Что такое железная окалина: Железная окалина: процесс образования, методы удаления

Железная окалина: процесс образования, методы удаления

На поверхности изделий, получаемых путем горячей прокатки, присутствует железная окалина. Ее возникновение обусловлено особенностями данного производственного процесса. Окалина значительно сокращает коррозионную стойкость материала и усложняет последующую обработку, поэтому необходимо полное ее удаление.

Процесс образования

Рассматриваемое покрытие представлено продуктом окисления металла. Его формирование связано с высокими температурами и происходит при обработке металла температурой либо давлением. Прокат в любом случае покрыт окисным слоем. Он образуется на открытом воздухе в сухих условиях в виде пленок. Изначально они невидимы даже под микроскопом. Под термическим воздействием толщина окисного слоя возрастает до видимых размеров. Железной окалиной называют толстое покрытие, формирующееся при термическом воздействии в условиях открытого воздуха.

Состав формирующих его окисных соединений и структура определяется многими факторами: маркой стали, температурой, условиями среды, режимом термообработки, наличием и количеством окислителей.

Они представлены гематитом, магнетитом, вюститом. Первые два оксида железа характеризуются большой плотностью и соединены промежуточной структурой. Вюстит наоборот представлен пористым соединением. От названных выше оксидов он отличается большей диффузинной проницаемостью. Вюстит имеет с ними непрочную связь.

Структура железной оксидной пленки определяется окружающими условиями и температурой. Так, в кислородосодержащей среде при нагреве более 570 °C и быстром охлаждении формируется трехслойное покрытие. Внешний слой представлен гематитом, следующий – магнетитом и внутренний – вюститом. Как было отмечено, первые два имеют кристаллическую структуру и прочно взаимосвязаны. Внутренний слой пористой структуры непрочно контактирует с ними. Это обуславливает малое электросопротивление железной оксидной пленки и легкое ее отслаивание.

Для образования трехслойной окалины на металле необходимо соблюдение трех названных условий: высокой концентрации кислорода, температуры в 570 °C, быстрого ее снижения. Иначе формируется двух- или однослойная железная окалина.

Так, при меньшем нагреве слой вюстита получается тонким. В случае формирования железной окалины при высокой концентрации пара либо окислов углерода при малом количестве кислорода и температурах более 1000 °C гематит восстанавливается, вследствие чего отсутствует в составе. Таким образом, соотношение слоев напрямую определяется температурой. Так, при 700 °C толщина вюстита составляет 100 мкм, в то время как для магнетита и гематита – 10 и 1 мкм соответственно. Другими словами, состав железной окалины в значительной степени зависит от температуры. Так, при 700-900 °C она представлена почти на 90% вюститом, примерно на 10% магнетитом и менее чем на 1% гематитом. При большем нагреве и избытке кислорода происходит замещение вюстита гематитом.

В любом случае формирование слоев железной окалины происходит последовательно в соответствии с их расположением. При охлаждении вюстит утрачивает устойчивость и распадается до железа и гематита. Ввиду этого пленка обретает гематит-магнетитовый состав. При восстановлении гематит и магнетит переходят в железо и воду. Следовательно, в результате получается прокатная окалина, состоящая из железа.

Выше приведены основные закономерности и факторы возникновения железной окалины. В промышленных условиях процесс ее образования весьма сложен и может происходить неоднократно.

Методы удаления

Удаление окалины осуществляют тремя способами. Механический метод включает следующие варианты: пропускание материала через ряд роликов, обработку дробью и прочими абразивными материалами. Первая технология основана на деформации металла скручиванием, изгибом, растяжением. Такой способ позволяет убрать большую часть окалины. Его считают черновой обработкой, и после очищают материал дополнительно. Во втором случае осуществляют механическое воздействие на железную окалину металлической дробью, песком и прочими абразивными материалами. Наконец, существуют механизированные технологии, связанные с применением микрорезцовых инструментов, проволочных щеток, наждачных лент и т. д.

Химические методы подразумевают обработку деталей в кислотах, солях, щелочах, называемую травлением. При этом большое значение имеет растворимость составляющих железную окалину соединений в кислотах. Так, вюстит легко подвержен ему, в отличие от магнетита. Гематит считают нерастворимым. Травление дифференцируют на химическое и электрохимическое. Далее рассмотрены некоторые варианты.

Травление серной кислотой связано с образованием водорода и проникновением его в металл, что ведет к водородной хрупкости, снижающей механические параметры и затрудняющей последующую обработку материала. Поэтому с целью сокращения наводораживания приходится долго выдерживать металл по завершении травления либо нагревать при сушке. К тому же во избежание разрушения металла кислотой после растворения железной окалины используют ингибиторы. Нужно отметить, что в нагретом растворе сталь разрушается быстрее.

Травление соляной кислотой идет по тем же закономерностям. Однако, в отличие от серной, для этого не требуется нагрев. Напротив, при температуре более 40°C выделяются хлороводородные соединения. В процессе травления формируются хлористые соли железа. В целом обработка соляной кислотой, в сравнении с серной, обеспечивает лучшую очистку при меньшем наводораживании стали.

Электрохимический способ существенно повышает скорость очистки металла от окалины и сокращает водородную хрупкость, а также расход раствора. Его дифференцируют на анодный, катодный и смешанный варианты.

Выбор способа очистки определяется многими факторами, среди которых состав изделия, целевые параметры, последующая обработка и т. д.

Железная окалина. Химические свойства. Удаление окалины.

В силу ряда особенностей горячей прокатки и последующего охлаждения горячекатаных полос  их поверхность покрыта окалиной неодинаковой толщины и различного фазового состава. В результате взаимодействия железа с кислородом среды, в которой оно находится при сравнительно высоких температурах, образуются три устойчивых окисла: вюстит (FeO), магнетит  (Fe₃O₄) и гематит (Fe₂O₃). Слои, составляющие окалину, располагаются таким образом, что непосредственно к металлу примыкает слой окисла с наименьшим содержанием кислорода FeO, далее следует средний слой промежуточного состава  Fe₃O₄, наружный слой окалины состоит из высшего окисла  Fe₂O₃. Соотношение толщин слоев и одновременное существование всех трех окислов зависят от условий окисления поверхности железа.

Важная характеристика окалины – ее сплошность (пористость). Трещины  и поры возникают в слое окалины в период охлаждения металла в результате преобразований структуры. При

образовании окалины, состоящей из вюстита, приращение объема составляет 1,76 , а из магнетита и гематита соответственно 2,1 и 2,4. Чем выше температура окисления, тем больше образуется различных окислов, обладающих разной пластичностью. Превращение их приводит к возникновению внутренних напряжений, вызывающих образование  трещин и пор. При травлении в соляной кислоте быстрее всего растворяется закись железа (вюстит), образующий наиболее пористый слой. Однако вюстит обычно содержится только в слое окалины, прилегающем к металлу. Наружный слой состоит из магнетита и гематита, которые растворяются незначительно. Наличие пор и трещин в окалине ускоряет травление. Раствор кислоты проникает через эти несплошности к поверхности металла и слою вюстита. Наряду с растворением вюстита происходит взаимодействие ионов водорода кислоты с металлическим железом. По мере растворения слоя вюстита уменьшается прочность сцепления окалины с основным металлом. Выделяющийся водород восстанавливает высшие окислы железа до закиси. Процесс растворения окалины, не  содержащей вюстита, протекает медленнее и связан с повышенными потерями металла.

Опыт работы травильных линий показывает, что продолжительность травления окалины в значительной степени связана  с  температурой смотки, которая влияет на толщину и структуру окалины. Обычно сокращение продолжительности травления с уменьшением температуры смотки связывают со снижением  степени превращения вюстита (FeO) в магнетит (Fe

3O₄), а также с уменьшением опасности появления гематита (Fe₂O₃) по кромкам полосы. При этом предполагается, что удаление окалины происходит путем растворения вюститной фазы вдоль  границы раздела сталь-окалина и подвода кислоты к границе металла. При взаимодействии кислоты с железом образуется водород, который способствует отслоению окалины. При высокой температуре смотки на границе раздела фаз окалина-сталь вюстит отсутствует, т.е. основным механизмом удаления окалины является на отслоение гематита и магнетита, а их растворение.

С целью выяснения механизма влияния температуры смотки на продолжительность травления изучали фазовый состав окалины. Образцы железной окалины были отобраны от головной, средней и хвостовой частей полос, температура смотки которых составляла 580-600, 640-680 и 700-730 ⁰С. Изучение окалины проводили комплексными методами. На начальных этапах использовали химические методы селективного изолирования фаз. Общий состав оксидных фаз изолировали методом галогенирования в атмосфере сухого газообразного хлора при температуре 350⁰С. После удаления хлора путем вымораживания смесь оксидов и хлоридов нагревали до температуры возгонки. После возгонки FeCl₂ оксидные фазы переводили в раствор путем сплавления с персульфатом калия и количественный анализ по составляющим элементам вели химическим и атомно-абсорбционными методами на спектрофотометре.

Таблица 1 – Фазовый состав железной окалины при различной температуре смотки полос

Температура смотки, 0С	Фазовые составляющие *,  %
	SiO2	Al2O3	Fe3O4	FeO	Fe2O3	Fe (метал.)
580-600	1,29 2,31 1,51	0,69 0,71 0,93	52,62 47,13 52,65	— 0,73 1,23	— — —	45,40 49,12 43,63
640-680	1,56 2,49 1,83	1,31 1,14 1,17	63,96 53,04 53,53	— 7,21 11,36	— — —	33,17 36,12 32,11
700-730	2,30 1,85 1,60	1,02 1,02 1,00	61,88 47,17 33,05	8,26 43,14 45,95	10,58 8,31 —	16,07 17,31 18,40
* —  Верхнее, среднее и нижнее значения содержания фаз в каждом диапазоне температур соответствуют головной, средней и хвостовой частям полосы при горячей прокатке

Результаты исследований показывают, что количество оксидов кремния, алюминия и магния существенно не изменяются в окалине, полученной при различных температурах смотки.

Дополнительно для определения оксидных фаз железа в окалине использовали метод ядерной гамма-резонансной спектроскопии (ЯГР). Спектры снимали с образцов окалины без дополнительных физико-химических обработок. Было установлено, что характер кривых спектров, снятых с образцов окалины, полученной при низкой и высокой  температурах смотки, в основном аналогичен. Основной фазой в окалине на металле головной части полосы при низкой температуре смотки является гематит. При высокой температуре смотки в окалине головной части полосы также основной фазой является гематит с небольшой примесью вюстита и гематита (последний, очевидно, появляется за счет дополнительного окалинообразования при охлаждении рулонов с повышенной температурой). Окалина средней части полосы при низкой температуре смотки характеризуется преимущественно магнетитной фазой. Для хвостовых частей полос при низкой и высокой температурах смотки соотношение фаз магнетита и вюстита в окалине колеблется от 1:1 до 1:0,7. Общее количество оксидных фаз в окалине при увеличении температуры смотки с 580-620 до 700-730

0С возрастает в среднем в 1,5 раза. Наибольшее количество железа в окалине (43-49%) приходится на полосу с температурой смотки 580-620⁰С. С увеличением температуры смотки до 700-730 ⁰С количество металлического железа в окалине снижается до 16-18%. Количественное соотношение оксидных фаз и металлического железа в окалине, взятой с краев полосы при низкой и высокой температурах смотки, такое же, что и в средней части полосы.

Основной фазой в металлической окалине стали 08Ю может быть не только магнетит, но и вюстит, как при низкой так и при высокой температуре смотки. Гематит в окалине присутствует лишь при высокой температуре смотки. С понижением температуры  смотки общее количество труднорастворимых оксидов (гематита и магнетита) изменяется незначительно, а количество легкорастворимой закиси железа (вюстит) уменьшается. Следовательно, изменение содержания оксидных фаз и их соотношения не могут объяснить увеличение скорости травления металла с понижением температуры смотки. Фактором, объясняющим повышение интенсивности травления металла, является содержание металлического железа, которое увеличивается обратно пропорционально температуре смотки полосы.

Некоторые дефекты металла, связанные с окалиной (фото, описание и как бороться):

Плюс к этому Краткий отчет исследования выкатываемости окалины (Трансформация дефекта «Окалина»)

А также важно понимать для чего необходим ингибитор травления.

В завершение короткое прикольное видео Непрерывно-травильный агрегат для удаления окалины:

Рекомендуем ознакомиться со статьями:

1. Окалина железа на горячекатаной полосе металла
2. Механизм образования железной окалины на поверхности стали
3. Травление металла
4. Влияние температуры и условий охлаждения на формирование железной окалины
5. Окалина, дефекты травления металла и зачем нужен ингибитор

Виды и типы железной окалины

Железная окалина представляет собой продукт окисления металла. Образование железной окалины связанно с процессами термической обработки или обработки металла давлением при высоких температурах..

На поверхности стального проката всегда присутствует окисный слой.  Состав и структура окисных соединений будет зависеть от марки стали, состава окружающей среды, температуры, режима термообработки, наличия и количества окислителей, например кислорода и ряда других факторов.

В сухой воздушной среде при низких температурах возникают очень тонкие окисные пленки, которые невозможно увидеть даже при увеличении поверхности металла под микроскопом. При увеличении температуры толщина окисного слоя увеличивается, и получаются хорошо различимые окисные слои.

При производстве проката поверхность металла часто подвергается высокотемпературному воздействию в присутствии кислорода воздуха, что приводит к образованию толстого многослойного окисного слоя, называемого окалиной.

При окислении образуются разные оксиды железа, такие как  FeO (вюстит), Fe₃O₄ (магнетит), Fe₂O₃ (гематит). Гематит и магнетит являются весьма плотными структурами и прочно соединены друг с другом через промежуточную структуру -Fe₂O₃. Слой вюстита является относительно пористым, его соединения как с металлом, так и с магнетитом непрочны. Диффузионная проницаемость магнетита и гематита по сравнению с вюститом незначительна. Все это предопределяется их лучшее защитное действие против окисления. Структура оксидной пленки зависит от температуры и от состава оксидирующей атмосферы. В кислородсодержащей атмосфере при температуре выше 570^оС оксидная пленка состоит из трех слоев. Наружный слой  – Fe₂O₃ прочно связан со средним, имеющим состав и кристаллическую структуру магнетита. Внутренний слой – вюстит, характеризуется повышенной рыхлостью и пористостью. Контакт внутреннего и среднего слоев непрочный. Поэтому, оксидная пленка легко отслаивается и имеет малое электросопротивление. При температуре ниже 570^оС закисная фаза становится неустойчивой и распадается по реакции:

4FeO=Fe₃O₄+Fe.

Поэтому, в данном случае оксидная пленка, практически состоит из магнетита и гематита.

Восстановление полученной оксидной пленки происходит по реакциям:

Fe₃O₄+4H₂=3Fe+4H₂O;     Fe₂O₃+3H₂=2Fe+3H₂O.

Восстановленный слой состоит из практически чистого железа.

 

Зависимость скорости превращения окислов от температуры представлена на рисунке 1.

 

Рисунок 1- Зависимость скорости превращения окислов от температуры

Строение окалины на поверхности проката в основном соответствует правилу последовательности превращений. Сначала к металлу примыкает вюстит, затем магнетит, и затем внешний слой — гематит. Вюстит легко растворим в минеральных кислотах, в отличие от магнетита и гематита. Магнетит в меньшей степени растворяется в кислотах. Гематит же считается нерастворимым соединением.

Трехслойное образование железной окалины получается только при температуре свыше 570^оС и при высоком содержании кислорода, а также при быстром охлаждении. В других условиях образуется двухслойная или однослойная железная окалина. Если окисление железа проходит при температуре меньше 570^оС, то слой вюстита образуется в виде очень тонкой пленки под слоем окалины, которая состоит из магнетита и гематита. Чем ниже температура, тем тоньше слой вюстита. Если процесс окисления происходит при температуре 700^оС, то толщина слоя вюстита будет 100 мкм, слоя магнетита 10 мкм, а гематита — 1 мкм. Если окалина образуется при низком содержании кислорода  и высоком содержании водяного пара или окислов углерода, особенно при температуре свыше 1000^оС, то в составе окалины не обнаруживают гематита, так как он восстанавливается.

Окалина железа, образующаяся на поверхности проката представляет собой смесь различных фаз, причем состав окалины и ее структура будут определяться режимом тепловой обработки металла. Обычно образуется трехслойная окалина железа, при этом доля каждого окисного соединения в окалине будет зависеть от температуры окисления. При температуре 700-900^оС окалина железа состоит из 10% магнетита и 90% вюстита, а при увеличении температуры свыше 900^оС и при появлении избытка кислорода вместо вюстита начинает возникать слой гематита.

Структура железной окалины, получающейся в промышленных условиях всегда более сложная. Это связанно с влиянием различных легирующих элементов, находящихся в стали, неравномерностью состава стали и особенностями производства металла.

Например, условия, определяющие образование прокатной окалины на горячекатаном прокате, зависят также и от режима работы стана горячей прокатки. Перед чистовой группой клетей окалина удаляется водой. Но, при прохождении металла через чистовую группу клетей, и в процессе охлаждения металла, прокатная окалина образуется вновь. И, в зависимости от условий прохождения металла, существует несколько различных типов окалины на горячекатаном металле. 

