توصيفگر ها :
آهن اسفنجي , خوردگي , اكسيداسيون مجدد , خودسوزي , پوشش دهي , مواد هيدروكربن
چكيده فارسي :
در سالهاي اخير محدوديت مصارف انرژي در واحد احياي مستقيم و فولادسازي به ويژه در فصلهاي تابستان و زمستان باعث شده است كه توازن بين توليد و مصرف آهن اسفنجي دچار اختلال شود؛ بطوريكه اغلب واحدهاي توليد آهن و فولاد جهت تحقق برنامههاي سالانه خود، آهن اسفنجي مورد نياز خود را براي يك مدت نسبتاً طولاني در محيط باز ذخيره و انبارش ميكنند. خوردگي و اكسيداسيون آهن اسفنجي در شرايط اتمسفري به عنوان يكي از چالشهاي عمده در صنايع فولاد شناخته ميشود. آهن اسفنجي وقتي در معرض اتمسفر قرار ميگيرد، چه در هنگام بارگيري و حمل و نقل و چه در زمان انبار كردن آن، دچار خودسوزي و افت كيفيت به دليل تشكيل محصولات خوردگي و اكسيداسيون، در نتيجۀ واكنش سريع اين ماده با اتمسفر ميشود. براي كاهش ميزان خوردگي آهن اسفنجي در اين شرايط، روشهاي مختلفي همچون پوششدهي، استفاده از مواد آلي براي حفاظت و همچنين بهينهسازي فرايندهاي نگهداري و انبارداري پيشنهاد ميشود. دليل اصلي اين رفتار آهن اسفنجي نسبت سطح به حجم بسيار بالاي آن است كه باعث ميشود، در اتمسفرهاي حاوي اكسيژن، واكنش پذير باشد. در اين پژوهش به بررسي انواع روشها و آزمونهاي انجام شده مانند آزمون اكسيداسيون ايزوترم و غيرايزوترم جهت بررسي مقاومت به اكسيداسيون آهن اسفنجي و آزمونهاي پلاريزاسيون پتانسيوديناميك و امپدانس الكتروشيميايي و همچنين آزمون كاهش وزن جهت بررسي مقاومت به خوردگي آهن اسفنجي، با استفاده از پوششدهي آهن اسفنجي با محلولهاي هيدروكربني روغن كاركرده موتور و پارافين مايع صنعتي به صورت غوطهوري در شرايط آزمايشگاهي پرداخته شد. مواد هيدروكربني به علت جذب آب و رطوبت پايين جهت جلوگيري از خوردگي مناسب هستند. طي اين تحقيقات مشخص شد كه بالا بردن دماي محلول پوششدهي تا 100 درجه سانتيگراد، سبب افزايش قدرت نفوذ به داخل تخلخلهاي آهن اسفنجي به دليل كاهش ويسكوزيته از mm2/s 100 به حدود 10 mm2/s ميشود كه سبب جلوگيري از ورود رطوبت و اكسيژن شده و در نتيجه آن سبب افزايش مقاومت به خوردگي و اكسيداسيون آهن اسفنجي در اتمسفرهاي خورنده ميشود. با توجه به مقايسههاي انجام شده در آزمون طيفسنجي امپدانس الكتروشيميايي، اندازۀ امپدانس نمونههاي پوششدار كه معياري براي مقاومت به خوردگي بهتر ميباشد، حدود 12 برابر بزرگتر نسبت به اندازه امپدانس نمونه بدون پوشش به دست آمد؛ همچنين در آزمون جذب آب، ميزان آب جذب شده در نمونه بدون پوشش 15 درصد به دست آمد، درحالي اين مقدار در نمونه پوششدار 0/2 درصد ميباشد كه نشان از پرشدن تخلخلهاي آهن اسفنجي با پوششمذكور ميباشد، كه در نهايت سبب كاهش خوردگي و اكسيداسيون آهن اسفنجي شده و سبب بهبود راندمان كوره و صرفۀ اقتصادي بيشتر ميشود. در نتايج بدست آمده از آزمونهاي اكسيداسيون ايزوترم و غيرايزوترم مشخص شد كه نمونۀ بدون پوشش از ابتداي آزمون با افزايش وزن و اكسيداسيون مواجه ميشود؛ در حالي كه نمونههاي پوششدار در آغاز كاهش وزن را تا 300 درجه سانتيگراد تجربه ميكنند كه به دليل وجود محلول پوششدهي ميباشد و پس از مدت زماني مشخص كه رابطه مستقيمي با افزايش دماي كوره دارد، روند افزايش وزن و اكسيداسيون در هر دو گروه پوششدار و بدون پوشش مشاهده ميشود. همچنين در اين آزمون مشخص شد كه با افزايش مقدار پارافين مايع به پوشش، سبب بهبود مقاومت به اكسيداسيون آهن اسفنجي ميشود و مقدار بهينه پارافين 15-10% ميباشد.
چكيده انگليسي :
In recent years, the limited energy consumption in the direct reduction and steelmaking units, especially in the summer and winter seasons, has caused the balance between sponge iron production and consumption to be disrupted; so that most iron and steel production units store their required sponge iron in the open for a relatively long period of time in order to fulfill their annual plans. Corrosion and oxidation of sponge iron in atmospheric conditions is known as one of the major challenges in the steel industry. When sponge iron is exposed to the atmosphere, whether during loading and transportation or during storage, it undergoes self-combustion and quality loss due to the formation of corrosion and oxidation products, as a result of the rapid reaction of this material with the atmosphere. To reduce the corrosion rate of sponge iron under these conditions, various methods are proposed, such as coating, using organic materials for protection, and also optimizing storage and maintenance processes. The main reason for this behavior of sponge iron is its very high surface area to volume ratio, which makes it reactive in oxygen-containing atmospheres. In this study, a variety of methods and tests were investigated, such as isothermal and non-isothermal oxidation tests to investigate the oxidation resistance of sponge iron, potentiodynamic polarization tests and electrochemical impedance, as well as weight loss tests to investigate the corrosion resistance of sponge iron, using sponge iron coating with hydrocarbon solutions of used engine oil and industrial liquid paraffin by immersion under laboratory conditions. Hydrocarbon materials are suitable for preventing corrosion due to their low water absorption and humidity. During these investigations, it was found that raising the temperature of the coating solution to 100°C increased the penetration power into the pores of the sponge iron due to the decrease in viscosity from 100 mm2/s to about 10 mm2/s, which prevented the entry of moisture and oxygen, and as a result, increased the resistance to corrosion and oxidation of the sponge iron in corrosive atmospheres. According to the comparisons made in the electrochemical impedance spectroscopy test, the impedance of the coated samples, which is a measure of better corrosion resistance, was found to be about 12 times larger than the impedance of the uncoated sample; Also, in the water absorption test, the amount of water absorbed in the uncoated sample was 15%, while this amount in the coated sample was 0.2%, which indicates that the pores of the sponge iron are filled with the aforementioned coating, which ultimately reduces the corrosion and oxidation of the sponge iron and improves the efficiency of the furnace and increases economic efficiency. The results obtained from the isothermal and non-isothermal oxidation tests showed that the uncoated sample experiences weight gain and oxidation from the beginning of the test; while the coated samples initially experience weight loss up to 300 ° C, which is due to the presence of the coating solution, and after a certain period of time, which is directly related to the increase in furnace temperature, the trend of weight gain and oxidation is observed in both the coated and uncoated groups. It was also found in this test that increasing the amount of liquid paraffin in the coating improves the oxidation resistance of sponge iron, and the optimal amount of paraffin is 10-15%.