CC BY
520
Chernyaev Alexander Alexandrovich - Postgraduate Student, Nosov Magnitogorsk State Technical University. E-mail: alexch study@mail.ru
Panteleev Anton Vladimirovich - Assistant Professor, Nosov Magnitogorsk State Technical University. E-mail: anpanteleev2010@mail.ru
Abstract. A new ITmk3-basedfine-grained zinc-bearing metallurgical wastes recycling method of direct reduction was developed. The method allows producing iron pellets and zinc extracting within 9-12 minutes.
Keywords: direct reduction, zinc-bearing wastes, sludge, dust.
References
1. Nikiforov B.A., Bigeev V.A., Sibagatulin S.K. et al. Metallization of blast furnace sludge. Vestnik Magnitogorskogo gosudarstvennogo tehni-cheskogo universiteta im. G.I.Nosova [Vestnik of Nosov Magnitogorsk State Technical University]. 2005, no. 3, pp. 23-25.
2. Kobayashi I., Tanigaki Y. and Uragami A. A new process to produce iron directly from fine ore and coal. Iron and Steelmaker, 2001, no. 9, pp. 19-22.
3. Panishev N.V., Dubrovsky B.A., Starikov A.I., Redin E.V. and Knyazev E.V. Direct reduction of Ti-V magnetite via ITmk3 technology. Proceedings of the 4th International Symposium on High-Temperature Metallurgical Processing, San Antonio, Texas, USA, March 3 - 7, 2013, pp. 45-48.
4. Dubrovsky B.A., Shiliaev P.V., Redin E.V. et al. Metallization of siderites from Bakal ore deposits and production of iron pellets Sbornik trudov VI Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii «Energosberegayuschie tehnologii v promyishlennosti. Pechnyie agregatyi. Ekolo-giya», posvyaschennoy 80-letiyu MMK. Moskva, 15- 20 oktyabrya, 2012 g [Collected papers of VI International theoretical and practical conference "Energy-efficient technologies in industry. Furnaces. Ecology" dedicated to the 80th anniversary of MMK]. Moscow, 2012, pp. 178-182.
5. Voskoboynikov V.G., Dunaev N.E., Mihalevich A.G. et al. Svoystva zhidkih domennyih shlakov [Characteristics of liquid blust furnace slags]. Moscow: Metallurgiya, 1975, 184 p.
6. Bigeev V.A., Panteleev A.V., Chernyaev A.A. Mathematical modelling of solid-phase disoxidation of dust and sludge Matematicheskoe i pro-grammnoe obespechenie sistem v promyishlennoy i sotsialnoy sferah. [Mathematical models and software for industry and social sphere systems]. Magnitogorsk: Publishing house of Nosov Magnitogorsk State Technical University, 2011, vol. II, pp. 151-155.
♦ ♦ ♦
УДК 620.193
Коляда Л.Г., Кремнева А.В.
ИЗУЧЕНИЕ АНТИКОРРОЗИОННЫХ СВОЙСТВ КОМБИНИРОВАННЫХ УПАКОВОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ МЕТАЛЛОПРОДУКЦИИ
Аннтотация. В работе изучены антикоррозионные свойства комбинированных упаковочных материалов на основе бумаги фирмы Fislage для защиты холоднокатаной и оцинкованной стали. Одним из основных факторов, влияющих на атмосферную коррозию, является влажность. Установлено, что наиболее неблагоприятный температурный диапазон, с точки зрения эксплуатации металлопродукции, - это интервал 30-40°С, когда наблюдается рост паропроницаемости упаковочных материалов и возрастает доступ паров воды к поверхности металла. Упаковочные бумаги, содержащие летучие ингибиторы коррозии, оказывают защитное действие в условиях повышенной относительной влажности: показатель коррозии остаётся примерно на одном уровне, не превышая 5,0 г/м2.
Ключевые слова: коррозия, влажность, летучий ингибитор коррозии, комбинированный упаковочный материал, холоднокатаная сталь, оцинкованная сталь, коррозия, показатель коррозии.
