Телефон: +7 (383)-202-16-86

Статья опубликована в рамках: XXXIII Международной научно-практической конференции «Научное сообщество студентов XXI столетия. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ» (Россия, г. Новосибирск, 30 июня 2015 г.)

Наука: Технические науки

Секция: Металлургия

Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции

Библиографическое описание:
Лавриненко К.В. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КОКСА В АТМОСФЕРЕ ПЕЧИ НА ОКИСЛЕНИЕ СТАЛИ // Научное сообщество студентов XXI столетия. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: сб. ст. по мат. XXXIII междунар. студ. науч.-практ. конф. № 6(32). URL: http://sibac.info/archive/technic/6(32).pdf (дата обращения: 23.08.2019)
Проголосовать за статью
Конференция завершена
Эта статья набрала 0 голосов
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

ИССЛЕДОВАНИЕ  ВЛИЯНИЯ  КОКСА  В  АТМОСФЕРЕ  ПЕЧИ  НА  ОКИСЛЕНИЕ  СТАЛИ

Жиденко  Алексей  Иванович

E -mail:  lexsey1236@y andex.ru

Лавриненко  Кирилл  Владиславович

E -mail: 

Зубова  Дарья  Евгеньевна

Е-mail Dasha 8121995@mail.ru

студенты  2  курса,  кафедры  металлургии  и  металловедения,  факультета  ММТ  СТИ  (филилал)  НИТУ  МИСиС,  РФ,  г.  Старый  Оскол

Ряполов  Вадим  Владимирович

E-mail: 

студент  3  курса,  кафедры  металлургии  и  металловедения,  факультета  ММТ  СТИ  (филилал)  НИТУ  МИСиС,  РФ,  г.  Старый  Оскол

Тимофеева  Анна  Стефановна

научный  руководитель,  канд.  техн.  наук,  доцент  кафедры  ММ  СТИ  НИТУ  МИСиС,  РФ,  г.  Старый  Оскол

E -mailuked @yandex.ru

 

Под  окислением  стали  понимают  процесс  взаимодействия  газов  (воздуха,  продуктов  сгорания  топлива  или  контролируемой  атмосферы)  с  железом,  сопровождающийся  образованием  слоя  оксидов  на  поверхности  металла.  Применительно  к  нагреву  стали  в  пламенных  печах  перед  обработкой  давлением  основными  окислительными  газами  являются:  углекислый  газ  (СО2),  кислород  (О2),  водяной  пар  (Н2О).  Реакции  окисления  железа  экзотермические  и  происходят  следующим  образом:

 

Fe  +  0,5О=  FeO,  (1.1)

3FeO  +  0,5О=  Fe3О4,  (1.2)

2Fe3О4+  0,5О=  3Fe2О3,  (1.3)

Fe  +  CО=  FeO  +  CO,  (1.4)

Fe  +  H2О  =  FeO  +  H2,  (1.5)

3FeO  +  CО=  Fe3О4+  CO,  (1.6)

3FeO  +  H2О  =  Fe3О4+  H2.  (1.7)

 

В  порядке  убывания  активности  окислительные  газы  пламенных  печей  можно  расположить  следующим  образом:  О2,  воздух,  Н2О,  СО2.  Способность  атмосферы  взаимодействовать  с  железом  определяется  соотношениями  СО2/С0  и  Н2О/Н2,  зависящими  от  коэффициента  расхода  воздуха  и  температуры,  которые  могут  быть  определены  из  соответствующих  для  различных  видов  топлив  диаграмм.  Безокислительный  нагрев  стали  под  обработку  давлением  может  быть  достигнут  в  атмосфере  продуктов  сгорания  природного  газа  с  коэффициентом  расхода  воздуха  0,45—0,52,  коксового  газа  —  0,40—0,45,  бутан-пропановой  смеси  —  0,54,  мазута  —  0,6.  Увеличение  коэффициента  избытка  воздуха  более  1,1,  как  правило,  не  влияет  на  интенсивность  окалинообразования,  поскольку  в  этом  случае  процесс  окисления  лимитирует  не  скорость  подвода  молекул  кислорода  к  поверхности  окалины,  а  их  диффузия  через  нее  к  поверхности  металла  [1].

Характерно,  что  в  некоторых  случаях  увеличение  коэффициента  расхода  воздуха  приводит  даже  к  снижению  угара.  Это  явление  связано  с  тем,  что  водяной  пар  в  топочных  газах  иногда  интенсифицирует  окисление  больше,  чем  кислород  воздуха,  поэтому  разбавление  продуктов  сгорания,  содержащих  значительное  количество  Н2О,  приводит  к  снижению  окалинообразования  [1].

Окисление  зависит  от  температуры,  марки  стали,  времени  нахождения  заготовки  в  печи,  атмосферы  печи  и  других.  Нами,  на  кафедре  ММ  ведутся  исследования  окисления  стали  в  лабораторных  условиях.

Мы  провели  эксперименты  по  исследованию  окалинообразования  в  металле  при  изменении  скорости  нагрева  металла,  а  так  же  изменении  рабочей  атмосферы  в  печи.

Для  экспериментов  брали  углеродистую  сталь,  образцы  которой  выполнены  в  виде  цилиндров  радиусом  10,5  мм  и  высотой  50  мм.  Цилиндры  взвешивались  до  начала  эксперимента  на  весах  с  точностью  до  0,01  г,  определялись  точно  размеры  с  помощью  электронного  штангенциркуля,  а  затем  помещались  в  печь  SNOL  7,2/1300.

1  эксперимент:  печь  нагрева  была  запрограммирована  на  нагрев  до  950  оС  и  выдержка  до  3часов.

