Značilnosti porazdelitve svinca v 5 tonskih blokih svinčevih jekel DK: 669.14.018.232; 669.4 ASM/SLA: SGA-k; Pb Anton Razinger Preiskali smo porazdelitev svinca v blokih svinčevih jekel z namenom, da bi dokazali pravilnost osvojene tehnologije uvajanja svinca v jeklo ter dali svoj prispevek k študiju oblike in porazdelitve svinca v litem jeklu. Rezultati preiskav so pokazali, da znaša obseg poudarjenih izcej svinca skupaj s skorjo brez svinca v nogi blokov, 3,5 % celotnega volumna blokov svinčevih jekel. V »zdravem« volumnu blokov, ki obsega območje od 4 do 92 % višine blokov, pa je svinec relativno enakomerno porazdeljen. Vsebnost svinca se v vsem »zdravem« volumnu preiskanih blokov nahaja v zahtevanih analiznih mejah. Manjše neenakomer-nosti v tem delu blokov so predvsem posledica asociativnosti delcev svinca s sulfidnimi nemetal-nimi vključki v jeklu. Dokazana je popolna iden-tičnost vseh lokalnih blokovnih segregacij žvepla in svinca. Izolirani krogličasti vključki svinca, katerih velikost je v preiskanih jeklih ca. 5 p.m, so v vseh območjih bloka enakomerno porazdeljeni. Rezultati opisanih preiskav so ponoven dokaz trditve, da se v blokih svinčevih jekel enakomerno porazdeli le tisti del svinca, ki se raztopi ter med ohlajanjem taline izloči iz raztopine. 1. Uvod Porazdelitev delcev svinca v blokih svinčevih jekel je osnovni pokazatelj kvalitete svinčevega jekla, obenem pa najboljše merilo za uspešnost neke tehnologije izdelave svinčevih jekel. Da bi bil svinec v jeklu učinkovit, mora biti v jeklu porazdeljen v obliki drobnih in enakomerno porazdeljenih delcev. Takšna porazdelitev svinca se odraža v izboljšani obdelovalnosti in nespremenjenih fizikalnih lastnostih svinčevih jekel v primerjavi z osnovnimi jekli. Enakomerna porazdelitev svinca v blokih svinčevih jekel pa je odločilnega pomena tudi za ekonomiko proizvodnje svinčevih jekel, ki se kaže v dobiti jekla ter izkoristku dodanega svinca. V železarni Jesenice smo osvojili tehnologijo izdelave jekel legiranih s svincem. Vse naprave, potrebne za Iegiranje svinca v jeklu, smo konstruirali in izdelali v lastnem raziskovalnem oddelku. Svinec legiramo v jeklo tako, da ga v obliki drob- Anton Razinger je diplomirani inženir in magister metalurgije in višji strokovni sodelavec v raziskovalnem oddelku Železarne Jesenice. nih delcev vpihavamo v curek jekla med vlivanjem v kokile. Svinčeva jekla vlivamo komunicirajoče skozi lijak v normalno konične kvadratne bloke, preseka 650 X 650 mm, višina blokov 2000 mm, teža blokov 5400 kg. Izhajajoč iz predpostavke, da se bo v blokih svinčevih jekel enakomerno porazdelil le tisti svinec, ki se bo med ohlajevanjem taline izločil iz raztopine, smo v procesu osvajanja tehnologije izdelave svinčevih jekel skušali v vseh fazah zadostiti vsem pogojem za čim večjo topnost svinca v jeklu. Posebno pozornost smo posvetili optimalni granulaciji svinca za vpihovanje, temperaturnemu režimu vlivanja jekla, enakomernosti uvajanja svinca med vlivanjem jekla, pričetku uvajanja svinca v jeklo, predvsem pa doziranju pravilnih količin svinca, ki izhajajo iz teoretično izračunane topnosti svinca v posameznih vrstah jekla (1). 