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.
‘