ИССЛЕДОВАНИЕ ВТОРИЧНОГО ОКИСЛЕНИЯ ГОРЯЧЕБРИКЕТИРОВАННОГО ЖЕЛЕЗА

В настоящее время в мире широкое распространение получил метод прямого восстановления железа. Железо прямого восстановления применяется для получения высококачественной стали. Прямовосстановленное железа имеет свои преимущества: это чистое, практически, первородное железо, у которого заранее известен уже химический состав, что является  большим плюсом по сравнению с ломом. Кроме того, это метод получения железа наиболее экологически чистый из всех имеющихся. Свежеполученный твердый металлизованный продукт может окисляться при наличии окислителя, а окислителем может являться и окружающая атмосфера, в которой содержится кислород. Чем больше пористость металлизованного продукта, тем быстрее он окисляется.  Окисление определяется  реакционной способностью, которая измеряется количеством прореагировавшего кислорода с 1 т окатышей за сутки.

На сегодняшний день все большую актуальность имеют вопросы, связанные с прямым восстановлением железа. Процесс прямого восстановления железа является одним из наиболее современных и перспективных процессов получения качественного металлургического сырья.

Вторичное окисление связано с наличием избыточной энергии массы металлизованного материала. Окисление частицы у поверхности происходит таким образом: - при соответствующих условиях обнаженная поверхность свежевосстановленного железа быстро покрывается пленкой оксида толщиной в одну или несколько элементарных ячеек кристаллической решетки этой фазы. На поверхностях раздела фаз газ — оксид и оксид — металл происходят химические реакции и нарастают новые наслоения оксида.

Атомы железа, оказываясь в результате диффузии на внешний поверхности оксидной пленки, вступают в реакцию с кислородом и образуют новый слой оксида. По мере появления новых слоев более ранние слои оказываются ближе к металлу и обогащаются атомами железа. Поверхностные частицы могут окисляться полностью до высшего оксида. В то же время окисление внутренних частиц должно ограничиться образованием пленки оксида двухвалентного железа, толщина которой тем меньше, чем дальше от поверхности находится частица.

В глубине металлизованного продукта его окисленность снижается до нуля, и следовательно, состав газа по глубине  также изменяется от окислительного к безокислительному.

В лаборатории металлургии и металловедения СТИ НИТУ «МИСиС» были проведены исследование окисления горячебрикетированного железа.

Были взяты 3 брикета с одной партии производства. Один из брикетов был высушен в печи при 110 ⁰С, второй обычный и третий имел покрытие, нанесенное на поверхность кисточкой.  Была определена масса каждого брикета с помощью аналитических весов. Затем брикеты были уложены на  пластмассовую тарелку (см.рисунок 1) и находились в ней в течение месяца .

При окислении брикетов масса их должна увеличиваться, так как дополнительно с железом вступает в реакцию кислород и, тем самым, увеличивает массу брикетов. При этом чистого железа должно быть меньше, из-за чего металлизованный продукт теряет свои металлургические свойства.

Через каждые 12 часов снимались показания весов по массам каждого из брикетов. Затем определили разность изменения массы каждого брикета последующего времени и предыдущего.

Рисунок 1. Горячебрикетированное железо

На рисунке 2 представлено влияние времени, изменения массы горячебрикетированного железа в зависимости от времени (9 суток).

Рисунок 2. Изменение массы трех брикетов за 204 часа

Ниже представлены данные за последующее время   нахождения брикетов на воздухе (см. рисунок 3) в течение последующих 360 часов.

Если сравнивать два рисунка, то можно заключить, что первые 9 суток изменялись массы в сторону уменьшения обычного брикета и с покрытием, в то время как у брикета просушенного в течение 5 суток масса не изменялась. Дело в том, что обычный брикет был после процесса охлаждения водой, такой же точно брикет и покрыли, поэтому в первые 8 суток из брикетов испарялась влага. Но в просушенном не было влаги, поэтому и масса оставалась неизменной. К тому же, видимо, при сушке образовалась окислительная пленка, которая мешала проникновению кислорода внутрь брикета.

Рисунок 3. Изменение массы  трех брикетов за последующие 360 часов исследований

Если же говорить о двух других брикетах, то, видимо, брикеты одновременно окислялись и из них испарялась влага. Если же сравнивать брикет обычный и покрытый, то увеличение массы для обычного брикета происходит гораздо чаще, чем для покрытого, значит, покрытие мешает окислению брикета.

Список литературы:

1. А.С.Тимофеева, Т.В.Никитченко. Экстракция черных металлов из природного и техногенного сырья. Лабораторный практикум Старый Оскол, 2012, 144 с.
2. Тимофеева А.С., Федина В.В. Справочник теплофизика-металлурга: уч.пособие. - Старый Оскол: Из-во кпц «Роса», 2008.-280 с.