Искробезопасные материалы. 
Теория горения и взрыва

Уже давно практикуется использование во взрывоопасных помещениях материалов, полностью или частично исключающих образование искр. К ним в основном относятся сплавы меди — латунь и бронза, алюминий и его сплавы. Вопрос о применении этих материалов вызвал острые разногласия, но не решен до настоящего времени. Алюминий и его сплавы сравнительно дешевы, легки, удобны для обработки и широко распространены. Возможность искрообразования при истирании алюминия и допустимость его использования во взрывоопасных помещениях были неоднократно исследованы.

Установлено, что при этом фрикционные искры практически не образуются и не происходит поджигания любых взрывчатых смесей. Нет поджигания и при длительном истирании массивных деталей вследствие низкой температуры плавления алюминия. Истирание бронзы карборундом не инициировало горения любых взрывчатых смесей, а при истирании латуни поджигались только смеси ацетилена, обогащенные кислородом. Достаточно интенсивное истирание бронзы и даже пластмассы приводило к поджиганию взрывчатых смесей, истирание алюминия его не вызывало.

Однако опасное искрообразование, приводящее к поджиганию любых горючих смесей, происходит при соистирании алюминия со ржавым железом. Это объясняют образованием термитов — смесей алюминия и оксида железа. Нагревание при трении инициирует их взаимодействие, восстановление оксида железа алюминием приводит к нагреванию до 3000 °C. Этому процессу благоприятствует измельчение; дисперсный алюминий особенно опасен. Добавки олова, цинка, меди к алюминию не предотвращают возможности искрообразования. Добавки магния в алюминиевых сплавах увеличивают искроопасность; для взрывоопасных помещений рекомендуется их ограничивать пятью процентами. Истирание алюминиевых деталей стальными с чистой, незаржавленной поверхностью, по-видимому, ни при каких обстоятельствах не приводит к опасному искрообразованию. Аналогичное термитному искрообразование возможно при соистирании алюминия с материалами, являющимися сильными окислителями, например нитросоединениями. По этой причине не рекомендуется использование во взрывоопасных помещениях алюминиевых красок на базе нитролаков.

Для предотвращения инициирования горения фрикционными искрами на многих производствах введены ограничения на использование искрообразующих материалов. К потенциальным источникам фрикционных искр относят ручной слесарный инструмент и вытяжные вентиляторы, последние — при возможных поломках и неисправностях. В качестве искробезопасного материала для изготовления слесарного инструмента уже давно рекомендована бронза. Для изготовления взрывобезопасных вентиляторов в разное время использовали латунь и алюминий. Вследствие возможности сильных соударений вентиляторы являются потенциальным источником поджигания любых взрывчатых смесей, и наиболее жесткие требования к используемым для них материалам не вызывают сомнений.

Для изготовления вентиляторов применение латуни, даже если ее можно считать искробезопасным материалом, экономически нецелесообразно. Ранее наша промышленность выпускала комбинированные алюмостальные вентиляторы. Выяснилось, что их нельзя считать взрывобезопасными. Для взрывоопасных помещений недопустимо совместное применение стальных и алюминиевых деталей, способных соистираться, поскольку невозможно гарантированно предотвратить ржавление стали.

Начиная с 1960 г. ряд предприятий серийно выпускает взрывобезопасные алюмо-дюралевые вентиляторы, не имеющие стальных деталей, которые могут соистираться с алюминием. Их корпуса изготовлены из листового алюминия, роторы, требующие большей прочности ввиду нагрузки вращения, — из дюраля. Стальной вал вентилятора защищен плотно посаженной алюминиевой втулкой. Во избежание попадания ржавчины в вентилятор из газоходов входные воздухопроводы рекомендовано изготовлять из алюминия или брезента; возможно применение окрашенных изнутри железных газоходов.

Алюминий находит широкое применение и для изготовления корпусов горного оборудования, используемого во взрывоопасных условиях, чему предшествовали дискуссии (в нашей стране и за рубежом) о его допустимости. Было рекомендовано не допускать контактов алюминия со ржавой сталью, исключать, по возможности, скольжение алюминиевых и стальных поверхностей и их соударения, в комбинированных алюмо-стальных конструкциях защищать поверхность стали покрытиями.

Помимо алюминия для изготовления взрывобезопасного оборудования, в первую очередь вентиляторов, были рекомендованы различные легированные стали, которые отличаются ограниченной искробезопасностью. Их истирание инициировало горение только смесей ацетилена. Взрывчатые смеси спиртов, кетонов, предельных и ароматических углеводородов не поджигались даже при значительном обогащении кислородом. К таким материалам относится сортовая нержавеющая сталь 1Х18Н9Т; особенно пригодны сравнительно дешевые трансформаторные стали, содержащие 2−4% Si. Применение этих материалов целесообразно там, где непригоден алюминий. Еще надежнее стали, содержащие 2,5−6% Si и 2,3% Ti, однако они слишком тверды и хрупки.