cvmetИзвестия вузов. Цветная металлургияIzvestiya. Non-Ferrous Metallurgy0021-34382412-8783НИТУ МИСИС10.17073/0021-3438-2019-1-34-49cvmet-865Research ArticleМеталлургия цветных металловMetallurgy of Non-Ferrous MetalsКоррозия углеродистой стали и чугуна в газовой фазе над солевыми расплавами, применяемыми в магниевой промышленностиCorrosion of carbon steel and cast iron in gas phase above salt melts used in magnesium industryКомелинИ. М.KomelinI. M.

Ведущий инженер кафедры цветных металлов и золота НИТУ «МИСиС»

Komelin I.M. — leading engineer of the Department of non-ferrous metals and gold.

119049, Moscow, Leninskii pr., 4

komelin@mail.ruЛысенкоА. П.LysenkoA. P.

Кандидат технических наук, доцент, профессор той же кафедры.

Москва

Lysenko A.P. — Cand. Sci. (Tech.), associate prof., professor of the Department of non-ferrous metals and gold.

Moscow

reikis@yandex.ruКондратьеваД. С.Kondrat'evaD. S.

Аспирант той же кафедры.

Москва

Kondrat'eva D.S. — postgraduate student of the Department of non-ferrous metals and gold.

Moscow

dkandrateva.92@mail.ruНациональный исследовательский технологический университет (НИТУ) МИСиСРоссияNational University of Science and Technology (NUST) «MISIS»Russian Federation201922022019013449Copyright © Комелин И.М., Лысенко А.П., Кондратьева Д.С., 20192019Комелин И.М., Лысенко А.П., Кондратьева Д.С.Komelin I.M., Lysenko A.P., Kondrat'eva D.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://cvmet.misis.ru/jour/article/view/865

Проведены коррозионные испытания чугуна СЧ15, стали 3 и стали 3 с алитированным покрытием в некоторых составах солевых расплавов систем 10%MgCl2—KCl—NaCl и 10%MgCl2—KCl—NaCl—CaCl2 с концентрациями 10, 25 и 40 % CaCl2, а также в расплаве 10MgCl2—45%KCl—20%NaCl—25%NaBr и в газовой фазе над этими расплавами при температуре 700 °C. Гравиметрическим методом найдены скорости коррозии металлических образцов. Химическим анализом поглотительных растворов определены концентрации примесей галогенидов и галогенводородов в продуваемом через реактор с расплавами и образцами воздухе. Показано, что алитированием углеродистой стали можно снизить скорость коррозии в газовой фазе над солевым расплавом в 5—70 раз. Рассмотрен механизм образования агрессивных по отношению к углеродистой стали и чугуну газов в атмосферном воздухе, контактирующем с солевым хлоридным расплавом. Выявлено ускорение образования хлорида водорода и хлора при взаимодействии солевого расплава с атмосферным воздухом под действием продуктов коррозии железа.

Corrosion tests of SCh15 cast iron, Steel 3 and Steel 3 with aluminized coating in some compositions of 10%MgCl2-KCl-NaCl and 10%MgCl2-KCl-Naa-Caa2 salt melts with 10 %, 25 % and 40 % CaCl2 concentrations, and also in 10MgCl2-45%KCl-20%NaCl-25%NaBr melt, and in the gas phase above these melts at 700 °C. A gravimetric method was used to determine corrosion rates of metal samples. Chemical analysis of absorption solutions was used to determine concentrations of halide and hydrogen halide impurities in air blown through the reactor with melts and samples. It was shown that carbon steel aluminizing can reduce the corrosion rate in the gas phase over the salt melt by a factor of 5 to 70. The formation mechanism of gases aggressive in relation to carbon steel and cast iron in atmospheric air in contact with salt chloride melt was considered. Accelerated hydrogen chloride and chlorine formation during the salt melt interaction with atmospheric air under the influence of iron corrosion products was found.

