Доменный процесс Железные руды, флюсы и топливо

В промышленно развитых странах  убытки от коррозии составляют примерно 5-10% от национального дохода. Так, в  США общие убытки причиняемые  коррозией составляют околев 70 млрд. долл. в год.

Классификация коррозионных процессов. По механизму протекания процесса различают химическую и электрохимическую виды коррозии. Коррозия по условиям протекания бывает следующая: газовая, в неэлектролитах, атмосферная, в электролитах, почвенная, коррозия внешним током, контактная, структурная, коррозия под напряжением, коррозия при трении, щелевая, биокоррозия.

По характеру коррозионного  разрушения коррозия бывает следующей: общая (сплошная) и местная.

Химическая  коррозия металлов. Эта коррозия возникает при действии на металлы сухих газов (продуктов горения топлива и др.) и жидких неэлектролитов (нефти, бензина и т.п.). В большинстве случаев продукты газовой коррозии образуются и остаются на металле в виде пленки, характер которой определяет ее защитные свойства. Эти плёнки на металлах по толщине могут быть подразделены на 3 группы: тонкие (невидимые) (до 400 Å), средние (от 400 до 5000 Å), дающие цвета побежалости, толстые (видимые, толщиной свыше 5000 Å) - термическая окалина и др. Защитными свойствами могут обладать только плёнки, покрывающие сплошным слоем всю поверхность металла.

Электрохимическая коррозия металлов. Основное отличие электрохимического механизма коррозии металлов от чисто химического заключается в том, что взаимодействие среды с металлом разделается на два в значительной степени самостоятельных процесса: анодный и катодный.

 В большинстве случаев  для электрохимической коррозии  характерна локализация анодного и катодного процессов на различных участках.

В общем, электрохимическая  коррозия аналогична реакции в гальваническом элементе.

Условно металлы, стоящие  в ряду напряжений выше водорода, называют электроотрицательными а ниже электроположительными.

Потенциал, который возникает  при погружении металла в электролит, называется электродным потенциалом  металла.

Если два различных  металла в электролите привести в соприкосновение, то они образуют гальванический элемент, в котором  металл с более отрицательным  потенциалом будет анодом, а с более положительным - катодом. В качестве примера можно взять железо и никель, помещенные в раствор серной кислоты. Так как потенциал железа отрицательнее потенциала никеля, железо станет анодом, этой гальванической пары и будет растворяться.

Коррозию металлов можно  рассматривать как результат  действия множества коррозионных микроэлементов, находящихся на поверхности металла  в соприкосновении с электролитом.

Вещества, прибавление которых  уменьшает процесс поляризации, называют деполяризаторами.

 Защита металлов от коррозии

Защита  металлов от химической коррозии

Для защиты металлов от газовой  коррозии (наиболее распространенного  вида химической коррозии) существуют следующие основные способы: жаростойкое  легирование (основа легирования - хром); применение защитных атмосфер (инертные газы); термодиффузный метод, заключающийся в нанесении с помощью диффузии покрытий из алюминия, хрома, кремния и др.; метод планирования, заключающийся в изготовлении биметаллических листов и лент, позволяющий экономить около 60% высоколегированной стали; неметаллические покрытия в виде жаростойких эмалей, полученные путем сплавления и представляющие собой керамические покрытия, состоящие из неорганических оксидов.

Защита  металлов от электрохимической коррозии

Коррозионно-стойкие сплавы. Этот способ заключается за счет легирования  конструкционного материала другими  металлами. Эти сплавы классифицируют по трем признакам: по составу, по характеру  устойчивости и структуре.

Обработка внешней среды. Сущность этого метода заключается  в удалении некоторых реагентов, присутствующих в окружающей среде  и вызывающих коррозию или же в  добавлении специальных веществ, замедляющих  коррозионные процессы. Такие вещества называются замедлителями или ингибиторами.

Электрохимическая защита. Этот способ применяется в растворах  с высокой электропроводностью (например, в морской воде). Заключается он в присоединении к конструкции  метопа, имеющего более отрицательный  потенциал (протектора), или с помощью  тока, приложенного извне. Например, для  защиты стали в контакте с металлической  конструкцией укрепляют цинковую пластинку. Или, защищаемое изделие присоединяется, к минусу источника тока и поляризуется катодно, а дополнительный электрод, присоединенный к плюсу, поляризуется анодно (например: корпуса судов, трубопроводы др.).

