DE2628081C3 - Verfahren zur Herstellung eines Feueranzünders - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Feueranzünders.

Eine große Anzahl von Feueranzündern wird seit Jahren für Haushaltszwecke und dergleichen angeboten, um Holz, Holzkohle und andere Materialien zu entzünden. Dabei handelt es sich um verschiedene Materialien, z. B. entflammbare Chemikalien in flüssiger Form oder in Tablettenform, Gemische von Holzteilchen oder Staubteilchen mit verschiedenen Harzen, Wachskerzen und verschiedene halbfeste Verbindungen, die in Tuben verkauft werden. Trotz der großen Vielzahl von derzeit verfügbaren Feueranzündern besteht immer noch ein Bedürfnis nach einem Feueranzünder, der dazu imstande ist, verbrennbare Materialien, die schwierig zu entzünden sind, wie z. B. nasses Holz, Holzkohle und andere Materialien mit einer hohen Spontan-Entzündungstemperatur, wirksam zu entflammen.

Die meisten bekannten Feueranzünder haben einen oder mehrere der folgenden Nachteile:

(a) schwieriges Entzünden,

(b) gefährliches und instabiles Verhalten aufgrund einer hohen Entflammbarkeit oder einer niedrigen Spontan-Entzündungstemperatur,

(c) niedrige Brenntemperatur,

(d) kurze Brenndauer oder

(e) großes Volumen, was den Transport und die Lagerung erschwert.

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65 Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, einen wirksamen Feueranzünder zu schaffen, der alle erwünschten Eigenschaften hat, nämlich eine geringe Größe, ein geringes Gewicht, eine leichte Entzündbarkeit, jedoch bei einer hohen Spontan-Entzündungstemperatur, um eine zufällige Selbstentzündung zu vermeiden, eine lange Brennzeit, eine hohe Brenntemperatur und niedrige Kosten,

Es wurde nunmehr gefunden, daß Teilchen aus Titan-, Zirkonium- und Hafniumschwamm — ein poröses Material, das in einer Zwischenstufe der Raffinierung dieser Materialien entsteht — zu einem vorzüglichen Feueranzünder verarbeitet werden können, wenn man sie zu einem Formkörper verdichtet

Solche Formkörper besitzen überraschenderweise pyrophore Eigenschaften, da sie leicht durch eine Flamme oder eine andere Wärmequelle entzündet werden können, aber trotzdem eine genp^end hohe Spontan-Entzündungstemperatur besitzen, daß die Gefahr einer zufälligen Selbstentzündung vermieden wird. Weiterhin besitzen solche Formkörper eine niedrige Brenngeschwindigkeit und daher eine lange Brennzeit Außerdem ist die Brenntemperatur sehr hoch. Es wurde festgestellt daß ein kleines 30-g-Pellet mit einem Durchmesser von 2,54 cm, das aus Zirkoniumschwammteilchen und einem Druck von 142MPa hergestellt worden ist eine Spontan-Entzündungstemperatur von etwa 343° C, unmittelbar nach dem Entzünden eine maximale Brenntemperatur von etwa 1427°C, eine Brennzeit von mehr als 45 min und eine relativ konstante Brenntemperatur während des größten Teils der Brennzeit von etwa 816° C hat

Diese Eigenschaften sind deshalb überraschend, weil von Titan und Zirkonium bekannt ist, daß sie in Pulverform pyrophore Eigenschaften besitzen. Es ist daher schon angeregt worden, diese Metalle als initialzünder für Blitzlampen und für Munition zu verwenden. Solche Metallpulver konnten aber nicht als Feueranzünder verwendet werden, weil Feueranzünder Brennzeiten von mehreren Minuten erfordern und weil solche Metallpulver dazu neigen, blitzartig zu verbrennen. Weiterhin machen ihre niedrigen Selbstentzündungstemperaturen sie für Feueranzünder ungeeignet

Zwar eignet sich der erfindungsgemäß hergestellte Feueranzünder in erster Linie für Haushaltszwecke, wo es darauf ankommt, Holz, Holzkohle und andere Brennmaterialien zu entzünden, aber diese Feueranzünder können auch für andere Zwecke verwendet werden, wo ein langer und heißbrennender Feueranzünder wichtig ist, wie z. B. bei Brandbomben und bestimmten Munitionsarten.

Die Ausgangsmaterialien für das erfindungsgemäße Verfahren sind Titan-, Zirkonium- und Hafniumschwamm. Wie bereits erwähnt, fallen solche Schwämme in einer Zwischenstufe beim Raffinieren der reinen Metalle aus den Erzen an. Zirkonium wird beispielsweise aus Zirkon (Zirkoniumsilikat, ZrSiQt) und Baddeleyit (Zirkoniumoxid, ZrOj) hergestellt. Zirkon wird üblicherweise aus bestimmten Arten von Seesand gewonnen. Zur Raffinierung des Zirkoniums kann das bekannte Kroll-Verfahren angewendet werden. Bei diesen Verfahren wird Zirkon durch eine Flüssigkeitsextraktion in Zirkoniumoxid umgewandelt, welches dann in Zirkoniumchlorid (ZrCU) umgewandelt wird, welches schließlich mittels geschmolzenem Magnesium reduziert wird. Dabei entsteht der Zirkoniumschwamm.