магнийсолевые расплавыгидролизхлорид водородахлорстальчугунскорость коррозии в газовой фазеmagnesiumsalt meltshydrolysishydrogen chloridechlorinesteelcast ironcorrosion rate in the gas phaseReferencesМосквитин В.И., Николаев И.В., Фомин Б.А. Металлургия легких металлов. М.: Интермет Инжиниринг, 2005. С. 312—324.Moskvitin V.I., Nikolaev I. V, Fomin B.A. Metallurgy of light metals. Moscow: Intermet Inzhiniring, 2005. P. 312—324 (In Russ.).Дьяченко А.Н., Крайденко Р.И., Курченко Е.И. Коррозионная стойкость металлов и сплавов в системе фторсолей. Вестн. Пермского нац. исслед. политехн. ун-та. Сер. Машиностроение, материаловедение. 2017. Т. 19. No. 4. DOI: 10.15593/2224-9877/2017.4.05.D’achenko A.N., Kraidenko R.I., Kurchenko E.I. Corrosion resistance of metals and alloys in the system of fluorides. Bulletin of Perm National Research Polytechnic University. 2017. Vol. 19. No. 4. DOI: 10.15593/2224-9877/2017.4.05 (In Russ.).Барабанов В.Г, Зотиков В.С., Лимонова Л.П., Максимов Б.Н., Семерикова А.И., Степанов В.П. Коррозия оборудования в производстве галогенсодержащих веществ: Справ. изд. Под ред. В.С. Зотикова. СПб.: ТЕЗА, 1998.Barabanov V.G., Zotikov V.S., Limonova L.P., Maksimov B.N.. Semerikova A.I., Stepanov V.P. Corrosion of equipment in the production of halogen-containing substances. Ed. V.S. Zotikov. Saint-Petersburg: TEZA, 1998 (In Russ.).Резников И.Л., Танаев А.Ф., Укше НС. Коррозия чугуна, углеродистой стали и хромоникелевых сталей при 400—600 °С в воздухе, содержащем HCl, Cl2, H2O и SO2. Защита металлов. 1972. Т. 8. No. 2. С. 157— 162.Reznikov I.L., Tanaev A.F., Ukshe N.S. Corrosion of cast iron, carbon steel and chrome-Nickel steels at 400— 600 °C in air containing HCl, Cl2, H2O and SO2. Zashchita metallov. 1972. Vol. 8. No. 2. P. 157—162 (In Russ.).Путина О.А. Исследование коррозии никеля и сталей в расплавленных хлоридах щелочных и щелочно-земельных металлов и в жидком магнии: Дис. ... Кандидат химических наук. Свердловск: УПИ, 1973.Putina O.A. Investigation of nickel and steel corrosion in molten chlorides of alkaline and alkaline earth metals and in liquid magnesium: Diss. ... Cand. Sci. (Chem.). Sverdlovsk: UPI, 1973 (In Russ.).Баранник И.А., Комелин И.М., Сикорская И.Л., Журов В.В. Способ непрерывного рафинирования магния: Пат. 41575(Укр.). 2009.Barannik I.A., Komelin I.M., Sikorskaya I.L., Zhurov V.V. Method for the continuous refining of magnesium: Pat. 41575 (Ukr.). 2009 (In Russ.).Николаев М.М., Язев В.Д, Кашкаров И.А., Рымкевич Д.А., Чутков А.П. Печь для рафинирования магния: Пат. 2283886 (РФ). 2006.Nikolaev M.M., Yazev V.D., Kashkarov I.A., Rymkevich D.A., Chutkov A.P. Furnace for refining of magnesium: Pat. 2283886 (RF). 2006 (In Russ.).Грибов В.И., Михайлов А.О., Ряпосов Ю.А. Печь для непрерывного рафинирования магния: Пат. 2400685 (РФ). 2010.Gribov V.I., MikhailovA.O., Ryaposov Yu.A. Furnace for the continuous refining of magnesium: Pat. 2400685 (RF). 2010 (In Russ.).Gilad Golub, Katsnelson Gennady, Zinn Menachem, Aghion Eliyahu. Bromide salts as weightening agents for molten salts: Pat. 6132490 (USA). 2000.Gilad Golub, Katsnelson Gennady, Zinn Menachem, Aghion Eliyahu. Bromide salts as weightening agents for molten salts: Pat. 6132490 (USA). 2000.Комелин И.М., Баранник И.А., Петрив М.И., Журов В.В. Флюс для плавки и рафинирования магния и его сплавов: Пат. 36141 А (Укр.). 1999.Komelin I.M., Barannik I.A., Petriv M.I., Zhurov V.V. Flux for melting and refining of magnesium and its alloys: Pat. 36141 A (Ukr.).1999 (In Russ.).Баранник И.А., Комелин И.М., Герб А.П., Петрив М.И. Способ приготовления флюса для плавки и рафинирования магния и его сплавов: Пат. 12704 (Укр). 2005.Barannik I.A., Komelin I.M., Gerb A.P., Petriv M.I. Method of preparation of flux for melting and refining of magnesium and its alloys: Pat. 12704 (Ukr.). 2005 (In Russ.).Путина О.А., Путин А.А., Гулякин А.И., Нечаев Н.П., Рубель О.