Металлические покрытия наносят  для защита от коррозии, придания декоративных свойств, а также повышения износостойкости и др. Все Металлические покрытия по их полярности относительно защищаемого металла подразделяются на катодные, анодные. Катодные покрытия в обычных условиях защищают основной металл механически, изолируя его от внешней среды. При нарушении их сплошности коррозия из-за образующихся активных гальванических пар может резко усилиться. Анодные покрытия в обычных условиях защищают металл не только механически, но и путем электрохимической зашиты, так как при нарушении их сплошности (поры, трещины и т.п.) обнажившийся металл будет играть роль катода, и не будет растворяться.

Пассивирование поверхности. Этот метод заключается в получении  защитных пленок на металлах в результате химической или электрохимической  обработки их поверхности в специальных  растворах. В качестве примера можно  привести: оксидирование, фосфатирование и др.

Неметаллические покрытия. Этот вид включает в себя органические и неорганические покрытия. Простейшими видами органических покрытии являются смазки, чаще консистентные. Лакокрасочные покрытия - наиболее распространенный способ зашиты от коррозии в атмосфере. Краски представляют собой суспензии минеральных веществ: красителей в плёнкообразователе с добавкой наполнителей и сиккативов (ускоряющих образование твердой масляной пленки). Лаки являются коллоидными растворами высыхающих масел, смёл и эфиров целлюлозы в летучих органических растворителях. К органическим покрытиям относятся покрытия смолами, которые наносят жидкими в нагретом и растворенном состоянии, а также гуммирование. К неорганическим покрытиям относятся также: цементные и бетонные покрытия, силикатные эмали и др.

Нефть и  нефтепродукты

Нефть представляет собой вязкую маслянистую жидкость с характерным запахом. Цвет нефти (зависит от растворенных в ней смол) - черный, темно-бурый иногда буро-зеленоватый. Встречается слабоокрашенная в желто-зеленый и даже бесцветная нефть. Многие виды нефти флуоресцируют (легкие - голубоватым, тяжелые - желто-бурым цветом). В воде нефть практически не растворима, но иногда образует с ней устойчивые эмульсии.

Плотность нефти колеблется от 0,73 до 1,06 г/см³. Нефть, плотность которой ниже 0,9 г/см³ называется легкой (бензиновой), выше – тяжелой. Теплотворная способность 40-46 МДж/кг, температура кипения легкой нефти 50-100°С, температура застывания зависит от содержания в ней твердых углеводородов и смолистых веществ и колеблется от -12 до -80°С.

В химическом отношении нефть  представляет собой смесь углеводородов  и углеродистых соединений, а также кислорода, азота, серы и других элементов.

Различают элементарный, групповой  и фракционный состав нефти.

Элементарный состав нефти (в процентах по массе): 83-87% C; 12-14% Н; 0,01-3,0% N; 0,1-2,0% O; 0,03-1,7% S.

Групповой состав нефти (в  зависимости от содержания различных  углеводородов): алканы (парафиновые углеводороды) до 70%; цикланы (нафтеновые углеводороды) - до 75%; арены (ароматические углеводороды) до 35%.

Фракционный состав - определяется разделением нефти по различной  температуре кипения составных  частей. Фракция нефти - это ее доля (труппа углеводородов), выкипающая в определенном интервале температур. Например, бензиновая, выкипающая при температуре до 200°C, легроиновая - до 230°С, керосиновая – до 300°С и др.

В основе классификации нефти  лежит ее химический состав.

По содержанию серы нефть  подразделяют на 3 класса: I - малосернистая (не более 0,5% S): II- сернистая (0,51-2,0% S); III- высокосернистая (более 2% S).

 В зависимости от потенциального суммарного содержания топлива (фракций, выкипающих до 350°С) нефть подразделяется на три типа (T₁;T;₂T₃), для которых выход топливных фракций составляет соответственно не менее 45; 30-44,9 и менее 30%).

В зависимости от потенциального суммарного содержания базовых, дистиллятных и остаточных масел нефть  делится на 4 группы (М₁, М₂. М₃, М₄). Для этих групп выход масел в пересчёте на нефть составляет соответственно: 25; 15-25, менее 15%. Нефти с выходом масел более 20% называют масляными.

По качеству получаемых масел различают нефть, двух подгрупп (И₁, И₂), для которых индекс вязкости базовых масел соответственно более 85 и 40-85.

