title-icon Статьи о ремонте
title-icon
» » Окисление металла при нагреве

Окисление металла при нагреве

Железо более, чем многие другие металлы, обладает способностью соединяться с кислородом, который в большом количестве содержится в воздухе. Поэтому на поверхности железных изделий появляется всем известная ржавчина, которая представляет из себя уже не железо, а совсем другое вещество, так называемый гидрат окиси железа, представляющий собой смесь железа с кислородом и водородом.
Особенно интенсивно железо соединяется с кислородом при высокой температуре, т. е. в процессе нагрева заготовок в печи. При этом образуется окалина, и слой ее тем толще, чем выше температура. Так, если мы примем толщину слоя окалины при температуре 900° за единицу, например 0,5 мм, то при 1000° слой окалины будет 1,0 мм — в два раза больше, при 1100° — 1,75 мм, т. е. в три с половиной, а при 1300° — 3,5 мм, т. е. в семь раз больше. Здесь, конечно, имеется в виду нормальная продолжительность нагрева.
Образование окалины обычно называют угаром металла — от слова гореть, сгорать, так как соединение любого вещества с кислородом есть горение. Металл, превращаясь в окалину, фактически сгорает, так как железа в ней содержится не больше 30% (остальное—кислород). Поэтому необходимо вести борьбу с образованием окалины — горением металла, уничтожающим ценный материал — железо.
Угар металла зависит от вида сжигаемого топлива, от способа нагрева и от конструкции печи. Для печей, работающих на мазуте, угар составляет от 2,5 до 4% от веса нагреваемого металла, т. е. на каждую тонну заготовок превращается в окалину от 25 до 40 кг. Окалина, вдавливаясь в тело поковки при ковке и штамповке, оставляет там вмятины. Учитывая это, приходится назначать на размеры поковки увеличенный припуск и превращать часть здорового металла в стружку. Потери металла на увеличенных припусках составляют примерно еще столько же. В масштабе нашей страны все эти потери в сумме выражаются в сотнях тысяч тонн. Вот почему кузнец и нагревальщик должны стремиться так нагревать заготовки, чтобы свести до минимума угар металла.
Для этого существует несколько способов. Одни из них направлены на предотвращение и уменьшение появления окалины, другие на удаление окалины с заготовки и готовой поковки. Чтобы уменьшить угар металла, нужно нагревать его так, чтобы горение топлива в печи происходило без избытка воздуха. Этого добиваются, во-первых, соответствующей регулировкой форсунок или горелок. При регулировке наблюдают за пламенем печи. Если пламя светлое, прозрачное, а при работе на газе — желтоватое, то горение топлива идет с избытком кислорода воздуха, если пламя коптящее, а в газовых печах — голубое, то воздуха недостаточно. Нужно выбрать какое-то среднее положение, так как, например, если работать с недостатком воздуха, то хотя окалины будет меньше, зато температура печи будет невысокая, что скажется на производительности труда. Во-вторых, нужно следить, чтобы в печь попадало поменьше воздуха через окна, щели и другие неплотности в печи. Особенно вреден воздух, подсасывающийся через рабочее окно печи. Он почти не смешивается с печными газами, стелется по поду печи, омывая и окисляя находящийся там металл (фиг. 28). Подсос воздуха, охлаждая металл и подину печи, вызывает, кроме того, неравномерный нагрев заготовок, излишний расход топлива и наросты на подине (окалина, соединившаяся с материалом кирпича).
Окисление металла при нагреве

Кузнецы и нагревальщики не должны допускать неисправностей в дверцах и окнах печи, открывать их при выдаче металла на меньшую высоту. Уменьшить угар металла можно также и путем строгого соблюдения режима нагрева, не допуская чрезмерной и ненужной выдержки заготовок в печи при высоких температурах — выше 900° Если при работе печей на мазуте возможно применить мазут хорошего качества, мало содержащий серы, то это будет способствовать уменьшению акалины, так как присутствие в мазуте серы увеличивает угар.
В настоящее время в технике еще не найдены способы для полного устранения угара металла при нагреве, но известны и широко применяются способы значительного его снижения. Например, при электронагреве угар металла составляет от 0,5 до 1%, т. е. в 5—10 раз меньше. Даже угар металла при газовом нагреве составляет 2—2,5%, т. е. на 25—50% меньше, чем при мазутном. Применение скоростных методов нагрева также способствует уменьшению угара. Все более начинает применяться безокислительный нагрев в печах, наполненных газом, не содержащим кислорода. Применение рекуператоров для подогрева воздуха, идущего к форсункам и к газовым горелкам, также способствует значительному снижению угара, так как повышается температура рабочего пространства печи и ускоряется нагрев заготовок.
Если в цеховых условиях нельзя предотвратить появление окалины, тогда необходимо принять меры к тому, чтобы она не снижала качества готовой поковки образованием вмятин и раковин. Легче всего бороться с окалиной при ковке и штамповке на молотах, ударное действие которых способствует сбиванию окалины. Ее остается только своевременно сдувать сжатым воздухом или паром. При ковке и штамповке на прессах, при штамповке на горизонтально-ковочных и других машинах для удаления окалины с нагретых заготовок приходится применять такие простые средства, как обивку, соскребывание, а также более сложные — гидравлическую очистку в специальных аппаратах водой высокого давления, вибрационную очистку и т. д.
Следует помнить, что окалина всегда быстрее образуется при подогреве заготовок, так как холодный металл имеет окисленную поверхность, предохраняющую его от дальнейшего окисления. По этой же причине при выдаче заготовок из печи не следует торопиться сбивать окалину, так как во время переноса их к молоту или прессу быстро образуется новая пленка окислов. Окалину нужно сбивать непосредственно перед ковкой и штамповкой. До ковки окалину сбивать не следует еще и потому, что она сохраняет тепло и является своего рода «шубой».
Для того чтобы окалина не оставалась на готовой поковке и не изнашивала режущий инструмент при механической обработке, применяют очистку поковок в барабанах, в дробеструйных и дробеметных аппаратах, а также путем травления в кислотах.

title-icon Подобные новости