А., Лямин С.Г., Новиков С.М., Жуланов Н.К., Белкин Н.А., Темников В.В., Ремеслов М.Н. Флюс для рафинирования и защиты от горения магния и его сплавов: Пат. 2217512 (РФ). 2002.Putina O.A., Putin A.A., Gulyakin A.I., Nechaev N.P., Ru-bel’ O.A., Lyamin S.G., Novikov S.M., Zhulanov N.K., Belkin N.A., Temnikov V.V, Remeslov M.N. Flux for refining and protection against burning of magnesium and its alloys: Pat. 2217512 (RF). 2002 (In Russ.).Тетерин В.В, Бездоля И.Н. , Шундиков Н.А., Михайлов ЭФ, Падерина Н.С. Способ получения флюса для плавки и рафинирования магния или его сплавов: Пат. 2407813 (РФ). 2009.Teterin V.V, Bezdolya I.N., ShundikovN.A., MikhailovE.F., Paderina N.S. Method of obtaining flux for melting and refining of magnesium or its alloys: Pat. 2407813 (RF). 2009 (In Russ.).Кочергин В.П. Высокотемпературная коррозия переходных металлов в ионных расплавах. Сорос. образ. журн. 1997. No. 8. С. 60-65.Kochergin V.P. High-temperature corrosion of transition metals in ion melts. Sorosovskii obrazovatel’nyi zhurnal. 1997. No. 8. P. 60-65 (In Russ.).Кочергин В.П., Путина О.А., Девяткин В.Н., Канаева Е.Т. О стационарном потенциале стали 3 в расплавленных хлоридах натрия, калия и щелочно-земельных металлов. Тр. ВАМИ. 1971. No. 75. С. 51-55.Kochergin V.P., Putina O.A., Devyatkin V.N., Kanaeva E.T. On the stationary potential of steel 3 in molten sodium, potassium and alkaline earth metal chlorides. Trudy VAMI. 1971. No. 75. P. 51-55 (In Russ.).Кочергин В.П., Столярова Г.И. Растворение железа в расплавленных смесях хлоридов лития и калия, натрия и калия. Журн. прикл. химии. 1956. No. 5. С. 730733.Kochergin V.P., Stolyarova G.I. Iron dissolution in molten mixtures of lithium and potassium, sodium and potassium chlorides. Zhurnal prikladnoi khimii. 1956. No. 5. P. 730733 (In Russ.).Смирнов М.В., Красильникова Н.А., Озеряная И.Н. Взаимодействие железа с чистыми хлоридами щелочных металлов и с растворами в них хлористого водорода. Тр. Ин-та электрохимии УНЦ АН СССР. 1970. Вып. 16. С. 78-81Smirnov M.V, Krasil’nikova N.A., Ozeryanaya I.N. Interaction of iron with pure chlorides of alkali metals and with solutions in them hydrogen chloride. Trudy Instituta elektrokhimii UNTs ANSSSR. 1970. Vol. 16. P. 78-81 (In Russ.).Лукманова Г.Л., Вильнянский Я.Е. Растворимость некоторых газов в расплаве хлоридов металлов. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 1966. Т. 9. No. 4. С. 537-540.Lukmanova G.L., Vil’nyanskii Ya.E. The solubility of some gases in the melt of metal chlorides. Izv. vuzov. Khimiya i khimicheskaya tekhnologiya. 1966. Vol. 9. No. 4. P 537540 (In Russ.).Озеряная И.Н., Тхай В., Смирнов М.В. Растворимость хлористого водорода в расплавленных хлоридах магния и стронция. В сб.: Электрохимия расплавленных солевых и твердых электролитов: Тр. Инта электрохимии УНЦ АН СССР. 1973. Вып. 19. С. 13-16.Ozeryanaya I.N., Thai V, Smirnov M.V. Solubility of hydrogen chloride in molten magnesium and strontium chlorides. In: Electrochemistry of molten salt and solid electrolytes. 1973. Iss. 19. P. 13-16 (In Russ.).Некрасов В.Н. Физическая химия растворов галогенов в галогенидных расплавах. М.: Наука, 1992.Nekrasov V.N. Physical chemistry of halogen solutions in halide melts. Moscow: Nauka, 1992 (In Russ.).Новожилов А.Л. Термодинамика и строение растворов газов и паров воды в расплавленных солях: Автореф. ... дис. докт. хим. наук. Свердловск: Ин-т электрохимии УНЦ АН СССР, 1988.Novozhilov A.L. Thermodynamics and structure of solutions of gases and water vapors in molten salts: Abstract of the dissertation of Dr. Sci. (Chem.). Sverdlovsk: Institut elektrokhimii UNTs AN SSSR, 1988 (In Russ.).Новожилов А.Л., Грибова Э.И., Девяткин В.Н. Исследование состояния HCl в расплавленных хлоридах щелочных и щелочно-земельных металлов методом ИК-спектроскопии. Журн. неорган. химии. 