В зависимости от содержания парафина и возможности получения топлива для реактивных двигателей зимних или летних дизельных топлив и дистиллятных базовых масел нефти делят на три типа (П₁, П₂, П₃). Содержание парафина в каждой из них соответственно не белее 1,5; 1,51-6,0: более 6,0%.

По содержанию основного углеродного компонента нефть подразделяется на метановую (парафиновую), нафтеновую и ароматическую, по содержанию смол - на малосмолистую (до 8%), смолистую (8-28%) и сильносмолистую.

По месторождению нефть можно разделить на морскую и материковую. В настоящее время около 1/3 всей нефти в мире добывается со дна морей. Почти вся добываемая, в мире нефть извлекается из скважин, проходимых бурением.

К основным методам скважинного  способа добычи относятся фонтанный, при котором нефть естественно фонтанирует через скважину вытесняется из залежи пластовым давлением, и механический - с применением различных механических устройств, из которых наиболее распространены: компрессорный, штанговая и бесштанговая глубинно-насосная эксплуатация.

Нефтепродукты

Переработкой нефти получают продукты более 10 тыс. наименований. По объёму потребления наибольшую значимость имеет искусственное жидкое топливо (карбюраторное, дизельное, котельное, реактивное и др.), смазочные масла  консистентные смазки, конструкционные масла и технологические жидкости.

Карбюраторное топливо предназначено для двигателей внутреннего сгорания с зажиганием от электрической искры. Основной показатель детонационная стойкость, оцениваемая октановым числом, изменяющимся от 0 до 100. Октановое число определяется процентным содержанием малосклонного к детонации изооктана по сравнению с присутствующим в топливе нормальным гектаном, сгорающим со взрывом и вызывающим преждевременный износ двигателя.

Поскольку детонационная  стойкость изооктана условно  принята за 100 единиц, а н-гектана  за 0, качество топлива тем лучше, чем больше в нем изооктана  и. следовательно, чем выше октановое  число. Автомобильные бензины имеют  октановое число 66, 72, 76, 93, 95 и 98; авиационные - 70, 91, 95, 100; тракторный лигроин - 54. Повышение октанового числа достигается использованием более совершенных приемов каталитического крекинга, риформинга, анилирования и изомеризации нефтяных фракций, увеличением содержания ароматических углеводородов, а также добавлением к бензину тетраэтилсвинца.

Дизельное топливо используется в поршневых двигателях, воспламеняется от сжатия, необходимая температура  воспламенения 550-600°С. Основной показатель воспламеняемости - цетановое число, характеризующее склонность дизельного топлива к воспламенению. Цетановое число определяется по эталонной смеси сравнением легко воспламеняющегося цетана и трудно воспламеняющегося a-метилнафталина. Чем больше цетановое число, т.е. чем больше в топливе парафинов и меньше ароматических соединений, тем выше качество дизельного топлива. Для тихоходных двигателей (с числом оборотов менее 1000 об/мин) используются соляровые наела с цетановым числом меньше 40, для быстроходных - с цетановым числом от 40 до 50. В дизельных топливах всех марок, так же как и в карбюраторных, строго регламентируется кислотность, щелочность содержание серы и влаги, поскольку они сокращают срок службы двигателя.

Котельное топливо используют в паровых котлах, электростанциях, парогенераторах и котельных установках, промышленных печах. К этому виду топлива относятся мазуты (продукты прямой перегонки нефти), жидкие продукты переработки каменных углей и горючих сланцев, гудроны.

Реактивное  топливо применяется в реактивных и газотурбинных двигателях, получают его из нефти фракционной перегонкой. В основном это керосины, содержащие бензиновые и утяжеленные фракции и различные присадки. Присадки ускоряют отстаивание механических примесей, увеличивают термическую стабильности, усиливают смазывающие и ослабляют абразивные свойства продуктов сгорания.

Смазочные масла получают перегонкой мазута под вакуумом; применяются они во всех движущихся деталях для уменьшения трения и отвода теплоты. Лучшее сырье - малосмолистые и малопарафинистые нефти. По назначению классифицируются на моторные, индустриальные, турбинные, компрессорные, цилиндровые, трансмиссионные и т.д., а по теплоте застывания на зимние и летние. Тщательно очищенная узкая фракция некоторых масляных дистилляторов используется электротехнике для заполнения масляных трансформаторов, выключателей реостатов. Применяемое для этих целей трансформаторное масло является хорошим диэлектриком и теплотворящей средой.