чем очистить окалину с металла
Удаление окалины в ультразвуковой ванне
Удаление окалины с металла – важный подготовительный этап при изготовлении деталей. Качество готового изделия в значительной степени зависит от того, насколько тщательно и бережно очистили заготовку после термообработки.
Способы очистки стали от окалины
Окалина – это частицы со слоистой структурой, которые возникают на поверхности металла после термической обработки или прокатки. При контакте горячей стали с водой или воздухом на поверхности листа возникает небольшой слой темных чешуек.
Традиционные способы очистки листов, поковок, деталей от окалины можно разделить на несколько типов:
1. Механический – чистка рифлеными роликами, щетками, скребкам. Продувка сжатым воздухом, обработка паром во время штамповки.
3. Галтовка в барабане – деталь помещается в барабан с опилками, щебнем или окисью алюминия в мыльную воду.
4. Химический (травление) – обработка кислотами.
Очистка металла от окалины в ультразвуковой ванне
Удаление окалины ультразвуком в УЗ ванне Titan Ultrasonic, внешний вид и супер результат, смотри видео!
Ультразвуковая очистка металлов от окислов прочно заняла свою нишу. Это самый современный и эффективный способ избавиться от окалины, ржавчины, нагаров, остатков смазок и многих других загрязнений.
В чем преимущество очистки стали от окалины в ультразвуковой ванне?
1. Значительная экономия времени. Если на обычное травление уходит 30 минут- 1 час, то на очистку в уз мойке уходит в несколько раз меньше времени.
2. Отпадает надобность в щетках, скребках и ядовитых кислотах. Ультразвуковая очистка более экологична для окружающей среды и безопасна для персонала.
3. Сохраняет обработанную поверхность в целости и сохранности. Никаких царапин, повреждений ребер и углов. Деталь не деформируется.
Для промывки детали после термообработки от окалины подойдет узв любых габаритов со встроенной системой фильтрации. Все зависит от размера деталей и их количества. Ультразвуковые мойки Титан Ультрасоник подойдут как для промышленного, так и полупромышленного применения. Очистка может проходить в конвейерном режиме.
Каждая единица товара изготавливается по предварительному заказу под нужды клиента. Вы получаете такую ванну, которая полностью подходит по мощностным характеристикам, габаритам и опциям под ваши задачи очистки.
Удаление окалины с поверхности металла с помощью ультразвуковой ванны – надежный и эффективный способ, который давно переплюнул классическое травление кислотами, механическую чистку и любой другой устаревший прием. Покупая одну ультразвуковую мойку, вы ускорите процесс очистки металлических изделий до состояния конвейерного режима.
Железная окалина: процесс образования, методы удаления
Федеральное агентство по образованию
ГАУ ВПО УРАЛЬСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени первого Президента России Б.Н.Ельцина
Руководитель работы Буркин С.П.
Нормаконтролер Харитонов В.В.
Исполнитель, студент Люкшин Е.О.
В производстве металлургических предприятий образуется большое количество окалины, которая находит ограниченное применение и сбрасывается в шламонакопители. Примером могут служить Златоустовский металлургический и Челябинский трубопрокатный заводы, на которых образуется около 5 тыс.
т в год таких отходов, а на Челябинском металлургическом комбинате – свыше 50 тыс. т. Шламонакопители крупнейших заводов содержат сотни тысяч т замасленной окалины.
Реализация имеющихся резервов вторичного сырья позволят сохранить многие ценные материалы и сэкономить значительное количество энергии.
В данной работе отображены достоинства и недостатки существующей технологии удаления и утилизации окалины.
(23 стр.,5 рис.;1 табл.;библ.список 4 наим.;)
3. Классификация металлургических брикетов и их технологическая ценность. 15
Окалина представляет собой продукт окисления железа. Согласно исследованиям, в окалине содержится от 55 до 80% FeO и от 20 до 50% Fe2
O3
, что соответствует содержанию 66-69% чистого железа в окалине.
В сталях, легированных хромом, окалина содержит до 1% Cr2
О3
, а в сталях, легированных небольшим количеством никеля, окалина содержит от нескольких сотых до нескольких десятых процента NiO.
Соотношение между количествами этих окислов в окалине может быть различно в зависимости от условий, при которых происходит окисление металла.
Окисление стали происходит при двух одновременно протекающих процессах: диффузии кислорода от поверхности к внутренним слоям металла и встречной диффузии металла через слой окалины на ее наружную поверхность.
В нагреваемой стали, железо интенсивно растворяется в окалине и диффундирует наружу. Скорость диффузии железа обычно превышает скорость диффузии кислорода, поэтому между окалиной и металлом нет сплошного контакта, а в слое окалины, прилегающем к металлу и состоящем из FeO, образуются поры.
Наличие окалины на поверхности прокатываемого материала имеет негативное влияние, которое проявляется в следующих фактах.
Наличие окалины на заготовке при недостаточно эффективном ее удалении ведет к ее развальцовке и получению после прокатки проката с поверхностными дефектами, что снижает качество (сорт и внешний вид) поверхности конечного изделия.
А ее удаление вызывает значительные дополнительные затраты труда и повышает себестоимость продукции. Окалина во внутренней структуре готового проката, снижает его механические свойства.
Вторичная окалина обладает значительно большей твердостью и прочностью, чем материал прокатных валков, что приводит к их абразивному изнашиванию и снижению долговечности прокатного оборудования. Кроме того, наличие развальцованной на поверхности проката окалины ухудшает условия для последующих технологических операций, таких как лакировка, оцинковка или др. покрытие.
Возникновение окалины на поверхности прокатываемого материала (заготовок, полуфабрикатов, готового проката) происходит в течение всего производственного процесса. По месту образования в технологическом процессе различают первичную и вторичную окалину. Первичная (или печная) окалина возникает на поверхности заготовки при ее нагреве в печи.