В настоящее время, несмотря на широкое развитие промышленности синтетических веществ, металлы по-прежнему остаются основным конструкционным материалом. При эксплуатации металлических изделий, длительном хранении, транспортировании через различные климатические зоны они подвергаются атмосферной коррозии. По оценкам экспертов, коррозия за год уничтожает от 25 до 30% годового объёма производства чёрных металлов. Это указывает на исключительную важность проблемы борьбы с коррозией металлов, а следовательно, на большую значимость поиска оптимальных упаковочных материалов для антикоррозионной защиты металлов.
Прогрессивным направлением в борьбе с коррозией является разработка упаковочных материалов, содержащих ингибиторы коррозии [1]. В последние годы эта проблема встала особенно остро в связи с расширением экспорта металлопродукции. В ряде случаев транспортирование продукции происходит в открытых полувагонах или морским путём через районы с влажным тропическим климатом.
Идеальная упаковка для металлопродукции должна полностью исключать доступ к поверхности металлоизделия паров воды и агрессивных газов, вызывающих коррозию, а также упаковка должна обладать необходимыми прочностными свойствами, га-
рантирующими сохранность её самой и упакованного в нее металлоизделия от механического повреждения. Упаковка должна обеспечивать противодействие различным нагрузкам при логистических операциях и перевозке на значительные расстояния.
Одним из современных средств защиты металлов от атмосферной коррозии являются упаковочные комбинированные материалы - крепированная бумага, ламинированная полиэтиленом [2]. Бумага-основа является носителем ингибитора и поглотителем конденсационной влаги. Полимерное покрытие выполняет роль барьера для атмосферных загрязнителей и влаги.
Цель исследований заключалась в изучении защитных свойств упаковочных комбинированных материалов в условиях атмосферной коррозии. Объекты исследования - упаковочные бумаги ламинированные полиэтиленом, армированные полипропиленовой сеткой и содержащие летучие ингибиторы коррозии (см. таблицу).
Объекты исследования
Название бумаги Ингибитор Масса ингибитора, г/м2 Масса бумаги, г/м2
Fislage Летучий "N" 9,5 159,0
Fislage Летучий "Z" 12,7 170,0
Упаковочная бумага марки Fislage с ингибитором "N" предназначена для упаковки холоднокатаной стали, с ингибитором "Z" - для упаковки оцинкованной стали.
Наиболее важным фактором, определяющим скорость атмосферной коррозии, является влажность атмосферы. От относительной влажности зависит количество воды, которое сконденсируется при охлаждении на поверхности металла. Так, толщина водной пленки, образующейся на поверхности железа при относительной влажности воздуха 55%, составляет 15 молекулярных слоев, а при относительной влажности 100% - 90-100 слоев [1]. Крепированная бумажная основа упаковочного материала должна впитывать конденсационную влагу и тем самым предотвращать развитие коррозионного процесса.
Барьерные свойства упаковочных материалов по отношению к парам воды можно оценить через паро-проницаемость - перенос водяных паров через упаковочный материал. Движущей силой этого процесса является разность давлений или концентраций. В комбинированном упаковочном материале реализуются два механизма процесса паропроницаемости. В полимерном материале проницаемость обусловлена диффузионными процессами, которые описываются первым законом Фика. Молекулярная диффузия всегда протекает в направлении уменьшения концентрации вещества и зависит от свойств диффундирующего вещества, свойств материала, через который оно проникает, температуры и давления [1]. Прохождение молекул воды через бумажную основу носит более
сложный характер, который включает диффузионный механизм переноса паров и механизм ламинарного потока, подчиняющиеся закону Пуазейля [3]. Температурная зависимость паропроницаемости упаковочных бумаг, определенной по ГОСТ 9.507-88, представлена на рис. 1.
ТеШЩУ»?у рС, С
Рис.1. Температурная зависимость паропроницаемости
Первые адсорбированные молекулы воды способны расширить зазоры между макромолекулами целлюлозы, не имеющими химических связей. Между молекулами воды и гидроксогруппами целлюлозы происходит образование водородных связей, что способствует набуханию целлюлозы, в результате чего паропроницаемость растет. При дальнейшем повышении температуры происходит разрушение водородных связей, что сопровождается ростом кинетической подвижности макромолекул целлюлозы, их сближением и уплотнением - в результате паропро-ницаемость снижается [3]. Таким образом, наиболее неблагоприятным температурным диапазоном, с точки зрения эксплуатации, является интервал 30-40°С, когда наблюдается рост паропроницаемости и возрастает доступ паров воды к поверхности металла.