Рекомендуем ознакомиться со статьями:

1. Окалина железа на горячекатаной полосе металла
2. Влияние температуры и условий охлаждения на формирование железной окалины
3. Немного об окалине
4. Дефект металла «Раковины от окалины»
5. Травление металла

Окалина — это… Что такое Окалина?

Искры, летящие от стали при шлифовке, состоят из железной окалины

Окалина — это смесь оксидов, образующихся прямым действием кислорода при накаливании на воздухе металлов. Обычно термин применяется к оксидам не всех металлов, а только железа и меди.

Железная окалина представляет собой смесь оксидов Fe₃O₄, FeO и Fe₂O₃, и состоит из двух слоев, легко отделяемых друг от друга. Внутренний слой пористый, черно-серого цвета, наружный плотный и с красноватым оттенком, оба слоя хрупки и обладают ферромагнитными свойствами. Состав железной окалины непостоянен и зависит от условий получения: при продолжительном накаливании на воздухе она постепенно переходит в Fe₂O₃, а последняя в белокалильном жару теряет часть кислорода, переходя в FeO. Обычно железная окалина состоит из 64-73% FeO и 36-27% Fe₂O₃, наружный слой содержит больше Fe₂O₃ — от 32 до 37%, а самый внешний слой даже до 53%. На поверхности легированных сталей образуются сложные оксиды (NiO·Fe₂O₃, FeO·Cr₂О₃ и др.). При толщине до 40 нм слой окалины прозрачный, при толщине от 40 до 500 нм — окрашен в тот или иной цвет побежалости, при толщине свыше 500 нм окалина имеет постоянную окраску, зависящую от химического состава.

Медная окалина, представляющая собой хрупкую, черно-серого цвета массу, состоит из оксидов меди Cu₂O (около 75 %) CuO (около 25 %). Так же как у железной окалины, состав её непостоянен и может колебаться в зависимость от температуры и избытка кислорода при получении. Во внутренних слоях преобладает Cu₂O, в наружных — CuO. При красном калении и при достаточном количестве кислорода Cu₂O окисляется до CuO, поэтому в этих условиях медная окалина будет состоять главным образом из CuO, а при температурах выше 1100 °С, вследствие разложения CuO на Cu₂O и кислород, в медной окалине будет преобладать Cu₂O.

Применение

• Окалина содержит до 75 % металла и является ценным сырьём в металлургическом производстве.
• Медная окалина используется при очистке медных сплавов от алюминия.
• Преднамеренное покрытие стальных и чугунных изделий тонким слоем (1-10 мкм) железной окалины — воронение — применяется в декоративных целях.

Цена

На больших металлургических предприятиях железная окалина является многотоннажным побочным продуктом. Содержит до 75% железа. Её состав стандартизован (например «Окалина прокатного производства ГОСТ 27А 2787-75») и продаётся по цене ~50 $/т ^[1]

См. также

Литература

Ссылки

виды, свойства, способы удаления, применение, цена

Смесь оксидов железа, образовывающаяся при взаимодействии кислорода с раскалённым металлом, имеет обобщённое название — железная окалина. Она состоит из Fe3O4, FeO и Fe2O3 (магнетита, вьюстита и гематита соответственно) и представлена двумя легкоотделяемыми друг от друга слоями. При их суммарной толщине до 40 нм окалина невидима невооружённому взгляду, свыше 40 и до 500 нм — выдаёт себя цветами побежалости (радужным отливом). Постоянный же окрас появляется, если слой железной окалины на металле превышает 500 нм.

 

Состав 

Наружный слой оксида железа — гематит. Он обладает большой твёрдостью (1030 ед. по шкале Виккерса), абразивностью и очень плохо растворяется в кислотах. Под ним в условиях частичной нехватки кислорода формируется более мягкий и почти нерастворимый в кислотах магнетит. Ближе всего к металлу находится рыхлый и мягкий вьюстит, который легко поддается устранению механическим путём или кислотным травлением.

 

 

Толщина каждого из трёх слоёв зависит от температуры обработки стали. Так, при превышении порога в 570 °C образуется чётко выраженная трёхслойная структура окалины. Дальнейшее повышение температуры ведёт к увеличению толщины вьюстита. Если же сталь обрабатывается при температурах ниже 570 °C, то в составе окалины преобладают магнетит и гематит.

По цвету железной окалины можно определить температуру обработки стали. Так, при температуре в 700–750 °C в составе окалины больше гематита, из-за чего она приобретает рыжевато-красный оттенок. Образовавшийся при высокотемпературном (900–1000 °C) прокате слой оксидов из-за более высокого процента вьюстита становится чёрным.

Особенности

Твёрдость окалины сочетается с её хрупкостью, из-за чего вкрапления оксида внутри структуры металла резко понижают его эксплуатационные характеристики. По этой же причине железная окалина не может быть использована в качестве защитного покрытия, хоть она и не взаимодействует с кислородом. Более того, в месте скола оксидов наблюдается усиленное окисление стали, что происходит из-за разности потенциалов окалины и стали. По этой причине её удаляют с готового проката.

Удаление окалины

Слой оксидов железа с прокатной стали удаляют со стальной заготовки несколькими способами.

Это очистка:

• механическая;
• химическая;
• электрохимическая.

Возможно также сочетание вариантов.

Механическое воздействие на прокат сводится к пропуску проволоки или листа с окалиной через ряд роликов. При этом достигается частое изгибание заготовки, под воздействием которого железная окалина рассыпается на отдельные чешуйки и осыпается с металла. Для финишной очистки могут быть использованы абразивы, наждачные ленты, щётки из проволоки.

Достоинством этой технологии является сравнительная дешевизна и экологичность. Но поскольку отказ от смазки при такой обработке нецелесообразен, это приводит к замасливанию железной окалины, что затрудняет дальнейшую её переработку.

Химический и электрохимический способы очистки стали называют травлением. Для этих целей используются серная и соляная кислоты, реже — фосфорная, азотная, плавиковая или их смесь. Главными недостатками такого способа является одноразовое использование травильных растворов (не восстанавливаются) и низкий спрос на побочный продукт преобразования окалины — железный купорос. По этой причине травление применяется довольно редко, и ему обычно предшествует механическая очистка проката от окалины.

 

 

Применение окалины

Опытными кузнецами давно было примечено повышение сопротивляемости металла коррозии при формировании на нём тонкого слоя окалины. Сейчас же воронение оружейной стали используется лишь в качестве декоративной отделки. Её цвет зависит от способа обработки (кислота, щёлочь, температура) и толщины оксидной плёнки, составляющей от 1 до 10 мкм.

Прокатная окалина, удельный вес которой достигает 3% от общего веса готовых изделий, является ценным сырьём для металлургического производства за счёт высокого содержания (до 75%) в ней железа. Основное направление её переработки — очистка от примесей и восстановление, после которого она превращается в низкоуглеродистую сталь.

Некоторые составы окалины успешно применяются в качестве красящих пигментов и активно используются в строительстве. Также из окалины производится железный порошок, применяемый в металлургии, при изготовлении самонагревающихся смесей и даже в пищевой промышленности.

Химический состав этого отхода металлургической промышленности стандартизирован. Её стоимость может колебаться в зависимости от преобладания определённых видов окислов и количества примесей. Усреднённая цена на начало 2019 года составляла 50 американских долларов за тонну железной окалины.

Оцените статью:

Рейтинг: 0/5 — 0 голосов

Железная окалина, химические свойства, получение

1

H

1,008

1s¹

2,1

Бесцветный газ

t°_пл=-259°C

t°_кип=-253°C

2

He

4,0026

1s²

4,5

Бесцветный газ

t°_кип=-269°C

3

Li

6,941

2s¹

0,99

Мягкий серебристо-белый металл

t°_пл=180°C

t°_кип=1317°C

4

Be

9,0122

2s²

1,57

Светло-серый металл

t°_пл=1278°C

t°_кип=2970°C

5

B

10,811

2s² 2p¹

2,04

Темно-коричневое аморфное вещество

t°_пл=2300°C

t°_кип=2550°C

6

C

12,011

2s² 2p²

2,55

Прозрачный (алмаз) / черный (графит) минерал

t°_пл=3550°C

t°_кип=4830°C

7

N

14,007

2s² 2p³

3,04

Бесцветный газ

t°_пл=-210°C

t°_кип=-196°C

8

O

15,999

2s² 2p⁴

3,44

Бесцветный газ

t°_пл=-218°C

t°_кип=-183°C

9

F

18,998

2s² 2p⁵

3,98

Бледно-желтый газ

t°_пл=-220°C

t°_кип=-188°C

10

Ne

20,180

2s² 2p⁶

4,4

Бесцветный газ

t°_пл=-249°C

t°_кип=-246°C

11

Na

22,990

3s¹

0,98

Мягкий серебристо-белый металл

t°_пл=98°C

t°_кип=892°C

12

Mg

24,305

3s²

1,31

Серебристо-белый металл

t°_пл=649°C

t°_кип=1107°C

13

Al

26,982

3s² 3p¹

1,61

Серебристо-белый металл

t°_пл=660°C

t°_кип=2467°C

14

Si

28,086

3s² 3p²

1,9

Коричневый порошок / минерал

t°_пл=1410°C

t°_кип=2355°C

15

P

30,974

3s² 3p³

2,2

Белый минерал / красный порошок

t°_пл=44°C

t°_кип=280°C

16

S

32,065

3s² 3p⁴

2,58

Светло-желтый порошок

t°_пл=113°C

t°_кип=445°C

17

Cl

35,453

3s² 3p⁵

3,16

Желтовато-зеленый газ

t°_пл=-101°C

t°_кип=-35°C

18

Ar

39,948

3s² 3p⁶

4,3

Бесцветный газ

t°_пл=-189°C

t°_кип=-186°C

19

K

39,098

4s¹

0,82

Мягкий серебристо-белый металл

t°_пл=64°C

t°_кип=774°C

20

Ca

40,078

4s²

1,0

Серебристо-белый металл

t°_пл=839°C

t°_кип=1487°C

21

Sc

44,956

3d¹ 4s²

1,36

Серебристый металл с желтым отливом

t°_пл=1539°C

t°_кип=2832°C

22

Ti

47,867

3d² 4s²

1,54

Серебристо-белый металл

t°_пл=1660°C

t°_кип=3260°C

23

V

50,942

3d³ 4s²

1,63

Серебристо-белый металл

t°_пл=1890°C

t°_кип=3380°C

24

Cr

51,996

3d⁵ 4s¹

1,66

Голубовато-белый металл

t°_пл=1857°C

t°_кип=2482°C

25

Mn

54,938

3d⁵ 4s²

1,55

Хрупкий серебристо-белый металл

t°_пл=1244°C

t°_кип=2097°C

26

Fe

55,845

3d⁶ 4s²

1,83

Серебристо-белый металл

t°_пл=1535°C

t°_кип=2750°C

27

Co

58,933

3d⁷ 4s²

1,88

Серебристо-белый металл

t°_пл=1495°C

t°_кип=2870°C

28

Ni

58,693

3d⁸ 4s²

1,91

Серебристо-белый металл

t°_пл=1453°C

t°_кип=2732°C

29

Cu

63,546

3d¹⁰ 4s¹

1,9

Золотисто-розовый металл

t°_пл=1084°C

t°_кип=2595°C

30

Zn

65,409

3d¹⁰ 4s²

1,65

Голубовато-белый металл

t°_пл=420°C

t°_кип=907°C

31

Ga

69,723

4s² 4p¹

1,81

Белый металл с голубоватым оттенком

t°_пл=30°C

t°_кип=2403°C

32

Ge

72,64

4s² 4p²

2,0

Светло-серый полуметалл

t°_пл=937°C

t°_кип=2830°C

33

As

74,922

4s² 4p³

2,18

Зеленоватый полуметалл

t°_субл=613°C

(сублимация)