Характер и количество образуемой окалины зависит от типа печной атмосферы, температуры и длительности нагрева заготовки. Вторичная окалина возникает при задержках между технологическими операциями. Ее характер и количество зависит от качества материала, температуры и длительности задержки между технологическими операциями.
Следует отметить, что особенно вредна первичная окалина, полученная при нагревании заготовок в окислительной атмосфере.
При нагреве металла необходимо стремиться к тому, чтобы первичная окалина как можно меньше прилипала к основному металлу для обеспечения наиболее легкого ее удаления с металла, что достигается соответствующими режимами нагрева.
Окалина углеродистой стали держится на поверхности непрочно, и лучше всего очищается при нагреве в окислительной атмосфере с содержанием кислорода 5-10%. Она легко отделяется при ударах, которые получают слитки при выдаче их из колодцев или печей и при укладке на рольганги.
Гораздо сложнее удалить окалину с малоуглеродистых легированных сталей, на поверхности которых она наиболее прочна.
Некоторые сорта нержавеющей стали хорошо очищаются только при нагреве в слегка окисленной печной атмосфере и плохо при нагреве в восстановительной или нейтральной. Но в то же время существуют сорта нержавеющей стали, хорошо очищающиеся при нагреве в восстановительной или нейтральной атмосферах.
На рисунке 1 изображено строение слоев окалины. Как видно из этого рисунка, наиболее прочно связан с металлической поверхностью третий слой из так называемой липкой окалины.
Cтроение слоев окалины
При работе печей в окислительном режиме образуется толстая и сухая окалина, которая легко удаляется с поверхности при охлаждении слоя струей воды за счет различной усадки окалины и основного металла.
На высоколегированных и низкоуглеродистых сталях возникает тонкая и прочная клейкая окалина, при которой не действует эффект неодинаковой усадки.
Такая окалина удаляется путем ее дробления и последующего смыва.
Если первые два слоя окалины (равно как и окалина с обычной углеродистой стали) удаляется с заготовки при воздействии на нее энергии 17 кДж/м2
, то липкая окалина удаляется при значении этой энергии в 42 кДж/м2
. Это согласуется с мнением авторов о том, что для удаления окалины легированной стали, требуется большая сила удара, чем для окалины углеродистой стали.
Таким, образом, для более эффективного удаления окалины следует учитывать ее различия и соответственно, при нагреве заготовок следует стремиться к получению более толстого слоя окалины, который легче отделить, а вторичную окалину необходимо удалять в тот момент, когда она минимально прилипает к металлу в измельченном состоянии.
Существуют различные способы удаления первичной и вторичной окалины: механическое, абразивное, гидравлическое, гидроабразивное.
Наиболее эффективным способом удаления окалины является гидравлический.
Гидравлическое удаление окалины (гидросбив, hydraulic descaling) — удаление окалины с поверхности металла при горячей прокатке водой под высоким давлением.
Для облегчения сбива окалины, струи воды из сопел направляются под углом против движения металла. Гидросбив широко используют в прокатном производстве для удаления как печной, так и вторичной окалины.
Средние нормы угара металла в процессах горячей пластической обработки считается 2-3% от массы заготовок. Лишь при изготовлении крупных паковок объем угара может достигать 7%.
В современных металлургических технологиях окалину чаще всего применяют для корректировки химического состава стали (в конвертерном производстве и при переработки лома). В конвертерном процессе окалина добавляется для удаления из чугуна углерода. В отличие от обычной продувки кислородом и добавлении железной руды, при вводе окалины отсутствует угар железа и увеличения объема шлака.
При переработке окалины её направляют на два процесса: твердо- и жидкофазное восстановление. Т.К. любая окалина содержит пылевидную составляющую, то её ввод в металлургические агрегаты возможно только в виде брикетов.
При этом если речь идет о конвертерной и мартеновской плавки, то плотность брикета должна быть больше плотности шлака равной 4.2г/см2
.
В противном случае брикеты находятся на поверхности расплава и не вступают в реакцию с углеродным расплавом.
Твердофазное восстановление окалины проводится либо в доменных или в трубчатых печах. Температура такого восстановления меньше температуры плавления металла, поэтому восстановление из оксидов осуществляется в твердом состоянии. Доменный процесс считается менее эффективным. Т.К.
после восстановления происходит науглероживание железа. Доменный процесс редко применяют по причине высоких требований к прочности брикета. Масса материалов в шахте печи велика и создает большие давления на брикеты. Если прочность брикетов мала, то они разрушаются и нарушают газопроницаемость доменной печи.
Это приводит к разрушению корпуса печи из-за высокого давления газа. При твердофазном восстановлении в трубчатых печах брикеты подаются в верхней части наклонной печи и перемещаются в ней при вращении. С заданной стороны печи устанавливается газовая горелка.
В качестве плазмообразующего используется природный газ с кислородом. При высоких температурах образуются газы восстановители железа (СО и Н2
).Требования к прочности брикетов определяются нагрузками при перекатывании брикетов по корпусу печи.
При малой прочности образуется много окалиной пыли, которая вместе с газами выносится из печи. Повторное использование этой пыли затруднено из-за высокой влажности.
Что такое железная окалина – виды, свойства, способы удаления, применение, цена
Смесь оксидов железа, образовывающаяся при взаимодействии кислорода с раскалённым металлом, имеет обобщённое название — железная окалина.
Она состоит из Fe3O4, FeO и Fe2O3 (магнетита, вьюстита и гематита соответственно) и представлена двумя легкоотделяемыми друг от друга слоями.
При их суммарной толщине до 40 нм окалина невидима невооружённому взгляду, свыше 40 и до 500 нм — выдаёт себя цветами побежалости (радужным отливом). Постоянный же окрас появляется, если слой железной окалины на металле превышает 500 нм.
