پوشش‌دهي آهن اسفنجي به منظور بهبود مقاومت به خوردگي و اكسيداسيون در شرايط اتمسفري

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مواد

كارشناسي ارشد

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.

236059

شناسايي و انتخاب مواد

مهندسي مواد

دانشگاه صنعتي اصفهان