34

Se

78,96

4s² 4p⁴

2,55

Хрупкий черный минерал

t°_пл=217°C

t°_кип=685°C

35

Br

79,904

4s² 4p⁵

2,96

Красно-бурая едкая жидкость

t°_пл=-7°C

t°_кип=59°C

36

Kr

83,798

4s² 4p⁶

3,0

Бесцветный газ

t°_пл=-157°C

t°_кип=-152°C

37

Rb

85,468

5s¹

0,82

Серебристо-белый металл

t°_пл=39°C

t°_кип=688°C

38

Sr

87,62

5s²

0,95

Серебристо-белый металл

t°_пл=769°C

t°_кип=1384°C

39

Y

88,906

4d¹ 5s²

1,22

Серебристо-белый металл

t°_пл=1523°C

t°_кип=3337°C

40

Zr

91,224

4d² 5s²

1,33

Серебристо-белый металл

t°_пл=1852°C

t°_кип=4377°C

41

Nb

92,906

4d⁴ 5s¹

1,6

Блестящий серебристый металл

t°_пл=2468°C

t°_кип=4927°C

42

Mo

95,94

4d⁵ 5s¹

2,16

Блестящий серебристый металл

t°_пл=2617°C

t°_кип=5560°C

43

Tc

98,906

4d⁶ 5s¹

1,9

Синтетический радиоактивный металл

t°_пл=2172°C

t°_кип=5030°C

44

Ru

101,07

4d⁷ 5s¹

2,2

Серебристо-белый металл

t°_пл=2310°C

t°_кип=3900°C

45

Rh

102,91

4d⁸ 5s¹

2,28

Серебристо-белый металл

t°_пл=1966°C

t°_кип=3727°C

46

Pd

106,42

4d¹⁰

2,2

Мягкий серебристо-белый металл

t°_пл=1552°C

t°_кип=3140°C

47

Ag

107,87

4d¹⁰ 5s¹

1,93

Серебристо-белый металл

t°_пл=962°C

t°_кип=2212°C

48

Cd

112,41

4d¹⁰ 5s²

1,69

Серебристо-серый металл

t°_пл=321°C

t°_кип=765°C

49

In

114,82

5s² 5p¹

1,78

Мягкий серебристо-белый металл

t°_пл=156°C

t°_кип=2080°C

50

Sn

118,71

5s² 5p²

1,96

Мягкий серебристо-белый металл

t°_пл=232°C

t°_кип=2270°C

51

Sb

121,76

5s² 5p³

2,05

Серебристо-белый полуметалл

t°_пл=631°C

t°_кип=1750°C

52

Te

127,60

5s² 5p⁴

2,1

Серебристый блестящий полуметалл

t°_пл=450°C

t°_кип=990°C

53

I

126,90

5s² 5p⁵

2,66

Черно-серые кристаллы

t°_пл=114°C

t°_кип=184°C

54

Xe

131,29

5s² 5p⁶

2,6

Бесцветный газ

t°_пл=-112°C

t°_кип=-107°C

55

Cs

132,91

6s¹

0,79

Мягкий серебристо-желтый металл

t°_пл=28°C

t°_кип=690°C

56

Ba

137,33

6s²

0,89

Серебристо-белый металл

t°_пл=725°C

t°_кип=1640°C

57

La

138,91

5d¹ 6s²

1,1

Серебристый металл

t°_пл=920°C

t°_кип=3454°C

58

Ce

140,12

f-элемент

Серебристый металл

t°_пл=798°C

t°_кип=3257°C

59

Pr

140,91

f-элемент

Серебристый металл

t°_пл=931°C

t°_кип=3212°C

60

Nd

144,24

f-элемент

Серебристый металл

t°_пл=1010°C

t°_кип=3127°C

61

Pm

146,92

f-элемент

Светло-серый радиоактивный металл

t°_пл=1080°C

t°_кип=2730°C

62

Sm

150,36

f-элемент

Серебристый металл

t°_пл=1072°C

t°_кип=1778°C

63

Eu

151,96

f-элемент

Серебристый металл

t°_пл=822°C

t°_кип=1597°C

64

Gd

157,25

f-элемент

Серебристый металл

t°_пл=1311°C

t°_кип=3233°C

65

Tb

158,93

f-элемент

Серебристый металл

t°_пл=1360°C

t°_кип=3041°C

66

Dy

162,50

f-элемент

Серебристый металл

t°_пл=1409°C

t°_кип=2335°C

67

Ho

164,93

f-элемент

Серебристый металл

t°_пл=1470°C

t°_кип=2720°C

68

Er

167,26

f-элемент

Серебристый металл

t°_пл=1522°C

t°_кип=2510°C

69

Tm

168,93

f-элемент

Серебристый металл

t°_пл=1545°C

t°_кип=1727°C

70

Yb

173,04

f-элемент

Серебристый металл

t°_пл=824°C

t°_кип=1193°C

71

Lu

174,96

f-элемент

Серебристый металл

t°_пл=1656°C

t°_кип=3315°C

72

Hf

178,49

5d² 6s²

Серебристый металл

t°_пл=2150°C

t°_кип=5400°C

73

Ta

180,95

5d³ 6s²

Серый металл

t°_пл=2996°C

t°_кип=5425°C

74

W

183,84

5d⁴ 6s²

2,36

Серый металл

t°_пл=3407°C

t°_кип=5927°C

75

Re

186,21

5d⁵ 6s²

Серебристо-белый металл

t°_пл=3180°C

t°_кип=5873°C

76

Os

190,23

5d⁶ 6s²

Серебристый металл с голубоватым оттенком

t°_пл=3045°C

t°_кип=5027°C

77

Ir

192,22

5d⁷ 6s²

Серебристый металл

t°_пл=2410°C

t°_кип=4130°C

78

Pt

195,08

5d⁹ 6s¹

2,28

Мягкий серебристо-белый металл

t°_пл=1772°C

t°_кип=3827°C

79

Au

196,97

5d¹⁰ 6s¹

2,54

Мягкий блестящий желтый металл

t°_пл=1064°C

t°_кип=2940°C

80

Hg

200,59

5d¹⁰ 6s²

2,0

Жидкий серебристо-белый металл

t°_пл=-39°C

t°_кип=357°C

81

Tl

204,38

6s² 6p¹

Серебристый металл

t°_пл=304°C

t°_кип=1457°C

82

Pb

207,2

6s² 6p²

2,33

Серый металл с синеватым оттенком

t°_пл=328°C

t°_кип=1740°C

83

Bi

208,98

6s² 6p³

Блестящий серебристый металл

t°_пл=271°C

t°_кип=1560°C

84

Po

208,98

6s² 6p⁴

Мягкий серебристо-белый металл

t°_пл=254°C

t°_кип=962°C

85

At

209,98

6s² 6p⁵

2,2

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

t°_пл=302°C

t°_кип=337°C

86

Rn

222,02

6s² 6p⁶

2,2

Радиоактивный газ

t°_пл=-71°C

t°_кип=-62°C

87

Fr

223,02

7s¹

0,7

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

t°_пл=27°C

t°_кип=677°C

88

Ra

226,03

7s²

0,9

Серебристо-белый радиоактивный металл

t°_пл=700°C

t°_кип=1140°C

89

Ac

227,03

6d¹ 7s²

1,1

Серебристо-белый радиоактивный металл

t°_пл=1047°C

t°_кип=3197°C

90

Th

232,04

f-элемент

Серый мягкий металл

91

Pa

231,04

f-элемент

Серебристо-белый радиоактивный металл

92

U

238,03

f-элемент

1,38

Серебристо-белый металл

t°_пл=1132°C

t°_кип=3818°C

93

Np

237,05

f-элемент

Серебристо-белый радиоактивный металл

94

Pu

244,06

f-элемент

Серебристо-белый радиоактивный металл

95

Am

243,06

f-элемент

Серебристо-белый радиоактивный металл

96

Cm

247,07

f-элемент

Серебристо-белый радиоактивный металл

97

Bk

247,07

f-элемент

Серебристо-белый радиоактивный металл

98

Cf

251,08

f-элемент

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

99

Es

252,08

f-элемент

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

100

Fm

257,10

f-элемент

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

101

Md

258,10

f-элемент

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

102

No

259,10

f-элемент

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

103

Lr

266

f-элемент

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

104

Rf

267

6d² 7s²

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

105

Db

268

6d³ 7s²

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

106

Sg

269

6d⁴ 7s²

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

107

Bh

270

6d⁵ 7s²

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

108

Hs

277

6d⁶ 7s²

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

109

Mt

278

6d⁷ 7s²

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

110

Ds

281

6d⁹ 7s¹

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

Металлы

Неметаллы

Щелочные

Щелоч-зем

Благородные

Галогены

Халькогены

Полуметаллы

s-элементы

p-элементы

d-элементы

f-элементы

Наведите курсор на ячейку элемента, чтобы получить его краткое описание.

Чтобы получить подробное описание элемента, кликните по его названию.

Железная окалина — Справочник химика 21

    Почему железная окалина при нагревании в непрерывном токе водорода восстанавливается в металлическое железо полностью, хотя восстановление водородом железной окалины относится к обратимым реакциям  [c.74]

    Почему железные опилки при нагревании в непрерывном потоке водяного пара до конца окисляются в железную окалину, [c.74]

    Алюминий взаимодействует при нагревании с окислами большинства металлов, в том числе с железной окалиной. При этом образуются железо и окись алюминия  [c.144]

    Из уравнения (4) видно, что. с помощью 21,6 г алюминия (0,8 моля) можно восстановить 69,6 г железной окалины (0,3 моля). [c.83]

    При окислении кислородом элементарных металлов образуются окись лития, железная окалина и другие оксиды, а при окислении сульфидов металлов — оксиды железа, никеля, меди, цинка, свинца. При обезвоживании соответствующих гидроксидов получают оксиды алюминия, титана и других металлов, при термическом разложении карбонатов — оксиды магния, кальция и других металлов. При действии воды на окись кальция образуется его гидроокись (гашение извести). [c.15]

    Магнитная порошковая дефектоскопия основана на выявлении магнитного поля рассеяния над дефектом. При этом в качестве индикатора используются ферромагнитные частицы. Силовые линии в намагниченной детали огибают дефект как препятствие, имеющее малую магнитную проницаемость. Необходимым условием для выявления дефекта является перпендикулярное расположение дефекта к направлению магнитного поля. Поэтому деталь необходимо проверять в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Магнитный порошок приготавливается из сухого мелко-размолотого железного сурика или из чистой железной окалины. Окалина измельчается в шаровой мельнице и просеивается. Мельчайшие частицы железного порошка, нанесенные на деталь пылевидным слоем (сухой метод) либо в виде водной или масляной суспензии (мокрый метод), концентрируются над трещиной и этим ее обнаруживают. При трещине шириной менее 10 м поле рассеяния не образуется. Аналогично, когда дефект располагается на глубине более 6 мм под поверхностью, поле рассеяния исчезает. [c.139]

    Механические примеси в нефтях состоят в основном из песка, глины, мельчайших частиц железа и минеральных солей. В готовых очищенных нефтепродуктах механическими примесями могут быть частицы адсорбента (белая глина), железной окалины, минеральных солей и других веществ. Светлые маловязкие нефтепродукты почти не содержат механических примесей вследствие их быстрого оседания. Твердые механические примеси (песок и др.) в смазочных маслах очень вредны, так как царапают и истирают трущиеся поверхности. [c.51]

    В готовых очищенных продуктах характер механических примесей несколько иной. В продуктах, очищенных отбеливающими глинами, значительная часть механических примесей приходится на долю мельчайших частиц адсорбента в нефтепродуктах, очищенных иными способами, содержатся в числе механических примесей железная окалина, различные минеральные соли и пр. [c.24]

    Шихта из кварцитов (массовая доля 8102 93—96 %), гашеной извести, железной окалины [c.220]

    Из анализа уравнений (2), (3) и (4) и исходных даиных следует, что оксидом железа в данной задаче является железная окалина т- [c.91]

    Определить количество тепла, выделившегося при сжигании 36,24 е термита [c.42]

    В соляной кислоте растворили 4,04 г смеси железа и железной окалины. Затем аммиаком осадили гидроксид железа (II), который кислородом воздуха окисляется до гидроксида железа (III). Осадок отфильтровали и прокалили, в результате чего образовалось 4,4 г оксида железа (III). Определить состав взятой смеси. [c.47]

    Составьте уравнение реакции, происходящей при пропускании аммиака через раскаленную железную окалину. [c.86]

    Смесь эквивалентных количеств порошка алюминия и оксида железа (П, П1) (железной окалины) называется термитом. Реакция горения термита протекает по уравнению [c.253]

    Реакция открыта в 1859 г. русским химиком Н. Н. Бекетовым. При этой реакции выделяется большое количество теплоты. А. применяется для получения хрома, ванадия, марганца, вольфрама и других металлов и сплавов. Термит (смесь порошка алюминия с железной окалиной) используют при сварке рельсов, стальных труб, металлических конструкций. [c.14]

    Смесь порошка алюминия и железной окалины называется термитом. [c.307]

    Сплошные и устойчивые оксидные слои образуются при а = = 1,2—1,6, но при больших значениях ч пленки получаются несплошные, легко отделяющиеся от поверхности металла (железная окалина) в результате возникающих внутренних напряжений. [c.508]

    NiO(OH) разлагается при 140 °С, давая NiO. При нагревании на воздухе железных и стальных изделий образуется оксид Рез04 — железная окалина . Черные Рез04 и С03О4 — полупроводники, [c.567]

    Алю/мииий используется в металлургии как восстановитель других металлов. Алюминотермический метод (см. гл. XIX, 9) широко используется для получения тугоплавких металлов —ванадия, хрома, марганца и др. Для этой цели применяется грубозернистый алюминиевый порошок. Алюминотермический метод используется также для сваривания металлических деталей. Для этого смесь порошкообразных алюминия и железной окалины (Ре )04), называемую термитом, поджигают с помощью запала. При этом происходит реакция [c.259]

    В состав золы может входить железная окалина (окись железа), образующаяся при коррозии металлической аппаратуры соли, которые поступают с водой, применяемой для охлаждения сажи в процессе производства, и мелкие кремнистые вещества из окружающего воздуха и сырья. [c.237]

    Нами были проведены лабораторные исследования влияния мехпримесей и нефтяных эмульсий на проницаемость. Эксперименты проводились на естественном керновом образце, проницаемость которого по воздуху составила 0,134 мкм, по жидкости — 0,094 мкм. Через керн, моделирующий ПЗП нагнетательной скважины с остаточной нефтенасыщенностью, профильтровано поочередно пять оторочек водонефтяной эмульсии объемом 0,1 порового пространства. Состав эмульсии 50 % АСПО с железной окалиной — 0,5 %. [c.146]

    Простейший способ снижения скорости коагуляции — удаление из жидкости уже упоминавшихся поливалентных катионов. Так, ионы железа могут возникнуть в результате гидролиза железной окалины, представительство которой в отложениях является весьма значительным. Главным образом окалина является продуктом коррозии трубопроводов и другого технологического оборудования. При этом в диспергированном состоянии возможно образование аквакомплексов Ре2(ОН)2 4+. [c.152]

    Тонкоизмельченная смесь алюминия и железной окалины носит название термита (25% Рез04 и 75% А1) и применяется для сварки различных металлических деталей, например рельсов. При поджигании термита происходит следующая реакция  [c.335]

    Данные анализа состава механических примесей в некоторых отложениях, растворимости их в 12 %-й соляной кислоте и состава фильтрата свидетельствуют о том, что в основном механические примеси состоят из привнесенного материала (окатанные кварцевые зерна песчаника, глинистые частицы, железная окалина), что дополнительно доказывает необходимость тщательной отмывки забоя после бурения скважин, вскрытия пласта, тампонажных и ремонтных работ (табл. 5.6). [c.385]

    Значительное коли- 12,77 чество глинистых частиц. Присутствуют окатанные кристаллы кварца и железная окалина [c.387]

    Собранный продукт сорти-руют (просеиванием через сита и разделением по фракциям в токе воздуха) для удаления крупных частиц, затем гранулируют и упаковывают. Железная окалина, попадающая в сажу со стенок аппаратуры, удаляется в магнитном сепараторе. [c.124]

    К двойным оксидам можно также отнести соединения, в которых атомы кислорода непосредственно связаны с атомами одного металла, различающимися окислительным числом, если только эти соединения не являются солями, например железная окалина Fe Fe «04 (FeO- РегОз) или двойной оксид марганца Мп2 Mn i (2МпО-МпОг). [c.12]

    Выполнение работы. Готовят 6 г шихты, тщательно -перемешивая а люминиевую пудру и порошок железной окалины. Требуемые количества компонентов шихты рассчитывают по уравнению первой реакции, алюминиевую пудру берут с 15 %-ным избытком. Следует иметь в виду, что компоненты шихты должны быть сухими. [c.145]

    В каких пределах должно изменяться содержание (в процентах) алюминия в термитных смесях, если в состав железной окалины в ззЕнсимссти от способа ее приготовления входят РсаОз и Feg04 в различном соотношенпн  [c.125]

    При нагревании Ре(0Н)з выделяется красно-коричневый оксид железа(III) РегОз, который весьма стойчив и рязлага ется лишь прн (>1400 С (плавится с разл. при 1562 С), образуя РезО . Оксид ГезО образуется также в виде железной окалины при нагреиании на ноздухе железных и стальных изделий. [c.540]

    При температуре каления железо сгорает, превращаясь в железную окалину Рвз04. При нагревании железо взаимодей- [c.326]

    Смесь эквивалентных количеств порошка алюнииия и оксида железа (И, П1) (железной окалины) называется термитом. Реакция горения термита протекает по уравнению ЗРез04 + 8А1 = 4А120з + 9Ре, А//= —3300 кДж [c.186]

    Тепловой ёффект этой реакции равен сумме тепловых эффектов реакций разложения оксидов железа и образования оксида алюминия. Так как железная окалина является смесью двух оксидов железа РеО и Ре,Оз, то процесс горения термита можно разделить на три процесса  [c.184]

    Свернем из асбеста стаканчик, обвязав его проволокой, поставим на кусок железного листа, а лист на таганок, под который подставим миску с песком (рис. 61). Насыплем в асбестовый стаканчик смесь порошка алюминия и железной окалины, воткнем в эту смесь магниевую ленточку, зажжем ее. От загоревшегося магния загорится смесь алюминия с железной окалиной, разбрасывая искры — раскаленные и горящие на воздухе капли восстановленного железа. При реакции развивается такая высокая температура (до 3000°С), что оба продукта реакции, т. е. не только железо, но и окись алюминия, плавятся. Когда горение смеси достигает железной подставки, железный лист мгновенно проплавляется и расплавленная масса р 1Скаленной струей выливается в песок. После ее затвердевания ударами молотка можно освободить слиток выплавленного железа. [c.144]

    В кислороде железо сгорает, разбрасывая искры — раскаленные капельки железной окалины Рез04, а при накаливании на воздухе окисляется с поверхности, образуя окалину в виде корки, отслаивающейся под ударами молота при ковке. Искры, вырывающиеся при точке стального инструмента, выбрасывающиеся при разливке чугуна, представляют собой раскаленные частички той же окалины. Во всех этих случаях происходит одна и та же реакция  [c.154]

    Присутствие окислов на поверхности металлов, пассивных по отношению к агрессивным водным растворам, показано многочисленными исследованиями. По составу и структуре пленки, возникающие на поверхности металлов под действием анодной поляризации или окисления в водных растворах, как правило, очень близки к пленкам, образующимся при химическом окислении в газе. Так, на железе, запассивированном различными окислителями в кислых и нейтральных растворах, неоднократно обнаруживалось соединение с решеткой, характерной для окислов типа Рез04 или уР гОз, входящих в состав железной окалины. Это сильный аргумент в пользу того, что окисел подобного типа действительно представляет вещество, из которого построена пассивная пленка. [c.434]

    При закачке сточных вод в пласт вносится значительное количество мехпримесей, окисленных и загущенных нефтепродуктов, в результате чего снижается приемистость скважин и, в конечном счете, коэффициент нефтеизвлечения. Взвешенные частицы оказывают также значительное влияние на реологические свойства нефти. Анализ дегазированных проб нефти Ромащкинского месторождения показал, что все они являются нелинейно-вязкими жидкостями, что связано с содержанием в них мельчайших частиц глины, кремнезема, кальцита, железной окалины и других примесей, ведущих к образованию нефтяных дисперсий со сложным реологическим поведением. [c.144]

    Железо горит в кислороде с образованием железной окалины Рез04, содержащей железо в степени окисления +2 и -fЗ. Напишите химическое уравнение этого превращения и составьте для него электронный баланс. [c.150]

    Разрушающее действие на окалину сплавов Ре-Сг-А1 оказывают пары и брызги некоторых металлов — меди, цинка, алюминия, свинца. Недм1устим контакт поверхности нагревателя с поваренной солью, шлаками, эмалями, асбестом и железной окалиной. Недопустимо также изготовлять нагреватели из ржавой проволоки и ленты. С целью предупреждения преждевременного выхода из строя нагревателей из Ре-Сг-А1 сплавов следует избегать резкого изменения тепловой мощности, особенно в процессе разогрева печи. Для увеличения срока службы рекомендуется как можно реже охлаждать нагреватели высокотемпературных печей ниже 700 — 800°С. Следует учитъгаать, что нагреватели из сплавов Ре-Сг-А1 имеют длительный срок службы лишь при условии высокой культуры их эксплуатации. [c.121]

---

Удаление окалины со стальных поверхностей

Стальные поверхности могут иногда иметь остаточную прокатную окалину как побочный эффект производственного процесса. Хотя само по себе накипь не вредна, ее присутствие губительно в условиях, когда существует вероятность возникновения коррозии, и ее необходимо удалить, прежде чем на заготовку можно будет нанести защитное покрытие.

В этом посте обсуждается роль прокатной окалины в производстве стали и процессе нанесения покрытий, включая самый быстрый способ удаления прокатной окалины с поверхностей.

Обозначение мельничной шкалы

Прокатная окалина (часто известная просто как «окалина») относится к тонкой чешуйчатой ​​текстуре, которая образуется на внешней поверхности горячекатаных оксидов железа и металлов. Это побочный продукт производства горячекатаных металлических листов и листов, возникающий при окислении поверхности во время процессов нагрева, кондиционирования и горячей прокатки.

Чешуя имеет характерный серо-голубой цвет и имеет хлопьевидную или порошкообразную консистенцию.Это не сплошной слой, а тонкий неровный слой (толщиной 1 мм или меньше) из смешанных оксидов железа, который легко отслаивается при контакте.

