МЕТАЛЛУРГИЯ ЖЕЛЕЗА – Часть 53

На рис. 28 и 29 представлены зависимости поверхности кусков губчатого железа и температуры самовозгорания от температуры восстановления. Увеличение температуры вос­становления с 400 до IOOO0C приводит к снижению свобод­ной поверхности кусков губчатого железа на 2,5—3 порядка с соответствующим ростом температуры самовозгорания. В связи с этим охлаждение губчатого железа в воде или на 116

Рве. 28. Зависимость свободной поверхности губчатого железа от температуры восстановления:

1- H2; 2 – H2 + H2O; 3 – СО + CO2

Рис. 29. Влияние температуры восстановления на температуру самовозгорания губчатого железа

Воздухе неприемлемо. Даже если самовозгорания не происхо­дит, снижается степень металлизации продукта. Так, охлаж­дение губчатого железа на воздухе привело к снижению сте­пени металлизации с 97 до 85 % и технико-экономических результатов сталеплавильного процесса.

При низкотемпературном окислении свежевосстановленного железа при < 570 0C почти вся окалина состоит из Fe3O4 и только сверху образуется тонкий слой Fe2O3. При этом ско­рость окисления связана преимущественно со скоростью рос­та слоя Fe3O4. При > 570 0C основной окисленный слой сос­тоит из FeO и только тонкий наружный слой – из Fe3O4 и Fe2O3.

Гематит и магнетит являются плотными фазами, их диф­фузионная проницаемость по сравнению с FeO незначительна, поэтому пленки Fe3O4 и FeO хорошо защищают металл от Дальнейшего развития процесса окисления. Многочисленные опыты показали, что толщина слоя оксида пропорциональна времени в степени 0,5.

Окисление губчатого железа в смеси кислорода и азота, как правило, протекает в две стадии (первая стадия имеет значительно более высокие скорости, чем вторая). Если в смеси < 1 % O2, образуется очень тонкий слой оксидов (толщина < 1 нм) и степень вторичного окисления не пре­вышает 1%.

Syjj,Mz/Z TI0k0P, К

При доле кислорода в газовой смеси > 1 % степень окисления растет с увеличением содержания кислорода. При этом конечная степень вторичного окисления зависит от суммарной поверхности пор и их распределения по размерам.

На скорость окисления влияет температура. В атмосфере водяного пара максимальные скорости окисления соответст­вуют температурному интервалу 300-350 0C. При окислении на воздухе металлизованных окатышей, изготовленных из оленегорского железорудного концентрата, максимальная скорость окисления соответствовала 500 0C, причем в этом случае окисление шло во всем объеме гранулы. Для низко­температурного окисления характерно, что оксиды железа не образуют сплошного поверхностного слоя и фактически не препятствуют дальнейшему развитию процесса окисления.

Таким образом, для локализации окисления в тонком поверхностном слое необходимо спекание металлизованной гранулы с резким снижением поверхности и свободной поверхностной энергии или спекание слоя свежеобразованно­го оксида на поверхности гранулы. Если второго достичь сложно, то первый путь плодотворен при поисках способов подавления окисляемости губчатого железа или так называе­мой его пассивации. Так, по предложению МИСиС, горячие металлизованные окатыши после низкотемпературного восста­новления направляются в высокотемпературную зону (1100-1300 0C) – для этой обработки может быть использо­ван специальный агрегат.

Для выбора параметров дополнительной высокотемператур­ной обработки рекомендуется эмпирическое уравнение:

У = 2419 – 3,531* – 4,018т + 0,00133f\ (171)

Где у — величина окисленного слоя, мкм; t – температура, °С; т – время, мин.

Следует учитывать, что приемлемая толщина окисленного слоя 10-20 мкм, соответствует снижению степени металлиза­ции на 0,5 %. В настоящее время ищут также возможности пассивации губчатого железа обработкой различными хими­ческими реагентами.

‘<» i-‘V : . ¦¦ ‘ *¦’."’ , • • Xt

Математические модели окисления деталлизованного материала

Процесс окисления и возгорания губчатого железа иссле­дован недостаточно. Одна из первых математических моде­лей, разработанная в МИСиС (Ю. С.Юсфин, В. Р.Гребенников, в. В.Даньшин), была основана на идеях Эдстрема. Ниже при­ведены основы построения математической модели окисления, далее развитой в МИСиС.