Вторично окисление на метализирани суровини и начини за предотвратяването му

Поради силно развитата повърхност и високата порьозност гъбестото желязо е склонно към вторично окисляване по време на транспортиране и съхранение, а в някои случаи и към самозапалване. Същевременно намалява степента на неговата метализация, а при съхранение в затворени помещения и транспортиране това може да доведе до създаване на взривоопасни ситуации и повреда на конструкциите.

Вторично окисление на гъбесто желязо може да възникне в резултат на просто излагане на окислителен газ, съдържащ кислород, сяра, халогени, при липса на влага. Този тип окисление се осъществява главно при отделяне на пелети от редукционния агрегат с повишена температура. За да се избегне това окисляване, е необходимо правилно да се организира охлаждането на гъбестото желязо.

Гъбестото желязо, охладено след производството, обаче не е в равновесие със заобикалящата атмосфера и следователно химичното и електрохимично окисление в присъствието на влага по време на последващото му съхранение и транспортиране е много по-често срещано и опасно. В този случай електрохимичните процеси се развиват на повърхността на гъбестото желязо, където чистият метал е анод, а неговите оксиди са катод. Резултатът от тези процеси е образуването на значителни количества железен и железен хидроксид, както и неговите оксиди. Естествено, скоростта и естеството на тези процеси ще зависят от температурата и влажността на атмосферата, съдържанието на соли, серни съединения и др.

В производствени условия е изследвано окисляването на гъбестото желязо при съхранението му в неотопляемо помещение и под открито небе. В първия случай степента на метализация е намаляла от 97,7 на 94,6% за 75 дни и до 90,8% през следващите 168 дни. Във втория случай, когато се съхранява заЗа 144 дни от зимния период степента на метализация е намаляла със 7%, по време на последващо съхранение за 158 дни от пролетно-летния период е настъпил рязък спад на степента на метализация от 91,7 до 61,3%. Резултатите от този експеримент показват, че влагата е от решаващо значение при окисляването на метализирани суровини. При липсата му окисляването не се развива забележимо.

Трябва да се отбележи, че окисляването на желязото в присъствието на влага е придружено от отделяне на доста голямо количество топлина. В големи маси материал тази топлина се задържа, в резултат на което температурата на гъбата се повишава, което от своя страна ще доведе до активиране на окислителните процеси.

Фирмите Thyssen и Lurgi проведоха специално изследване за изучаване на процесите на окисление на големи маси гъбесто желязо. Метализирана желязна руда, получена чрез редукция във въртяща се пещ, се поставя в два 16-тонни бункера с капаци. В първия бункер той беше обработен с леко кисела вода, симулирайки дъжд по време на товарене. В същото време температурата се повишава до 50 - 60°C, степента на метализация намалява от 95,6 на 90,2%. След 200 часа температурата спада до предишното ниво.

Във втория бункер гъбестото желязо беше обработено с 3% разтвор на морска сол, което симулира проникването на морска вода в трюма на кораба. В същото време температурата се повишава до максимално ниво от 70–80°С, след което се понижава. Окислението на желязото е придружено от отделяне на водород, чиято концентрация достига 2%.

И в двата случая окислителните реакции бяха преустановени чрез намаляване на концентрацията на кислород в атмосферата на бункерите до 0,2–0,5%, тъй като нямаше свободно подаване на въздух. Многократното въвеждане на окислители доведе до възобновяване на окисляването и нагряването на желязото.

Изследването на пирофорността (спонтанно запалване във въздуха при стайна температура) на метализирани суровини показа, че тя зависи от редица фактори, но преди всичко от температурата на редукция.

Температурният праг на пирофорност (според температурата на редукция) е различен за различните материали. Когато хематитните материали се редуцират с водород, тя е на ниво 575–550°С, за магнетитните материали е на ниво 510–440°С. Метализираните суровини, получени от тези материали над определените температури, не са пирофорни. За метализирани суровини, получени чрез редукция с други газове, температурният праг на пирофорност ще бъде различен, но във всеки случай моделът се запазва, т.е. пирофорността изчезва при висока температура.

Резултатите от проведените изследвания ни позволяват да твърдим, че метализираните суровини, получени чрез високотемпературни процеси, по време на съхранение и транспортиране при липса на влага, практически няма да се окисляват. Транспортирането на къси разстояния във влажна атмосфера с краткосрочно съхранение също не е свързано с риск от значително вторично окисление. Въпреки това, извършването на товаро-разтоварни операции при дъждовно време, последвано от дългосрочно транспортиране или съхранение на гъба, е свързано с опасност от значително развитие на вторични окислителни процеси с нагряване на купчините му.