Состав
Наружный слой оксида железа — гематит. Он обладает большой твёрдостью (1030 ед. по шкале Виккерса), абразивностью и очень плохо растворяется в кислотах.
Под ним в условиях частичной нехватки кислорода формируется более мягкий и почти нерастворимый в кислотах магнетит.
Ближе всего к металлу находится рыхлый и мягкий вьюстит, который легко поддается устранению механическим путём или кислотным травлением.
Толщина каждого из трёх слоёв зависит от температуры обработки стали. Так, при превышении порога в 570 °C образуется чётко выраженная трёхслойная структура окалины. Дальнейшее повышение температуры ведёт к увеличению толщины вьюстита. Если же сталь обрабатывается при температурах ниже 570 °C, то в составе окалины преобладают магнетит и гематит.
По цвету железной окалины можно определить температуру обработки стали. Так, при температуре в 700–750 °C в составе окалины больше гематита, из-за чего она приобретает рыжевато-красный оттенок. Образовавшийся при высокотемпературном (900–1000 °C) прокате слой оксидов из-за более высокого процента вьюстита становится чёрным.
Особенности
Твёрдость окалины сочетается с её хрупкостью, из-за чего вкрапления оксида внутри структуры металла резко понижают его эксплуатационные характеристики.
По этой же причине железная окалина не может быть использована в качестве защитного покрытия, хоть она и не взаимодействует с кислородом.
Более того, в месте скола оксидов наблюдается усиленное окисление стали, что происходит из-за разности потенциалов окалины и стали. По этой причине её удаляют с готового проката.
Удаление окалины
Слой оксидов железа с прокатной стали удаляют со стальной заготовки несколькими способами.
Возможно также сочетание вариантов.
Механическое воздействие на прокат сводится к пропуску проволоки или листа с окалиной через ряд роликов. При этом достигается частое изгибание заготовки, под воздействием которого железная окалина рассыпается на отдельные чешуйки и осыпается с металла. Для финишной очистки могут быть использованы абразивы, наждачные ленты, щётки из проволоки.
Достоинством этой технологии является сравнительная дешевизна и экологичность. Но поскольку отказ от смазки при такой обработке нецелесообразен, это приводит к замасливанию железной окалины, что затрудняет дальнейшую её переработку.
Химический и электрохимический способы очистки стали называют травлением. Для этих целей используются серная и соляная кислоты, реже — фосфорная, азотная, плавиковая или их смесь.
Главными недостатками такого способа является одноразовое использование травильных растворов (не восстанавливаются) и низкий спрос на побочный продукт преобразования окалины — железный купорос.
По этой причине травление применяется довольно редко, и ему обычно предшествует механическая очистка проката от окалины.
Применение окалины
Опытными кузнецами давно было примечено повышение сопротивляемости металла коррозии при формировании на нём тонкого слоя окалины. Сейчас же воронение оружейной стали используется лишь в качестве декоративной отделки. Её цвет зависит от способа обработки (кислота, щёлочь, температура) и толщины оксидной плёнки, составляющей от 1 до 10 мкм.
Прокатная окалина, удельный вес которой достигает 3% от общего веса готовых изделий, является ценным сырьём для металлургического производства за счёт высокого содержания (до 75%) в ней железа. Основное направление её переработки — очистка от примесей и восстановление, после которого она превращается в низкоуглеродистую сталь.
Некоторые составы окалины успешно применяются в качестве красящих пигментов и активно используются в строительстве. Также из окалины производится железный порошок, применяемый в металлургии, при изготовлении самонагревающихся смесей и даже в пищевой промышленности.
Химический состав этого отхода металлургической промышленности стандартизирован. Её стоимость может колебаться в зависимости от преобладания определённых видов окислов и количества примесей. Усреднённая цена на начало 2019 года составляла 50 американских долларов за тонну железной окалины.
Методы удаления окалины с поверхности металла
Неудаленная окалина, всякого рода загрязнения, плохая отделка поверхности деталей резко снижают коррозионную стойкость металла. Поэтому с поверхности деталей следует полностью удалять даже следы окалины, а также мельчайшие частички железа.
В практике применяют химические, электрохимические и механические способы удаления окалины.
К химическим и электрохимическим способам относятся травление, пассивирование и электролитическое полирование, а к механическим — галтовка, крацевание, шлифование и полирование.
Коррозионная стойкость полированной поверхности значительно выше, чем шлифованной или травленой (непассивированной). Поэтому в процессе отделки деталей из нержавеющих сталей следует добиваться высокой чистоты поверхности и полного сглаживания мельчайших неровностей.
Аустенитные хромоникелевые стали хуже шлифуются и полируются, чем хромистые стали. Многие детали, применяемые в машиностроении, подлежат отделке.
Поэтому с двухфазных сталей типа 08Х22Н6Т окалину целесообразно удалять механическими способами, так как при химических в результате вытравливания ферритной фазы поверхность металла становится шероховатой и ее дополнительно требуется шлифовать и полировать.
Щелочной расплав состоит из 60—70% едкого натра, 25— 35 % натриевой селитры и 5 % поваренной соли. Металл выдерживают в расплаве 5—25 мин при 450—500 °С.
Детали перед загрузкой в расплав тщательно просушивают. В процессе обработки металла в расплаве окалины частично отслаивается и оседает в виде шлама на дно ванны.
Оставшуюся окалину после промывки удаляют травлением в растворе, содержащем 10—18% серной кислоты (плотность 1,84) с добавкой 3—8 % поваренной соли, или в растворе, содержащем 20% серной кислоты, 1,5% азотнокислого натрия и 2,5% поваренной соли.
