Что происходит с кирпичом при нагреве

Явления, сопутствующие нагреву металла. Угар металла. Обезуглероживание. Перегрев и пережог.

Нагрев металла под ковку и горячую штамповку сопровождается рядом отрицательных явлений, таких, как угар, обезуглероживание, перегрев, пережог, образование окалины и т. д.

Угар металла. В процессе нагрева в пламенной печи металл омывается раскаленными газами, содержащими кислород и водяной пар. При этом кислород образует слой окисла железа — окалину.

Окалина образуется не только во время нахождения металла в печи, но также при подаче его к молоту, при ковке, охлаждении, так как кислород воздуха, соприкасаясь с раскаленным металлом, энергично его окисляет. Поэтому необходимо подавать заготовки из печи к молоту как можно быстрее, используя средства малой механизации.

Потеря металла в результате окисления называется угаром и вычисляется в процентах к весу загружаемого в печь металла. При высоких температурах нагрева угар может достигать 3% за один нагрев. Если учесть, что с момента выплавки до получения готового изделия сталь нагревается несколько раз, то ясно, какое большое народнохозяйственное значение имеет борьба с угаром металла. Вред окалинообразования заключается еще и в том, что при ковке и штамповке окалина частично остается на поверхности изделия, заштамповывается и тогда требуется резанием снимать значительный слой металла.

Ввиду большой твердости окалины быстро тупится режущий инструмент и резко увеличивается износ штампов. Если изделие поступает в термическую обработку, то при наличии окалины получается «пятнистая» закалка, так как окалина обладает небольшой теплопроводностью и под ее слоем металл не закаливается.

Образование окалины зависит от скорости и температуры нагрева металла, от формы изделия, состава печных газов и химического состава стали.

Работами советских ученых и практикой отечественных заводов установлено, что металл можно нагревать значительно быстрее. При увеличении скорости нагрева уменьшается время выдержки металла в печи, т. е. время контакта его с печными газами, и, следовательно, уменьшается угар.

Большое влияние на величину угара оказывает температура нагрева металла. Так, например, скорость окисления стали при температуре 1300° в семь раз выше, чем при температуре 850—900°.

Чем больше отношение поверхности заготовки к ее объему (поковки сложной формы), тем большее количество металла, при прочих равных условиях, превращается в окалину, так как окисление происходит по большей поверхности.

Количество образующейся окалины зависит и от химического состава стали. Добавка некоторых легирующих элементов — алюминия, хрома, кремния сообщает стали окалиностойкость, так как прочная и плотная пленка окислов этих элементов защищает от проникновения кислорода. Увеличение содержания углерода в стали также замедляет образование окалины.

Из печных газов наиболее сильное влияние на образование окалины оказывает чистый кислород и водяной пар.

Одновременно с окислением железа при нагреве происходит процесс окисления углерода — обезуглероживание. Углерод, содержащийся в поверхностных слоях стали, выгорает, и сталь становится более мягкой.

Процесс обезуглероживания начинается при температуре 800—850°, его интенсивность зависит от содержания углерода в стали (чем больше углерода, тем медленнее идет обезуглероживание), от наличия окалины (слой окалины защищает углерод от выгорания), от состава печных газов и т. д.

Образование обезуглероженного слоя — вредное явление. Этот слой необходимо удалять, что требует увеличения припусков на механическую обработку поковок. При термической обработке ответственных деталей и инструментов обезуглероживание недопустимо. Поэтому в таких случаях нагрев деталей ведут в специальных защитных атмосферах.

Перегрев и пережог. Порча металла при нагреве может происходить в результате перегрева и пережога.

Если сталь нагреть до температуры выше критической точки Аc 3 (линия GS на рис. 2), то начинается интенсивный рост зерен. При слишком крупных зернах сцепление между ними уменьшается, прочность металла понижается и он становится непригодным для изготовления деталей. Такое явление называется перегревом. При ковке перегретого металла образуются трещины. Перегрев можно исправить отжигом.