В отличие от ржавчины, которая образуется в течение длительного периода воздействия кислорода и влаги, окалина образуется на всех изделиях из стали и чугуна, подвергающихся горячей прокатке. Единственный способ предотвратить его появление — изготовить их в инертной атмосфере.

Фрезерная окалина сама по себе не вредит заготовке. Фактически, в краткосрочной перспективе слой окалины помогает защитить поверхность металла от коррозии и других негативных атмосферных воздействий.Проблема начинается, когда прокатная окалина ломается, что, учитывая ее хрупкость, практически неизбежно при погрузочно-разгрузочных работах, хранении или транспортировке.

Почему необходимо снимать окалину

Чешуя очень хрупкая, и в момент растрескивания превращается из защитного барьера в ущерб.

Прокатная окалина менее реактивна, чем стальная поверхность, которую она покрывает, и действует как катод для более реактивного материала под ней. Как только покрытие окалины разрушается (что происходит легко) и через него проникает влага, присутствие окалины оксида железа ускоряет процесс коррозии в точке разрушения.

Наличие прокатной окалины также является препятствием для нанесения краски или порошкового покрытия, которое плохо прилипает к окалине. Если оставить на месте, окалина со временем отколется и сломает поверхность покрытия, позволяя проникнуть влаге.

Наносить защитное покрытие на заготовку, покрытую прокатной окалиной, расточительно. По этой причине удаление накипи является обязательным этапом в процессе предварительного покрытия.

Удаление окалины с железа или нержавеющей стали

Чтобы получить гладкое и прочное покрытие, прокатную окалину необходимо удалить с заготовки из железа или стали перед нанесением.Это верно для порошковых покрытий, красок и других методов отделки, предназначенных для защиты поверхности от коррозии.

Дробеструйная очистка — метод очистки, упрочнения и полировки металла — это быстрый и экономичный способ удаления прокатной окалины. Эта услуга обычно проводится для подготовки поверхности стали перед нанесением любого покрытия. Подготовка стали дробеструйной очисткой обычно считается наиболее важным фактором, влияющим на любую систему защиты от коррозии или покрытие.

В Latem Industries наша разнообразная линейка колесного / отсасывающего дробеструйного оборудования включает монорельс, дробеструйную очистку, поворотный стол и конвейер, чтобы удовлетворить ваши потребности в дробеструйной очистке.

Latem предлагает широкий ассортимент дроби для удовлетворения ваших потребностей, в том числе:

• Удаление накипи
• Дробеструйная обработка
• Очистка белого металла
• Удаление ржавчины
• Очистка отливок
• Коммерческая чистка
• Равномерное покрытие
• Подготовка перед окраской

Для получения дополнительной информации о дробеструйной очистке или для запроса бесплатного предложения по дробеструйной очистке в Южном Онтарио свяжитесь с нами.

Преобразование отходов прокатной окалины в ценные продукты путем карботермического восстановления

Прокатная окалина является одним из отходов, образующихся в результате горячей прокатки стали на всех сталелитейных предприятиях. С другой стороны, прокатная окалина считается богатым источником железа с минимальным содержанием примесей. Эта работа направлена ​​на преобразование прокатной окалины путем корректировки процессов плавки для производства различных ценных продуктов. Процессы плавки проводились с использованием карботермического восстановления в печи с флюсом.Два углеродсодержащих восстановителя и различные флюсы были использованы для адаптации оптимальных условий процесса плавки. Максимальное извлечение железа 83% было получено при использовании графита по сравнению с 76%, полученным при использовании кокса. Низкое содержание серы (≤0,02 мас.% S) может быть достигнуто при использовании графита в качестве восстановителя в количестве, равном или превышающем молярное стехиометрическое соотношение. При использовании кокса максимальная степень десульфурации 97,8% и гораздо более низкое содержание серы в литом металле (0.0028 мас.% S) были получены путем контроля типа и количества флюса. Результаты показывают, что отходы прокатной окалины могут быть преобразованы в ценные продукты, такие как чугун высокой чистоты, в качестве альтернативы Sorelmetal, используемому в производстве высокопрочного чугуна, низкоуглеродистой стали и свободно режущейся стали.

1. Введение

Управление отходами, образующимися от горячего металла и стали, стало важной проблемой из-за постоянно ужесточающихся экологических норм. Кроме того, истощение запасов железной руды требует обширных исследовательских работ для повторного использования вторичного сырья, производимого в качестве побочного продукта на сталелитейных компаниях и рассматриваемого как отходы.

При горячей прокатке стали оксиды железа образуются на поверхности металла в виде окалины. Накипь накапливается как отходы на всех сталелитейных предприятиях. На металлургическом комбинате крупная часть прокатной окалины была переработана в агломерационных цехах [1]. Но исследование рециркуляции прокатной окалины стали в процессе спекания показало, что производительность агломерата снижалась с увеличением добавления прокатной окалины из-за снижения проницаемости агломерационного слоя [2].

В прошлые годы сталелитейщики использовали эту прокатную окалину в качестве окислителя в традиционном процессе выплавки стали в электродуговых печах.Однако современные электродуговые печи оснащены системой продувки кислородом для улучшения процессов плавления и окисления с более высокой эффективностью, чем в практике прокатной окалины [3]. Небольшая часть прокатной окалины используется цементными заводами. Однако прокатная окалина не смешивается равномерно с другими материалами сырья из-за ее более высокой плотности, чем любой из компонентов смеси, и, таким образом, вызывает большее изменение смеси сырья для печи [4]. В то же время количество прокатной окалины, используемой цементными заводами в качестве сырья при производстве клинкера, по-прежнему невелико.

Было проведено лабораторное исследование по использованию отходов прокатной окалины для приготовления железного порошка. Авторы использовали CO, а затем H ₂ в качестве восстановительного газа. Когда восстановление проводили монооксидом углерода, максимальное содержание железа (98,40 мас.% Fe) в железном порошке было получено при 1050 ° C в течение 180 мин. Восстановительный отжиг в водороде позволяет снизить содержание углерода и кислорода в порошке восстановленного железа до приемлемых значений — 0,23 и 0,28% соответственно [5]. Недавно было проведено исследование восстановления прокатной окалины до губчатого железа с использованием кокса при различных температурах и времени.Губчатое железо было успешно произведено для повторного использования в электрических печах как часть металлической шихты или в качестве сырья при производстве деталей порошковой металлургии на основе железа [6].

К сожалению, массово не реализована технология восстановления и использования таких материалов [7]. На некоторых металлургических предприятиях основная часть отходов прокатной окалины вывозилась на свалки, что приводило к вымыванию некоторых процентов тяжелых металлов в почву и грунтовые воды, что создавало угрозу окружающей среде.Постоянный спрос на новые свалки и негативное воздействие на окружающую среду подчеркивают необходимость в более эффективных методах продуктивного использования прокатной окалины.

В данном исследовании отходы прокатной окалины, производимые сталелитейными компаниями, были переработаны для производства ценных продуктов с помощью подходящего процесса плавки с использованием печи с погруженной дугой и углеродсодержащего восстановителя. Восстановители и флюсы были оптимизированы для получения различных ценных продуктов.

2. Экспериментальная часть

В качестве сырья использовалась окалина прокатного стана, образующаяся на этапе горячей прокатки стали, произведенной в электродуговой печи, ДСП, вместе с восстановителем и флюсом.Были проведены ситовый анализ, химический состав и рентгеноструктурный анализ прокатной окалины. Определен химический состав восстановителей (измельченный кокс и измельченные отходы графитовых электродов) и флюсов (CaO, CaF ₂ , CaSi, Al ₂ O ₃ и Na ₂ CO ₃ ). Химический состав определяли с использованием рентгеновской флуоресценции, XRF (рентгеновский спектрометр Philips PW 1410 с контролем канала PW 1390). Фазовый анализ наблюдали с помощью рентгеновского дифрактометра, XRD, Bruker AXS D8 Advance, Германия.

Были проведены различные серии экспериментов с использованием 5 кг прокатной окалины. Первая и вторая серии были проведены для исследования влияния типа и количества восстановителя при постоянном весе (500 г) оксида кальция и фторида кальция с массовым соотношением 4: 1. Третья серия была разработана для исследования влияние различных флюсов на снижение содержания серы в литейном металле за счет восстановления кокса.

Третья серия была разделена на три подсерии следующим образом: (1) Флюс в виде оксида кальция и фторида кальция (массовое соотношение 4: 1) добавляли в печь с загрузкой в ​​количестве от 0 до 750 г .(2) Флюс (250 г) в виде оксида кальция и фторида кальция (массовое соотношение 4: 1) был добавлен в печь вместе с загрузкой, и смесь из 250 г флюсового материала другого типа была добавлена ​​в металлическая форма. (3) Флюс (500 г) в виде оксида кальция и фторида кальция (весовое соотношение 4: 1) был добавлен в печь вместе с загрузкой, и смесь из 250 г другого флюсового материала была добавлена ​​в Были исследованы различные флюсовые материалы: CaSi, Na ₂ CO ₃ , CaO-CaF ₂ -Al ₂ O ₃ и CaO-CaF ₂ -FeSi-C.Добавление флюса в кристаллизатор производили во время выпуска выпускного отверстия для увеличения площади контакта шлака с металлом.

Для каждого эксперимента количество восстановителя, необходимое для прокатной окалины 5 кг, рассчитывалось в соответствии с материальным балансом. В третьей серии использовали постоянное количество кокса (1,5 от стехиометрического мольного соотношения).

Экспериментальные опыты по плавке проводились в дуговой печи под флюсом опытной установки. Стенка и днище печи утрамбовывались толстым слоем магнезита.Для выбора напряжения и тока, подходящих для проведения плавного плавления шихты, были проведены предварительные эксперименты. Было обнаружено, что наилучший ток для плавления шихты составляет 480 А и 35 В.

Для проведения экспериментальных опытов компоненты шихты, прокатной окалины, восстановителя и флюса смешивали вручную. Печь предварительно нагревали примерно до 1000 ° C в течение 30 минут. После того, как вся основная заправка была полностью расплавлена, расплавленный металл и шлак оставляли на 30 минут при включенном токе, чтобы обеспечить максимальную степень восстановления и полное осаждение расплавленного металла в шлак.Максимальная температура, достигаемая в печи, составляла около 1700 ° C. Изделие разливали в металлические формы, где покрытый шлаком металл оставляли охлаждаться до комнатной температуры. Литой металл в каждом эксперименте взвешивали, а затем отбирали репрезентативные пробы для определения химического состава с использованием спектрографического анализа (Spectro Analytical Instruments).

3. Результат и обсуждение

В ходе этого исследования были изучены различные параметры, влияющие на уменьшение прокатной окалины и качество литого металла.Эти параметры включают тип и количество восстановителя, тип и количество флюсового материала, а также технологию добавления флюсового материала. Были исследованы две техники сложения. В первом в печь было добавлено все количество флюсового материала. Во втором методе часть флюсового материала добавлялась в печь, а другая часть добавлялась в форму во время выпуска.

Ситовой анализ прокатной окалины приведен в таблице 1, а ее химический состав — в таблице 2.Из таблицы 2 видно, что прокатная окалина содержит в основном оксиды железа и небольшое количество SiO ₂ и MnO. Остальные оксиды присутствуют в незначительных количествах. В то же время результаты рентгеноструктурного исследования прокатной окалины показали наличие железа в виде гематита (Fe ₂ O ₃ ), магнетита (Fe ₃ O ₄ ) и вюстита (FeO). , Рисунок 1. Химический состав восстановителей (кокс и графит) приведен в таблице 3. Кроме того, химический состав коксовой золы приведен в таблице 4.

Объемная доля (мм) −0,1 +0,1 −0,25 +0,25 −0,5 +016 −1 −1 +2 −3 +3 −4 +4 −4,7 +4,7 Вес% 4,1 14,8 20,8 1.0 20,7 3,8 8,0

9003 9 9 Al 2 O 3 K 2 O CaO MnO TiO 2 MgO Na 2 O P 2 16 O 599 90 CuO Cr 2 O 3 S LOI 67.55 96,5 0,68 0,16 0,012 0,13 1,022 0,013 0,10 0,04 0,074 0,4

9022 9048 Эффект 99089 в качестве восстановителя использовался графит. Количество восстановителя увеличивали с 0,7 до 1,7 от расчетного молярного стехиометрического значения. Стехиометрические молярные отношения C / O выше 1 использовались для компенсации углерода, израсходованного на восстановление восстанавливаемых оксидов, таких как MnO и SiO ₂ .На рис. 2 показано влияние молярного стехиометрического отношения углерода (C-S.R) на извлечение железа. Из рисунка видно, что извлечение железа увеличивается по мере увеличения количества восстановителя примерно до 1,5 от стехиометрического молярного отношения. Этот результат согласуется с результатом Camci et al. [1]. Выше этого количества увеличение количества восстановителя приводит к снижению извлечения железа. Это может быть связано с избытком восстановителя. Неправильное использование восстановителя можно понять в свете реакций восстановления оксида железа.Как показывает рентгеноструктурный анализ, составляющими прокатной окалины были фазы Fe ₂ O ₃ , Fe ₃ O ₄ и фазы FeO. Возможное восстановление этих оксидов. Реакция (1) называется непрямой реакцией, а реакция (2) — прямой реакцией. Когда температура составляла 800–1000 ° C, реакция на поверхности восстановителя была подходящей для одновременного протекания измельчения окалины и «реакции Будуара» в (3). В результате газ CO ₂ , образовавшийся в результате восстановления прокатной окалины, прореагировал с углеродом, давая реакцию: кажется, что избыточное количество восстановителя способствует возникновению «реакции Будуара», которая замедляет прямое восстановление прокатной окалины, реакцию 2).

Кроме того, сравнивая максимальное извлечение железа, можно заметить, что максимальное извлечение железа, полученное при использовании кокса (76%), было ниже, чем при использовании графита (83%). Это можно объяснить, помимо эффекта избыточного восстановителя, составляющими золы в коксе. Согласно литературным данным [5] компоненты коксовой золы, такие как диоксид кремния, оксид алюминия и силикаты, изменяют восстановительное равновесие.

Увеличение извлечения чугуна отразилось на весе литого металла.Таким образом, вес литого металла увеличивался с увеличением количества восстановителя.

Тип и количество восстановителя не только влияют на вес металла и извлечение железа, но также влияют на химический состав литого металла. Итак, была изучена взаимосвязь между количеством и типом восстановителя с массовым химическим составом литейного металла, C, S, P, Mn и Si.

Изменение конечного содержания металлического углерода в зависимости от молярного стехиометрического соотношения углерода при различных восстановителях можно увидеть на Рисунке 3.Содержание углерода в металле увеличивается с увеличением количества восстановителя. Но после достижения максимального значения содержание металлического углерода уменьшается. Такое поведение можно объяснить растворением и удалением углерода из железа. Углерод растворяется в железе посредством следующих реакций: хотя он может быть удален из железа посредством следующих реакций: При низком стехиометрическом молярном соотношении углерода до 1,2 скорость реакции растворения была выше, чем скорость удаления, и эта тенденция увеличивается за счет увеличения стехиометрического мольного отношения углерода.Это приводит к увеличению конечного содержания углерода в литом металле. С другой стороны, уменьшение содержания металлического углерода после достижения максимального содержания является результатом увеличения скорости реакции углерода (реакции (6) — (7)), особенно реакции Бодуара, как это обсуждалось ранее. Кроме того, следует отметить, что при том же молярном соотношении углерода стехиометрического углерода содержание металлического углерода при использовании кокса было меньше, чем содержание металлического углерода при использовании графита. Такое поведение можно объяснить более высокой реакционной способностью кокса (0.1–0,5 × 10 ^–4 S ^–1 ), чем у графита (0,03 × 10 ^–4 S ^–1 ) [8], что означает, что скорости реакций газификации (6) и (7) для кокса быстрее, чем для графита.

Соотношение между содержанием серы и фосфора в металле и молярным стехиометрическим соотношением углерода показано на рисунках 4 и 5 соответственно. Из рисунка 4 видно, что содержание серы в металле уменьшается при увеличении количества восстановителя (графита или кокса).Напротив, фосфор имел противоположное поведение, поскольку он увеличивался при увеличении количества восстановителя, рис. 5.

Поведение серы и фосфора можно объяснить с точки зрения состояния шлака. Известно, что дефосфоризация и десульфуризация чугуна протекают в различных условиях. Самым популярным методом обессеривания является удаление серы из металла в основной восстановительный шлак, в то время как наиболее популярным методом дефосфорации является удаление фосфора из металла в основной окислительный шлак, как показано следующими химическими уравнениями [9–11]: Равновесие константы реакции — активности кислорода и серы в жидком металле; и — активности CaS и CaO в шлаке: Константа равновесия реакции — это активность фосфора в жидком металле; , и — активности (3CaO · P ₂ O ₅ ), CaO и FeO в шлаке.

Эти серии экспериментов имеют почти постоянную основность шлака, поскольку добавляется постоянный вес флюсового материала. Таким образом, поведение серы и фосфора при разных восстановителях было связано с влиянием содержания оксида железа в шлаке. Увеличение количества восстановителя приводит к снижению содержания оксида железа в шлаке и увеличению содержания металлического углерода. Активность кислорода в расплаве прямо пропорциональна содержанию оксида железа в шлаке [12]. Следовательно, ожидается, что низкая активность кислорода в металле приведет к подходящим условиям для удаления серы и десульфуризации металла, как указано в (8).Напротив, эти условия стимулируют процесс рефосфоризации, и, следовательно, содержание фосфора в металле увеличивается по мере увеличения количества восстановителя, как указано в (11).