2  эксперимент:  нагрев  до  1100оС  и  выдержка  до  3часов.

3  эксперимент:  нагрев  до  1200оС  и  выдержка  до  3часов.

4  эксперимент:  нагрев  до  1100оС  с  коксом  и  выдержка  до  3  часов.

5  эксперимент:  нагрев  до  1200оС  с  коксом  и  выдержка  до  3  часов.

Для  более  точного  результата  эксперимента  в  печь  производили  посадку  после  нагрева  печи  одинаковых  образцов  и  по  размеру  и  по  марке  стали.  Через  каждые  90  минут,  затем  через  135  минут  и  через  180  минут  по  2  образца  забирали  из  печи.

 

http://sibac.info/files/2015_01_20_StudNatur/11_Timofeeva.files/image002.jpg

Рисунок  1.  Эксперименты  по  определению  окалинообразования  металла  при  нагреве

 

Таким  образом,  первые  2  образца  находились  в  течение  90минут  в  печи  под  воздействием  температур,  указанных  в  экспериментах  выше,  следующие  2  образца  находились  в  печи  в  течение  135  минут,  затем  2  образца  —  180  минут,  причем  все  при  одной  и  той  же  температуре.

Каждый  образец  после  печи  взвешивался  на  весах  (рис.  2).

 

http://sibac.info/files/2015_01_20_StudNatur/11_Timofeeva.files/image003.jpg

Рисунок  2.  Взвешивание  образца  на  весах

 

Результаты  для  каждого  варианта  расчета  окалины  усреднялись.  После  взвешивания  образцы  охлаждались  естественным  путем  (рис.  3).

 

http://sibac.info/files/2015_01_20_StudNatur/11_Timofeeva.files/image004.jpg

Рисунок  3.  Охлаждение  образцов

 

При  полном  охлаждении  образцов  с  них  снималась  окалина  и  образец  вновь  взвешивался.  Окалина  находилась  по  разности  массы  образца  после  нагрева  сразу  и  после  очистки  от  окалины.  Результаты  экспериментов  представлены  в  таблицах.

Таблица  1. 

Результаты  эксперимента  при  температуре  950  оС

мин

Масса  нач.  г

M   0

Масса  после

нагрева

M   1

Изменение  массы  после  нагрева  m   ,г

Масса

после  очистки

M   2,г

масса  окалины,г

90

177.9

178,8

0.9

175,9

0,9

135

154,4

157,9

3.5

154,8

3,1

180

148,6

151,6

3

146,9

4,7

 

Таблица2. 

Результаты  эксперимента  при  температуре  1100  оС

мин

Масса  нач.  г

M   0

Масса  после

нагрева

M   1

Изменение  массы  после  нагрева  m   ,г

Масса

после  очистки

M   2,г

Масса  окалины,  г

90

231,7

233

1,3

230,3

2,7

135

232,1

234.3

2,2

226,0

8,3

180

232,1

235.4

3,3

224,2

11,2

 

Таблица  3. 

Результаты  эксперимента  при  температуре  1200  оС

мин

Масса  нач.  г

M   0

Масса  после

Нагрева

M   1

Изменение  массы  после  нагрева  m   ,г

Масса

после  очистки

M   2,г

масса  окалины,  г

90

134,2

134,7

0,5

132,3

2,4

135

134,1

136

1,9

125,8

10,2

180

134,4

137

2,6

124,1

12,9

 

Таблица  4. 

Результаты  эксперимента  с  коксом  при  температуре  1100  оС

мин

Масса  нач.  г

M   0

Масса  после

Нагрева

M   1

Изменение  массы  после  нагрева  m   ,г

Масса

после  очистки

M   2,г

масса  окалины,  г

90

226,6

228,2

1,6

225,2

3

135

222,6

224,5

1,9

214,9

9,6

180

215,5

217,7

2,2

205,6

12,1

 

Таблица  5. 

Результаты  эксперимента  с  коксом  при  температуре  1200  оС

мин

Масса  нач.  г

M   0

Масса  после

Нагрева

M   1

Изменение  массы  после  нагрева  m   ,г

Масса

после  очистки

M   2,г

масса  окалины,  г

90

134,2

134,7

0,5

132,1

2,6

135

133,8

137

3,2

124,4

12,6

180

134,4

137

2,6

123.6

13,4

 

Рисунок  4.  Влияние  времени  на  рост  окалины  (1  —  время  90  минут;  2  —  время  135  минут;  3  —  время  180  минут)

 

Анализируя  данные  экспериментов,  можно  сделать  вывод,  что  с  увеличением  времени,  масса  окалины  возрастает,  причем,  чем  больше  температура,  тем  быстрее  происходит  окисление.  Так  же  масса  окалины  увеличивается  и  при  атмосфере  коксового  газа.  Это  можно  объяснить  тем,  что  коксовый  газ  содержит  CO2,  который  способствует  окалинообразованию.  Так  как  при  взаимодействии  с  железом  СО2  образует  оксид  железа  FeO.

По  данным  таблицы  видно,  что  при  температуре  1200  оС  окалинообразование  на  1,8  %  больше  (рис.  4)  —  значит  надо  уменьшить  в  газе  СО2,  а  это  можно  сделать,  если  сгорает  газ  с  недожогом,  а  затем  углекислый  газ  дожечь  после  печи  и  отправить  тепло  на  рекуператор.

 

Список  литературы:

1.Темлянцев  М.В.,  Михайленко  Ю.Е.  Окисление  и  обезуглероживание  стали  в  процессах  нагрева  под  обработку  давлением.  М.:  Теплотехник,  2006.  —  200  с.

Проголосовать за статью
Конференция завершена
Эта статья набрала 0 голосов
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

Оставить комментарий