2. Jeklo za preiskave 2.1 Vrste jekel in pogoji izdelave Za študij porazdelitve svinca v blokih svinčevih jekel smo izbrali naslednje vrste jekel: — polpomirjeno avtomatno jeklo ATJ 100 Pb — ogljikovo nelegirano jeklo za cementacijo C 1120 Pb — ogljikovo nelegirano jeklo za ipoboljšanje Č1531 Pb — nizkolegirano jeklo za cementacijo C 4320 Pb Vsa jekla so bila izdelana v 60-tonski ASE A elektroobločni peči. Pred vlivanjem so bile vse taline v ponovci prepihane z argonom. Na vsaki Iivni plošči so bili vliti po trije ingoti. Svinec je bil dodan le na prvi plošči, na drugi plošči pa je bilo vlito primerjalno jeklo brez dodatka svinca. Pogoji vlivanja in legiranja svinca v jeklo so podani v tabeli 1. Tabela 1: Vrsta jekla temp. °C + K hitrost (cm/min.) kol. Pb čas uvajanja (kg/t) Pb (min.) ATJ 100 Pb 1470 25 4 5 C 1120Pb 1480 25 3 5.5 C 1531Pb 1460 24 3 6.5 Č 4320 Pb 1475 26 3 4 Kemične analize šarž so podane v tabeli 2: Tabela 2: vsebnost elementov (%) •sta jekla c Si Mn P S Cu Cr Al ATJ 100 Pb 0.10 0.03 0.94 0.060 0.322 0.19 0.27 0.002 C 1120 Pb 0.08 0.18 0.40 0.023 0.022 0.20 0.09 0.024 C 1531 Pb 0.50 0.29 0.67 0.016 0.012 0.26 0.17 0.021 Č 4320 Pb 0.18 0.25 1.22 0.028 0.015 0.26 0.96 0.046 2.2 Mesta jemanja vzorcev za preiskave Da bi dobili ustrezne vzorce za preiskavo porazdelitve svinca v blokih svinčevih jekel, smo po en blok od vsake šarže razrezali vertikalno po sredini v plošče debeline 50 mm. Na ustrezno pripravljenih površinah smo najprej z makrojedka-njem s 15 % raztopino amonpersulfata odkrili cone kristalizacije po celotnem preseku blokov. Na celotnem preseku smo izdelali tudi Wraggejev in Baumanov odtis makroskopske porazdelitve svinca, oziroma žvepla, s čimer smo odkrili območja lokalnih blokovnih segregacij žvepla in svinca. Na osnovi tako dobljene slike o položaju posameznih kristalizacijskih con ter lokalnih blokovnih segregacij žvepla in svinca po celotnem preseku blokov smo izbrali mesta jemanja vzorcev tako, da smo za študij porazdelitve svinca v blokih svinčevih jekel zajeli vsa pomembna območja. 3. Raziskovalne metode Kratek opis raziskovalnih metod, s pomočjo katerih smo preiskali porazdelitev svinca v svinčenih jeklih, je naslednji: 3.1 Wraggejev odtis svinca. Wraggejev odtis svinca izdelamo tako, da na fino zbrušeno površino preizkušanca z rahlim pritiskom položimo fotografski papir, ki mora biti predhodno ustrezno pripravljen. Ob dotiku obeh površin pride do reakcije med svincem na površini preizkušanca ter NaOH in Na2S. Prisotnost svinca se na fotografskem papirju pokaže v obliki temno rjavih madežev. Funkcija Wrag-gejevega odtisa za preiskavo makro porazdelitve svinca je torej podobna funkciji Baumanovega odtisa za preiskavo makroporazdelitve žvepla v jeklu. Na osnovi zelo skopih podatkov iz literature smo na raziskovalnem oddelku Železarne Jesenice izpopolnili tehniko izdelave Wraggejevega odtisa do take mere, da v zelo kratkem času lahko izdelamo kvaliteten odtis, ki razločno pokaže prisotnost ali pa zelo majhne spremembe v koncentraciji svinca na preseku preizkušancev. 