С другой стороны, содержание серы и фосфора в металлах, образующихся при использовании графита, меньше, чем в коксе при том же молярном стехиометрическом соотношении углерода. Это можно объяснить более низким содержанием серы и фосфора в графите по сравнению с коксом.

Также можно заметить, что при различных типах и количестве восстановителя содержание металлического фосфора низкое и находится в диапазоне производства чугуна и стали.Следовательно, содержание фосфора в литом металле не представляет проблемы.

На рисунке 6 показано соотношение между количеством восстановителя и содержанием кремния и марганца в металле. Как и ожидалось, содержание кремния и марганца в литом металле увеличивается с увеличением количества восстановителя. Коксовая зола содержит SiO ₂ и MnO. При том же стехиометрическом углероде ожидается, что содержание кремния и марганца в металле, полученном восстановлением кокса, будет выше, чем содержание, полученное восстановлением графита.Но результаты показали поведение, противоположное ожидаемому. Этот результат можно объяснить в свете влияния содержания FeO в шлаке на восстановление оксидов марганца и кремния. Как показано на Рисунке 2, извлечение железа, полученное при использовании графита, было больше, чем извлечение кокса. Это указывает на то, что содержание FeO в шлаке при использовании графита меньше, чем при использовании кокса. Восстановление оксидов увеличивается с уменьшением содержания FeO в шлаке; впоследствии переход кремния и марганца к металлу увеличивается.

Также можно отметить резкое увеличение содержания кремния после 1,5 стехиометрического молярного отношения углерода. Эта тенденция является следствием того факта, что восстанавливающая способность SiO ₂ углеродом меньше, чем у MnO, на что указывает свободная энергия реакций (12) и (13): Таким образом, когда большая часть MnO была восстановлена, скорость восстановления SiO ₂ увеличивается, что приводит к резкому увеличению содержания металлического кремния.

Вариации химического состава литейного металла с коксом и графитом при различных количествах восстановителя приведены в таблицах 5 и 6 соответственно.Эти результаты показывают, что ценные продукты могут быть получены путем регулирования типа и количества восстановителя, такого как (1) низкоуглеродистая сталь, содержащая 0,17 мас.% C, 0,05 мас.% S и 0,01 мас.% P (сталь номер 10), (2 ) низкоуглеродистая сталь с высоким содержанием серы, которую можно использовать в качестве стали для свободной резки путем добавления регулирующего Mn при выпуске резьбы (стали с номерами 1 и 2), (3) высокоуглеродистое железо высокой чистоты с химическим составом (3,8 мас.% C, 0,28 мас.% Mn , 0,015 мас.% S и 0,01 мас.% P), подходящей в качестве альтернативы Sorelmetal для использования в производстве высокопрочного чугуна (сталь номер 14), (4) высокоуглеродистое железо (3.8 мас.%) И с низким содержанием фосфора (0,015 мас.%), Но с высоким содержанием серы (0,053 мас.%) (Сталь номер 6): его можно использовать в качестве альтернативы Sorelmetal после снижения содержания серы путем использования подходящего флюса с более высокая десульфурирующая способность.

9015 S Ясень VM Влажность Кокс 82.6 0,7 13,5 1,4 1,8 Графит 99,5 0,1 0,4 SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 CaO MgO MnO TiO 2 S 46.2 32,85 15,4 3 0,25 0,65 1 0,12 0,028

Плавка Углерод стехиометрический Химический состав получаемого металла, мас.% C Si Mn 1 0.9 0,02 0,001 0,032 0,199 0,005 2 1,0 0,32 0,004 0,32 0,004 0,127 0,210 9016 9016 3 9016 9016 9016 9016 0,005 0,171 0,191 0,018 4 1,2 1,81 0,008 0,122 0,151 0.015 5 1,3 3,04 0,020 0,211 0,165 0,022 6 1,5 3,84 0,0163 3,84 3,84 7 1,6 3,13 0,664 0,495 0,067 0,016 8 1,7 3,74 0.969 0,675 0,021 0,015

9066 Химический состав углерода 9016 C Si Mn S P 9 0,7 0.014 0,0009 0,033 0,0835 0,0003 10 0,8 0,167 0,0009 0,048 0,04916 0,0163 0,04916 0,0163 0,0498 0,0163 0,198 0,0322 0,0015 12 1,0 2,98 0,0454 0,353 0,0143 0.0169 13 1,1 3,36 0,0038 0,347 0,0100 0,0109 14 1,2 3,79 0,0109 0,015 15 1,3 3,80 0,1620 0,471 0,0104 0,0105 16 1,5 3,79 0.2450 0,464 0,0109 0,0117

5. Влияние флюсовых материалов

Предыдущие результаты демонстрируют успех карботермического восстановления графитовой окалины при производстве кокса или кокса. различные марки чугуна и стали с низким содержанием фосфора (≤0,02 мас.% P). Низкое содержание серы (<0,02 мас.% S) также может быть достигнуто при использовании графита в качестве восстановителя в количестве, равном или превышающем молярное стехиометрическое соотношение.С другой стороны, металл с более высоким содержанием серы был получен при использовании кокса в качестве восстановителя. Производство металла с низким содержанием серы (≤0,02 мас.% S) требует использования большего количества кокса, которое равно или превышает 1,7 стехиометрического молярного отношения.

Были использованы различные технологии и флюсовые материалы для уменьшения содержания серы в литейном металле из прокатной окалины, восстановленной коксом. Для исследования влияния флюсовых материалов была проведена третья серия экспериментов. Были исследованы две техники сложения.В первом в печь было добавлено все количество флюсового материала. Во втором методе часть флюсового материала добавлялась в печь, а другая часть добавлялась в форму во время выпуска. Варианты флюсов для этой серии и химический состав литых металлов приведены в таблице 7.

4 90.1 Серия Флюс, гм Химический анализ полученного металла, мас. % С загрузкой (CaO) — (CaF 2 ) В форме C Si Mn S P — — 3,46 0,356 0,217 0,128 0,0241 (400) — (100) — 3,84 0,079 0,437 0,053 0,0153 (600) — (150) — 3,65 0,7169 3,65 0,7169 0,0162 0,0216 3.2 (200) — (50) (CaO) — (CaF 2 ) (200) — (50) (80%) — (20%) 3,37 0,300 0,26 0,118 0,0181 (200) — (50) (CaSi) (250) 3,49 1,11 0,549 0,060 0,0211 — ) (CaO) — (CaF 2 ) — (FeSi) — (C) (157) — (31) — (31) — (31) (62,5%) — (12,5%) — (12 .5%) — (12,5%) 3,42 0,679 0,57 0,085 0,0185 (200) — (50) (CaO) — (CaF 2 ) — (Al 2 O 3 ) (38) — (137) — (75) (15%) — (55%) — (30%) 3,66 0,502 0,524 0,103 0,0234 (200) — (50) (Na 2 CO 3 ) (250) 3,59 0,601 0.493 0,109 0,0238 3,3 (400) — (100) (CaO) — (CaF 2 ) (200) — (50) (50) ( ) — (20%) 3,62 0,855 0,604 0,0107 0,0229 (400) — (100) (CaSi) (250) 1,92 0,92 169 1,92 0,0028 0,0199 (400) — (100) (CaO) — (CaF 2 ) — (FeSi) — (C) (157) — (31) — (31) — (31) (62.5%) — (12,5%) — (12,5%) — (12,5%) 3,59 0,973 0,650 0,0174 0,0241

Достигнутые результаты 3.1 третьей серии представлены на рисунке 7, где изменение содержания серы в металле и степени десульфурации отложено в зависимости от изменения количества смеси CaO и CaF ₂ (весовое соотношение 4: 1). . Степень обессеривания рассчитывалась следующим образом: где — содержание серы в литейном металле в опыте и — содержание серы в литейном металле в эталонном цикле (без добавления флюса).

В контрольном опыте без добавления флюса содержание серы в литейном металле было высоким (0,128 мас.% S). Степень обессеривания 58,6% была достигнута добавлением 500 г смеси CaO и CaF ₂ с загрузкой в ​​печь, но содержание серы в литейном металле все еще было достаточно высоким (0,053 мас.% S). Однако более высокая степень десульфурации 87,3% была достигнута при добавлении 750 г смеси CaO и CaF ₂ , что привело к снижению содержания серы в металле до 0.0162% масс.

Результаты подсерии 3.2 представлены на Рисунке 8, где график изменения содержания серы в металле и степени десульфурации в зависимости от различных флюсовых материалов. Было ясно, что CaSi был самым эффективным десульфуризованным агентом среди различных флюсов, использованных в этом исследовании. Однако наивысшая степень десульфурации составила всего 53,1%, а содержание серы в литейном металле все еще было достаточно высоким (0,060% S).

С другой стороны, Рисунок 9 показывает, что увеличение количества смеси CaO-CaF ₂ (массовое соотношение 4: 1) в печи до 500 г и добавление еще 250 г этой смеси в форму дает более высокую степень обессеривание 91.6% и ниже содержание серы в металле (0,0107 мас.% S). При добавлении 250 г CaSi в форму вместо смеси CaO-CaF ₂ была получена гораздо более высокая степень обессеривания 97,8% и гораздо более низкое содержание серы в литом металле (0,0028 мас.%).

Влияние типа и количества флюса на содержание металлической серы можно объяснить его влиянием на основность шлака. На рисунке 10 показано соотношение между содержанием серы в металле и основностью шлака.Из этого рисунка было видно, что содержание металлической серы уменьшается за счет увеличения основности шлака. Также можно заметить, что при той же основности шлака пунктирная линия (флюсовый материал включает CaSi) представляет более низкое содержание серы по сравнению со сплошной линией (флюсовый материал не включает CaSi). Такое поведение можно объяснить мощным действием CaSi как раскислителя, которое приводит к низкой активности кислорода в расплаве, что приводит к созданию соответствующих условий для удаления серы и десульфуризации металла [13].

6. Выводы

Карботермическое восстановление отходов прокатной окалины, образующихся в процессе выплавки стали, с использованием двух углеродсодержащих восстановителей (графит или кокс) и различных флюсов в печи с погруженной дугой позволяет сделать следующие выводы: (1) Извлечение железа увеличивается по мере того, как количество восстановителя увеличивается примерно до 1,5 молярного стехиометрического соотношения. Выше этого количества увеличение количества восстановителя приводит к снижению извлечения железа. (2) Максимальное извлечение железа, полученное при использовании кокса (76%), ниже, чем при использовании графита (83%).(3) Содержание углерода, кремния и марганца в литейном металле увеличивается за счет увеличения количества восстановителя. При том же стехиометрическом мольном соотношении углерода содержание металлического углерода, кремния и марганца при использовании кокса было меньше, чем при использовании графита. (4) При другом типе и количестве восстановителя содержание металлического фосфора было низким и диапазон производства чугуна и стали. (5) Низкое содержание серы (≤0,02 мас.% S) может быть достигнуто при использовании графита в качестве восстановителя в количестве, равном или превышающем молярное стехиометрическое соотношение.С другой стороны, металл с более высоким содержанием серы был получен при использовании кокса в качестве восстановителя. Производство металла с низким содержанием серы (≤0,02 мас.% S) требует использования большего количества кокса, которое равно или превышает 1,7 стехиометрического молярного отношения. (6) Наивысшая степень десульфурации 97,8% и гораздо более низкое содержание серы в литейном металле ( 0,0028 мас.% S) получают путем регулирования типа и количества флюса. (7) За счет регулирования типа и количества восстановителя и использования подходящего флюсового материала отходы прокатной окалины, образующиеся в процессе производства стали, могут быть преобразованы в ценные продукты, такие как в качестве чугуна высокой чистоты в качестве альтернативы Sorelmetal, используемого в производстве высокопрочного чугуна, низкоуглеродистой стали и сталей для свободной резки.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации данной статьи.

Железная платформа | Мельничные весы SIEF

Это домашняя страница SIEF для мельничных весов [номер Einecs 266-007-8, номер CAS 65996-74-9]. Время от времени мы будем публиковать здесь соответствующую информацию.

Мельничная окалина состоит в основном из оксидов железа и может содержать различные количества других оксидов и шпинелей, элементов и микропримесей.Окисленная поверхность стали, полученная при повторном нагреве, кондиционировании, горячей прокатке и горячей штамповке. Это вещество обычно удаляется технологической водой, используемой для удаления окалины, охлаждения валков и материалов и других целей. Обычно впоследствии он отделяется от воды гравитационным способом.

Аналитическая информация

Описание сходства, приведенное ниже, предназначено для представления типичного диапазона состава для прокатной окалины.

• Оксиды железа:> 70% — FeO [номер Einecs 215-721-8, номер CAS 1345-25-1], Fe ₂ O ₃ [номер Einecs 215-168-2, номер CAS 1309-37 -1] и Fe ₃ O ₄ [номер Einecs 215-277-5, номер CAS 1317-61-9]
• C, Si, Ca, Na, Al, Mn и другие оксиды металлов: <10% каждый [компоненты указаны в элементарной форме, но фактически присутствуют в других степенях окисления]

Для различных применений мельничной окалины существуют следующие пределы содержания масла:

• 3% для аккумуляторов и плавления
• 1% для катализаторов, цемента, химикатов, клинкера, тяжелого бетона, бетонных заполнителей, противовесов, энергосбережения, экзотермической энергии, металлургического сырья, ферросплавов, удобрений, литейного производства, продуктов трения, стекла, теплоносителя, оксидов железа, Соли железа, минеральная вата, краска, радиационная защита, вторичный материал, огнеупоры, дорожное строительство, агломерационное сырье, шлакообразователи, производство камня, инструментальная сталь, обработка воды и почвы, гири, сварочные электроды

Ведущим регистрантом в области прокатных весов является компания ArcelorMittal.Поддержку ArcelorMittal оказывает Техническая группа по железной платформе, а также группа экспертов по прокатной окалине, и члены SIEF должны связываться с нами с любыми вопросами, которые могут у них возникнуть по поводу этого процесса. Время от времени мы будем публиковать соответствующую информацию на этих страницах.

Мельничные весы

зарегистрированы как UVCB. UVCB определяется в РУКОВОДСТВЕ ПО ИДЕНТИФИКАЦИИ ВЕЩЕСТВ И НАЗВАНИЮ ДОСТУПА следующим образом:

«Вещества U неизвестного химического состава V , продукты комплексной реакции C или биологические материалы B , также называемые веществами UVCB, не могут быть идентифицированы в достаточной степени по их химическому составу, потому что:

• количество составляющих относительно велико, или

• состав в значительной степени неизвестен, и / или

• изменчивость состава относительно велика или плохо предсказуема.

Как следствие, UVCB-вещества требуют других типов информации для их идентификации в дополнение к тому, что известно об их химическом составе ».