Читайте так же:

Как правильно разрезать кирпич

При нагреве стали до более высоких температур (не ниже 1250°) наблюдается явление пережога. Внутрь металла проникает кислород из воздуха и окисляет поверхность зерен. Сцепление между зернами нарушается, и при обработке металл разваливается на куски.

Пережог стали зависит не только от температуры, но и от состава печных газов. Чем с большим избытком воздуха работает печь, тем больше возможность пережога. Во избежание пережога при вынужденном перерыве в работе необходимо снижать температуру печи и уменьшать подачу воздуха.

Пережженный металл является неисправимым браком и идет в переплавку.

Советы опытного печника.

Часто только из-за того, что печь дымит, ее стремятся сразу переложить. Посмотришь на обреченную печь, а в ней даже трещины нет. Спросишь хозяев: «Вы ее чистили?» А они и не знают, что печь чистят и где места чистки. Почистишь такую печь, и станет она как новая! А что ей будет, если стоит на хорошем фундаменте! Правда, порой и печнику в чужой печи трудно найти места чистки, потому что каждый печник делал и делает свою печь по-своему.

У каждого печника печи внутри разные, и снаружи не узнаешь, где газоходы вертикальные или наклонные, а где горизонтальные или смешанные. А от типа газоходов зависят и места чистки. Поэтому каждый печник, предусматривая отверстия для уборки сажи, делал их заметными, закрывая их маленькими, хорошо подогнанными дверками или закладывая эти места кирпичом на ребро с небольшим выступом.

Одинаковые печи встретишь редко. Ведь каждый печник старается придумать при кладке печи что-то свое, да и пожелания хозяев приходится учитывать, изменяя расположения топки, шкафов, трубы.

Никогда не спешите перекладывать печь. В ней можно отремонтировать любую часть (топку, стенку), заменить печные приборы, переложить свод и т. д. Можно даже разобрать и переложить печь, а трубу, стоящую на ней, если она хорошая, сохранить.

Печи создавались веками, изучены их капризы, разработаны приемы ремонта. Или возьмем, к примеру, печную трубу. Раньше по одной печной трубе на крыше дома можно было определить зажиточность хозяина, его положение, Печная труба являлась своеобразной визитной карточкой владельца дома. Печные трубы выводили с особым искусством, а верхушку их венчали навершнем дымником из просечного железа.

Сейчас же кирпичную трубу над крышей избы увидишь редко, зато труб из асбоцемента — хоть отбавляй! А такие трубы, обрастая внутри смолой, возгораются и лопаются. Результат — пожар. Постепенно теряется навык ухода за печами, умение ремонтировать печи. Часто во время дождей из-за протечек в крыше по стенкам труб в помещение текут ручьи грязной воды, портя побелку печи и нервы хозяев.

Иногда на стенках печи появляются ржаво-желтые пятна. И редко кто знает, что произошло это потому, что при кладке применялись старые кирпичи, покрытые слоем сажи. В этом случае никакая побелка не поможет. Придется загрязненные кирпичи вынуть из стенки и вместо них уложить чистые. Можно использовать и вынутые кирпичи, или, уложив их на место «сажей внутрь», или предварительно очистив от сажи, хорошо прокалив в печи или на костре. Лучше же кирпичи, покрытые сажей, использовать на кладку внутренних перегородок в печи.

Часто щели вокруг плиты печи замазывают раствором, состоящим из глины без песка. А в этом случае глина не пристает к кирпичам, трескается и, вспучиваясь, отваливается. Советую для приготовления подобного раствора обязательно в глину добавить песок. Обычно при приготовлении раствора я беру глину и песок поровну и тщательно размешиваю смесь, чтобы в ней не было комков. Затем, скомкав в ладони кусок смеси, бросаю его на пол. Если в образовавшейся лепешке по краям появились трещины, то в растворе много |песка и придется добавить в смесь в глину.

Читайте так же:

Кирпич по старинному рецепту

При надобности из отопительной печи нетрудно сделать отопительно-варочную. Для этого следует выбрать полость над топкой в одной из стенок или в середине печи и устроить там плиту или духовой шкаф. При этом, разобравшись в каналах газохода, аккуратно выложите новые. Не забудьте, вставляя кирпич в полость между другими кирпичами, соприкасающиеся поверхности полости и кирпича сначала смочить водой, а затем обмазать глиняным раствором. В этом случае глина не будет выползать, и шов останется полным.