Продолжительность травления 3—5 мин, температура раствора 70—80 °С. При травлении хромистых нержавеющих сталей типа 1X13, Х17, Х25 и Х27 температура раствора должна быть 50—60 °С.
Травильный раствор корректируют, добавляя серную кислоту при уменьшении ее концентрации
Утилизация и применение окалины в металлургии
В производстве металлургических предприятий образуется большое количество окалины, которая находит ограниченное применение и сбрасывается в шламонакопители. Шламонакопители крупнейших заводов содержат сотни тысяч тонн замасленной окалины. Реализация имеющихся резервов вторичного сырья позволят сохранить многие ценные материалы и сэкономить значительное количество энергии.
В данной работе отображены
достоинства и недостатки существующей
технологии удаления и утилизации
окалины.
1.Общие
сведения об окалине.
Окалина представляет собой продукт окисления железа. Согласно исследованиям, в окалине содержится от 55 до 80% FeO и от 20 до 50% Fe2O3, что соответствует содержанию 66-69% чистого железа в окалине.
В сталях, легированных хромом, окалина содержит до 1% Cr2О3, а в сталях, легированных небольшим количеством никеля, окалина содержит от нескольких сотых до нескольких десятых процента NiO.
Соотношение между количествами этих окислов в окалине может быть различно в зависимости от условий, при которых происходит окисление металла (рис.1).
Рис.1 Прессованная окалина
Окисление стали происходит при двух одновременно протекающих процессах: диффузии кислорода
от поверхности к внутренним слоям
металла и встречной диффузии металла через слой окалины на ее наружную поверхность.
В нагреваемой стали, железо интенсивно растворяется в окалине и диффундирует наружу. Скорость диффузии железа обычно превышает скорость диффузии кислорода, поэтому между окалиной и металлом нет сплошного контакта, а в слое окалины, прилегающем к металлу и состоящем из FeO, образуются поры.
Наличие окалины на поверхности прокатываемого материала имеет негативное влияние, которое проявляется в следующих
фактах.
Наличие окалины на заготовке
при недостаточно эффективном ее удалении ведет к ее развальцовке и получению после прокатки проката с поверхностными дефектами, что снижает качество (сорт и внешний вид) поверхности конечного изделия.
А ее удаление вызывает значительные дополнительные затраты труда и повышает себестоимость продукции. Окалина во внутренней структуре готового проката, снижает его механические свойства.
Вторичная окалина обладает значительно большей твердостью и прочностью, чем материал прокатных валков, что приводит к их абразивному изнашиванию и снижению долговечности прокатного оборудования. Кроме того, наличие развальцованной на поверхности проката окалины ухудшает условия для последующих технологических операций, таких как лакировка, оцинковка или др. покрытие.
Возникновение окалины на поверхности прокатываемого материала (заготовок, полуфабрикатов, готового проката) происходит в течение всего производственного процесса. По месту образования в технологическом процессе различают первичную и вторичную окалину. Первичная (или печная) окалина возникает на поверхности заготовки при ее нагреве в печи.
Характер и количество образуемой окалины зависит от типа печной атмосферы, температуры и длительности нагрева заготовки. Вторичная окалина возникает при задержках между технологическими операциями. Ее характер и количество зависит от качества материала, температуры и длительности задержки между технологическими операциями.
Следует отметить, что особенно вредна первичная окалина, полученная при нагревании заготовок в окислительной атмосфере.
При нагреве металла необходимо стремиться к тому, чтобы первичная окалина как можно меньше прилипала к основному металлу для обеспечения наиболее легкого ее удаления с металла, что достигается соответствующими режимами нагрева.
Окалина углеродистой стали держится на поверхности
непрочно, и лучше всего очищается
при нагреве в окислительной атмосфере с содержанием кислорода 5-10%. Она легко отделяется при ударах, которые получают слитки при выдаче их из колодцев или печей и при укладке на рольганги.
Гораздо сложнее удалить окалину с
малоуглеродистых легированных сталей, на поверхности которых она наиболее прочна.
На
рисунке 2 изображено строение слоев окалины. Как видно из этого рисунка, наиболее прочно связан с металлической поверхностью третий слой из так называемой липкой окалины.
Рис.2 Cтроение слоев окалины
При работе печей в окислительном
режиме образуется толстая и сухая
окалина, которая легко удаляется
с поверхности при охлаждении слоя струей воды за счет различной
усадки окалины и основного металла.
На высоколегированных и низкоуглеродистых сталях возникает тонкая и прочная клейкая окалина, при которой не действует эффект неодинаковой усадки. Такая окалина удаляется путем ее дробления и последующего смыва.
Если
первые два слоя окалины (равно как
и окалина с обычной углеродистой стали) удаляется с заготовки при воздействии на нее энергии 17 кДж/м2, то липкая окалина удаляется при значении этой энергии в 42 кДж/м2. Это согласуется с мнением авторов о том, что для удаления окалины легированной стали, требуется большая сила удара, чем для окалины углеродистой стали.
Таким, образом, для более эффективного удаления окалины следует учитывать
ее различия и соответственно, при
нагреве заготовок следует стремиться к получению более толстого слоя окалины, который легче отделить, а вторичную окалину необходимо удалять в тот момент, когда она минимально прилипает к металлу в измельченном состоянии.
Существуют
различные способы удаления первичной
и вторичной окалины: механическое, абразивное, гидравлическое, гидроабразивное. Наиболее эффективным способом удаления окалины — является гидравлический.
В современных металлургических технологиях
окалину чаще всего применяют
для корректировки химического
состава стали (в конвертерном производстве и при переработки лома). В конвертерном процессе окалина добавляется для удаления из чугуна углерода. В отличие от обычной продувки кислородом и добавлении железной руды, при вводе окалины отсутствует угар железа и увеличения объема шлака.
