АНАЛИЗ СПОСОБОВ СНИЖЕНИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ОКАЛИНЫ В ТОПЛИВОНАГРЕВАТЕЛЬНЫХ ПЕЧАХ

АННОТАЦИЯ

Окисление металла является достаточно сложным процессом, складывающимся из следующих отдельных этапов: диффузии кислорода из ядра газового потока к поверхности нагреваемых изделий; адсорбции его на этой поверхность диффузии реагирующих веществ через слой окиси навстречу кислороду и кристаллохимических превращений, связанных с изменениями состава и структуры решетки твердых фаз

ABSTRACT

Metal oxidation is a rather complex process, which consists of the following separate stages: diffusion of oxygen from the core of the gas flow to the surface of heated products; its adsorption on this surface, diffusion of reactants through the oxide layer towards oxygen and crystal chemical transformations associated with changes in the composition and structure of the lattice of solid phases

Ключевые слова: методика, эффективная степень металлизации, бедное железорудное сырьё, местные условия, обогащение, концентраты, магнетизируется, металлизация, плавка в металлургических печах.

Keywords: technique, effective degree of metallization, poor iron ore raw materials, local conditions, beneficiation, concentrates, magnetized, metallization, smelting in metallurgical furnaces.

Целью работы является определение способов снижения образования и обезуглероживание окалины.  При нагреве металла в пламенных печах, кроме процессов, связанных с передачей тепла, происходят процессы химического взаимодействия между газами, заполняющими полость печи, и поверхностью нагреваемого металла.

Окисление металла является достаточно сложным процессом, складывающимся из следующих отдельных этапов: диффузии кислорода из ядра газового потока к поверхности нагреваемых изделий; адсорбции его на этой поверхность диффузии реагирующих веществ через слой окиси навстречу кислороду и кристаллохимических превращений, связанных с изменениями состава и структуры решетки твердых фаз [1].

При окислении стали основную роль играет процесс диффузии атомов железа наружу, а не процесс диффузии атомов кислорода внутрь металла. Уже при комнатной температуре свеж обнажённая поверхность железа быстро покрывается пленкой окиси, имеющей толщину одной или нескольких элементарных ячеек кристаллической решетки этой фазы [2].

Следующая стадия окисления, происходящая при температуре 150-700°С, заключается в образовании пленки окалины, состоящей из наружного слоя Fe₂O₃ (гематит), среднего слоя Fe₃O₄ (магнетит) и внутреннего слоя FeO (вюстит). При этом внутренний слой из FeO образуется при температурах выше 570°С. Слоистое строение окалины, заметное на глаз, обнаруживается уже при толщине 0,1 мм [3].

Дальнейший рост слоя окалины на стальном образце (слитке, заготовке, изделии) происходит следующим образом.

Слой FeO на поверхности металла делится на две части, причем внутренняя более пористая часть его отделена от наружной ясно выраженной границей, по которой окалина обычно легко отстает от металла, оставляя на нем только небольшой внутренний слой [4].

Поверхность раздела внутреннего и наружного слоев является первоначальной наружной поверхностью стального образца, а внутренний (пористый) слой FeO образуется в результате диффузии атомов кислорода из окалины в металл. Весь же основной слой окислов образуется за счет диффузии атомов железа в окалину [5].

Ионная теория. Окислы железа состоят из ионизированных кристаллов, компоненты которых - анионы, катионы и электроны - диффундируют.

Ввиду слишком большого размера кислородного иона по сравнению с ионами металлов Fe, Ni, Cr, Co диффузия кислорода в виде ионов маловероятна, более вероятна диффузия ионов металла [6-8].

В плавильных печах состав газовой атмосферы определяется составом топлива, коэффициентом расхода воздуха и совершенством конструкции топливосжигающих устройств. При сжигании топлива с коэффициентом расхода воздуха > 1 атмосфера содержит СО₂, H₂О, О₂, N₂ и незначительное количество СО, H₂ и SO₂. В условиях высоких температур (свыше 800 – 1000 ⁰С) окисляющими являются не только О₂, но и CO₂ и H₂O [9]. Очень сильный окислитель SO₂.

Чтобы железо не окислялось, при высоких температурах в атмосфере надо иметь большое количество СО по отношению к СО₂ и Н₂ по отношению к H₂O. Влияние химического состава стали на образование окалины [10].

Потери металла от окисления зависят также от химического состава нагреваемого металла. С повышением содержания углерода в стали (начиная с 0,3%) потери от угара уменьшаются.

Такое явление можно объяснить тем, что на поверхности происходит окисление углерода с образованием СО, который в какой-то степени предохраняет металл от действия окисляющих газов. При окислении легированных сталей легирующий элемент скапливается во внутреннем слое окалины, если этот элемент мало или совсем не растворим в твердых фазах железо-кислород. У некоторых легированных сталей (например, 2Х13) окисление начинается при более высоких температурах по сравнению с углеродистыми, но идет с большей интенсивностью, и при температуре 1200 ⁰С окалины слоя легированных сталей делается равной окалине железа [11].