Минералы | Полный текст бесплатно | Восстановление железа из окалины путем восстановления оксидом углерода

1. Введение

Защита окружающей среды — одна из важнейших задач человеческой цивилизации: постоянно растущий спрос на строительные материалы приводит к увеличению количества промышленных отходов.В Европейском Союзе понятие отходов определено в Директиве 2008/98 / EC [1]. Термин «отходы» определяется как любое вещество или предмет, от которых владелец избавляется, намеревается избавиться или обязан избавиться от них. Владелец отходов обязан, в первую очередь, предотвратить образование отходов, а затем подготовиться к повторному использованию отходов, образование которых невозможно предотвратить. Уменьшение образования отходов вместе с их удалением — основной принцип рационального использования природных и антропогенных ресурсов.Одной из отраслей промышленности, в которых образуются большие объемы отходов, является металлургия, особенно металлургия черной металлургии, которая является крупнейшим производителем полуфабрикатов и готовой продукции [2,3]. В результате огромного металлургического производства образуется значительное количество отходов, таких как доменный и конвертерный шлак, различные виды пыли и шлама, окалины и газов [4,5,6,7,8,9]. Многие металлургические отходы содержат большое количество железа и могут быть подвергнуты процессам восстановления этого элемента.Отходы, содержащие меньше железа или примесей, отправляются на другие процессы переработки или вывозятся на свалки. В данной статье представлены исследования, связанные с уменьшением прокатной окалины. Окисление и образование окалины — неизбежное явление в процессе горячей прокатки стали [8]. Прокатная окалина вредит качеству поверхности стальных изделий и долговечности прокатных валков. Кроме того, его образование вызывает потери материала, которые в зависимости от применяемой технологии прокатки составляют от 1% до 3% [9,10]. Конструктивно прокатная окалина представляет собой слоистый и хрупкий материал, состоящий из оксидов железа (вюстит — FeO, магнетит — Fe ₃ O ₄ , гематит — Fe ₂ O ₃ ) с преобладающей фазой в виде вюстита.Он представляет собой порошок, состоящий из мелких частиц, хлопьев и стружек. Помимо соединений железа прокатная окалина может также содержать оксиды C, Si, Ca, Ni, Al, Mn, S, P и других металлов [10,11]. Это связано с типом производства на металлургическом заводе. Мельничная окалина обычно не содержит опасных, легковоспламеняющихся, радиоактивных или взрывоопасных веществ. Допустимый предел содержания масла в прокатной окалине менее 1%. В качестве отходов прокатная окалина используется несколькими способами (рис. 1). Некоторые из этих приложений широко используются, другие все еще разрабатываются [12,13,14,15,16,17,18].Проблема обращения с металлургическими отходами, включая прокатную окалину, в настоящее время является важной проблемой в Польше. По этой причине был предпринят проект по разработке метода управления масляной прокатной окалиной с одновременным использованием газов, образующихся при пиролизе полимеров, например, оксида углерода. В связи с высоким содержанием железа (68–72%) и необходимостью использования термических методов в случае нефтесодержащей прокатной окалины было решено исследовать прямое восстановление окалины с использованием CO. Основная цель исследования заключалась в проверке возможность извлечения железа и исследование восприимчивости к повторному окислению восстановленных Fe и FeO при контакте с воздухом.Железо, полученное в результате уменьшения прокатной окалины, имеет пористую структуру, как и губчатое железо, непосредственно восстановленное из руды в металлургическом процессе (DRI), с удельной площадью поверхности, которая обычно составляет около 1 м² / г [20,21]. Это связано с тем, что реакция восстановления с CO происходит в твердом состоянии, поэтому форма кусков прокатной окалины сохраняется, а их масса уменьшается за счет удаления кислорода. Следовательно, восстановленное железо имеет большую площадь поверхности по отношению к его массе, что увеличивает его реакционную способность.Работы, посвященные прямому восстановлению прокатной окалины оксидом углерода, водородом или твердыми веществами (уголь, кокс), не описывают проблему низкотемпературного окисления [6,18,22,23,24,25,26, 27,28,29,30]. Мы находим работы, описывающие так называемое низкотемпературное окисление железа и стали, но чаще всего с точки зрения приложений для резервуаров для отходов [31,32,33]. Явление быстрого окисления тонкодисперсного железа при контакте с воздухом необходимо учитывать при проектировании технологических процессов, связанных с восстановлением прокатной окалины.В данной работе методы термического анализа были использованы для моделирования процесса восстановления прокатной окалины с использованием CO при 850 ° C, 950 ° C и 1050 ° C с последующим синтетическим окислением воздухом при 300 ° C, 350 ° C и 400 ° C. С. Процесс проводили на материале в его первоначальной форме, то есть с фрагментацией, полученной в металлургическом процессе, и прокатной окалиной, подвергнутой измельчению для облегчения уменьшения размера частиц и увеличения поверхности реакции. Химический состав прокатной окалины также был проанализирован до и после процесса с точки зрения содержания железа.

2. Материалы и методы

Материалом исследования были железосодержащие металлургические отходы в виде масляной окалины (содержание масла> 3% по массе) с одного из металлургических заводов, расположенных в Польше. Для анализа химического состава окалины использовалось несколько методов. Определение углерода проводили на анализаторе LECO CS844 (LECO, Сент-Джозеф, штат Мичиган, США), кислорода — на анализаторе LECO ONH836 (LECO, Сент-Джозеф, штат Мичиган, США), а остальных элементов — с помощью сканера Hitachi S-3400N. микроскоп (HITACHI, Токио, Япония), оснащенный детектором EDS и WDS.

Поскольку железо в прокатной окалине находится в форме оксида, фазовый анализ выполняли на рентгеновском дифрактометре X’Pert 3 (Philips, Амстердам, Нидерланды). Фазы были определены на основе ICCD PDF-2 и базы данных COD. Массовые доли отдельных фаз рассчитывались методом внешнего стандарта (корунд).

Для метода термического анализа использовались две формы окалины: фракция, в которой она собирается в металлургическом процессе (обозначается как A), и в измельченной (порошкообразной) форме для получения большей реакционной поверхности во время эксперимента ( обозначается как B).Объемная плотность и зерновой состав определялись для обеих фракций. Насыпную плотность определяли как отношение веса рассыпчатого порошка к объему емкости, в которой он находился. Зерновой состав определяли с помощью ситового анализа, состоящего из просеивания 100 г порошка через набор сит, а затем определения массы и процентного содержания отдельных фракций.

Термический анализ прокатной окалины в виде фракций A и B был проведен на термоанализаторе STA 449 Jupiter F3 от NETZSCH (NETZSCH Holding, Зельб, Германия).Устройство позволяет измерять сигнал DTA (дифференциальный термический анализ) с одновременным непрерывным измерением массы образца TG (термогравиметрический анализ). Каждый раз образцы массой около 0,2 г помещали в алундовые тигли (содержание Al ₂ O ₃ 99,7%) вместимостью 0,3 мл и испытывали по схеме, представленной на рисунке 2. Нагревательная камера устройства после Тигель откачан и заполнен аргоном высокой чистоты (N6.0). Затем образцы нагревали до выбранной температуры восстановления (850 ° C, 950 ° C или 1050 ° C) с потоком аргона 50 мл / мин.Восстановление проводили путем продувки камеры для нагрева чистым СО (поток 60 мл / мин). Время восстановления было выбрано экспериментально, наблюдая за кривой ТГ, пологий ход которой указывал на окончание процесса. После завершения восстановления образцы охлаждали в атмосфере аргона (поток 50 мл / мин) до достижения запланированной температуры окисления (300 ° C, 350 ° C или 400 ° C). Окисление проводили синтетическим воздухом при скорости потока 60 мл / мин. Время окисления принимали как время восстановления.Наконец, образцы свободно охлаждали до комнатной температуры в атмосфере аргона.

После термического анализа образцы были подвергнуты дальнейшему анализу химического состава. Общее содержание железа определяли методом атомно-абсорбционной спектрометрии (ASA). Образцы измеряли на приборе AAS 30 Carl Zeiss (Йена, Германия) при токе лампы для железа 8 мА, апертуре 0,30 мм, измерении длины волны Fe-248,3 нм, считывании оптической плотности и вычислении содержания железа. от стандартной кривой.Определение ионов Fe (II) проводили реакцией с раствором батофенантролина. Измерения проводились с помощью спектрометра HP 8452 A на длине волны λ = 534 нм. Содержание рассчитывали по стандартной кривой зависимости оптической плотности от концентрации ионов Fe (II) в комплексе с батофенантролином. Определение ионов Fe (III) проводили по реакции с тиоцианат-ионами. Измерения проводили с помощью спектрометра HP 8452 A (HP Inc., Пало-Альто, Калифорния, США) при длине волны λ = 476 нм.Содержание рассчитывали по стандартной кривой зависимости оптической плотности от концентрации ионов Fe (III) в комплексе с тиоцианатами.

3. Результаты и обсуждение

Результаты химического анализа испытанной окалины представлены на рисунке 3. В таблице 1 показано значение усредненного химического состава со стандартным отклонением концентрации элементов в прокатной окалине. На рисунке 4 представлен результат качественного фазового анализа XRD, а в таблице 2 — результат количественного анализа.Результаты анализа химического состава подтвердили высокое содержание железа в испытанной прокатной окалине (около 85%), что является веским аргументом в пользу попыток восстановления железа из этих отходов. Почти все железо в окалине находится в форме оксида, и не более 1% является металлическим. Исследуемая окалина также характеризуется низким содержанием примесей (S и P) и других элементов, наличие которых не удалось однозначно подтвердить при рентгенофазовом анализе. Часть окалины подвергали дополнительному измельчению в фарфоровой ступке (фракция Б).Уменьшение размера должно было расширить поверхность материала и изучить влияние такой обработки на реакции восстановления и окисления, происходящие во время эксперимента по термическому анализу. Объемная плотность первичной фракции (А) и измельченной фракции (В) была определена, с результатами на тонну 1,67 Мг / м ³ и 2,80 Мг / м ³ , соответственно. Насыпная плотность является одним из основных технологических свойств и зависит от условий хранения материала. Следовательно, следует ожидать увеличения значения объемной плотности вместе с увеличением массы хранимой прокатной окалины, при которой пространство между частицами будет уменьшено из-за влияния собственного веса.Насыпная плотность утолщенной прокатной окалины достигает 5,7 мг / м 3 ³ [34]. Различия в структуре фракций А и В еще более наглядно показывает результат по размеру зерна (рис. 5). Ситовый анализ показал, что примерно 90% зерен фракции А относятся к классу крупности более 0,5 мм, в том числе более 20% к классу 2,0–5,0 мм. В случае фракции B почти 80% относились к классу крупности менее 0,5 мм, а для классов более 2 мм доли не обнаружены. В таблице 3 приведены обозначения и изменение массы образцов, участвовавших в эксперименте. восстановления и окисления во время измерения термического анализа.Кривые, записанные во время анализа ТГ / ДТА, показаны на рисунках 6 и 7. Восстановление оксидов железа осуществляется посредством реакции гетерогенной твердой, жидкой и газовой фаз. Механизмы восстановления состоят из поверхностных процессов, которые сопровождают удаление кислорода из восстановленного оксида, и процессов переноса, связанных с потоком газообразных реагентов и массопереносом внутри твердого тела [35,36,37]. Из-за влияния нескольких факторов, таких как температура, давление пара, за счет уменьшения состава агента или степени контакта фаз, механизм восстановления оксидов железа сложен и до конца не изучен [37,38,39].Принято считать, что восстановление оксидов железа при температурах ниже 560 ° C происходит в несколько стадий Fe ₂ O ₃ → Fe ₃ O ₄ → Fe, а при температурах выше 560 ° C по Fe ₂ O ₃ → Fe ₃ O ₄ → FeO → Fe [40,41]. Процесс восстановления оксидов железа оксидом углерода иллюстрируется следующими реакциями:

3Fe ₂ O ₃ + CO → 2Fe ₃ O ₄ + CO ₂

(1)

Fe ₃ O ₄ + CO → 3FeO + CO ₂

(2)

FeO + CO → Fe + CO ₂

(3)

Результаты анализа ТГ показали, что с повышением температуры, при которой проводилось восстановление прокатной окалины с помощью CO, увеличивалась потеря массы образца и, следовательно, ее восстанавливаемость.Средняя потеря веса во время восстановления для фракций A и B представлена ​​на рисунке 8. Она одинакова для обеих протестированных фракций и варьируется от приблизительно 22,5% при 850 ° C до прибл. 26,2% при 1050 ° C.

Время завершения процесса восстановления более важно с точки зрения применения в технологическом процессе. Это проявилось в достижении горизонтального хода на кривой ТГ, зафиксированной при редукции. Для прокатной окалины A при 850 ° C восстановление длилось приблизительно 180 мин, а при 950 ° C и 1050 ° C стабилизация происходила приблизительно через 90 мин.Измельчение окалины до фракции B привело к сокращению времени восстановления при 850 ° C примерно до 120 мин; однако это не привело к значительному изменению времени восстановления при температурах 950 ° C и 1050 ° C.

После нагрева в восстановительной атмосфере образцы охлаждали до температуры 300 ° C, 350 ° C или 400 ° C, где подвергали нагреву в атмосфере синтетического воздуха в течение 180 мин. Продуктом процесса восстановления прокатной окалины является железо в губчатой ​​форме, подобное промышленному железу, полученному прямым восстановлением из руды, так называемое железо прямого восстановления (DRI).В результате удаления кислорода он имеет очень пористую структуру и очень реагирует с влагой и кислородом. Процесс повторного окисления проявился в виде увеличения массы, зарегистрированного на кривой TG. В отличие от прокатной окалины, которая негорючая, мелкодисперсное восстановленное железо может быстро окисляться при контакте с достаточным количеством кислорода. Это явление называется пирофорным, от «пиро» (огонь) + «фор» (нести) и буквально означает «несущий огонь» [42]. Пирофорность — это одно из химических свойств элемента, определяющее склонность порошка к самовоспламенению или быстрому окислению, связанному с выделением значительного количества тепла.Атомы, образующие приповерхностный слой, принимают участие в реакции окисления, и из-за хорошей теплопроводности металла и плохой газовой атмосферы практически все тепло, выделяемое во время окисления, используется для нагрева частиц, что, следовательно, может привести к их воспламенению [43, 44,45]. Чаще всего для возникновения такого явления необходимо, чтобы вещество было мелко измельченным, и чем мельче частицы порошка, тем более высокую температуру они нагревают. Помимо многих металлов, в том числе железа, одним из материалов, проявляющих пирофорные свойства, является FeO [46,47].Чтобы уменьшить окисление DRI, можно обратиться к промышленной практике, где мы можем найти такие методы, как пассивация DRI путем продувки азотной смесью с небольшим количеством кислорода, покрытие DRI защитными веществами или уменьшение площади поверхности DRI путем уплотнение его в виде брикетов [48]. С повышением температуры, при которой проводилось окисление, увеличивалась и прибавка массы. Интенсивность процесса выявлялась по увеличению площади экзотермического пика, сопровождающего реакцию окисления, и фиксировалась на кривой ДТА.В то же время было обнаружено, что чем выше была температура восстановления, тем меньшее увеличение веса происходило при окислении. Опять же, это относится к обеим фракциям A и B, при этом увеличение веса фракции B выше. Объяснение этого явления — спекание мелкодисперсного железа, полученного путем уменьшения прокатной окалины. Спеченные частицы имеют меньшую реакционную поверхность. Как указано в ссылке [49], склонность к спеканию увеличивается с увеличением температуры и времени восстановления.Увеличение веса во время окисления образцов из фракций A и B при 300 ° C, 350 ° C и 400 ° C в течение 180 мин показано на рисунке 9. Наименьшее увеличение веса на 0,55% было зарегистрировано для образца из фракции A, окисленного при 300 ° C. ° C после восстановления при температуре 1050 ° C, и самый высокий (11,44%) для образца из фракции B, окисленной при 400 ° C после восстановления при 850 ° C. Чтобы проверить влияние выполненной исследовательской программы термического анализа на Состояние испытанной прокатной окалины, образцы после эксперимента были подвергнуты химическому анализу на определение железа.Общее содержание железа определяли с помощью атомно-абсорбционной спектрометрии (ASA), а ионы железа определяли спектрофотометрическими методами (ионы железа (II) в реакции с раствором батофенантролина и ионы железа (III) в реакции с тиоцианат-ионами). Результаты химического анализа обеих фракций показаны на рисунке 10. Массовая доля отдельных компонентов прокатной окалины значительно изменилась. Среднее содержание железа (II) для обеих фракций составляло около 82%. Разница между фракциями A и B проявлялась в более низком содержании общего железа и более высоком содержании железа (III) в случае накипи B.Это отражено в результатах термического анализа, который показал, что формирование поверхности окалины В путем шлифования увеличивает ее восприимчивость к окислению. Содержание металлического железа, оцененное на основе приведенных выше результатов в образцах, подвергнутых термическому анализу, показано на рисунке 11. Это ясно показывает, что содержание металлического железа каждый раз ниже в прокатной окалине фракции B. Наибольшая доля, составляющая примерно 15%, была обнаружена для образца, который был восстановлен монооксидом углерода при температуре 1050 ° C. и окисляется синтетическим воздухом при температуре 300 ° C (A1050-300).Наименьшее количество металлического железа (0,9%) было обнаружено в образцах окалины, подвергнутых восстановлению при 850 ° C и окислению при 400 ° C (B850-400). Это значение почти идентично содержанию металлического железа, определенному с помощью XRD-фазового анализа для первичной прокатной окалины (таблица 2).

4. Выводы

В данной работе представлены результаты экспериментов, направленных на проверку возможности извлечения железа из нефтесодержащей прокатной окалины путем восстановления оксидом углерода и с учетом явления вторичного окисления при контакте с кислородом воздуха.Анализ химического и фазового состава показал, что исследованная прокатная окалина содержала около 85% железа в виде оксидов (FeO, Fe ₃ O ₄ ).

Основные исследования проводились методами термического анализа на прокатной окалине в первичном виде (фракция А) и измельчении для увеличения их поверхности (фракция В). Была определена объемная плотность фракции A и фракции B, и результаты на тонну составили 1,67 мг / м ³ и 2,80 мг / м ³ , соответственно.Также был проведен ситовый анализ.

Восстановление проводили в течение примерно 180 мин при температурах 850 ° C, 950 ° C и 1050 ° C. Ход кривых ТГ показал, что степень уменьшения прокатной окалины увеличивается с температурой, а кинетика процесса также изменяется. Наименьшая потеря веса и самая низкая скорость реакции были обнаружены при восстановлении прокатной окалины монооксидом углерода при 850 ° C, в то время как самая высокая потеря веса и самая высокая скорость реакции были обнаружены при уменьшении окалины при 1050 ° C.Это относится к прокатной окалине в обеих фракциях (A и B).

Эффект повторного окисления наблюдался при выдержке восстановленной прокатной окалины в синтетическом воздухе при температуре 300 ° C, 350 ° C и 400 ° C в течение 180 мин. Каждый раз фракция B из-за более развернутой поверхности характеризовалась более высоким приростом массы из-за окисления, чем фракция A. Наименьшее увеличение массы на 0,55% было зарегистрировано для образца из фракции A, окисленной при 300 ° C после восстановления при температуре. 1050 ° C, и самая высокая (11.44%) для образца из фракции B, окисленного при 400 ° C после восстановления при 850 ° C. В то же время подтвердилась тенденция к спеканию продуктов реакции с повышением температуры.

