АНАЛИЗ  ВОЗМОЖНОСТИ  ПОВЫШЕНИЯ  ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ  ЖЕЛЕЗНОЙ  РУДЫ

Тимофеева  Дарья  Сергеевна

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

E-mail: 

Жиденко  Алексей  Иванович

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

Зубова  Дарья  Евгеньевна

студентка  2  курса,  кафедры  ММ  СТИ  НИТУ  «МИСиС»,  РФ,  г.  Старый  Оскол

Лавриненко  Кирилл  Владиславович

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

Тимофеева  Анна  Стефановна

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

При  термообработке  металла  в  металлургических  печах  (рис.  1)  в  результате  окисления  образуется  окалина  в  среднем  3—4  %  от  массы  нагреваемого  металла.  Окалина  образуется  в  результате  окисления  металла,  причем  масса  образовавшейся  окалины  зависит  от  скорости  нагрева  металла,  от  температуры,  от  атмосферы  окружающей,  от  времени  нахождения  металла  в  печи.

В  настоящее  время  в  Белгородской  области  при  производстве  проката,  нагреву  подвергается  приблизительно  2  млн.  700  тыс.  тонн  в  год  металла.  Учитывая  тот  факт,  что  3  %  от  общей  массы  металла  являются  окалиной,  потери  составляют  более  83  тыс.  тонн  в  год.

В  масштабах  страны  эта  цифра  превышает  1  млн.  700  тыс.  тонн.  Примерно  такое  количество  природного  источника  железа  не  используется  по  назначению.  Уменьшая  окалинообразования,  мы  повышаем  коэффициент  природопользования  в  металлургии.

Рисунок  1.  Нагревательная  печь

В  нагревательных  печах  окислительной  атмосферой  могут  являться  дымовые  газы,  полученные  в  результате  сжигания  топлива,  идущего  на  отопление  печи.  Это  может  быть  кислород,  воздух,  водяной  пар,  углекислый  газ,  которые  представлены  по  уменьшению  активности  окисления  металла.

В  СТИ  НИТУ  «МИСиС»  были  проведены  эксперименты  по  исследованию  угара  металла  при  изменении  скорости  нагрева  металла.

Для  экспериментов  брали  углеродистую  сталь,  образцы  которой  выполнены  в  виде  цилиндриков  радиусом  и  высотой.  Цилиндрики  взвешивались  до  начала  эксперимента  на  весах  с  точностью  до  0,01г,определялись  точно  размеры  с  помощью  электронного  штангенциркуля,  а  затем  помещались  в  печь  СНОЛ  (рис.  1)

1  эксперимент:  печь  нагрева  была  запрограммирована  на  нагрев  до  950⁰  С  и  выдержка  до  3часов.

2  эксперимент:  нагрев  до  1100⁰  С  и  выдержка  до  3часов.

3эксперимент  нагрев  до  1200⁰  С  и  выдержка  до  3часов.

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.

Рисунок  2.  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  —  180минут,  причем  все  при  одной  и  той  же  температуре.

Каждый  образец  после  печи  взвешивался  на  весах  (рис.  3).

Рисунок  3.  Взвешивание  образца  на  весах

Результаты  для  каждого  варианта  расчета  окалины  усреднялись.  После  взвешивания  образцы  охлаждались  естественным  путем  в  лаборатории  (рис.  4)

Рисунок  4.  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  таблице1.

Таблица1. 

Результаты  эксперимента  при  температуре  950⁰С

Таблица2. 

Результаты  эксперимента  при  температуре  1100⁰С

Таблица  3. 

Результаты  эксперимента  при  температуре  1200⁰С

Анализируя  данные  экспериментов,  можно  сделать  вывод,  что  с  увеличением  времени,  масса  окалины  возрастает,  причем  в  зависимости  от  температуры  происходит  гораздо  быстрее  (рис.5  и  6).

Рисунок  5.Влияние  времени  на  рост  окалины

Рисунок  6.  Влияние  температуры  на  рост  окалины

Таким  образом,  в  печи  нагрева  без  всяких  изменений  можно  производить  нагрев  при  температуре  950  ⁰С  в  течение  3  часов,  практически  окалины  образуется  меньше  половины  процента.  А  вот  при  более  высокой  температуре  необходимо  применять  предохранительные  методы  от  окисления.  Таким  решением  может  быть  применение  для  нагрева  в  индукционных  печах,  где  можно  нагревать  металл  в  инертной  атмосфере,  а  также  применить  в  нагревательных  печах  покрытия.  Защищающие  металл  от  образования  окалины.  Тогда  будет  использоваться  гораздо  рациональнее  природные  ресурсы  —  железная  руда.