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1、0 0乙击怦07爲凑 凑牙匸爭目07 H 由frlOZ回轴裁k帥音昔爭亦辜斜韦秦各凑场披嫌摩凑华啓西为凑巾WSI#w5wM W1W44M吕罂潴狂（爼农）誤钢亦韦一、设计依据1课题来源、选题依据和背景情况金属镁有良好的物理化学特性，它被称作“21世纪最具发展前景的绿色工程材料”。同 时,镁粉作为一种高效的添加剂，广泛应用于航天、航空、汽车、军备、石油、化工、制药 等各个领域。镁粉尤其是超细镁粉，作为镁金属工业近年最具有代表性的镁深加工产品之 一，在国防、冶金等工业领域有着广泛的应用。比如在军事领域中，镁粉经常被用作炸弹、 炮弹点火药，导弹和火箭的固体推进剂。近年来，在我国镁粉爆炸事故也时有发生。
2、2013年11月12日15时55分左右，唐山 威豪镁粉有限公司发生镁粉爆炸事故。爆炸原因为负责制粉车间2号生产线雾化罐清扫工作 的工作人员没穿防静电服装，也没有穿防静电鞋，擅自打开雾化罐上两个人孔盖。这一行为 属于没有执行公司“雾化罐清扫过程中，清扫人员必须穿戴防静电服、防静电鞋，必须在氩 气保护下，密闭清扫罐内残留镁粉”规定，造成静电积聚在罐体中无法释放，引发粉尘爆 炸。该事故造成1人死亡，直接经济损失高达60万元。2. 设计目的与意义研究镁粉的爆炸特性，可以为预防镁粉生产过程中出现的爆炸火灾等事故。解决镁粉生 产的安全生产问题主要是预防和控制镁粉尘云的爆炸和粉尘层的火灾事故。当镁粉特别精细
3、 时，由于高强度的爆炸后果，泄压技术的效果不是特别理想。鉴于此，通常使用惰化技术作 为预防镁粉尘爆炸的一种技术手段。现有研究表明，镁粉虽然在高温环境下可与氮气发生氮 化反应，但其在氮气惰化气氛中的爆炸压力及压力上升速率与空气条件下相比较低，氮气表 现出与氩气类似的惰化效应。本文通过研究镁粉在氮气惰化条件下的反应动力学，以期揭示 镁粉在氮气惰化条件下的反应特性，从微观角度了解和解释氮气对镁粉尘云爆炸的惰化效 应。3. 设计使用规范与资料本实验中，作者选用镁粉作为实验材料，实验采用耐驰STA449C热分析仪，分别设定 5，10，15, 20 K/min四种不同的加热速率，实验过程中样品重量及其微分
4、变化数据由 NETZSCH Proteus软件自动记录。使用Proteus Analysis软件对各条热重曲线进行处理，以动力学基本假设公式为基础，参 考和采用不同的动力学理论模型（包括Kissinger法，Friedman-Reich-Levi法及Coats-Redfern 法等）对热分析实验数据处理和分析，从而得到活化能等重要的化学反应动力学参数，并二、研究内容1. 主要设计内容实验采用德国耐驰公司生产的STA449C综合热分析仪，在5、10、15和20C/min四种 升温速率下对镁粉颗粒在氮气环境中化学反应动力学进行了研究。研究过程中，首先获得了 升温条件下的热重曲线。使用Proteus
5、 Analysis软件进行后处理。然后，通过文献调研，筛选 了五种用于金属粉尘表面反应的动力学模型，即KAS法，Dreizin法，Kissinger法，Friedman- Reich-Levi 法和Coats-Redfern法。最后，采用各理论模型对后处理的热重曲线进行了分析与 计算，得到表观活化能等化学反应动力学参数，并分析了各计算方法对于镁粉颗粒的优越性 和适用性。2. 拟解决的关键技术a、运用微分法对热分析曲线进行动力学分析，多元线性回归方法的运用。b、不同的动力学理论模型的适用性。3. 拟采取研究方案及可行性分析a、实验室提供的STA 449C仪器是进行热分析实验的专业仪器，能保证实验
6、的顺利进 行；数据处理和计算的方法可参照类似研究课题。b、运用不同的动力学理论模型（KAS法，Dreizin法，Kissinger法，Friedman-Reich-Levi法和Coats-Redfer n法）处理实验数据，通过比较分析得到某一实验条件下最适用的动 力学理论模型，同时确定镁粉在氮气气氛下反应的反应机理。三、工作计划序号阶段及内容工作量估计（时数）起止日期阶段成果形式1查阅相关文献及参考书903.23-4.5了解热分析实验 及动力学参数计 算的相关知识2购买相关实验样品及仪器 测评504.5-4.103运用热分析仪器分析镁 粉氮化反应1604.10-4.30得到计算动力学 参数所需
7、的实验 数据4整理分析相关实验数据1204.30-5.14得出煤粉和玉米 淀粉的动力学参 数及有关结论5整理和撰写论文1405.14-5.30得出分析结论四、主要参考文献1 “ 一五”镁行业发展规划N,中国有色金属学报.2005,112 刘宝兰.镁粉尘爆炸的原因及其防止J.轻金属,2002, 10: 53-56胡荣祖,史启祯热分析动力学M.第1版北京:科学出版社,2001.14 M. A. Trunov , M. Schoenitz & E. L. Dreizin (2006): Effect of polymorphicphase transformations in alumina lay
8、er on ignition of aluminium particles, Combustion Theory and Modelling, 10:4, 603-6235 M.A. Trunov, M. Schoenitz, X. Zhu, E.L. Dreizin, Effect of polymorphic phasetransformations in A12O3film on oxidation kinetics of aluminum powders,Combust. Flame 140 (2005) 310-318.6 D.C. Brown, Magnesium recyclin
9、g plant has explosion, Mon. Rev. Magnesium31 (2002) 9177 周俊虎，平传娟，杨卫娟等.混煤燃烧反映动力学参数的热重研究J中国动力工程学 报，2005,25( 2)8 Norbert Eisenreich, Harald Fietzek, etc. On the Mechanism of Low Temperature Oxidation for Aluminum Particles down to the Nano-Scale. Propellants, Explosives, Pyrotechnics 29 (2004), No. 39 Yuan Chunmiao, Yu Lifu etc. Thermal analysis of magnesium reactions with nitrogen/oxygen gas mixtures. Journal of Hazardous Materials 260 (2013) 707 714.10 赵卫东，刘建忠，等.水焦浆燃烧动力学参数求解方法J中国电机工程学 报,2008,28(17)