3.2 Kemična analiza: V kemičnem laboratoriju železarne Jesenice smo za določevanje svinca v svinčevih jeklih uporabili polarografsko metodo (2), ki je primerna za kemično analizo vsebnosti svinca v avtomatnih ter nelegiranih in nizkolegiranih jeklih za cementacijo in poboljšanje, v katerih je vsebnost Mn do 1.5 %, Cr do 1 % in Cu do 0.5 %. Izkazalo se je, da je polarografska metoda enostavna, poceni in dobro ponovljiva. Ugotovljena napaka pri tej metodi je ± 5 % t. j. ca. 0.01 % Pb. 3.3 Elektronska mikroanaliza: Zanesljivo lahko identificiramo prisotnost svinca v mikrostrukturi jekel že s pomočjo odbitih elektronov, t. j. z elektronsko sliko. V tem primeru so delci svinca bele barve, ker je atomska masa svinca mnogo večja od povprečne atomske mase jekla, ki je na sliki temnejše. Elektronska mikro analiza je predvsem primerna za študij oblike in porazdelitve svinca, ki se nahaja v asociaciji z nemetalnimi vključki, ki so prisotni v blokih svinčevih jekel. Preiskave smo izvršili na metalurškem inštitutu v Ljubljani. 3.4 Selektivna mikroradiografija: To raziskovalno metodo smo uporabili za študij porazdelitve in oceno velikosti vključkov svinca. Uporabljeno je bilo karakteristično sevanje CoKa, napetost 30 kW, osvetlitev 90 min, fotografska emulzija Kodak H. R. Debelina lamel je bila 50 do 100 |jm. Velike razlike masnih absorbcijskih koeficientov Pb (354) in Fe (59.5) omogočajo jasno identifikacijo vključkov svinca v mikrostrukturi svinčevih jekel. Preiskave smo izvršili v laboratorijih FNT Univerze v Ljubljani, odsek za metalurgijo (3). 4. Rezultati preiskav 4.1 Splošne ugotovitve na osnovi odtisov svinca: Makroskopske slike porazdelitve svinca po celotnem preseku blokov, ki nam jih odkrije Wraggejev odtis, kažejo naslednja značilna območja porazdelitve svinca po preseku blokov, ki jih nahajamo v vseh preiskanih blokih. a. Skorja brez svinca, ki leži ob bazni ravnini in ob vertikalnih stranicah blokov. b. Območje poudarjenih izcej svinca, ki je omejeno v ozkem kolobarju v nogi blokov. c. Območje zunaj poudarjenih izcej svinca in skorje brez svinca, kjer je svinec enakomerno porazdeljen. Mesto in obseg ugotovljenih območij lahko pojasnimo na osnovi rezultatov preiskav porazdelitve žvepla z baumanovimi odtisi ter območij posameznih con strjevanja. 4.2 Skorja brez svinca: Območje, kjer ni svinca, leži med površino bloka ter zunanjo črto strjevanja. Z višino bloka se globina tega območja manjša in popolnoma izgine približno na polovici višine bloka. Ugotovili smo, da skorja brez svinca postopoma prehaja v območje z normalno vsebnostjo svinca tako v globino kakor v višino bloka. Edina možna razlaga obstoja skorje brez svinca je ta, da se skorja bloka strdi prej, preden dodani svinec pride do površine kokile (si. 1 ). boumanov odtis s 2 'ATaggejev odtis >(/) > £ I Slika 1 Črte strjevanja ter skorja brez svinca 4.3 Območje poudarjenih izcej svinca v nogi blokov Območje poudarjenih izcej svinca v nogi blokov se razteza v kolobarju okoli vstopne odprtine vzporedno z bazno ravnino bloka. Največja koncentracija svinca sovpada z notranjo črto strjevanja (si. 2). Skorja brez svinca omejuje območje poudarjenih izcej svinca navzdol in ob straneh. Debelina kolobarja znaša ca. 30 mm, oddaljenost zgornje ploskve kolobarja od bazne ravnine bloka pa 55 do 60 mm. V blokih OK 650 (presek 650 x650 mm) znaša torej delež jekla s poudarjenimi izcejami svinca v nogi blokov ca. 3,5 %, tak pa je tudi potreben odpadek pri nogi blokov. Na osnovi rezultatov makroskopskih in mikroskopskih preiskav v območju poudarjenih izcej svinca v nogi blokov svinčevih jekel lahko trdimo, da so te izceje posledica posedanja grobih kapljic svinca, ki se niso raztopile v jeklu. Pokazalo se je baummov odtis wraggejev odtis Bazna ravnina Slika 2 Položaj in oblika poudarjenih izcej svinca v nogi bloka svinčevega jekla ATJ 100 Pb tudi, da skepljanje eksogenih nemetalnih vključ-kov s kapljicami neraztopljenega svinca povzroča delno čiščenje jekla od velikih eksogenih vključ-kov (si. 3). 