При переработке окалины её направляют на два процесса: твердо- и жидкофазное восстановление. Т.К. любая окалина содержит пылевидную составляющую, то её ввод в металлургические агрегаты возможно только в виде брикетов.
При этом если речь идет о конвертерной и мартеновской плавки, то плотность брикета должна быть больше плотности шлака равной 4.2г/см2.
В противном случае брикеты находятся на поверхности расплава и не вступают в реакцию с углеродным расплавом.
Твердофазное
восстановление окалины проводится либо в доменных или в трубчатых
печах. Температура такого восстановления меньше температуры плавления металла, поэтому восстановление из оксидов осуществляется в твердом состоянии. Доменный процесс считается менее эффективным.
Так как после восстановления происходит науглероживание железа. Доменный процесс редко применяют по причине высоких требований к прочности брикета. Масса материалов в шахте печи велика и создает большие давления на брикеты. Если прочность брикетов мала, то они разрушаются и нарушают газопроницаемость доменной печи.
Это приводит к разрушению корпуса печи из-за высокого давления газа. При твердофазном восстановлении в трубчатых печах брикеты подаются в верхней части наклонной печи и перемещаются в ней при вращении. С заданной стороны печи устанавливается газовая горелка.
В качестве плазмообразующего используется природный газ с кислородом. При высоких температурах образуются газы восстановители железа (СО и Н2).Требования к прочности брикетов определяются нагрузками при перекатывании брикетов по корпусу печи.
При малой прочности образуется много окалиной пыли, которая вместе с газами выносится из печи. Повторное использование этой пыли затруднено из-за высокой влажности.
Утилизация
окалины вызывает большие трудности, особенно мелкой (крупность частиц до 100 мкм), содержащей до 20-30 % масел. Основные пути ее переработки – химическое и термическое обезжиривание, однако, эти процессы являются дорогостоящими.
2. Обзор промышленно
пригодных способов
переработки окалины.
Одним из видов ценного вторичного сырья
являются отходы металлообработки: металлическая стружка, обрези заготовок.
На многих заводах при термической обработке металлов образуется большое количество окалины, которая осаждается в масле после закалки.
Для рационального использования
в качестве шихтового материала
стружку необходимо прессовать в брикеты и пакеты максимальной плотности. Использование брикетов или пакетов способствует повышению его металлургической ценности, сокращает трудоемкость погрузочно-разгрузочных работ.
Идея технологии брикетирования заключается в получении максимально возможной плотности брикетов или пакетов за счет качественной подготовки исходного сырья и окускованию при минимальных энергетических затратах.
При этом качественная подготовка исходного сырья должна обеспечить максимальную плотность брикетов или пакетов при использовании серийного прессового оборудования.
Замасленную окалину трудно подготовить к
утилизации из-за повышенного содержания в ней масел, а в прокатных
цехах металлургических предприятий
образуются большие количества замасленной окалины, которая находит ограниченное применение и сбрасывается в шламонакопители.
Проблема
утилизации замасленной окалины
в настоящее время решается в
основном в одном направлении
— обезмасливание ее с получением чистой, обезжиренной, легко утилизируемой окалины. Однако и химическое и термическое обезмасливание — дорогостоящие процессы, создающие дополнительные экологические осложнения.
Брикетирование
в черной металлургии — это наиболее ранний способ окускования, который широко применяется для этой цели во второй половине 19 столетия. В начале 20 столетия брикетирование было вытеснено агломерацией по причинам:
И в настоящее время производство металлургических брикетов в России не получило развитие в широких производственных масштабах по тем же самым причинам, хотя с точки зрения технологии и экономики производства оно имеет ряд преимуществ:
Надо
учесть, что попытки использовать брикетирование в металлургии для
подготовки неметаллической шихты
не прекращались никогда.
Особенно полно
брикетирование как метод окускования отвечает требованиям утилизации мелких отходов металлургических заводов: сравнительно небольшое воспроизводство, непостоянство физико-химических свойств.
Металлургическими предприятиями Франции ежегодно перерабатывается в брикеты до 4 млн.т. железосодержащих шламов и уловленной в газоочистках пыли.
В черной металлургии США и стран Западной Европы уже давно наряду с железосодержащими материалами брикетируются другие мелкие отходы: известковая пыль, отходы ферросплавного производства, некондиционная мелочь плавикового шпата и прочие весьма ценные материалы. На их основе получают шихтовые брикеты и флюсы для металлургического производства.
К основным причинам недостаточного использования брикетирования следует отнести следующие:
Большая Рнциклопедия Нефти Рё Газа
Процесс образования окалины состоит РІ химическом взаимодействии кислорода указанных газов — окислов СЃ железом Рё примесями, входящими РІ состав стали. Главной составной частью окалины являются окислы железа. [1]
Как известно, процесс образования окалины при повышенных температурах имеет диффузионный характер, подчиняясь параболическому закону ( толщина слоя окислов увеличивается пропорционально корню квадратному из времени реакции): окисление стали определяется скоростью диффузии кислорода через слой окалины к металлу и встречной диффузии металла через слой окалины на ее наружную поверхность. [2]
Как известно, процесс образования окалины при повышенных температурах носит диффузный характер, подчиняясь параболическому закону.
Окисление стали определяется скоростью диффузии кислорода через слой окалины к металлу и встречной диффузией металлических атомов.