1972. Т. 17. No. 8. С. 2078-2080.Novozhilov A.L, Gribova E.I., Devyatkin V.N. The study of the state of HCl in molten chlorides of alkali and alkaline earth metals by the method of IR-spectroscopy. Zhurnal neorganicheskoi khimii. 1972. Vol. 17. No. 8. P. 2078-2080 (In Russ.).Новожилов А.Л. Растворимость хлористого водорода в расплавах системы KCl-MgC^. Журн. неорган. химии. 1984. Т. 29. No. 1. С. 218-221.Novozhilov A.L. The solubility of hydrogen chloride in the melts ofthe system KCl-MgC^. Zhurnal neorganicheskoi khimii. 1984. Vol. 29. No. 1. P. 218-221 (In Russ.).Новожилов А.Л., Грибова Э.И., Девяткин В.Н. Растворимость хлористого водорода в расплавленных хлоридах щелочно-земельных металлов. Журн. неорган. химии. 1972. Т. 17. No. 9. С. 2570-2572.Novozhilov A.L., Gribova E.I., Devyatkin V.N. Solubility of hydrogen chloride in molten chlorides of alkaline earth metals. Zhurnalneorganicheskoi khimii. 1972.Vol. 17. No. 9. P. 2570-2572 (In Russ.).Путина О.А., Бондарев С.Н., Вяткин И.П., Канаев И.Е., Брандман ОИ. Коррозионная стойкость металлических конструкций печи непрерывного рафинирования магния. В сб.: Производство магния и титана: Труды ВАМИ. 1972. No. 883. С. 64-68.Putina O.A., Bondarev S.N., Vyatkin I.P., Kanaev I.E., Brandman O.I. The corrosion resistance of metal structures of the furnace for the continuous refining of magnesium. In: Magnesium and titanium production: Proc. VAMI. 1972. No. 883. P. 64-68 (In Russ.).Стрелец Х.Л., Десятников О.Г. Плотность расплавленных солей изоконцентрационного разреза [10 % (вес.) MgCl2] системы MgCl2-СaCl2-NaCl-KCl. Тр. ВАМИ. 1957. No. 39. С. 401-412.Strelets Kh.L., Desyatnikov O.G. Density of molten salts in the isoconcentration section [10 % (wt.) MgCy of the system MgCl2-CaCl2-NaCl-KCl. Trudy VAMI. 1957. No. 39. P. 401-412 (In Russ.).Томашов Н.Д., Жук Н.П., Титов В.А., Веденеева М.А. Лабораторные работы по коррозии и защите металлов. М.: Металлургия, 1971.Tomashov N.D., Zhuk N.P, Titov V.A., Vedeneeva M.A. Laboratory work on corrosion and protection of metals. Moscow: Metallurgiya, 1971 (In Russ.).Zabyelin I.V, Komelin I.M., Barannik I.A., Sikorskaya I.L. On specific features of operating crucibleless salt-bath furnaces. In: Magnesium — science, technology and applications: Mater. Sci. Forum. 2005. Vol. 488-489. P. 8994. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.488-489.89.Zabyelin I.V, Komelin I.M., Barannik I.A., Sikorskaya I.L. On specific features of operating crucibleless salt-bath furnaces. In: Magnesium — science, technology and applications: Mater. Sci. Forum. 2005. Vol. 488-489. P. 8994. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.488-489.89.Фурман А.А. Неорганические хлориды. М.: Химия, 1980. С. 382-394.Furman A.A. Inorganic chlorides. Moscow: Khimiya, 1980. P. 382-394 (In Russ.).Печковский В.В., Александрович Х.М., Пинаев Г.Ф. Технология калийных удобрений. Минск: Выш. школа, 1968.Pechkovskii V.V., Aleksandrovich Kh.M., Pinaev G.F. The technology of potash fertilizer. Minsk: Vysheishaya shkola, 1968 (In Russ.).Логинов Н.А., Олейникова В.А. Равновесная концентрация Fe3+ в расплавах NaCl, (NaCl-KCl), KCl и CsCl, находящегося в равновесии с железом. Расплавы. 2000. No. 6. С. 27-30.Loginov N.A., Oleinikova V.A. Equilibrium concentration of Fe3+ in NaCl, (NaCl-KCl), KCl and CsCl melts in equilibrium with iron. Rasplavy. 2000. No. 6. P. 27-30 (In Russ.).Печковский В.В., Воробьев Н.И. Термохимические превращения хлоридов железа. Журн. неорган. химии. 1964. Т. IX. Вып. 1. С. 12-19.Pechkovskii V.V., Vorob’ev N.I. Thermochemical transformations of iron chlorides. Zhurnal neorganicheskoi khimii. 1964. Vol. IX. Iss. 1. P. 12-19 (In Russ.).Латина З.И., Фурман А.А. Взаимодействие хлорного железа с окисью железа. Журн. прикл. химии. 1970. No. 4. С. 830-834.Latina Z.I., Furman A.A. The interaction of ferric chloride with iron oxide. Zhurnal prikladnoi khimii. 1970. No. 4. P. 830-834 (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.