4.4 Makroskopska porazdelitev svinca zunaj območja skorje brez svinca in poudarjenih izcej svinca. Slika 3 Značilna oblika makrovključka v območju poudarjenih izcej svinca v nogi bloka (jeklo ATJ 100 Pb — pov. 200 x) .... • v^V—e^M * v* : v V,.:, baumanov odtis V območju, kjer ni lokalnih segregacij žvepla, "" ' je svinec v makroskopskem merilu enakomerno porazdeljen (si. 6). Rezultati makroskopskih preiskav porazdelitve svinca po preseku blokov kažejo dokaj ostro mejo med segregiranimi in nesegregiranimi območji. Intenziteta lokalnih blokovnih segregacij je pri žveplu znatno večja kakor pri svincu. wraggej9V odtis k , A?, . . t . : Slika 4 Makroskopska porazdelitev svinca in žvepla v območju lokalnih blokovnih segregacij jekla C4320Pb (detajl V izceje) V območju, ki leži zunaj opisanih .območij poudarjenih izcej svinca v nogi blokov ter skorje brez svinca nam makroodtisi kažejo popolno skladnost položaja lokalnih segregacij žvepla in svinca (si. 4) (si. 5). baumanov odtis A* - ■m • V-.Vv J?'v i"' wraggejev odtis Slika 5 Makroskopska porazdelitev svinca in žvepla v območju lokalnih blokovnih segregacij jekla ATJIOOPb (detajl A izceje) Slika 6 Makroskopska porazdelitev svinca in žvepla v območju noge bloka jekla C 1530 Pb (detajl) 4.5 Kemična porazdelitev svinca Pri vlivanju jekla skozi lijak je mešanje kovine in svinca v livnih kanalih in v kokili dovolj intenzivno, da ob ugodni zrnatosti svinca dosežemo maksimalno topnost. Zaradi kroženja jekla v kokili med vlivanjem se temperatura taline v kokili ves čas izenačuje, s tem pa tudi koncentracija raztopljenega svinca. Ko je vlivanje končano, se talina v kokili ne umiri, temveč še nadalje kroži. V blokih, kjer je višina taline visoka, se to kroženje taline zaradi konvekcijskih tokov dopolnjuje še z gravitacijskim padanjem prostih kristalov in akumulacijo le-teh v spodnjem delu bloka, to je v sedimentacijski coni. Ker topnost svinca v tekočem jeklu zelo hitro pada, se večina raztopljenega svinca izloči v obliki tekočih vključkov že v začetni fazi kristalizacije jekla. Vključki svinca naj bi bili zato, podobno kakor ostali nemetalni vključki, ki so v tem trenutku že izločeni iz taline, podvrženi gravitacijskim in konvekcijskim tokovom v strjujočem se bloku. Opisana spoznanja so nam služila kot teoretična podlaga za študij porazdelitve svinca v blokih svinčevih jekel. Celotno področje presečne ploskve blokov smo razdelili v naslednja območja: a) območja, kamor ne prodro konvekcijski tokovi, t. j.: — stroga glava blokov — noga blokov (sedimentacijska cona) — skorja bloka (območje globulitnih kristalov); b) območje, v katerem je konvekcijski tok obrnjen navzdol; to območje obsega predvsem cono orientiranih transkristalov; c) prehodno območje, kjer se konvekcijski tok obrne; to območje naj bi označevale A izceje; železarna d) območje, v katerem je konvekcijski tok usmerjen navzgor; to je območje sredine bloka in ga karakterizirajo V izceje. Na sliki 7 je shematično prikazana smer gibanja konvekcijskih tokov ter nastanek kristaliza-cijskih con in lokalnih blokovnih koncentracij med strjevanjem