РАЦИОНАЛЬНОЕ  ИСПОЛЬЗОВАНИЕ  ПРИРОДНЫХ  РЕСУРСОВ  В  МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОМ  ПРОИЗВОДСТВЕ

Жиденко  Алексей  Иванович

студент  2  курса  кафедры  ММ  СТИ  НИТУ  МИСиС,  РФ,  г.  Старый  Оскол

E -mail:  lexsey1236@yandex.ru

Рязанов  Алексей  Игоревич

E -mail: 

Бредихина  Ксения  Николаевна

E -mail: 

Тимофеева  Дарья  Сергеевна

студенты  4  курса,  кафедра  ММ,  СТИ  НИТУ  «МИСиС»,  РФ,  г.  Старый  Оскол

E-mail: 

Рациональное  природопользование  в  настоящее  время  является  главным  вопросом  в  любых  видах  производства,  в  том  числе  и  в  металлургии,  где  используется  в  основном  природное  сырье  —  руда.  На  каждом  переделе  металлургического  производства  необходимо  рационально  использовать  все  виды  природных  запасов,  как  руды,  так  природного  газа. 

В  России  за  январь-ноябрь  2013  г.  было  произведено  готового  проката  52951,2  тысяч  тонн,  из  которых  в  Белгородской  области  2348  тысяч  тонн.

Угар   —  потери  металла  при  термической  обработке  из  промежуточного  продукта  металлургического  производства,  обусловленные  образованием  окалины  на  поверхности  заготовки.  На  угар  металла  в  печах  оказывают  влияние  различные  факторы:  состав  газовой  атмосферы,  температура  и  продолжительность  нагрева,  соотношение  между  поверхностью  и  весом  и  химический  состав  нагреваемого  металла

В  Белгородской  области  подвергается  нагреву  в  печах  2  млн.  700  тысяч  тонн  стали  в  год.  При  3  %  окалины  от  нагреваемой  массы,  безвозвратно  теряется  81000  тонн  стали.  Учитывая,  что  прокату  подвергаются  миллионы  тонн  стали  это  достаточно  весомая  цифра.

Анализ  научно-исследовательской  литературы  по  вопросу  рационального  использования  природных  ресурсов  в  металлургии  на  переделе  прокатное  производство  за  последние  15  лет  показывает,  что  вопрос  угара  в  печах  нагрева  остается  достаточно  острым  [1—4]. 

Угар  металла  рассматривался  в  основном  в  различных  печах  нагрева  в  зависимости  от  различных  факторов.  Перед  прокаткой  заготовки  необходимо  нагреть,  чтобы  был  хороший  прокат.  И  чем  больше  будет  температура  заготовки,  тем  лучше  будет  осуществлена  её  прокатка.  Но  при  нагреве  заготовки  происходит  окисление  металла  и  чем  выше  температура,  тем  больше  происходит  окисление.  В  результате  теряется  достаточно  большое  количество  металла  с  угаром.  Для  того,  чтобы  определить  какой  угар  имеется  в  печи  нагрева  и  как  его  уменьшить,  рассмотрим  устройство  и  работу  печи  нагрева.

На  величину  угара,  то  есть  на  величину  образования  окалины,  влияют: 

·     температура  нагрева;

·     атмосфера  рабочего  пространства  нагревательного  устройства;

·     продолжительность  нагрева;

·     химический  состав  металла;

·     форма  и  размеры  нагреваемой  заготовки.

Не  маловажным  фактором  является  окружающая  среда,  то  есть  рабочее  пространство  печи,  в  котором  находится  заготовка.  Так  при  нагреве  в  пламенных  или  электрических  печах  поверхность  металла  соприкасается  с  печными  газами.  В  результате  металла  окисляется  и  на  деталях  образуется  окалина.  С  повышением  температуры  и  времени  выдержки  окисление  резко  возрастает.

Одновременно  при  нагреве  металла  происходит  обезуглероживание  его  поверхностного  слоя,  представляющее  процесс  взаимодействия  печных  газов  с  углеродом  стали,  приводящее  к  уменьшению  содержания  углерода  в  поверхностном  слое  металла.

Реакции  окисления  железа  —  экзотермические  и  происходят  следующим  образом  [1]:

Fe  +  0,5O₂=FeO,

3FeO  +  0,5О₂  =  Fe₃O₄,

2Fe₃O₄  +  0,5О₂  =  3Fe₂O₃,

Fe  +  CO₂  =  FeO  +  CO,

Fe  +  H₂O  =  FeO  +  H₂,

3FeO  +  CO₂  =  Fe₃O₄  +  CO,

3FeO  +  H₂O  =  Fe₃O₄  +  H₂.

При  температурах  нагрева,  близких  к  точке  плавления  стали,  внутрь  ее  проникает  кислород,  который  окисляет  зерна.  В  результате  связь  между  зернами  стали  настолько  ослабляется,  что  металл  при  прокатке  разрушается.  Это  явление  называется  пережогом.  Оно  происходит  тем  легче,  чем  выше  температура  нагрева  и  чем  больше  окислительная  атмосфера  в  печи.  Явления  перегрева  и  пережога  чаше  всего  возможны  при  вынужденной  задержке  металла  в  печи.  Чтобы  избежать  перегрева  и  пережога  необходимо  понижать  температуру  печи  и  уменьшать  количество  подаваемого  воздуха  [1].