Die Verwendung von Zirkoniumschwamm beim erfindungsgemäßen Verfahren wird bevorzugt.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird vorzugsweise von Zirkoniumschwamm niedriger Reinheit ausgegangen. Diese Schwammart brennt heißer und entzündet sich rascher als reiner Zirkoniumschwamm.

Roher Zirkoniumschwamm kann die verschiedensten Verunreinigungen enthalten. Eine typische Analyse von rohem Zirkoniumschwamm ist in der Folge angegeben.

Tabelle I

Chemische Analyse von rohem Zirkoniumschwamm.

C 500 ppm

N 0,20%

Hf 28 ppm

Cb weniger als 100 ppm

Ta weniger als 200 ppm

Fe 4240 ppm

Cr 235 ppm

Ni weniger als 35 ppm

Al 206 ppm

Mg 650 ppm

Pb weniger als 50 ppm

Si 97 ppm

Ti 29 ppm

U 0,60 ppm

Cl 1350 ppm

P 42 ppm

O 0,33%

Bei dem weiter oben genannten Herstellungsverfahren fällt der Metallschwamm meistens in verhältnismäßig großen Klumpen an. Diese können beim erfindungsgemäßen Verfahren zerkleinert werden. Eine Ausgangsgröße der Metallschwammteilchen von 0,018 bis 1,905 cm wird bevorzugt

Bei einer Versuchsreihe wurden Pellets mit einem Durchmesser von 2,5 cm und mit einem Gewicht von g durch Pressen unter einem Druck von 143 MPa aus Titan-, Zirkonium oder Hafniumschwammteilchen verschiedener Teilchengröße hergestellt Diese Produkte wurden auf die Entzündungseigenschaften und die Brennzeit untersucht Die Ergebnisse dieser Versuchsreihe sind in Tabelle 2 zusammengestellt

Tabelle II

Vergleich der Entzündungs- und Brenneigenschaften von verschiedenen gemäi) der Erfindung hergestellten Feueranzündern

Beispiel Größe der Pellet

Teilchengröße

Material der Teilchen Bemerkungen

I	2,54 cm 0 30 g	0,64 ci.i	Zifkoniumschwamm
2	2,54 cm 0 30 g	0,32 cm	Zirkoniumschwamm
3	2,54 cm 0 30 g .	0,33 cm	Zirkoniumschwamm
4	2,54 cm 0 30 g	0,84 cm	Zirkoniumschwamm
5	2,54 cm 0 30 g	0,33 cm	50% Zirkoniumschwamm, 50% Titanschwamm
6	2,54 cm 0 30 g	0,33 cm	25% Zirkoniumschwamm, 75 % Titanschwamm
7	2,54 cm 0 30 g	0,33 cm	50% Zirkoniumschwamm, 50% Hafniumschwamm
8	2,54 cm 0 30 g	0,33 cm	Titanschwamm
9	2,54 cm 0 30 g	0,33 cm	Hafniumschwamm

Gute Entzündung, jedoch kurze Brennzeit
Gute Entzündung, gute Brennzeit
Gute Entzündung, lange Brennzeit

Gute Entzündung, jedoch war die Brennzeit nicht so lange wie bei dem
Zirkoniumschwamm mit 0,33 cm

Die Entzündung war nicht so gut wie bei 100% Zirkoniumschwamm. Die Brennzeit war geringer als bei 100%
Zirkoniumschwamm

Schwierig zu entzünden.
Die Brenntemperatur war nicht so hoch wie bei 100% Zirkoniumschwamm. Die Brennzeit war nicht so groß wie bei
100% Zirkoniumschwamm

Entzündung so gut wie bei
100% Zirkoniumschwamm. Ungefähr die
gleiche Brennzeit und Brenntemperatur wie bei 100% Zirkoniumschwamm

Schwierig zu entzünden. Brenntemperatur nicht so hoch wie bei Zirkoniumschwamm, Brennzeit nur die Hälfte wie bei Zirkoniumschwamm. Jedoch war das Verhalten immer noch zufriedenstellend

Gute Entzündung, gute Brenntemperatur, gute Brennzeit, vergleichbar Zirkoniumschwamm mit 0.33 cm

Beim Testen von Pellets verschiedener Größe, die aus Schwammteilchen verschiedener Größe hergestellt worden waren, wurde gefunden, daß die Größe der Teilchen umso kleiner sein sollte, je kleiner die hergestellten Pellets sind. Die Größe der Pellets beeinflußte weder die maximale Brenntemperatur noch ihre mittlere Brenntemperatur Je größer die Pellets waren, desto langer war ihre Brennzeit, was nicht überraschend war. Pellets aus Zirkoniumschwamm mit 30 g und einem Durchmesser von 2,54 cm brannten je nach der Ausgangsteilchengröße 45 min bis 2 h, Pellets von 10 g Gewicht und mit einem Durchmesser von 1,3 cm, die aus Zirkoniumschwammteilchen vergleichbarer Größe hergestellt worden waren, brannten je nach der Teilchengröße nur 20 min oder weniger.