Чтобы не сгорали в топке кирпичи, она выкладывается или футеруется огнеупорным шамотным кирпичом на ребро. При отоплении печи антрацитом ремонта такая печь не потребует более 25 лет. Лучший газоход размером 135 Х 180 (190) мм. В печи газоходы располагают «один вверх», а «два (три) вниз». Хорошо, когда при разметке число газоходов получается четным (при отсутствии отдельной трубы или газохода стояка). Лучшая толщина стенок 120 мм.

Печь топят, в зависимости от топлива, по полтора, два часа утром и вечером. Не следует перегревать печь. Температура ее стенок не должна превышать 70-80°С. Чем больше печь нагревается, тем больше тепла уйдет на улицу.

Часто для убыстрения нагрева помещения открывают топочную дверку. Такой прием несостоятелен, так как с открытием дверки усиливается тяга, а с отходящими газами уходит тепла больше, чем из открытой дверки попадает в помещение. При топке, когда разгорится топливо, и нет большого дыма, задвижку прикрывают так, чтобы тяга была не очень сильной.

Во многих областях топку делают без поддува, используя в этом случае топочную дверку с отверстиями. Чаще всего это делается из-за отсутствия чугунных колосниковых решеток. Конечно, и без поддувала в такой топке дрова горят, но, утопая в золе, они образуют много головешек, и пока все сгорит, много уйдет тепла «в трубу» (в таких печах для экономии тепла не догоревшие головешки просто выгребают из топки). В печи же с решеткой зола просыпается через нее в поддувало, и дрова лучше горят.

При отсутствии чугунной решетки рекомендую сделать решетку из кирпича, для чего на плоскости каждого кирпича вытесывается выемка более широкая внизу, чтобы в щелях решетки не застревали угли и гвозди.

Поведение горных пород при нагревании

Кварц — один из наиболее распространенных минералов земной коры, входит в состав многих пород — гранита, песчаника и др.

При температуре около 575°С кварц претерпевает переход из β- в α- модификацию, скачкообразно увеличиваясь в объеме и растрескиваясь.

Таким образом, поведение гранита, песчаника, и других горных пород, в состав которых входит кварц, определяется модификационными превращениями кварца, обусловливающими увеличение объема и появление трещин при нагревании этих пород.

Гранит — горная порода. Состоит из кварца (20—40%), полевого шпата (40—70%) и слюды (5—15%). Из-за .наличия кварца нагревание гранита до 575°С и выше сопровождается скачкообразным увеличением объема, появлением трещим и снижением прочности.

Прочность гранита при нагревании до 200°С возрастает до 160% от первоначальной. При температуре выше 200°С начинается снижение прочности, которая, однако, при 600°С еще равна начальной. Дальнейшее нагревание приводит к резкому падению прочности, ‘которая при 800°С составляет лишь 35% первоначальной.

Рост прочности при нагреве до 200°С объясняется снятием внутренних напряжений, возникающих в граните в результате неравно мерного охлаждения расплавленной магмы.

Несомненное влияние на снижение прочности гранита оказывают и температурные напряжения, возникающие из-за различных коэффициентов теплового расширения минералов, составляющих гранит.

Известняк – осадочная горная порода, состоящая в основном из кальцита (CaCO₃). По сравнению с другими породами известняки характеризуются равномерным и небольшим расширением при нагревании до 800°С. Дальнейшее повышение температуры приводит к усадке известняков из-за их разложения и выделения углекислого газа по реакции CaCO₃ → CaO + CO_2. Образующаяся при этом окись кальция (воздушная известь) обладает незначительной прочностью и малой теплопроводностью.

Читайте так же:

Как подобрать краску под цвет кирпича

Такая известь называется негашеной и состоит в основном из окиси кальция. При затворении негашеной извести водой происходит ее гашение (гидратация).

