Особенности окалинообразования и усовершенствование процесса нагрева колесных заготовок в кольцевых вращающихся печах

• Автор: Пронина, Мария Владимировна
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 147 с. : ил.

Введение

Глава 1. Анализ процесса окисления

1.1. Механизм и кинетика образования оксидных фаз на металлах

1.2. Окалинообразованис при нагреве металла

1.3. Окалинообразованис при прокатке металла

1.4. Удаление и утилизация окалины прокатных цехов металлургических предприятий

1.5. Выводы

Глава 2. Анализ процесса окалинообразования при нагреве колесной

2.1. Анализ влияния химического состава колесной стали на процесс образования окалины

2.2. Структура и свойства окалины колесной стали

2.3. Расчет количества окалины при окислении колесной стали

2.4. Выводы
Глава 3. Анализ условий образования липкой окалины в кольцевых вращающихся печах ОАО НТМК
3.1. Технология производства железнодорожных колес в условиях
ОАО НТМК
3.2. Исследование качества железнодорожных колес, прокатываемых из непрерывнолитой заготовки в условиях ОАО НТМК
3.3. Анализ статистических данных по дефекту запрессованная окалина в условиях ОАО НТМК
3.4. Основные факторы, определяющие процесс образования липкой окалины на колесных заготовках
3.5. Выводы
Глава 4. Разработка рекомендаций по снижению потерь металла при производстве железнодорожных колес в условиях ОАО НТМК
4.1. Исследование пластических свойств колесной стали, определяющих необходимые условия прокатки
4.2. Исследование теплофизических свойств колесной стали, определяющих параметры нагрева
4.3. Исследование влияния типа огнеупоров в кладке подины на процесс окалинообразования
4.4. Исследование температурного и теплового режимов кольцевых вращающихся печей ОАО НТМК и разработка рекомендаций по их усовершенствованию
4.5. Разработка рекомендаций по усовершенствованию конструкции кольцевых вращающихся печей ОАО НТМК
4.6. Выводы
Глава 5. Экологоэкономическая оценка производства железнодорожных колес в условиях ОАО НТМК
5.1. Экологоэкономическая оценка производства железнодорожных колес в условиях ОАО НТМК
5.2. Выводы
Заключение
Приложения
Библиографический список
Список условных обозначений
Б поперечное сечение пластинки металла, мм
Меа2 катионная вакансия
Ммсо молекулярная масса оксидной пленки, кгмоль
Р производительность, тчас
II универсальная газовая постоянная, принимаемая 8,4 Джкмоль Т абсолютная температура, К а коэффициент температуропроводности, лгс
с удельная теплоемкость, кжкг I
I диаметр рабочей части образца, мм ео электронная дырка е электрон
ш удельная масса диффундирующего вещества, кгм с
I температура, С
Ах разность температур,
д плотность теплового потока, Втм
х толщина слоя окалины, мм
а коэффициент теплоотдачи, Вт
X электропроводность, Ом мм
X коэффициент теплопроводности, тм.ху Хр пластичность стали, Па
в относительная безразмерная температура
р плотность, кгм3 т время, с
Критерии
В критерий Био В
Ро критерий Фурье Во аТ
Р1 критерий Предводителева Рс
Индексы
гф газовая фаза м среднемассовая температура н начальный момент нагрева о исследуемый образец п поверхность образца р место разрушения образца с окружающая среда ц центр образца э эталонный образец
Мс металл
МеО оксид металла.
Использованные аббревиатуры
АГП агломерационное производство
ГОК горнообогатительный комбинат
ЗШН золошламонакопитель
ИОЦ известковообжиговый цех
ККЦ кислородноконвертерный цех
КХП коксохимическое производство
МНЛЗ машина непрерывного литья заготовок ПГ природный газ
ПП прокатное производство
ТЭС тепловая электростанция.
Введение