Начините за защита на гъбестото желязо от вторично окисление за безопасното му транспортиране могат да бъдат класифицирани, както следва:

обработка в слабо окислителна среда;
брикетиране;
обработка с водни разтвори и други течности и вещества.

Обработка в слабо окислителна среда

Тази обработка е извършена с цел оформянеповърхността на метализираната суровина е тънък оксиден филм, който предпазва желязото от по-нататъшно окисляване.

Метализираните пелети могат да се пасивират в специални контейнери с устройства за вход и изход на окислителен газ, например въздух. Газът се пропуска за отделен период от време, след което контейнерът се затваря и се държи в това състояние, докато кислородът реагира с пелетите.

Брикетиране

Един от най-ефективните начини за намаляване на чувствителността на гъбестото желязо към абсорбиране на влага и окисляване е горещото брикетиране. Гъбестото желязо, получено по метода Purofer, се изхвърля от пещта в горещо състояние и може частично или напълно незабавно да бъде подложено на горещо брикетиране (Фигура 6.2).

Фигура 6.2- Схема на брикетираща инсталация по метода Purofer: 1 - преносим бункер; 2 - приемен бункер; 3 - шнеково захранващо устройство; 4 - преса за брикетиране; 5 - сепаратор; 6 - охлаждаща вода; 7 - виброконвейер; 8 - конвейер

По време на брикетирането гъбестото желязо се прехвърля от транспортния контейнер в приемния бункер и оттам с помощта на шнеков питател постъпва в брикетиращата преса. Пресата е с капацитет 25 т/ч, ролки с диаметър 914 мм, развива сила 3,6 MN. Брикетите, излизащи от пресата, се свързват с джъмпери в непрекъсната лента, която влиза в сепаратора, където отделните брикети се разделят един от друг. След това брикетите постъпват на вибротранспортьор, където се охлаждат с вода до температура 80 - 120°C. Когато размерите на отделните брикети са 95x56x25 mm, плътността на брикетите нараства до 5,8 g/cm 3 .

Метализираният продукт, получен от фини руди по метода FIOR, използващ предимно водород като редуциращ газ, също се подлага на горещобрикетиране. На двуролкова преса се получават брикети с размери 89x57x25 mm, тегло 500–980 g, видима плътност 5,6 g/cm 3, насипна плътност 3,2 t/m 3 и плътност 15–20 % 7 - 8 % от първоначалната стойност (92 %), в пласт с дълбочина 0,6 mm - с 1,5 - 4 %, а под това слой, метализацията практически не се променя. В резултат на транспортирането по море на 1000 тона брикети от Канада до Европа степента на тяхната метализация намалява от 91,55 на 90,83%.

Обработка с водни разтвори и други течности и вещества

Във Висшето училище в Аахен (Германия) се провеждат системни проучвания за възможността за използване на различни защитни покрития за предотвратяване на окисляването на гъбестото желязо. Бяха анализирани около 100 варианта на покрития за гъбесто желязо (масла, основи, цименти, различни синтетични покрития и др.). Тестовете за устойчивост на корозия бяха проведени в инсталация на Kesternich, която представлява камера, в която се поддържа постоянна температура от 55 ± 3°C и периодично се въвежда газова смес, включваща водна пара, SO2 и CO2. Резултатите от изпитването (след 6 цикъла) на синтетични покрития за гъбесто желязо от Labrador концентрат, редуциран с водород при различни температури, са представени в таблица 6.4. Както може да се види, доста задоволителни резултати са получени при използване на различни пластмаси.

Възможността за тяхното използване обаче е ограничена от факта, че покритията не трябва да съдържат сяра и халогени, които могат да имат отрицателен ефект върху свойствата на стоманата; както и високата им цена.

Потреблението на покрития като фенолна смола,възлизаше на 2 - 3 кг за 1 тон гъбесто желязо, което при съществуващите цени в Германия за тези материали повишава себестойността на тон гъбесто желязо с 5 - 8 марки (1 евро = 1,96 марки). При използване на по-евтини ацеталдехид и фенол се увеличава с 1,5 - 2,0 марки.

Очакваната цена за покриване на купчини гъба желязо с тегло 7, 25 и 60 хиляди тона със слой от полиуретанова пяна с дебелина 5 cm ще бъде съответно 1,1, 0,7 и 0,5 FRG марки на 1 тон гъба желязо, а с филм с дебелина 1 cm - 0,13; 0,10 и 0,08 точки.

Използването на цименти, алкали и колодий като покрития не дава положителни резултати.

Използването на масла в някои случаи даде по-добър ефект (Таблица 6.5), но по-малко, отколкото при използване на пластмаси.