Одним  из  способов  уменьшения  угара  является  нанесение  покрытий  перед  нагревом,  которые  предотвращают  или  уменьшают  угар  металла.

В  Старооскольском  технологическом  институте  уже  несколько  лет  ведется  работа  по  уменьшению  угара  металла  в  печах  нагрева  перед  прокаткой. 

Определение  угара  металла  при  нагреве  было  проведено  методом  моделирования  процесса  нагрева  в  лабораторных  условиях  в  печи  SNOL  7,2/1100  и  SNOL  7,2/1300.Заготовки  в  виде  цилиндра  углеродистой  стали  помещали  в  печь  с  различной  различными  температурой  и  выдержкой  времени  в  печи.  После  достижения  времени  выдержки  1  час,  2  часа,  3часа  определяли  угар  заготовки.  Для  этого  перед  нагревом  ее  взвешивали  и  измеряли  диаметр  и  высоту.  После  нагрева  снова  взвешивали,  при  этом  разница  в  весе  определяла  количество,  поглощенного  кислорода  при  нагреве.

После  нагрева  угар  снимали  с  заготовки  и  взвешивали.  Такие  же  заготовки  покрывали  сначала  специальным  покрытием  (расход  которого  тоже  фиксировали  на  каждую  заготовку),  затем  нагревали  в  печи  по  той  же  схеме,  что  и  без  покрытия,  и  определяли  аналогично  угар  металла. 

На  рисунке  1  представлена  зависимость  поглощения  кислорода  от  температуры  и  временит  при  нагреве  заготовки  в  печи  с  использованием  покрытия  и  без  него.

Рисунок  1.  Количество  поглощенного  кислорода  при  образовании  угара  металла  в  печи  нагрева

Анализируя  данные,  полученные  в  результате  экспериментов,  можно  по  количеству  поглощенного  кислорода  железом  в  печи  судить  об  угаре  металла.  В  начальный  период-это  нагрев  при  950  ⁰С  для  всех  заготовок  количество  кислорода  отличается  незначительно,  это  подтверждает  предположение,  что  при  этой  температуре  начинает  появляться  угар  и  если  время  нахождения  заготовки  небольшое  —  1  час,  то  все  данные,  практически  сводятся  в  точку.  При  увеличении  времени  до  3  часов  изменения  уже  видны  и  разница  составляет  0,2  %.  С  увеличением  температуры  увеличивается  и  поглощение  кислорода  металлом,  а,  следовательно,  и  угар.  Так,  при  1200  ⁰С,  различия  явные:  при  использовании  покрытия  количество  поглощенного  кислорода  уменьшается.  Значит  покрытие  работает.

Ниже  представлены  данные,  полученные  при  взвешивании  металла,  пошедшего  на  угар  при  нагреве  на  температуру  1200  ⁰С  и  время,  а  также  с  использованием  покрытия  и  без  него.  На  рисунке  2  представлена  зависимость  роста  угара  от  времени  при  температуре  1200  ⁰С

Рисунок  2.  Зависимость  роста  угара  металла  в  печах  нагрева  от  времени  при  температуре  1200  ⁰С

Основной  угар  в  печи  видно  по  диаграмме  приходится  на  более  высокие  температуры  и  более  длительную  выдержку  в  печи.  По  полученным  результатам  можно  сделать  выводы,  что  применяя  покрытие,  можно  уменьшить  угар  металла  в  печи  перед  прокаткой,  тем  самым  повысить  эффективность  использования  природных  ресурсов.  Если  просчитать  угар  металла  с  покрытием  и  без  него,  то  экономится  металла  1,2  %  от  массы  заготовки.  Это  кажется  небольшое  число,  но  при  больших  объемах  производства  —  это  внушительная  величина.

Список  литературы:

1.Дефекты  и  качество  рельсовой  стали:  Справ.  изд./  В.В.  Павлов,  М.В.  Темлянцев,  Л.В.  Корнева  и  др.  М.:  Теплотехник,  2006  —  218  с.

2.Предотвращение  образований  окалин  и  обезуглероживание  деталей  [Электронный  ресурс]  —  Режим  доступа.  URL:  http://www.turkmenistan.allbusiness.ru/BusinessOffers/BOfferShow.asp?id=570849  (дата  обращения  15.05.2014).

3.Предотвращение  образований  окалин  и  обезуглероживание  деталей  [Электронный  ресурс]  —  Режим  доступа.  URL:  http://www.turkmenistan.allbusiness.ru/BusinessOffers/BOfferShow.asp?id=570849  (дата  обращения  15.05.2014).

4. Тришевский  И.С.,  Клепанда  В.В.,  Литовченко  Н.В.  Настройка  непрерывных  прокатных  станов/  И.С.  Тришевский,  В.В.  Клепанда,  Н.В.  Литовченко,  Издательство  «Металлургия»  1964.  —  220  с.