Известняк сопротивляется действию высоких температур лучше, чем гранит и многие другие горные породы, содержащие кварц. При температуре 130°С прочность повышается на 36% по сравнению с первоначальной и остается практически постоянной до 600°С, после чего происходит ее снижение. При 750°С прочность известняка снижается до начальной. При 900°С и выше следует ожидать почти полной потери прочности вследствие разложения известняка.

Как было сказано, известняк является материалом для получения воздушной извести. Известь применяется в основном для приготовления штукатурок и строительных растворов, т.е. в смеси с песком или др. заполнителями, так как чистое известковое тесто при высыхании и затвердевании растрескивается из-за большой усадки.

Гипс – по химическому составу представляет собой двуводный сернокислый кальций CaSO₄•2H₂O. Температурное воздействие до 200°С на природный двуводный гипс приводит к удалению части химически связанной воды и образованию полуводного гипса CaSO₄•0,5H₂O., применяемого в качестве вяжущего и известного под названием строительный гипс.

Строительный гипс, как и воздушная известь, является воздушным вяжущим веществом. Весьма чувствителен к нагреву, при температуре 100°С прочность его снижается вдвое.

Осмотр места пожара. Методическое пособие

Главная > Книга >Безопасность жизнедеятельности

4.1.7 Кирпичная кладка

Кирпичи, изготовленные обжиговым методом (красный, специальный огнеупорный), при тепловом воздействии в ходе пожара не меняют свой состав, структуру и свойства. Поэтому изучение и описание их состояния обычно не представляют интереса для расследования пожара. Лишь резкое охлаждение при тушении может привести к растрескиванию указанных изделий, что, однако, также мало интересно с экспертной точки зрения.

Силикатный (белый) кирпич, а также цементный камень кладочного раствора между кирпичами (в том числе красными и огнеупорными) должны быть исследованы визуально. При нагревании, с увеличением температуры нагрева у них происходит трещинообразование и снижение механической прочности аналогично бетону (см. выше), что и должно выявляться в ходе осмотра места пожара.

При необходимости пробы силикатного кирпича и цементного камня кладочного раствора могут отбираться для лабораторных исследований с целью выявления, аналогично бетону, зон термических поражений и определения очага пожара.

Штукатурка обычно бывает цементно-песчаная, либо известково-песчаная. Первая отличается большей прочностью, однако под воздействием тепла пожара обе претерпевают примерно одинаковые изменения. [23] Цвет штукатурки.

В литературе отмечается, что цементно-песчаная штукатурка при нагреве до 400-600 П С — приобретает розовый оттенок; при нагреве до 800-900 °С — бледно-серый цвет.

Более часто наблюдаемым признаком на более прогретых зонах стен и, потолка является светлый цвет штукатурки на фоне более темного в менее прогретых зонах. Причина такого явления, вероятно, в следующем. На пожаре при тушении водой стены намокают и там, где стена нагревалась более длительно, интенсивно и, таким образом, прогрета сильнее, она, отдавая тепло после пожара, просыхает быстрее. В результате при осмотре места пожара на более прогретых участках штукатурка выглядит светлее. Это обстоятельство должно быть отражено в протоколе осмотра места пожара и по возможности зафиксировано фото- видеосъемкой. Отслоение штукатурки

Известно, что в зонах достаточно длительного и интенсивного нагрева штукатурка отваливается.

Правда, не всегда это происходит именно в зоне экстремально высоких ее термических поражений. Достаточно часто такое случается, когда в помещение подается вода на тушение. Гидравлический удар и резкое охлаждение приводят к тому, что штукатурка может отвалиться не там, где была выше температура ее нагрева, а там, куда в первую очередь попала вода из пожарного ствола.

Читайте так же:

Кирпич с речного вокзала

Тем не менее, зоны, где штукатурка отслоилась, обязательно нужно фиксировать при осмотре места пожара и иметь их в виду при поисках очага. Особенно интересны зоны, где штукатурка обвалилась, начиная снизу, от пола.

