Дослідження процесів окалиноутворення залежно від концентрації пічних газів при нагріванні
Мороз С.С.(ПТТ-10м), Донецький національний технічний університет Керівник – д.т.н., професор кафедри ТТ Парахін Н.Ф.
В даний час методичні печі, в яких паливо спалюється з коефіцієнтом витрати повітря в діапазоні від 1,05 до 1,25 – один із найпоширеніших засобів нагрівання металу перед прокаткою. В результаті нагрівання заготовок у таких печах втрачається від 1% до 3,5% маси металу за рахунок його окиснення. При нагріванні сталі окислений шар є окалиною, яка утворюється в результаті дифузійного процесу окислення заліза і домішок, що входять до складу сталі.
Окалина складається з оксидів заліза у вигляді сполук Fe203, Fe304 і FeO, що розташовуються у трьох шарах. Зовнішній шар Fe203 - гематит становить приблизно 2% від загальної товщини окалини, проміжний шар Fe304 - магнетит приблизно 18%, а внутрішній FeO - вюстит - 80%. Активне окалинообразование при нагріванні сталі починається за нормальної температури близько 700 °З повагою та зростає особливо швидко при температурах вище 900 °З. У зв'язку з вищесказаним очікується відчутний економічний ефект за умови зменшення впливу негативних факторів при нагріванні металу в методичних печах. Існує чимало способів боротьби з окалиною за допомогою різних обмазок, застосуванням швидкісного нагріву і т.д., але всі вони не можуть дати необхідного ефекту: одні - прості у виконанні, але не дають належного результату, інші - ефективні, але для повсюдного застосування економічно невигідні .
Оскільки ця проблема є дуже актуальною, було поставлено завдання створення математичної моделі, що дозволяє досліджувати вплив пічної атмосфери.на утворення окалини при нагріванні металу у методичній печі. У результаті досліджень було встановлено, що у склад пічної атмосфери безпосередній вплив надає коефіцієнт витрати повітря б. Склад пічних атмосфер та коефіцієнти витрати повітря наведені в таблиці.
Таблиця– Пічна атмосфера та її склад при різних б
У цій статті запропоновано спосіб зниження окалиноутворення шляхом спалювання палива з коефіцієнтом витрати повітря б > 1. Таке спалювання палива дозволяє створити нейтральну або відновлювальну атмосфери в робочому просторі печі, що дозволяє знизити концентрацію окисних газів (Н2О,СО2,О2), а отже і їх вплив на метал, що нагрівається, і підвищити концентрацію відновлювальних газів (СО, Н2). У ході досліджень були виконані розрахунки та отримані дані, що відображають залежність товщини шару, що утворився, окалини від складу пічної атмосфери. Дані представлені малюнку.
Виходячи з отриманих даних слід, що застосування такого методу суттєво знижує кількість окалини при нагріванні металу під прокатку, а також підвищують техніко-економічні показники печі.
В результаті досліджень було розроблено математичну модель протікання процесу окислення сталі при нагріванні під прокатку. Були отримані дані про скорочення в 2 рази кількості металу, що забирається з чадом.
Планується подальше дослідження процесів окалиноутворення та впливу на ці процеси температури та часу нагріву металу. Також планується створити математичну модель, яка дозволить автоматично розрахувати товщину чаду з урахуванням усіх факторів, що впливають на процес окиснення металу.