РџСЂРё температурах окисления выше 1000 РЎ относительная роль диффузии РёРѕРЅРѕРІ титана РІ процессе образования окалины увеличивается, Р° РїСЂРё температуре выше 1200 РЎ становится больше скорости диффузии РёРѕРЅРѕРІ кислорода. Однако РІ работе [68] РїСЂРё окислении титана РІ области температур выше 600 РЎ обнаружена текстура роста РІ наружней части окалины, что свидетельствует Рѕ преимущественной диффузии РёРѕРЅРѕРІ титана — Авторы ( 68 ] считают, что температурная граница интенсивной диффузии РёРѕРЅРѕРІ титана должна быть сдвинута РґРѕ температур 600 — 650 РЎ. [4]
Количественной характеристикой жаростойкости является привес испытуемого образца стали за счет поглощения кислорода его поверхностью в процессе образования окалины, отнесенный к единице поверхности и иногда к единице времени. Сравнительная характеристика жаростойкости различных типов стали дана на фиг. [5]
Особым случаем внутреннего окисления является рост чугуна.
Процесс образования окалины в этом случае идет на границах зерен и на включениях графита.
�з-за большого объема образующихся окислов компонентов чугуна размеры детали увеличиваются, а ее прочность снижается. [10]
В результате воздействия продуктов сгорания высокой температуры на поверхности металла образуется оксидная пленка.
При высокой температуре металла процесс образования окалины усиливается.
Наиболее интенсивная высокотемпературная коррозия имеет место при наличии сернистых соединений в продуктах сгорания.
В области высоких температур газов при соприкосновении газов с горячими поверхностями нагрева имеет место образование SOa из SO2 при наличии локальных избытков кислорода. [11]
РњС‹ уже упоминали Рѕ попытках представить некоторые превращения металлов как ферментации Рё Рѕ стремлении овладеть секретом таких ферментации, отдавая себе полный отчет РІ том, что подобные процессы РІ РїСЂРёСЂРѕРґРµ РЅРµ встречаются. Ртьенн Франсуа Жофф-СЂСѓР° ( 48) попытался распространить механистический вариант объяснений РЅР° происходящий РїСЂРё ферментациях процесс образования окалин. [12]
В зависимости от природы серусодержащих соединений ( F S, SOa, связанная сера органических соединений, элементарная сера) коррозия бывает различной.
Особый характер коррозии растворенным сероводородом обусловлен образующимся при этом водородом ( рассматривался в связи с вопросами водородной хрупкости; стр.
Реакция с сероводородом или с элементарной серой при высоких температурах значительно отличается от коррозии в растворах и протекаеут аналогично процессам образования окалины или налетов. [13]
ПОИСК
Из химических методов удаления окалины представляет интерес обработка изделий при помощи гидрида натрия. Кроме того, весьма перспективны электрохимические методы очистки металлов. Последние могут быть осуществлены в двух вариантах в травильных растворах или в расплавленном едком натре.
Электрохимический способ травления позволяет значительно сократить время обработки и уменьшить расход кислоты. В процессах электрохимического травления используют как катодную, так и анодную поляризацию. Состав электролитов и режимы работы электрохимического травления в растворах приведены в табл. 19. [c.
64] Термический метод удаления окалины еще недостаточно распространен, хотя он обеспечивает весьма высокую производительность. Этот метод может быть применен в двух вариантах. [c.66]
Второе издание справочника было выпущено в 1969 г.
Настоящее издание значительно дополнено данными о коррозионной стойкости нержавеющих сталей и чистых металлов. Приведены показатели коррозионной стойкости нержавеющих сталей, чистых металлов и высоколегированных сплавов во многих химических средах различной концентрации и при разных температурах.
Даны химический состав, механические свойства нержавеющих сталей, режимы термической обработки, методы удаления окалины и др. [c.2]
Подготовка поверхности состоит из двух операций удаления жировых загрязнений и удаления окисных поверхностных соединений (окалины и ржавчины).
Обезжиривание поверхности особенно важно при применении химического метода удаления окалины и ржавчины, так как в этом случае пятна жировых загрязнений служат препятствием для проникновения кислоты к окисной пленке на поверхности металла. [c.73]
Разработка, усовершенствование и внедрение более совершенных методов удаления окалины с высоколегированных сплавов имеют большое практическое значение. [c.53]
Дефекты металла удаляются зачисткой наждачными кругами, металлическими щетками и другими методами.
Удаление окалины и ржавчины производят механическими способами, с помощью пескоструйной, дробеструйной и гидропескоструйной очистки, а также с помощью шарошек, стальных щеток и т. д.
Применяется также химический метод — обработка растворами кислот или специальными пастами. [c.322]
Электролитическое травление — один из методов удаления окалины, широко применяемых для углеродистых и низколегированных сталей.
Значительно реже этот метод применяется для высоколегированных сталей и сплавов [1 ], что объясняется малой изученностью процессов электролитического травления высоколегированных сплавов и недостаточностью литературы по этим вопросам 1—3]. [c.53]
В результате исследований эффективности различных методов удаления окалины с внутренней поверхности холоднотянутых бесшовных стальных труб было найдено, что наиболее продуктивным способом является циркуляционное травление. Подаваемый из ванны кислотоупорным насосом травильный раствор, содержащий 140—150 Г]л серной кислоты (при 60°) или [c.309]
Новый метод удаления окалины, Вестник Машиностроения № 3, 1953. [c.416]
Удаление окалины в расплавленном едком натре. Несколько методов удаления окалины со стали заключается в ее восстановлении до металлического состояния в расплавленном едком натре. Один метод, разработанный [c.380]
К получению различных типов окалины (стр. 372). Таким образом, метод удаления окалины действием погоды не может быть признан надежным. Если он принят, необходимо принять меры к удалению плохо держащейся окалины, ржавчины и других частиц перед нанесением краски. [c.535]
Приведены показатели коррозионной стойкости нержавеющих сталей, сплавов и чистых металлов во многих химических средах различной концентрации и при разных температурах, химический состав нержавеющих сталей и сплавов, режимы оптимальной термической обработки, методы удаления окалины, механические и другие свойства, а также ГОСТы и ТУ на постйвку металла. Рассмотрено влияние некоторых видов обработки и новых методов выплавки на коррозионную стойкость сталей и сплавов, условия повышения их коррозионной стойкости и основные виды коррозии. [c.2]
Из химических методов удаления окалины представляет интерес обработка стали при помощи гидрида натрия. Погруледкий натр, содержащий гидрид натрия, можно полностью восстановить все имеющиеся на поверхности окислы металлов. Химическое взаимодействие гидрида натрия с окислами металлов можно представить следую- [c.92]
На ряде заводов в последние годы поставлены опыты по применению гидридного метода удаления окалины (на металлургическом заводе им.