In der folgenden Tabelle IH ist der empfohlene Bereich von Teilchengrößen für die Metallschwammteilchen zur Herstellung von Feueranzündern verschiedener Größe angegeben.

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Tabelle IH

Empfohlener Bereich für Schwammteilchengrößen und Verdichtungsdrücke für verdichtete Produkte mit variierenden Größen

Beispiel Größe des verdichteten Produkts

Größe der
Schwarcmteilchen

Verdichtungsdruck

1 0 0,3 cm oder Kantenlänge 0,3 cm

2 0 1,3 cm oder Kantenlänge 1,3 cm

3 0 1,9 cm oder Kantenlänge 1,9 cm

4 0 2,5 cm oder Kantenlänge 2,5 cm

5 0 3,8 cm oder Kantenlänge 3,8 cm

0,084 cm bis 0,198 cm
0,084 cm bis 0,198 cm
0,123 cm bis 0,333 cm
0,198 cm bis 0,475 cm
0,198 cm bis 1,586 cm

43 bis 142
71 bis 178
142 bis 286
142 bis 286
178 bis 427

Es wurde gefunden, daß die maximale Größe der Zirkoniumschwammteilchen, die einen Feueranzünder ergab, der beim Brennen vollständig durchoxidierte, annähernd 0,5 cm betrug. Größere Schwammteilchen, beispielsweise Teilchen mit einer Größe von 1,9 cm, ergaben zwar brennbare Produkte, die aber weniger lang brannten und auch schwieriger zu entzünden waren.

Tabelle IV

Zur Untersuchung der Brenntemperatur in Abhängigkeit von der Brenndauer wurden Feueranzünder aus Ziikonium unter einem Verdichtungsdruck von 143 MPa hergestellt. Der Durchmesser der Feueranzünder war 2,54 cm. Die Ausgangsgröße der Schwammteilchen war 0,3 cm bis 0,08 cm.

Zeil nach der spontanen Entzündung Temperalur
s (

720
780
840
900

>0

Zeil mich der spontanen lintzündung Temperatur

0
22
60
120
180
240
300
360
420
480
540
600
660

418

1538

1482

1002

824

780

780

799

821

835

849

857

860

860
856
860
840

In der folgenden Tabelle V sind die Ergebnisse von verdichteten Zirkoniumschwammprodukten mit einem Gewicht von 30 g, die aus Schwam.Titeilchen mit verschiedener Größe hergestellt worden sind, zusammengestellt.

Tabelle V

Länge der Brennzeit von verdichteten Zirkoniumschwammprodukten mit einem Gewicht von 30 g,
hergestellt aus Teilchen verschiedener Teilchengröße

Beispiel

en

Größe der Schwamnitcilchcn	Brennzeit
cm	min
0,05	123
0,20	80
0,30	51
0,41	32
0,51	29

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß die Brennzeit des verdichteten Produkts umso größer ist, je kleiner die Größe der Ausgangsschwammteilchen ist.

In der folgenden Tabelle VI sind weitere pyrophore Eigenschaften der in Tabelle V getesteten verdichteten Zirkoniumschwammprodukte mit einem Gewicht von 30 g angegeben.

Tabelle VI

Pyrophore Eigenschaften von Zirkoniumschwammpellets

Beispiel	Größe der Schwammleilchen	Spontan- Entzündungs- tcniperatur	Temperatur unmittelbar nach der Entzündung	Temperatur 10 min nach der Fintzündung
	cm	C	C	C
I	0,05	182	1377	660
2	0,20	210	1454	599
3	0.30	282	1454	649
4	0,41	316	1343	543
5	0,05	343	1354	593

Im allgemeinen wurde festgestellt, daß weder die Größe des verdichteten Produkts noch die Größe der Ausgangsschwammteilchen die Anfangsbrenntemperatur noch die spätere Brenntemperatur wesentlich beeinflußten. Jedoch beeinflußte die Teilchengröße beträchtlich die Spontan-Entzündungstemperatur. Je kleiner die Teilchengröße ist, desto niedriger ist die Spontan-Entzündungstemperatur.

