 2 • s • K;
x is the distance between the points of supply of the initial mixture to the reactor roll and the discharge of the obtained compound, cm,
and the combustion product is discharged from the reactor by a second roll with a force of 10-1000 kg / cm 2 .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4936886 RU2054376C1 (en) | 1991-05-16 | 1991-05-16 | Method for production of high-melting inorganic compounds under conditions of burning |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4936886 RU2054376C1 (en) | 1991-05-16 | 1991-05-16 | Method for production of high-melting inorganic compounds under conditions of burning |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2054376C1 true RU2054376C1 (en) | 1996-02-20 |
Family
ID=21574868
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU4936886 RU2054376C1 (en) | 1991-05-16 | 1991-05-16 | Method for production of high-melting inorganic compounds under conditions of burning |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2054376C1 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2001072407A1 (en) * | 2000-03-28 | 2001-10-04 | Comsyntech Ltd. | Apparatus for self-propagating high temperature synthesis |
RU2665669C1 (en) * | 2017-07-06 | 2018-09-03 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева" (ФГБОУ ВО РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева) | Line for the shs powder refractory products manufacturing |
RU2665852C1 (en) * | 2017-07-06 | 2018-09-04 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный аграрный университет МСХА - имени К.А. Тимирязева" (ФГБОУ ВО РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева) | Method of manufacturing powder refractory products shs and the equipment set for its implementation |
RU2666389C1 (en) * | 2017-07-06 | 2018-09-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева" (ФГБОУ ВО РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева) | Method of manufacture of powder refractory products of shs |
RU185621U1 (en) * | 2017-07-06 | 2018-12-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева" (ФГБОУ ВО РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева) | Roller reactor for the synthesis of refractory compounds in continuous combustion |
-
1991
- 1991-05-16 RU SU4936886 patent/RU2054376C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. Авторское свидетельство СССР N 255221, кл. C 01B 31/30, 1967. 2. Заявка WO 90/11857, кл. B 22F 9/16, 1990. * |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2001072407A1 (en) * | 2000-03-28 | 2001-10-04 | Comsyntech Ltd. | Apparatus for self-propagating high temperature synthesis |
US6436356B1 (en) | 2000-03-28 | 2002-08-20 | Comsyntech Ltd. | Apparatus for self-propagating high temperature synthesis |
RU2665669C1 (en) * | 2017-07-06 | 2018-09-03 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева" (ФГБОУ ВО РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева) | Line for the shs powder refractory products manufacturing |
RU2665852C1 (en) * | 2017-07-06 | 2018-09-04 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный аграрный университет МСХА - имени К.А. Тимирязева" (ФГБОУ ВО РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева) | Method of manufacturing powder refractory products shs and the equipment set for its implementation |
RU2666389C1 (en) * | 2017-07-06 | 2018-09-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева" (ФГБОУ ВО РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева) | Method of manufacture of powder refractory products of shs |
RU185621U1 (en) * | 2017-07-06 | 2018-12-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева" (ФГБОУ ВО РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева) | Roller reactor for the synthesis of refractory compounds in continuous combustion |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Choi et al. | Effect of aluminium addition on the combustion reaction of titanium and carbon to form TiC | |
Dunmead et al. | Simultaneous synthesis and densification of TiC/Ni-Al composites | |
JP2874925B2 (en) | Apparatus and method for producing uniform, fine boron-containing ceramic powder | |
EP0207371A1 (en) | High density compacts | |
US5613996A (en) | Process for treatment of reactive fines | |
JPH06505955A (en) | Moving-bed carbonothermal synthesis method for non-oxide ceramic powders | |
RU2054376C1 (en) | Method for production of high-melting inorganic compounds under conditions of burning | |
US4879262A (en) | Combustion synthesis of boride and other composites | |
RU2069175C1 (en) | Method of preparing refractory inorganic compounds under burning condition | |
RU2054377C1 (en) | Method for production of high-melting inorganic compounds under conditions of burning | |
Lee et al. | Ignition phenomena and reaction mechanisms of the self-propagating high-temperature synthesis reaction in the Ti+ C system | |
Zhang et al. | The effect of carbon sources and activative additive on the formation of SiC powder in combustion reaction | |
Fan et al. | Microstructural evolution of the titanium particles in the in-situ composition of TiC–Fe by the combustion synthesis | |
JPH11106814A (en) | Operation of moving type hearth furnace | |
JPH04108605A (en) | Reactor for continuous thermal reduction of carbon | |
Monogarov et al. | Combustion features of nanothermites in pyrotechnic heaters | |
US5340533A (en) | Combustion synthesis process utilizing an ignitable primer which is ignited after application of pressure | |
JPS60118615A (en) | Production of novel carbon-containing composition and novel sialon | |
EP0046611B1 (en) | Silicon-containing compositions for self-sustained intermetallic reactions | |
JPH04500031A (en) | Method for obtaining powder refractory material and reactor for carrying out this method | |
Mosavian et al. | Effect of mechanical activation on the kinetics of silica carbothermal reduction in non-isothermal conditions | |
Yi et al. | Combustion characteristics of the Ni 3 Ti-TiB 2 intermetallic matrix composites | |
Lee et al. | Defect-enhanced solid-state reaction behavior of shock-modified Ti+ C powder mixture compacts | |
Shon | Synthesis of Ti 5 Si 3-x Nb composites by the field-activated combustion method | |
Hambardzumyan et al. | Synthesis of WSi2-SiC composite under the thermally activated combustion mode |