Серова при травлении сортового металла, на Первоуральском Новотрубном заводе при производстве труб, на Ижорском металлургическом заводе при обработке катанки и проволоки). На последних двух заводах применяли гидридную смесь, а на первом гидрид натрия получали в ванне для удаления окалины.
Расчеты, проведенные в Уралгипромезе и НИИохиме, показали, что внедрение гидридного метода для удаления окалины с поверхности высоколегированного проката позволит в результате уменьшения потерь металла, увеличения производительности травления и сокращения расходов на капитальное строительство получить значительный экономический эффект. Применение восстановительного способа травления металла требует строгого соблюдения мер предосторожности работы. [c.112]
Можно также воспользоваться методом, основанным на определении сопротивления металлов разрыву. Эти методы да1рт более надежные показатели для оценки механического разрушения жароупорных сплавов и особенно необходимы в тех случаях, когда наблюдается межкристаллитная коррозия.
Никель-хромовые сплавы особенно подвержены этому виду коррозии не только в восстановительных условиях, как наблюдали докладчики, но также в присутствии некоторых отложений и при обычных окислительных условиях.
Я считаю необходимым указать еще на один недостаток метода удаления окалины вообще. Лишь на прошлой неделе мы обнаружили, что нри методе удаления окалины потеря веса может значительно различаться (иногда в два раза).
Это можно объяснить только различной эффективностью удаления металла в ванне, использовавшейся непрерывно в те- [c.388]
Методы удаления окалины. Прежде обсуждения наиболее выгодных методов удаления окалины необходимо рассеять убеждение, существующее еще у некоторых, что очистка железной щеткой может удалить окалину с металла. Это неправильно.
Очистка железной щеткой может отполировать окалину, сообщая ей металлический вид, но эта операция лишь в редких случаях может совершенно удалить крепко приставшую окалину.
Также неправильно предполагать, что обдувка песком единственный метод получения удовлетворительной поверхности под покраску. Вюрт приводит пример моста в Колоне, построенного в 1858 г. (за 30 лет до введения обдувки песком), который в 1926 г.
находился в полнейшей сохранности, хотя грунт из свинцового сурика никогда не возоб новлялся и за весь этот период перекраска производилась только четыре раза (свинцовыми белилами). [c.760]
Замасленная (промасленная) окалина как отход производственной деятельности: утилизация и обезвреживание
Основательно навредив окружающей среде и в значительной степени исчерпав ресурсы природных ископаемых, человечество только в XXI веке пришло к осознанию суровой необходимости дальнейшего резкого ужесточения экологической политики производств.
Дополнительный стресс привносит стойкая и не уходящая, вопреки громким заявлениям, тенденция к кризису мировой экономики – ведь всем известно, что природоохранные технологии и оборудование хоть и жизненно необходимы, тяжелым грузом висят на производстве, отгрызая добротный кусок финансового ресурса.
Однако, в некоторых случаях эти противонаправленные векторы удается развернуть в нужную сторону. В частности, такой выгодный поворот можно ожидать в металлообработке. Особенно в ситуации, когда в очередной раз ужесточились природоохранные нормы в отношении отходов металлургических производств.
Замасленная (промасленная) окалина – тип производственного отхода
Традиционный отход прокатных производств – окалина (окислы железа). Окалина неизбежно образуется на прокатном изделии, когда нагретая почти до 1000 °С заготовка идет по прокатному стану, контактируя с атмосферным воздухом и кислородом воды охлаждающей жидкости.
Каждый проход заготовки по вальцам сопровождается отшелушиванием слоя окалины и формированием нового. За время полной обработки детали около 2,5 % массы металла уходит в окалину. Окалина сбрасывается в поток СОЖ, которая содержит углеводороды.
В результате из окалины, смазочных материалов и воды генерируется гетерогенный металлургический отход (размер частиц от 1 мм до 1 см) – замасленная окалина.
При производстве холоднокатаного проката также образуется промасленная окалина, непосредственно на вальцах.
К ней прибавляется шламовый отход от пескоструйной обработки поверхности, также содержащий металл, но с гораздо меньшим размером частиц (менее 1 мм).
Содержание железа в промасленной окалине достигает 70-80 %, в металлургическом шламе – 30 %, что делает оба отхода ценным вторичным ресурсом.
Преимущественным методом обращения с отходами данного типа ранее служило захоронение на свалках в чистом виде или после перемешивания со шлаком. Промасленная окалина является отходом 3-го класса опасности (умеренно опасные) и образуется в значительных количествах.
Металлургическое производство генерирует отходы в количестве 1/3 от сырья, и окалина составляет их основную часть. По предоставленным данным, в отвалах ОАО «Нижнетагильского металлургического комбината им. В. И. Ленина» накопилось 1,3 млн. тонн замасленной окалины, на АО «Первоуральском новотрубном заводе» — 1 млн. тонн, на ПАО «Северсталь» — более 2,5 млн. тонн.
В Нижегородской области (г. Выкса) для окалины АО «Выксунского металлургического завода» построен специальный полигон отходов. Однако сегодня депонирование на свалке отхода, содержащего более 70 % железа нельзя признать допустимым.