Основным преимуществом упаковочных материалов на бумажной основе является способность бумаги впитывать влагу, конденсирующуюся внутри упаковки при перепаде температур. Для оценки впитывающей способности образцы упаковочных бумаг экспонировали в условиях различной относительной влажности, затем гравиметрически определяли изменение массы образцов. Зависимость массы упаковочных бумаг от относительной влажности воздуха представлена на рис. 2.
При невысоких значениях относительной влажности пары воды сорбируются, образуя с гидроксо-группами целлюлозы водородные связи. При относительной влажности 75-85% достигается определенная степень насыщения, что сопровождается расстекло-выванием структуры и восстановлением структуры целлюлозных волокон с тонкой системой пор и капилляров [3]. В этих порах и капиллярах происходит конденсация паров воды.
-Fislage "N" -Fislage "Z'
-Бумага без ингибитора
Рис. 2. Зависимость массы бумаг от относительной влажности
Известно [1], что относительная влажность 75% - критическая влажность, при которой скорость испарения и скорость конденсации влаги одинаковы. Основное увеличение водопоглощения происходит в области относительной влажности выше 90% - идет процесс капиллярной конденсации.
В условиях различной относительной влажности была проведена оценка защитного действия упаковочных бумаг от атмосферной коррозии холоднокатаной и оцинкованной стали. Металлические пластины, упакованные в исследуемые бумаги, экспонировали в условиях различной относительной влажности в течение 30 суток. Металлические образцы снимали с экспозиции, взвешивали, оценивали потерю массы и рассчитывали показатель коррозии К (г/м2) по уравнению [4]
Р " Р2
K = —-- ,
S-т
где Р1 - начальная масса образца, г; Р2 - масса образца после испытаний, г; S - площадь образца, м2; Т - время испытаний, ч.
Показатель коррозии для пластин, упакованных в бумаги фирмы Fislage, остаётся примерно на одном уровне (менее 5 г/м2) во всём диапазоне значений относительной влажности (рис. 3), что обусловлено защитным действием летучего ингибитора коррозии [6]. Для пластин, упакованных в бумагу без летучего ингибитора коррозии, минимальные значения показателя коррозии соответствуют низким значениям относительной влажности (ниже 70%), при которых наблюдается высокое влагопоглощение. Максимальная коррозия соответствует относительной влажности 7580%.
Можно предположить, что в результате низкой впитывающей способности бумаг в области относительной влажности 75-85% на поверхности металлической пластины образуется тонкая плёнка воды, что способствует возникновению и развитию коррозионного процесса.
Рис. 3. Зависимость показателя коррозии от относительной влажности
Согласно [5] продуктами атмосферной коррозии на холоднокатаной стали являются FeOOH, Fe2O3 и Fe3O4, на оцинкованной стали - 2ZnCO3•3Zn(OH)2 и ZnCO3•3Zn(OH)2. После экспозиции масса пластин из холоднокатаной стали возросла. Привес массы металла соответствует массе образовавшихся продуктов коррозии, которые имеют хорошую адгезию к металлу.
Масса пластин из оцинкованной стали, в основном, уменьшается, что свидетельствует о потере продуктов коррозии в результате их плохого сцепления с поверхностью металла и частичного растворения.
Таким образом, наиболее неблагоприятным температурным диапазоном, с точки зрения эксплуатации металлопродукции, является интервал 30-40°С, когда наблюдается рост паропроницаемости и возрастает доступ паров воды к поверхности металла.
Упаковочные бумаги, содержащие летучие ингибиторы коррозии, оказывают защитное действие в условиях повышенной относительной влажности: показатель коррозии остаётся примерно на одном уровне, не превышая 5,0 г/м2.
Список литературы
1. Розенфельд И.Л., Персианцева В.П. Ингибиторы атмосферной коррозии. М.: Наука, 1985. 280 с.