Свойства окалины. Кроме количества окалины, важны ее физические свойства - плотность и прочность сцепления с металлом. Окалина, образующаяся при нагреве стали в печах, работающих на мазуте, соединяется с поверхностью металла менее плотно, чем окалина, образующаяся в печах, работающих на газообразном топливе. На металле слой окислов обычно находится в сжатом состоянии при высокой температуре вследствие объемных изменений, сопутствующих его образованию. Объем образовавшейся окалины значительно больше объема окисленного металла [12-13].

Выводы:

Применяемые методы борьбы с окислением металла при нагреве можно разделить на две группы. К первой группе относятся такие методы, которые способны уменьшить угар в 1,5-2,0 раза, но не ликвидируют его полностью (улучшение условий эксплуатации печей и сжигания топлива, улучшение состояния кладки, автоматизация управления печами, применение скоростных и ускоренных режимов нагрева и т. д.). Ко второй группе относятся методы создания без окислительной или восстановительной атмосферы печей.

Список литературы:

1. Yusupkhodjayev A.A., Aribjonova D.E., Irisaliyeva D. B., Rakhimbekova M.A. Development of a Technique of Definition of Effective Extent of Metallization Poor Iron Ore Raw Materials in the Context of Local Conditions, International Journal of Advanced Research in Science, Engineering and Technology, Vol. 6, Issue 2, February 2019. P. 8240-8242.
2. Демидова Л.К., Ежков А.Б., Шарипов Х.Т. «Обогащение марганцевых руд Дауташского месторождения» // Тезис конгресса обогатителей стран СНГ, 2002 г., с. 60-64.  
3. Мерзлякова С.А., Ежков А.А. Разработка технологии производства диоксида марганца из руды Дауташского месторождения. – Тр. респ.научно-техн. семинара «Проблемы пере-работки минерального сырья Узбекистана». – Ташкент: 2005, с. 65-67.
4. Ожогина Е.Г. и др. Отчет по результатам изучения вещественного состава окисленной марганцевой руды Коксайского рудного участка Дауташского месторождения. – ФГУП ВИМС им. Н.М. Федоровского Министерства природных ресурсов РФ.-М.: 2003. -16с.
5. А.А. Юсупходжаев, Ш.Т. Хожиев, У.А. Акрамов. Использование нетрадиционных восстановителей для расширения ресурсной базы ОАО «Узметкомбинат» // Черные металлы, апрель 2021, № 4 (1072). С. 4 – 8.
6. Aribjonova D.E., Matkarimov S.T., Abdjalova H.T., Mamanazarov A. Technology Of Receiving Sulfate Of Bivalent Iron From Secondary Technogenic Formations Of Copper Production // International Journal of Advanced Research and Publications, Volume 3 - Issue 06, 2019, P. 192-194
7. Sh.T. Khojiev, A.A. Yusupkhodjaev, D.Y. Aribjonova, G.B. Beknazarova, D.N. Abdullaev. Depletion of Slag from Almalyk Copper Plant with Aluminum Containing Waste // International Journal of Innovative Technology and Exploring Engineering, Volume-9, Issue-2, December 2019. P. 2831 – 2837.
8. Юсупходжаев А.А., Арибжонова Д.Е., Бекназарова Г.Б. Восстановительные процессы в металлургии. Монография.  Тошкентский химико-технологический институт,  2020, с. 168.
9. Арибжонова Д.Е., Бекназарова Г.Б., Каримжонов М.М. Возможности расширения сырьевой базы Алмалыкского горно-металлургического комбината на базе использования местных вторичных техногенных образований// Central Asian jornal theoretical and applied sciences, Volume: 02, Issue: 03, March 2021, P. 231 – 237.
10. Khojiev Sh.T., Matkarimov S.T., Narkulova E.T., Matkarimov Z.T., Yuldasheva N.S. The Technology for the Reduction of Metal Oxides Using Waste Polyethylene Materials // Conference proceedings of “Metal 2020 29^th International Conference on Metallurgy and Materials”, May 20 – 22, 2020, Brno, Czech Republic, EU. P. 971-978.
11. Khojiev S.T., Nuraliev O.U., Berdiyarov B.T., Matkarimov S.T., Akramov O‘.A. Some thermodynamic aspects of the reduction of magnetite in the presence of carbon // Universum: технические науки: электрон. научн. журн., Часть 3, 3(84), 2021. P. 60-64.
12. Ergasheva M.S., Mirsaotov S.U., Khojiev Sh.T. Use of Zinc Plant Clinker as a Reducing Agent in The Processing of Copper Slags // European Scholar Journal, Vol. 2, Issue 3, 2021. P. 218-222.
13. Shokhrukh Khojiev, Bakhriddin Berdiyarov, Alisher Samadov, E’tibor Narkulova. New Technology for Decreasing Copper Content in Dump Slags: A Review // International Journal of Academic and Applied Research, 5(4), 2021. P. 212-220.