Температуру прогрева штукатурки в ходе пожара можно определить специальным лабораторным методом, для чего отбираются пробы (см. раздел 5.3).

4.1.9 Материалы на основе гипса

На основе гипса изготавливается гипсокартон (сухая штукатурка); фасонные изделия, декоративные, звуко-изоляционные плиты; перегородки и блоки пазогребневой конструкции. При нагреве в ходе пожара изделия из гипса растрескиваются и, в конечном счете, могут рассыпаться. При осмотре места пожара отмечается местонахождение, форма и размеры зон, где слой гипса обрушился. Учитывая, что это могло произойти как в результате более интенсивного и длительного нагрева гипса в данной зоне, так и в результате резкого охлаждения водой при тушении (подаваемой к тому же под давлением), в дальнейшем необходимо будет выяснить направления подачи стволов на тушение данного помещения.

Ориентировочная температура нагрева конструкции из гипса может быть определена с помощью данных, приведенных в таблице 4.4.

Таблица 4.4. Термические поражения гипсовой штукатурки при различных температурах [23]

Температура нагрева, °С

Состояние гипсовой штукатурки

Образование частых волосяных прочность 30 % начальной)

Интенсивное раскрытие трещин (остаточная прочность 20% начальной)

Разрушение гипсового камня после охлаждения.

Но гораздо эффективнее определять степень термического поражения и ориентировочную температуру нагрева материала не по визуальным данным, а по результатам исследования с помощью специальных приборов и оборудования. Для этого в интересующих исследователя зонах отбирают пробы гипса (5-10 г на глубину 3-5 мм), которые после соответствующего оформления направляются на лабораторные исследования.

Разрушение стекол на пожаре (прежде всего имеется в виду оконное остекление) может происходить по нескольким причинам:

за счет нагрева и растрескивания в ходе пожара;

при механическом разрушении до пожара или непосредственно перед пожаром (в частности, при проникновении постороннего лица или забросе внутрь постороннего предмета, в том числе источника зажигания);

при механическом разрушении в ходе пожара за счет падающих предметов;

при взрыве внутри помещения до или в ходе пожара;

— при повышении давления внутри помещения в результате протекания чисто пожарных процессов — «общей вспышки» или вспышки газообразных продуктов неполного сгорания.

Для того, чтобы при необходимости можно было решить вопрос о причине (механизме) разрушения стекол, осколки необходимо осмотреть и результаты осмотра зафиксировать в протоколе.

Во-первых, нужно посмотреть, закопчены стекла, лежащие внутри склада, или просто испачканы пожарным мусором. Закопчение на стеклах является признаком того, что во время пожара они какое-то время еще были в оконных переплетах, а разрушение произошло уже в ходе пожара.

Необходимо помнить, что на пожаре стекла при нагревании выше 300 °С начинают разрушаться и выпадать преимущественно в сторону действия источника тепла. Т.е. при горении внутри помещения стекла будут падать внутрь и это может быть ошибочно принято за признак разбивания стекол от удара снаружи.

При взрыве, предшествующем пожару, стекла чистые и находятся снаружи помещения; чем больше сила взрыва, тем дальше. Исключением являются объемные взрывы, происходящие при утечке газа и испарении горючей жидкости — при этих взрывах стекла находят внутри помещения.

В случае необходимости уточнения причины разрушения конкретного стекла, его следует изъять для экспертного исследования. На осколках стекла образуются радиальные и концентрические трещины и другие характерные разрушения, рельеф граней которых позволяет определить, с какой стороны ударили по стеклу или надавили на него, имело ли место механическое воздействие, давление взрыва или разрушение вследствие температурных градиентов.

При изъятии стекол нужно помнить, что на них могут быть пальцевые отпечатки.

Отложения копоти на конструкциях и предметах должны быть осмотрены с целью определения границ зон закопчения, расположения и геометрических параметров зон закопчения и зон выгорания копоти, примерной оценки интенсивности закопчения (толщины слоя копоти) на различных участках.