Из теории металлургических процессов, подтвержденной многошсленными опытными данными и многолетней практикой, известно, что окисление стали при нагреве в топливных печах представляет собой процесс взаимодействия печных газов с железом и растворенными в нем легирующими элементами. Бс 2БеО кДжкг Бе 1. Бе Н БеО Н кДжкг Бе 1. Бе С БеО СО5 кДжкг Бе. По данным окислительная способность водяного пара почти такая же, как и свободного кислорода и в 2,0. Наличие сернистого ангидрида в продуктах сгорания значительно интенсифицирует процесс окисления. Содержание 0,1. При этом резко почти в 7. Кроме того, в атмосфере печи сера может присутствовать в виде сероводорода Н, влияние которого на образование окалины значительно слабее, чем 2, что подтверждается практикой. Однако совместное воздействие БОг и Н существенно увеличивает содержание серы в поверхностном слое металла, ухудшая его качество. Установлено, что вредное влияние серы на легированные стали больше, чем на углеродистые, возможно вследствие большего сродства серы к легирующим элементам, чем к железу. Особенно опасно присутствие диоксида серы при нагреве легировашгых сталей, содержащих никель, который при взаимодействии с серой образует легкоплавкую эвтектику, что может оказаться весьма вероятной причиной появления трудноудаляемой, так называемой липкой окалины. Колесная сталь, являющаяся предметом настоящего исследования, содержит никель в пределах 0,. ГОСТ 1, что может оказаться одной из причин активизации процесса образования подплавленной окалины. Вредное влияние серы снижается при наличии восстановительных газов в атмосфере печи. По данным 8, 9, , , , окалина, формирующаяся при нагреве стали в печах, имеет трехслойную структуру слоя оксидов. Во внутреннем, примыкающем к металлу слое содержится больше всего монооксида железа вюстита, образующегося по реакции 13. Средний слой магнетит Рез получается при последующем окислении ГсО по реакции 1. В этом слое железа содержится меньше и в сравнении с первым слоем он обогащен кислородом, хотя и не в такой мере, как наиболее богатый кислородом Рез, образующийся в третьем слое по реакции 1. Состав каждого из трех слоев не постоянен по сечению, а постепенно изменяется в результате взаимодействия с примесями компонентов окалины, более богатых кислородом вблизи поверхности. Первоначально сформировавшийся слой монооксида железа доокисляется с образованием
ЗРеО 0,5О2 Ре4. Ре3О4 0,5О2 ЗРе2Оз 1. В соответствии с реакциями 1. РеО, Ре4 и Рез. Основные процессы окисления стали происходят за счет диффузии атомов железа и кислорода. На интенсивность диффузионного окисления влияют такие факторы, как состав печной атмосферы, температура и продолжительность нагрева, а также химический состав нагреваемого металла и, возможно, другие. Современный парк топливных нагревательных устройств включает два типа печей печи со специально создаваемой защитной атмосферой, обеспечивающие безокислительный нагрев и печи с окислительной атмосферой, в которых нагрев металла происходит непосредственно в продуктах сгорания топлива. В состав печной атмосферы при этом входят продукты сгорания топлива СО, С, Н и БОД а также свободный кислород и азот из воздуха, подаваемого на горение топлива. Окислителями нагреваемого металла, как уже отмечалось, являются , С, Н и Б. Азот обычно присутствует в печной атмосфере в виде Ы2 и некоторого количества оксидов 0. И азот, и его оксиды представляют собой компоненты, нейтральные для металла. Помимо состава печной атмосферы на процесс окалинообразования влияют температура и продолжительность нагрева стали. Окалина начинает образовываться уже при нагреве металла до 0С . При этом блестящая поверхность металла тускнеет, покрываясь тончайшей пленкой оксидов. При дальнейшем повышении температуры на поверхности заготовок появляются цвета побежалости, что является показателем постепенного увеличения толщины слоя оксидов железа. Еще одним важнейшим фактором, влияющим на процесс окалинообразования, является химический состав нагреваемого металла.