Bei den meisten der vorstehenden Versuche wurde ein Pellet mit einem Gewicht von 30 g verwendet, das einen Durchmesser von ungefähr 2,5 cm und eine Höhe von ungefähr 1,3 cm aufwies. Der Verdichtungsdruck war 143 MPa. Ein solches Pellet erwies sich als ideal für das Zünden von Holz und Holzkohle im nassen oder trockenen Zustand. Das Pellet brennt 45 min oder länger, wenn eine Korngröße von 0,3 cm oder weniger verwendet wurde. Es zeigte eine hohe, aber nicht übermäßig hohe Spontan-Entzündungstemperatur von ungefähr 316 bis 343⁰C. Es erreichte eine Maximaltemperatur von etwa 1427⁰C. Es brannte während des größten Teils der anschließenden Brennzeit mit einer Temperatur von 538 bis 816° C.

Die gemäß der Erfindung hergestellten Formkörper können z. B. durch eine offene Flamme gezündet werden. Zur Erleichterung der Zündung kann man in

UCIl 1 Ol i"lI!\.»ji"pCT Cii'lC Ol Cl'll'lüat C OULoidlll. CIHa! LJCIlCIl.

Beispielsweise kann man den fertigen Formkörper mit einer brennbaren Substanz imprägnieren oder eine solche brennbare Substanz vor dem Verdichten mit den Metallschwammteilchen mischen. Eine brauchbare brennbare Substanz ist ein Wachs oder ein Harz.

Das Einarbeiten von Wachs kann beispielsweise dadurch geschehen, daß man gepreßte Pellets in heißes flüssiges Wachs taucht. Die Pellets sind ausreichend porös, daß sie das flüssige Wachs in den Poren absorbieren. Wenn die Pellets aus dem Wachsbad herausgenommen und auf Raumtemperatur abgekühlt werden, dann verfestigt sich das Wachs, und die Pellets werden auf diese Weise dauerhaft mit Wachs imprägniert. Durch diese Maßnahme wird auch der Zusammenhalt der Pellets verbessert.

Das verwendete brennbare Material sollte eine niedrigere Spontan-Entzündungstemperatur als das verdichtete Pellet aufweisen, damit die Zündung des Pellets erleichtert wird.

Bei einer anderen Verfahrensweise zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Feueranzünders schüttet man lose Metüllschwammteilchen direkt in heißes flüssiges Wachs. Da» erhaltene Gemisch wird dann verdichtet. Dies kann beispielsweise in Papierbechern geschehen. Man kann ein solches Gemisch auch aus einem Extruder auspressen. Das kontinuierlich extrudierte Material wird dann in kürzere Pellets zerschnitten.

Die erhaltenen Pellets können mit einer brennbaren Substanz, wie z. B. mit Wachspapier umhüllt werden, um das Anzünden mittels eines Zündholzes zu erleichtern. Vorzugsweise sollte eine solche Umhüllung auch wasserfest sein, insbesondere dann, wenn der Feueranzünder im Freien verwendet werden soll.

Hafniumschwamm hat ähnliche Brenneigenschaften wie Zirkoniumschwamm. Jedoch hat Titanschwamm eine kürzere mittlere Brennzeit als Zirkoniumschwamm, eine niedrigere Brenntemperatur und eine höhere Eiii<cüiiuung3ic,iipci aLui. Aus TiiaiiMiiwamiii hergestellte Feueranzünder sind jedoch, ebenfalls sehr brauchbar, wenn für die Entzündung entsprechend höhere Temperaturen zur Verfugung stehen. Zirkoniumschwamm wird gegenüber Hafniumschwamm bevorzugt, und zwar in erster Linie wegen des geringeren Preises.

Für geeignete Anwendungen kann ein erfindungsgemäß hergestellter Feueranzünder auch mit eir»r Detonationseinrichtung versehen werden. Dies gilt insbesondere, wenn der Feueranzünder für militärische Zwecke verwendet werden soll.

Claims (10)

Patentansprüche;

1. Verfahren zur Herstellung eines Feueranzflnders, dadurch gekennzeichnet, daß man Teilchen aus Titan-, Zirkonium- oder Hafniummetallschwamm zu einem Formkörper verdichtet,

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Metallschwarmnteüchen mit einer Größe von 0,018 bis 1,905 cm verwendet

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Verdichtungsdruck von mindestens etwa 43 MPa verwendet

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß man in den Formkörper eine brennbare Substanz einarbeitet

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man den Formkörper mit einer brennbaren Substanz imprägniert.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die brennbare Substanz vor dem Verdichten mit den Metallschwammteüchen vermischt

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man als brennbare Substanz ein Wachs oder ein Harz verwendet

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper mit einer brennbaren Substanz umhüllt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet daß als Umhüllung ein Wachspapier verwendet wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper mit einer Detonationseinrichtung versehen wird.