Читайте так же:

Барбекю шириной 3 кирпича

Уносимые конвективным потоком продукты сгорания по мере удаления от очага остывают, а содержащиеся в них твердые частицы сажи и конденсирующиеся в жидкую фазу продукты осаждаются на вертикальных и горизонтальных поверхностях, образуя наслоения

копоти. Но на поверхности конструкций и оборудования в ходе дальнейшего развития горения она остается только до температуры 600-630 С, после чего выгорает. Поэтому ближе к очагу копоти иногда может быть меньше, а дальше — больше (естественно, до определенных пределов). Над очагом пожара и вторичными очагами копоть часто выгорает локальными пятнами. Эти пятна часто сохраняются в ходе дальнейшего развития горения — конструкция (потолок, стена) в очаговой зоне прогрета хорошо, а копоть не очень хорошо оседает на «горячие» участки, предпочитая оседать на относительно более холодных.

Зоны выгорания копоти обязательно фиксируются в протоколе осмотра (словесное описание, фото- видеосъемка).

Отложения копоти могут быть исследованы инструментальным методом (см. раздел 12.4).

4.2 Следы дефлаграционного горения и взрыва

Вспышки и взрывы могут предшествовать пожару и происходить в ходе его развития. Как правило, при расследовании пожара приходится устанавливать последовательность протекания этих явлений (взрыв-пожар или пожар-взрыв), причину вспышки (взрыва). В случае, если имел место взрыв конденсированных взрывчатых веществ (ВВ), к осмотру места пожара следует привлекать экспертов-взрывотехников. Учитывая эти обстоятельства, крайне важно в процессе осмотра места пожара выявить, зафиксировать и оценить следы вспышки (взрыва).

Возможные на пожаре вспышки и взрывы могут быть классифицированы в соответствии со схемой (рис. 4.4).

Физические взрывы не связаны с химическими превращениями веществ и вызваны обычно увеличением или уменьшением давления в замкнутых системах, механическим их разрушением. Могут происходить как до пожара, так и в ходе пожара за счет нагрева герметически закрытых емкостей, баллонов, цистерн, технологических аппаратов и емкостей, содержащих газы или жидкости. При физическом взрыве четко выражен эпицентр взрыва и механические разрушения разорвавшегося аппарата (емкости). Отдельные фрагменты взорвавшегося устройства могут быть обнаружены на значительном удалении от него.

Рис. 4.4. Вспышки и взрывы, возможные на пожаре

Горение конденсированных ВВ происходит в режиме взрыва и детонации, горение пыле- паро-газовоздушных смесей возможно как в режиме дефлаграции (вспышки), так и взрыва. По свидетельским показаниям дифференцировать эти явления невозможно (неподготовленный свидетель любой хлопок воспринимает как взрыв), поэтому установить природу произошедшего можно только по следам (последствиям) данных явлений.

Дефлаграционное горение (вспышка) распространяется по пыле-, газо- или паровоздушной смеси со сравнительно низкой скоростью (несколько метров в секунду). Повышение давления в замкнутом объеме носит пространственно равномерный характер и в основном является следствием роста среднеобъемной температуры. Для углеводородно-воздушных смесей среднее давление повышается на 0,6-0,8 МПа, что может вызвать разрушение ограждающих конструкций здания (сооружения). Дефлаграция способна распространяться симметрично во все стороны от источника зажигания.

Кроме медленных дефлаграционных волн горения, в ППГВС могут возникать взрывные и детонационные волны. Первые распространяются по невозмущенной горючей смеси со скоростью менее 300 м/с, вторые — со скоростью более 300 м/с.

При взрыве, в отличие от вспышки, фронт давления и температуры быстро расширяется от места загорания, при этом формируется ударная волна.

Общее (фугасное) действие взрыва заключается в разрушениях под воздействием ударной волны. Наибольшее воздействие оказывает фронт давления при его прямом ударе в препятствие. Характер разрушений в зависимости от величины избыточного давления ударной волны давления приведен в таблице 4.5.

Ниже перечислены следы, указывающие на характер взрыва и позволяющие дифференцировать взрыв взрывного устройства и паро-газовоздушной смеси:

голоса

Рейтинг статьи