Результаты термического анализа также отражались в анализе содержания железа после процесса, когда каждый раз образцы фракции B имели более высокое содержание железа II и III степеней окисления и более низкое содержание металлического железа по сравнению с образцами фракции A.

Возникновение вторичного окисления восстановленного железа необходимо учитывать при проектировании технологических процессов восстановления железа из металлургических отходов.Наиболее благоприятные результаты в этой работе были получены при уменьшении прокатной окалины в первичной форме (фракция А) при температуре 1050 ° C. Авторы подчеркивают необходимость дальнейших исследований, выходящих за рамки ограничений используемых методов исследования и дополняющих полученные здесь результаты более сложным анализом продуктов измельчения прокатной окалины.

Миланская шкала

Прокатная окалина образуется на внешней поверхности листов, валков, листов или профилей при нагревании чугуна и стали для прокатки, ковки или другой обработки.

Образующаяся во время нагрева, кондиционирования и горячей прокатки прокатная окалина изначально прилипает к стальной поверхности и защищает ее от атмосферной коррозии при условии, что это покрытие не разрывается. Его можно удалить со стальной поверхности пламенной очисткой, травлением или абразивно-струйной очисткой в ​​соответствии с технологией сталелитейного завода.

На основании химического и физического анализа, проведенного на ломе, и в соответствии с Европейскими экологическими правилами, материал был классифицирован как особые неопасные отходы и занесен в зеленый список.

В частности, мельничные весы можно классифицировать следующим образом:

• EINECS (НОМЕР ЕВРОПЕЙСКОЙ КОМИССИИ): 266-007-8
• КОД ОТХОДОВ: 10 02 10
• БАЗЕЛЬНЫЙ КОД: B 12 30
• КОД ТН ВЭД: 2619.00

Физические свойства

При визуальном осмотре он выглядит как твердый хрупкий песок, который в основном состоит из оксидов железа, в основном трехвалентного железа, и имеет голубовато-черный цвет. Его физическое состояние твердое и порошкообразное. Материал устойчив и не растворяется в воде.

Плотность (г / см3)	5,7
Температура плавления (° C)	1369 °
Удельный вес (г / куб. См)	6,02

Табл.1 Эти данные считаются точными и были получены из признанных технических источников, но не может быть гарантирована их точность или достаточность.

Химические свойства

Прокатная окалина

классифицирована как вещество UVCB, так как состоит из большого количества компонентов и ее состав может меняться в зависимости от продукции металлургического завода (арматурный стержень, специальная сталь и т. Д.))
Средний химический состав указан в Таблице 2:

Параметр	Значение (%)
Fe	71,1
Cr	0,071
Si	0,61
SiO 2	1,32
Al	0.15
Al 2 O 3	0,29
Ca	0,44
CaO	0,62
мг	0,12
MgO	0,205
Ti	0,007
TiO 2	0.012
п.	0,059
P 2 O 5	0,137
Na	0,28
Na 2 O	0,38
К	0,02
К 2 О	0.025
Mn	0,568

Табл.2. Средний химический состав. Обратите внимание, что эти данные считаются точными и репрезентативными для среднего состава, но эти данные не могут быть гарантированы как достаточные, поскольку химический состав может заметно варьироваться в зависимости от производственного предприятия.

Обнаруженное в материале железо присутствует в различных химических формах и состоит из окисленного железа высокой чистоты, например:

• Магнетит Fe3O4 характерного серо-голубого «стального» цвета
• Чрезвычайно тонкая внешняя пленка гематита Fe2O3.
• Внутренняя часть магнетита содержит мелкие металлические зерна и иногда остаточную закись железа в виде FeO, обычно черного цвета.

Твердая сине-черная чешуя также содержит ценные сплавы, такие как вольфрам, ванадий и молибден.
Он стабилен, нерастворим в воде и щелочах, растворим в большинстве сильных кислот.
Как показывает приведенный выше химический анализ, наша прокатная окалина не содержит опасных, легковоспламеняющихся, радиоактивных или взрывоопасных веществ.Материал не содержит грязи, цветных металлов или посторонних материалов любого рода, а также чрезмерной ржавчины и коррозии.

Переработка отходов прокатной окалины в ценные продукты

Материал может быть рекуперирован в различных процессах и на заводах по переработке, например:

• Производство передельного чугуна (R4)
• Производство ферросплавов или других специальных сталей (R4)
• Производство солей железа или пигментов для химической промышленности (R5)
• Цементная промышленность для производства противовесов или в качестве добавки (R5)
• Другое запатентованное приложение для производства минеральной ваты, удобрений, цветного стекла, батарей, обработки воды и почвы.

Упаковка и погрузка

Приведенная выше информация ни в коем случае не может быть исчерпывающим перечнем характеристик прокатной окалины. Обратите внимание, что в соответствии с требованиями конечного пользователя мы можем выбрать и обработать индивидуальный источник, который соответствует вашим критериям. Материал можно перерабатывать и доставлять в контейнерах или наливных судах, но в строгом соответствии с европейскими законами, регулирующими трансграничную транспортировку отходов.

Для получения дополнительной технической информации по телефону свяжитесь с нами .

Обзор производства восстановленного порошка железа из отходов прокатной окалины

Реферат

Прокатная окалина — это металлургические отходы, образующиеся на прокатном стане в процессе горячей прокатки стали. Он содержит значительный процент железа, включая следы других элементов. Оксид прокатной окалины и порошок восстановленного железа находят применение во многих сегментах. Однако накопление и утилизация прокатной окалины как отходов становится все более важной проблемой.С ним нужно обращаться надлежащим образом, чтобы соответствовать неизбежно строгим экологическим требованиям, чтобы понять его финансовую выгоду. Чтобы создать технологию рециркуляции, не было предпринято никаких систематических усилий для коммерческого использования этого ресурса в более высокой степени. Выдающийся среди ссылок многих исследователей, пытается работать над технологическим процессом и конструктивными параметрами, чтобы получить более высокую степень уменьшения прокатной окалины. Однако все еще существует значительный пробел в знаниях в области разработки и оптимизации условий процесса и проектных переменных, включая методы моделирования и моделирования для производства восстановленного железа высокой чистоты из отходов прокатной окалины.Чтобы решить эту проблему, необходимо разработать технологию, которая позволяет использовать эти отходы надлежащим образом и добавляет значительную ценность для решения этой проблемы. Этот обзор содержит подробный обзор работы, проделанной в области технологий измельчения прокатной окалины за последние несколько десятилетий. Кроме того, в нем освещаются текущие тенденции в производстве порошка железа высокой чистоты. 10 )

© 2020 Elsevier Ltd.Все права защищены. Отбор и экспертная оценка под ответственностью научного комитета Международной конференции по достижениям в области обработки материалов и производственных приложений.

Рекомендуемые статьи

Ссылки на статьи

Производство сплавов на основе железа из прокатной окалины путем металлотермического восстановления

Мельничная окалина (MS) потенциально может использоваться в качестве источника железа из-за высокого содержания железа. МС в основном состоит из смеси оксидов железа, металлического железа и оксидов других неблагородных металлов.МС образуется на поверхности стальных слитков при непрерывной разливке как отходы. В этом исследовании было показано использование МС в качестве источника железа для производства безуглеродистых железосодержащих сплавов (нелегированного железа, Fe-Ni, Fe-Cr-Ni, Fe-Cr-Ni-Mo) посредством процесса металлотермического восстановления. исследованы. Термодинамические расчеты и экспериментальные исследования выполнены на 100 г МС. Эффекты различных стехиометрических количеств МС и порошков алюминия (Al) (в качестве восстановителя) были исследованы для производства нелегированного Fe.В то время как различные соотношения количеств оксидов металлов и их влияние на извлечение металлов, состав и микроструктуру конечных сплавов были изучены во время производства сплавов на основе Fe. Наивысшее извлечение железа при получении нелегированного Fe было получено на уровне 95,14% при использовании 100 г МС и смеси, содержащей 100% стехиометрический Al (28,6 г). В серии производства сплавов на основе Fe самые высокие значения извлечения металла были достигнуты до 95,0% для Fe, 95,1% для Ni, 68,3% для Cr и 77,2% для Mo, соответственно.

Введение

Прокатная окалина (МС) — это отходы, образующиеся при непрерывной разливке стали [1]. Это оксидный слой, который образуется на поверхности стальных слитков во время охлаждения. Этот слой содержит смесь оксидов железа (II) и железа (III) с высоким содержанием железа [2]. Как правило, на одну метрическую тонну произведенного горячекатаного проката может быть образовано около 35–40 кг МС [3]. MS может быть полезным ресурсом при его переработке. Ежегодно в мире возникает 13,5 млн метрических тонн МС [4].Большинство компаний по производству стали не проводят переоценку МС, возникающего в ходе их производственных маршрутов. Если учесть объем и количество произведенного МС, этот факт выявляет необходимость и заинтересованность в поиске экономичного способа его переработки [5].

Существует несколько методов использования МС в качестве добавки. Например, МС можно использовать в качестве мелкозернистого заполнителя в цементе, в качестве адсорбента ионов свинца из водных растворов, в качестве источника оксида железа для агломерации и в качестве сырья для процесса спекания на металлургических комбинатах [1] .МС можно также повторно использовать с помощью другого приложения, а именно обработки МС в наночастицы. Эти частицы могут быть использованы для водородных топливных элементов, медицинских изображений и технологий очистки воды [6]. Кроме того, МС, происходящий из сталеплавильных заводов, можно использовать для получения некоторых пигментов оксида железа через определенные прекурсоры [3]. Его также можно рассматривать как добавку в строительных материалах, экранирующих и поглощающих электромагнитные помехи [7]. Использование МС в качестве источника железа в методе прямого восстановления является относительно новым методом по сравнению с процессом карботермической восстановительной плавки [2].Некоторые из упомянутых выше методов применяются в лабораторных масштабах, с другой стороны, процессы, доступные для крупносерийного производства, ограничены, например, наполнитель в дорожном строительстве, заполнитель в цементе, источник железа для восстановительной плавки и источник железа для прямого восстановления [ 1, 2].

Металлотермическое восстановление — это альтернативный метод карботермического восстановления для производства металлов. Основной принцип основан на восстановлении металла из оксида металла другим металлом, который имеет большее сродство к кислороду.Металлотермическое восстановление — это вторая подгруппа металлотермических реакций; первая подгруппа относится к металлотермическому синтезу из элементарных реагентов, а третья подгруппа относится к реакции синтеза соединения из продуктов двух или более реакций металлотермического восстановления в одной и той же партии с / без наличия элементарных добавок [8]. Металлотермические реакции могут осуществляться в системе, реагирующей в режиме распространения волн за счет передачи тепла от горячих продуктов к холодным реагентам после локального инициирования (зажигания) процесса.Металлотермическое восстановление имеет много преимуществ, таких как простота в эксплуатации, меньшее время процесса, высокая чистота безуглеродных продуктов и т. Д. Оно может применяться для производства широкого спектра металлов и сплавов, включая ферросплавы и интерметаллические соединения. Металлотермические процессы также обладают многими выдающимися свойствами по сравнению с карботермическими процессами восстановительной плавки, такими как низкое энергопотребление и низкая стоимость. В металлотермическом процессе воспламенение запускает реакции, и оно распространяется по смеси реагентов, чтобы получить желаемый продукт.Однако недостатки процесса, такие как негомогенные или непрореагировавшие продукты из-за нежелательных скоростей реакции, могут быть преодолены путем изменения некоторых параметров, таких как температура воспламенения, размер частиц, добавки и реакционная атмосфера и т. Д. [9, 10, 11 и 12]. Многокомпонентное легирование широко используется при разработке многих материалов, работающих в экстремальных условиях (высокие температуры и нагрузки), в частности суперсплавов на основе железа и никеля [13].

Целью настоящего исследования было получение безуглеродистых сплавов на основе железа методом металлотермического восстановления, исходя из смеси, содержащей МС, полученной при непрерывной разливке стали.Из-за неуглеродного восстановления величина углеродного следа процесса получается намного ниже, чем при коммерческом производственном процессе.

Теоретические основы

В металлотермическом процессе сродство металла к кислороду является одним из наиболее важных параметров. Для получения Me _I , указанного в ур. (1) Me _II должен иметь более высокое сродство к кислороду, чем Me _I .

(1) M е я О + M е я я → M е я + M е я я О Δ г р знак равно Δ г M е я я О — Δ г M е я О < 0

Адиабатическая температура (T _и ) и удельная теплоемкость (S.H.) — другие важные термодинамические параметры для предсказания самоподдерживаемости металлотермической реакции. Если T _и реакции выше 1527 ° C (1800 K), реакция протекает в самодостаточном режиме [14].

Удельная теплоемкость рассчитывается путем деления энтальпии реакции при 25 ° C на сумму молекулярных масс (MW) продуктов реакции. Взаимодействие между продуктами реакции и значения удельной теплоемкости приведены ниже.

1. —

   Удельная теплоемкость <2250 Дж / г относится к недостаточному количеству тепла для плавления шихты и разделения металла и шлака, и реакция не является самодостаточной,

2. —

   Удельная теплоемкость> 4500 Дж / г относится к бурной реакции и может даже быть взрывоопасной, поэтому может привести к потере продуктов реакции из-за рассеяния,

3. —

   Удельная теплоемкость: 2250–4500 Дж / г относится к контролируемой и самоподдерживающейся металлотермической реакции (желательно.) [14].

Некоторые из обычно используемых металлотермических реакций и их значения удельной теплоемкости приведены в уравнениях. (2) — (6) соответственно.

(2) F е 2 О 3 + 2 А л → 2 F е + А л 2 О 3 S .ЧАС . : 3988 J / г

(3) 3 F е О + 2 А л → 3 F е + А л 2 О 3 S .ЧАС . : 3243 J / г

(4) 3 N я О + 2 А л → 3 N я + А л 2 О 3 S .ЧАС . : 3440 J / г

(5) C р 2 О 3 + 2 А л → 2 C р + А л 2 О 3 S .ЧАС . : 2626 J / г

(6) M о О 3 + 2 А л → M о + А л 2 О 3 S .ЧАС . : 4622 J / г

Значения энергии данных реакций были рассчитаны с использованием модуля «Реакции» FactSage ^TM 6.4 «Интегрированная система термодинамических банков данных». Возможные фазы с количествами продуктов и адиабатическая температура продуктов были смоделированы с помощью модуля «Equilib» FactSage ^TM 6.4. В этом модуле используется метод минимизации энергии Гиббса [15]. Здесь для расчетов были выбраны базы данных FactPS, FToxide, SGTE (2014) и BINS, а конфликты были сопоставлены вручную. Таким образом, результаты были получены из-за наиболее вероятных реакций в выбранных условиях.

Экспериментальный

MS, который использовался в этом исследовании, был образован на установке непрерывной разливки стали Colakoglu Metalurji и имел не масляную природу. Другим сырьем, используемым в металлотермических реакциях, был NiO (99.0% чистоты при среднем размере частиц 45 мкм), Cr ₂ O ₃ (чистота 99,0% при среднем размере частиц 150 мкм), Mo _x O _y (чистота 98,0% при среднем размере частиц 150 мкм) и Al (чистота 96,0% при среднем размере частиц 200 мкм).

В экспериментах использовалась смесь порошков прокатной окалины и Al с или без NiO, Cr ₂ O ₃ , Mo _x O _y добавок для получения нелегированных Fe, Fe-Ni, Сплавы Fe-Ni-Cr и Fe-Ni-Cr-Mo с выбранным составом.Вес исходных смесей зависел от 100 г МС. Сырье сушили в сушильном шкафу при 105 ° C в течение 60 минут и перемешивали с использованием смесителя Turbula в течение 15 минут. Все эксперименты проводились в медном тигле с внутренним диаметром 40 мм и высотой 140 мм. Источник питания (названный variac) использовался для зажигания металлотермических реакций. Схема экспериментальных исследований представлена ​​на рисунке 1.

Рисунок 1:

Схема экспериментальных исследований.

Сырье и продукты были проанализированы влажным химическим анализом согласно методу 3050B EPA с использованием атомно-абсорбционного спектрометра (AAS, Perkin Elmer Analyst 800). Фазовый состав образцов охарактеризован на рентгеновском дифрактометре (PANalytical PW3040 / 60, Cu Kα-излучение) с программным обеспечением X’Pert HighScore + и базами данных ICDD, ICSD.

Микрофотографии выбранных сплавов были сделаны с помощью оптического микроскопа Olympus GX71. Перед получением микрофотографий металлотермические сплавы были разрезаны, подвергнуты горячей формовке, шлифовке и полировке.Шлифовальная бумага SiC от 320 до 2500 и 2 мкм Al ₂ O ₃ полировальный раствор использовались для стадий шлифования и полирования. 2 об.% HNO ₃ -содержащий нитальный раствор (остальное — этанол) был приготовлен и использован для травления для создания контраста на поверхностях сплавов.

