Адрес этой страницы' ?>

<<Предыдущая страница Оглавление книги Следующая страница>>

Окалинообразование и обезуглероживание металла при нагреве в газовых и электрических печах. Причины.

При нагреве в газовых и электрических печах происходит окалинообразование и обезуглероживание металла.

Окалинообразование. Окалина образуется вследствие окисления металла при повышенной температуре. Атомы железа на поверхности металла взаимодействуют с кислородом, в результате чего возникают окислы FeO, Fe₂O₃ и Fe₃O₄. Из этих окислов и состоит слой окалины. Такой слой, однако, не является преградой для кислорода. Атомы кислорода, имеющегося в печной атмосфере, путем диффузии проникают сквозь слой окалины, достигают атомов железа, и вновь образуются окислы. Таким образом, процесс окалинообразования идет непрерывно. Чем выше температура, тем больше скорость диффузии, и тем интенсивнее образуется окалина.

В печной атмосфере могут быть как окисляющие, так и восстановительные газы. К окисляющим газам относятся кислород, пары воды и двуокись углерода, а к восстановительным — водород и окись углерода. Для предотвращения окисления при нагреве нет необходимости полностью удалять из печи все окислительные газы. Достаточно установить определенное соотношение между содержанием окислительных и восстановительных газов. Наша промышленность изготовляет специальные установки для получения атмосфер с заданным соотношением окислительных и восстановительных газов. Это так называемые защитные или контролируемые атмосферы.

Обезуглероживание. При высокой температуре газы, имеющиеся в составе печной атмосферы: кислород, двуокись, углерода, пары воды и водород, вступают в реакцию с углеродом, входящим в состав стали, в результате чего поверхность деталей обезуглероживается. Содержание углерода в нижележащих слоях оказывается большим, чем у поверхности. В этих условиях неизбежно начинается перемещение атомов углерода (диффузия) из нижележащих слоев к поверхности, где происходит контакт с печными газами, и, таким образом, выгорание углерода продолжается. Следовательно, обезуглероживание связано с процессом диффузии. Чем выше температура, тем больше скорость диффузии и степень обезуглероживания.

Применение защитных атмосфер позволяет полностью устранить окалинообразование и обезуглероживание. Большое распространение в промышленности получили эндогазовые и экзогазовые защитные атмосферы. Эндогазовая или эндотермическая атмосфера получается путем сжигания природного газа в специальном генераторе при недостатке воздуха. Для того чтобы происходило горение газа при недостатке воздуха, необходимо нагревать газогенератор, т. е. вводить внутрь его теплоту. Отсюда и название атмосферы эндотермическая («эндо» означает внутрь). Для получения экзотермической атмосферы также производят сжигание природного газа с недостатком воздуха, однако расход воздуха дается больше, чем при получении эндогаза. В этом случае подводить в генератор теплоту для горения уже не надо. Напротив, горение происходит с выделением теплоты наружу. Отсюда и название— экзотермическая атмосфера («экзо» означает наружный). Такой газ применяется как в очищенном, так и в неочищенном состоянии. Очистка заключается в удалении двуокиси углерода и паров воды. Эндогаз содержит 40% Н₂, 20% СО, остальное — азот. Содержание водорода в экзогазе значительно меньшее. В этом его достоинство, поскольку водород способствует повышению хрупкости стали. Хорошие результаты дает использование эндоэкзотермической атмосферы, содержащей 20% Н₂.

Само собой разумеется, что применение защитных атмосфер целесообразно только в таких печах, где обеспечивается относительная герметичность рабочего пространства. Такие печи в настоящее время выпускаются нашей промышленностью.