2. Рогова А.Н., Разумков А.В. Современные способы защиты металлоизделий от коррозии многослойными комбинированными материалами // Тара и упаковка. 2002. №6. С. 44-47.
3. Папков С.П., Файнберг Э.З. Взаимодействие целлюлозы и целлюлозных материалов с водой. М.: Химия, 1976. 232 с.
4. Панченко Ю.М., Стрекалов П.В. О расчете средней коррозионной стойкости и общего утончения металлических пластин и проволоки при определении коррозивности атмосферы // Защита металлов. 2002. Т. 38. №5. С. 538-543.
5. Панченко Ю.М., Стрекалов П.В. Образование, удержание и сброс продуктов атмосферной коррозии металлов. 2. Кинетика коррозии и сброса // Защита металлов. 2005. Т. 41. №6. С. 602-613.
6. Коляда Л.Г., Салихова Л.Р., Катюшенко О.М. Изучение защитных свойств комбинированных упаковочных материалов // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2007. №1 (17). С. 110-113.
Сведения об авторах
Коляда Людмила Григорьевна - канд. техн. наук, доц. кафедры химии ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». Тел.: 8(3519)29-85-33. E-mail: chem@magtu.ru
Кремнева Анастасия Владиславовна - ст. преп. кафедры химии ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». Тел.: 8(3519)29-85-33. E-mail: a-kremneva@mail.ru
INFORMATION ABOUT THE PAPER IN ENGLISH
STUDYING OF ANTICORROSIVE PROPERTIES OF THE COMBINED PACKING MATERIALS FOR STEEL PRODUCTS
Kolyada Ludmila - Ph. D. (Eng.), Associate Professor, Nosov Magnitogorsk State Technical University. Phone: 8(3519)29-85-33. E-mail: chem@magtu.ru
Kremneva Anastasia - Assistant Professor, Nosov Magnitogorsk State Technical University. Phone: 8(3519)29-85-33. E-mail: a-kremneva@mail.ru
Abstract. Anticorrosive properties of the combined packing materials on the basis of paper of Fislage firm for protection of cold rolled and galvanized steel are studied. One of the major factors influencing atmospheric corrosion is moisture. It is established that the most adverse temperature range is the interval (30-40) °C because growth of vapor permeability of packing materials is observed and access of vapors of water to a metal .surface increases. Containing flying corrosion inhibitors packing papers have protective effect in the conditions of the increased relative moisture. The rate of corrosion remains approximately at one level, without exceeding 5,0 g/m2.
Keywords: corrosion, moisture, flying corrosion inhibitor, combined packing material, cold rolled steel, galvanized steel, rate of corrosion.
References
1. Rozenfild I.L., Persianceva V.P. Ingibitoryiatmosfernoy korrozii [Inhibitors of atmospheric corrosion]. Moscow, 1985, 280 p.
2. Rogova A. N., Razumkov A.V. Modern methods of metal protecting from corrosion with a help of multilayer combined materials. Tara i upakov-ka [Packaging], 2002, no 6, pp. 44 - 47.
3. Papkov S.P., Fainberg E.Z. Vzaimodeystvie tsellyulozyi i tsellyuloznyih materialov s vodoy [Interaction of cellulose and cellulose materials with water]. Moscow, 1976, 232 p.
4. Panchenko U.M., Strekalov P.V. About calculation of average corrosion resistance and the general thinning of metal plates and a wire when determining atmospheric corrosion. Zashita metallov [Protection of metals]. 2002, vol.38, no 5, pp. 538 - 543.
5. Panchenko U.M., Strekalov P.V., Formation, deduction and dumping of products of atmospheric corrosion of metals. 2. Kinetics of corrosion and dumping. Zashita metallov [Protection of metals]. 2005, vol.41, no 6, pp. 602 - 613.
6. Kolyada L.G., Salihova L.R., Katushenko O.M. Studying of protective properties of the combined packing materials. Vestnik Magnitogorskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta im, G,I, Nosova [Vestnik of Nosov Magnitogorsk State Technical University]. 2007, no.1 (17), pp. 110 - 113.
♦ ♦ ♦