Результаты и обсуждение

Результаты термодинамического моделирования и обсуждение

Перед экспериментом было проведено термохимическое моделирование для оценки влияния состава прекурсора на процесс.Исследовано влияние добавления Al в реакционную смесь МС на полученные продукты в атмосфере воздуха. При увеличении добавки Al в сырую смесь (61,19 г Fe ₂ O ₃ + 31,63 г FeO + 3,56 г Fe) содержание Fe в жидком сплаве несколько увеличивалось. Поскольку температуры адиабатического горения металлотермических реакций, полученных с помощью смесей высокоэнергетических предшественников, изменяются между 2227 и 3227 ° C, продукты горения (сплав и оксид) будут находиться в жидкофазном состоянии.Таким образом, очевидно, что разница температур плавления приведет к очень хорошему разделению многофазного сплава и фазы шлака. Были определены системы, соответствующие условиям, и проведены эксперименты. На рис. 2 представлено моделирование восстановления методом МС, добавление Al увеличивает адиабатическую температуру до 2830 ° C. При этой температуре железо находится в жидкой фазе, после добавления 28 г Al оно также переходит в жидкую фазу и загрязняет структуру железа. Таким образом, добавление 28 г Al было определено 100% -ным стехиометрическим соотношением для этого процесса.

Рисунок 2:

Изменение адиабатической температуры с увеличением количества восстановителя Al в прокатной окалине — система реагентов Al.

На рис. 3 показано изменение адиабатической температуры и количества возможных продуктов с добавкой Al. Расчетный состав сплава был выбран исходя из диапазона составов нержавеющей стали марки 316 L.

Рисунок 3:

Изменение адиабатической температуры с увеличением количества Al-восстановителя в прокатной окалине — NiO — Cr ₂ O ₃ — MoO ₃ — Система реагентов Al.

Адиабатическая температура продуктов увеличивается с увеличением добавки Al. Также увеличивается отношение металла к оксиду металла. Однако при добавлении Al более 40 г конечный жидкий металлический продукт может содержать непрореагировавший Al. Это может повлиять на разницу в составе между расчетным и произведенным. Стехиометрическая потребность в количестве Al была рассчитана как 42,2 для данного примера (100 г MS + 14,22 г NiO + 25,25 г Cr ₂ O ₃ +3.34 г (МоО ₃ ). В этот момент адиабатическая температура составляет 2700 ° C, что выше 1527 ° C. Таким образом, очевидно, что разница температур плавления приведет к очень хорошему разделению многофазного сплава и фазы шлака.

В основном процессе карботермического восстановления для восстановления используется углеродсодержащий источник. Для данного примера на рисунке 3 стехиометрическое количество углерода составляет 11,42 г. Реакция восстановления и плавление конечного продукта являются эндотермическими процессами.Таким образом, всего требуется 390,35 кДж энергии из-за полного восстановления и нагрева конечного жидкометаллического продукта при 1700 ° C. Теоретически можно получить 0,95 моль CO ₂ газов с объемом 21,29 см ³ . На каждые 80,21 г произведенного железа на основе железа будет произведено 41,85 г газов CO ₂ . Таким образом, при производстве 1 метрической тонны сплава может быть получено 522 кг газов CO ₂ .

Результаты экспериментов и обсуждение

В таблице 1 показан химический анализ МС.Рентгенограмма МС представлена ​​на рисунке 4. Согласно рисунку МС содержит гематит (Fe ₂ O ₃ ), магнетит (Fe ₃ O ₄ ) и вюстит (FeO). Помимо МС, также использовались порошки оксидов металлов и металлического Al, и их рентгенограммы приведены на рисунке 5.

Рисунок 4:

Рентгенограмма прокатной окалины.

Рисунок 5:

Рентгенограммы выбранных реагентов и восстановителя.

Таблица 1:

Химический анализ прокатной окалины (мас.%).

Всего железа	Fe 2+	Fe 3+	Fe 0	Cu	SiO 2	Mn
71.04	24,59	42,80	3,65	0,75	0,39	0,14

Примеси в NiO: Co ₃ O ₄ , MgO, SiO ₂ , CaO, Na ₂ O и Fe ₂ O ₃ с концентрациями 450 ppm Co, 200 ppm Mg, 110 ppm Si, 90 ppm Ca, 80 ppm Fe и 80 ppm Na. Mo _x O _y содержит 56.5% MoO ₃ , 18,6% MoO ₂ , 22,9% Mo ₄ O ₁₁ , 1,3% SiO ₂ и 0,7% Cu ₂ O по массе соответственно. Массовый процент примесей в порошках Al составляет 1,4% Fe, 1,2% Mg, 0,4% Si, 0,4% Cu и 0,4% Zn соответственно.

Для получения нелегированного Fe использовали метод проб и ошибок. Первая исходная смесь содержала 100 г МС и 100% стехиометрический Al (28,6 г). Значение извлечения металла составило 95.14% при общей потере массы 1,24%. Потери массы были вызваны рассеянием (из-за экзотермической реакции) и улетучиванием (из-за высокой адиабатической температуры). Во второй смеси вес MS был увеличен до 110 г с тем же количеством Al. Величина извлечения металла была снижена до 92,25% (в то время как потеря массы составила 1,37%). Затем вес смеси изменяли и эксперименты повторяли с 200 г смесей, содержащих МС. Значения извлечения металла составили 92,32% и 73%.64% соответственно. При этом материальные потери составили 5,25% и 4,66% соответственно. Наивысшее значение извлечения металла было получено для смеси, содержащей 100 г МС и 100% стехиометрическое количество Al. Эту исходную смесь использовали для дальнейших экспериментов по производству сплавов, содержащих Fe. Все коэффициенты извлечения металлов были рассчитаны по формуле. (7).

(7) M е т а л р е c о v е р у знак равно 100 × Т час е ш е я г час т о ж м е т а л а ж т е р S ЧАС S п р о c е s s г Т час е ш е я г час т о ж а s п е c т м е т а л а ж т е р S ЧАС S п р о c е s s г

Нержавеющая сталь в основном отличается от нелегированной стали количеством легирующих металлов (хрома, никеля, молибдена и т. Д.).). Незащищенная и нелегированная сталь быстро ржавеет при воздействии воздуха и влаги. Эта пленка оксида железа (ржавчина) активна и ускоряет коррозию за счет образования большего количества оксида железа, а из-за большего объема оксида железа она имеет тенденцию отслаиваться и отпадать. Нержавеющие стали содержат достаточно хрома для образования пассивной пленки оксида хрома, которая предотвращает дальнейшую поверхностную коррозию и препятствует распространению коррозии на внутреннюю структуру металла. Пленка оксида хрома и сталь связываются очень прочно и остаются прикрепленными к поверхности из-за схожего размера стали и оксида хрома [16].Из-за этих свойств во второй серии экспериментов производство сплавов Fe-Ni, Fe-Cr-Ni и Fe-Cr-Ni-Mo было исследовано с использованием смеси MS и Al с NiO, Cr ₂ O ₃ и Mo _x O _y .

Во второй серии экспериментов было нацелено на получение сплавов на основе Fe в пределах состава ферроникеля и выбранных сплавов нержавеющей стали (марки 201, 301, 304, 305, 316 и 317). Стандарты нержавеющей стали приведены в таблице 2.Перечень экспериментальных параметров, масса исходных смесей и конечных продуктов приведены в таблице 3. Добавление NiO в сырые смеси снижает общее извлечение металла. С другой стороны, добавление Cr ₂ O ₃ в сырые смеси уменьшало коэффициент рассеяния из-за более низкой экзотермичности восстановления Cr ₂ O ₃ . Коэффициенты извлечения металлов для легирующих металлов в металлотермических сплавах на основе Fe показаны в таблице 4. Извлечение Fe уменьшалось при добавлении NiO в сырую смесь, но повышалось при добавлении Cr ₂ O ₃ .Наибольшее извлечение металла составило 95,00% Fe, 95,11% Ni, 68,25% Cr и 77,22% Mo по массе соответственно. Распределение металлических фаз показано на рисунке 6. Распределение металлов среди сплава, шлака и рассеянной части было рассчитано по формуле. В (8) распределение металлов было рассчитано с учетом химического состава и веса изделий. Коэффициенты распределения металла в сплаве также известны как эффективность производства каждого металла. Состав конечных сплавов был измерен мокрым химическим анализом и приведен в таблице 5.Содержание Ni в готовых сплавах получено в пределах стандартных составов (расчетные значения). Однако измеренные содержания Cr и Mo были намного меньше ожидаемых. Содержание Cr в конечных сплавах составляло от 60,44% до 85,10% от расчетного состава сплава, в то время как значения состава Mo были на 74,29–87,25% меньше ожидаемых значений.

(8) D M е о р D M е знак равно % M е × ш е я г час т о ж а л л о у о р % M е × ш е я г час т о ж а л л о у ш т .% M е я п я п я т я а л м я Икс .× ш е я г час т о ж я п я т я а л м я Икс .

Рисунок 6:

Распределение металла в сплаве, шлаке и разбросанных частях (номера экспериментов и соответствующие экспериментальные условия подробно приведены в Таблице 5).

Таблица 2:

Марки нержавеющей стали.

Марка стали 9	Химический состав,%							Прочие
	С	Mn	Si	Кр	Ni	P	S
201	0.15	5,5–7,5	1,0	16,0–18,0	3,5–5,5	0,06	0,03	0,25 N
301	0,15	2,0	1,0	17,5–22,0	6,0–8,0	0,045	0,03	–
304	0.08	2,0	0,7	18,0–20,0	8,0–12,0	0,045	0,03	0,10 N
305	0,12	2,0	1,0	17,0–19,0	10,5–13,0	0,045	0,03	–
316	0.08	2,0	1,0	16,0–18,0	10,0–14,0	0,045	0,03	2,0–3,0 Пн
317	0,08	2,0	1,0	18,0–20,0	11,0–15,0	0,045	0,03	3,0–4,0 Пн

Таблица 3:

Вес исходных смесей, конечных продуктов и общие коэффициенты извлечения металлов для металлотермических сплавов нержавеющей стали.

нет

Оценка	Исходная смесь, г					Конечные продукты, г		Общее извлечение металлов,%	Коэффициент рассеяния,%
	Мельничные весы	Al	NiO	Cr 2 O 3	МоО 3	Сплав	Шлак
5	FeNi	100	37.7	25,4	–	–	73,2	68,8	78	10,9
7	304 С.С.	100	40,8	12,5	25,9	–	88,0	86,6	89	3,0
8	305 с.С.	100	41,8	15,4	26,6	–	89,7	80,1	88	1,7
10	201 С. С.	100	38,0	5,7	22,5	–	80,2	85,0	88	6.8
12	301 С.С.	100	38,8	8,3	23,2	–	81,5	88,7	87	2,4
13	Нержавеющая сталь 316	100	42,2	14,2	25,2	3.3	88,5	82,3	87	2,8
14	317 С.С.	100	44,7	16,6	28,6	5,1	94,0	86,5	87	4,2

Таблица 4:

Коэффициенты извлечения металлов из легирующих металлов в металлотермических сплавах нержавеющей стали (%).

Exp. нет	Оценка	Fe	Кр	Ni	Пн
5	FeNi	79,39	–	74,09	–
7	304 С.С.	92,60	66,51	95,11	–
8	305 С.С.	95,00	54,21	91,20	–
10	201 С. С.	85,74	68,25	87,18	–
12	301 с.С.	91,42	60,00	90,25	–
13	Нержавеющая сталь 316	92,75	55,06	88,69	77,22
14	317 С.С.	87,42	57,74	81,31	69,83

Таблица 5:

Составы сплавов нержавеющих сталей металлотермической обработки (мас.%).

Exp. нет	Оценка	Fe	Кр	Ni	Пн	Al
5	FeNi	77,05	–	20.0	–	2,9
7	304 С.С.	74,75	13,26	10,51	–	1,4
8	305 С.С.	75,24	10,89	12,18	–	1,7
10	201 с.С.	75,95	12,97	4,82	–	6,2
12	301 С.С.	79,69	11,57	7,15	–	1,5
13	Нержавеющая сталь 316	74,45	10,62	11,07	1.9	1,8
14	317 С.С.	66,07	11,90	11,17	2,5	8,3

Микрофотографии выбранных сплавов, полученные с помощью оптического микроскопа, представлены на рис. 7. На рис. 7а легко видны две разные фазы. Более светлые области представляют фазу α-Fe (твердый раствор с более высоким содержанием алюминия), а более темные области представляют фазу γ-Fe (не более 4% растворенного твердого раствора Al).Изображения микроструктуры других сплавов (сплавов на основе Fe) были аналогичными. Более темные области представляют богатый хромом α-твердый раствор, а более светлые области представляют богатый Fe-Ni γ-твердый раствор. На рисунке 7d в микроструктуре были обнаружены три разные фазы. Состав Cr выше в более темных серых областях, в то время как состав Al выше в самых светлых серых областях.

Рисунок 7:

Микрофотографии с помощью оптического микроскопа выбранных сплавов на основе Fe, полученных с использованием процесса металлотермического восстановления (A: нелегированное железо, B: 304, C: 305, D: 201, E: 301, F: 316, G: 317).

Выводы

В данном исследовании сплавы на основе железа были получены методом металлотермического восстановления из МС, который формируется на установках непрерывной разливки стали. В экспериментах по металлотермическому восстановлению (система MS-NiO-Cr ₂ O ₃ -Al) добавление NiO не оказало положительного влияния на извлечение металла. Однако добавление NiO + Cr ₂ O ₃ увеличило извлечение металла. Для экспериментов по производству нелегированного железа максимальное извлечение металла составило 95.14% для эксперимента, проведенного со 100% стехиометрическим МС (100 г) и 100% стехиометрическим Al (28,6 г). Между экспериментами по производству сплавов на основе Fe самые высокие значения извлечения металла были измерены как 95,00% Fe, 95,11% Ni, 68,25% Cr и 77,22% Mo по массе соответственно.

Авторы выражают благодарность Кагану Бензешику (ITU) и Сельчуку Ешилтепе (ITU) за помощь на этапе металлографии.

Ссылки

[1] С. Маутур, Р. Мохи и П.Kowlesser, Waste Manage., 34 (2014) 1800–1805.10.1016 / j.wasman.2013.12.014 Поиск в Google Scholar

[2] О. Юджел, Ф. Демирчи, А. Туран и М. Алкан, High Temp . Матер. Процессы, 32 (4) (2013) 405–412. Искать в Google Scholar

[3] MA Legodi and D. De Waal, Dyes Pigm., 74 (1) (2007) 161–168.10.1016 / j.dyepig.2006.01.038 Искать в Google Scholar

[4] С. Чо и Дж. Ли, Met. Матер. Int., 14 (2) (2008) 193–196.10.3365 / met.mat.2008.04.193 Искать в Google Scholar

[5] М.З. Рухиюддина, C.P. Файзул, Д. Муризам, А.Р.М. Назри, адв. Мат. Рес., 626 (2013) 1001–1005. Искать в Google Scholar

[6] A.-M. Азад, С. Кесаван и С. Аль-Батти, Key Eng. Mater., 380 (2008) 229–255.10.4028 / www.scientific.net / KEM.380.229 Поиск в Google Scholar

[7] Г. Банцис, К. Сикалидис, М. Бетсиу, Т. Йиултсис и Т. Ксенос , Керамика. Int., 37 (2011) 3535–3545.10.1016 / j.ceramint.2011.06.010 Поиск в Google Scholar

[8] А. Туран, Йерли Хаммадделерден Харекетле TiB ₂ Esaslı İleri Teknoloji Seramiklerin Üretilmesi (PhD Thesis), Стамбульский технический университет, Стамбул, Турция (2014), 37–54.Искать в Google Scholar

[9] А.Г. Мержанов, J. Mater. Chem., 14 (2004) 1779–1786.10.1039 / b401358c Поиск в Google Scholar

[10] Р. Очоа, А. Флорес, Дж. Торрес, Дж. Гиа и Р. Муньис, Can. Металл. Q., 55 (2) (2016) 210–220.10.1080 / 00084433.2016.1146432 Искать в Google Scholar

[11] G.F. Тавадзе и А. Штейнберг, Производство перспективных материалов методами самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, Springer, Гейдельберг, Германия, (2013). Искать в Google Scholar

[12] O.Юсель, F.C. Сахин, А. Текин, High Temp. Матер. Процессы, 15 (1–2) (1996) 103–106. Искать в Google Scholar

[13] В.Н. Санин, В. Юхвид, Д. Икорников, Д. Андреев, Н.В. Сачкова, М.И. Алымов, Докл. Phys. Chem., 470 (2) (2016) 421–426. Искать в Google Scholar

[14] А. Туран, М. Бугдайчи, О. Юджел, High Temp. Матер. Процессы, 34 (2) (2015) 185–193. Поиск в Google Scholar

[15] C.W. Bale, et al., Calphad, 33 (2) (2009) 295–311.10.1016 / j.calphad.2008.09.009 Искать в Google Scholar

[16] C.Q. Джессен, Нержавеющая сталь и коррозия, Дамшталь, Дания (2011). Искать в Google Scholar

Поступила: -22 мая 2017 г.

Принято: 27.12.2017

Опубликовано в сети: 26.10.2018

Опубликовано в печати: 25.10.2018

© 2018 Walter de Gruyter GmbH, Берлин / Бостон

Эта статья распространяется в соответствии с условиями некоммерческой лицензии Creative Commons Attribution, которая разрешает неограниченное некоммерческое использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии правильного цитирования оригинальной работы.

.