Рецикл (ввод в стадию спекания) промасленной окалины невозможен из-за высокого содержания нефтепродуктов: до 10 % в жирной окалине и до 50 % в шламе.
Во время спекания, подготовки руды к плавке, ее нагревают и перемешивают с углем и известью, однако содержащиеся в жирной окалине тяжелые углеводороды смазки не сгорают, а переходят в летучее состояние и попадают на газовые фильтры, что может приводить к их воспламенению и даже взрывам при достижении определенных пропорций в электростатическом фильтре.
В то же время, удалив нефтепродукты из промасленной окалины, ее можно загружать вместе с рудой, как избегая потерь сырья, так и решая экологические проблемы.
Замасленная окалина: технологии обезвреживания отхода
Существует достаточное количество технологий удаления нефтепродуктов из промышленного твердого мусора, однако каждый из них обладает как достоинствами, так и серьезными недостатками.
Депонирование на свалке – в короткой перспективе самый дешевый способ утилизации загрязненных маслом металлургических отходов, но он не только обедняет производство, отнимая часть сырьевого ресурса, но и сокращает срок службы полигона отходов, одновременно привнося риск заражения грунтовых вод.
Инсинерация — выжигание нефтепродуктов из окалины, существенно сокращает первоначальный объем отходов. Инсинерация проводится во вращающейся печи, причем топливо подается только на начальный поджог смеси. Горению способствует окисление оксида железа (II) до оксида железа (III).
Инсинерация в свою очередь, создает проблему газовых выбросов и загрязнения атмосферы (или требует мощной и дорогой системы газоочистки). Оба вышеперечисленных метода, к тому же, сегодня находятся в фокусе прицела ужесточающегося природоохранного законодательства. Метод был опробован в г.
Кривой Рог и его результаты нельзя отнести к удовлетворительным ввиду высокого образования сажи, мешающей брикетированию в больших количествах и существенного количества недожженных нефтепродуктов.
Некоторое количество промасленной окалины можно утилизировать при формировании аглошихт, температура горения которых достигает 1200-1300 °С. Однако, уложенные поверх, они образуют запирающий слой, затрудняющий горение шихты и приводящей к неполному сгоранию нефтепродуктов.
Биологические методы удаления нефтепродуктов, относительно недорогие и простые, работают и в этом случае, но не отличаются 100 %-ной эффективностью и требуют длительного времени.
Интересным методом является вакуумная дистилляция, эффективно удаляющая нефтепродукты, особенно в комбинации с термическими методами. Однако методы утилизации промасленной окалины, требующие серьезных капиталовложений, до сих пор представляют серьезную проблему для металлургических комбинатов.
Существует также некоторое количество химических методов удаления нефтепродуктов из окалины. Так, одним из них является удаление жира моющим раствором в бетономешалке принудительного типа с вертикальным валом.
Удаление нефтепродуктов происходит достаточно эффективно, но при длительной эксплуатации (в течение нескольких месяцев) система засоряется.
В аппарате образуется стойкая водяная взвесь с мелкодисперсной окалиной, которая сложно поддается разрушению и требует добавления химических реагентов, которые, в свою очередь, необратимо разрушают моющую рабочую среду.
Удаление жира при помощи органических растворителей также эффективно. Оно выполняется в емкостях с активным перемешиванием. Данный процесс весьма небезопасен, так как все его компоненты легко воспламеняемы.
К тому же, для регенерации растворителя требуется перегонка, Часть растворителя сохраняется в окалине, и следует предусмотреть вентилируемые взрывобезопасные отстойники для удаления паров растворителя, что делает метод экономически бессмысленным.
Пиролиз на установке термической деструкции УТД: безотходная утилизация промасленной окалины
Перспективным методом утилизации и обезвреживания промасленной окалины и шлама является пиролиз. В процессе пиролиза окалина нагревается в атмосфере дефицита кислорода. Происходит удаление нефтепродуктов, испаряющихся в реакторе и конденсируемых теплообменнике.
Эффективность удаления нефтепродуктов достигает 100%, также в сухом остатке образуется некоторое количество углерода, который не препятствует загрузке продукта пиролиза окалины в печи спекания вместе с рудой.
Испарившиеся и сконденсированные нефтепродукты направляются на горелки топки вместе с дизельным топливом.
Недостаток данного метода – малочисленность производительных технологий в силу сложности обеспечения герметичности процесса. Однако решением является метод непрерывного пиролиза, реализуемый компанией «IPEC» (ПГ «Безопасные Технологии»).
Отходы загружаются в пиролизный реактор и продвигаются по Установке непрерывного пиролиза УТД-2 вплоть до приемного бункера сухого остатка системой шнеков.
Попадая в реактор, они постепенно нагреваются, отдавая воду и углеводородные соединения.
Последние, проходя через сепаратор и конденсатор, образуют пиролизный газ и пиролизное топливо, которое используется для поддержания температуры процесса.
УТД-2 – экономичное и эффективное решение. Потребляя всего 37 кВт электроэнергии, Установка производительностью 2000 кг/час может обходиться вообще без дизельного топлива, если содержание нефтепродуктов в исходном сырье превышает 20%.
Экологическая нагрузка Установки на окружающую среду также отсутствует в силу герметичности процесса пиролиза.
Сухой остаток от переработки промасленной окалины можно без остатка загружать в агломерационные печи вместе с рудой.
Ознакомиться с модельным рядом и заказать оборудование для пиролиза прокатной окалины можно в Каталоге установок УТД. Специалисты компании IPEC ответят на все вопросы, касающиеся утилизации иловых осадков очистных сооружений, и помогут подобрать оптимальное технологическое решение, адаптированное под нужды объекта.
Статья «Замасленная (промасленная) окалина как отход производственной деятельности: утилизация и обезвреживание» опубликована в журнале «ЭКОИНЖ» выпуск № 19, 2019 г.