bloka (4). Slika 7 Shematičen prikaz gibanja konvekcijskih tokov in poteka strjevanja bloka Za vrednotenje rezultatov kemične analize smo uporabili naslednje metode iz statistične matematike: — analiza porazdelitve —• analizo variance — regresijsko analizo (multiplo in kvadratno) S pomočjo regresijske analize smo želeli ugotoviti trend izcejanja preiskanih elementov v posameznih območjih ter dobiti korelacijo med izcejami svinca in izcejami ostalih elementov. V tabelah so navedeni tudi procenti pojasnjenih vplivov (%P) za dobljene regresijske odvisnosti. Za posamezne preiskane vrste jekel so statistično obdelani rezultati preiskav zbrani v tabeli 3 in tabeli 4. V »zdravem« delu bloka, ki obsega ca. 88 % vsega volumna blokov (od 4 do 92 % višine bloka), se vsebnost svinca nahaja v zahtevanih analiznih mejah, kar je razvidno iz diagrama na sliki 8. Slika 8 Porazdelitev svinca in žvepla v »zdravem« delu blokov svinčevih jekel Tabela 3: Kemična porazdelitev svinca v blokih svinčevih jekel ATJ 100 Pb C 1531 Pb C 1120 Pb C 4320 Pb Opazovano območje n Xpb % Spb % % Ppb n x% s % P°/i > n x% s % P % n X % s °/o F 1 % glava 22 0.25 0.06 77 20 0.218 0.026 20 20 0.172 0.025 21 21 0.175 0.052 45 orient. dendr. 18 0.19 0.02 63 26 0.209 0.017 — 26 0.198 0.028 10 22 0.156 0.015 10 A izceje 22 0.18 0.02 56 36 0.207 0.009 — 36 0.172 0.010 - •22 36 0.151 0.009 15 sredina 29 0.22 0.07 94 30 0.212 0.027 42 29 0.178 0.020 10 30 0.161 0.051 61 noga 37 0.186 0.022 -49 33 0.213 0.021 -28 36 0.183 0.021 24 33 0.146 0.025 -23 Tabela 4: Kemična porazdelitev žvepla v blokih svinčevih jekel Vrsta jekla ATJ 100 Pb C 1120 Pb C 1531 Pb C 4320 Pb Opazovano območje n Xpb o/o Spb o/o Ppb o/o n X°/o S o/o P % n x% S % P °/o n X % S % P ' o/o glava 22 0.437 0.143 74 20 0.024 0.007 8 20 0.010 0.003 9 21 0.016 0.005 57 orient. dendr. 18 0.343 0.013 — 26 0.027 0.003 — 26 0.009 0.001 25 22 0.013 0.001 — A izceje 22 0.323 0.037 41 36 0.023 0.002 — 36 0.009 0.001 — 36 0.014 0.001 17 sredina 29 0.393 0.128 90 30 0.024 0.007 15 29 0.010 0.002 — 30 0.014 0.005 63 noga 37 0.316 0.024 25 33 0.020 0.003 — 36 0.009 0.001 13 33 0.013 0.001 -74 S statistično analizo smo dokazali, da obstajajo med posameznimi preiskanimi območji statistično pomembne razlike. Te razlike so posebej izrazite pri avtomatnem svinčevem jeklu ATJ 100 Pb, kjer so izceje žvepla najbolj poudarjene. Pri tem jeklu imamo znotraj obravnavanih območij naslednjo sliko porazdelitve žvepla in svinca. a) Glava bloka (si. 9). Korelacijski koeficient med vsebnostjo žvepla in svinca v območju glave je visok in znaša 0.98. b) Sredina bloka (si. 10). Ugotovljeni koeficient korelacije med vsebnostjo S in Pb je 0.97. Izcejanje se prične na višini ca. 30 %, kar se ujema s pojavom V-izcej. Mi- 0.450 Q350 0,250 '''Rob I 4 7 J3 '? J9 ,22r 9 28 30Sred,na _Oddaljenost od roba ranJ__ c) Noga bloka — sedimentacijska cona (si. 11). V nogi bloka je dokazano inverzno izcejanje svinca in žvepla. Kljub izcejanju je porazdelitev svinca in žvepla v tej coni zelo enakomerna. Raz-tros je pri svincu in žveplu enak. d) Območje orientiranih transkristalov in A-izcej (si. 12). 023 021 ° 0,19 £ ' | 0,17 015 § "81 xA6 - vstop jeklo • -nivo nad izcejami ffi 0V tžrtt 10 13 16 212*11 38 W50 \sredina 'vstop jekla Širina bloka pri nogi Slika 11 Porazdelitev svinca in žvepla v sedimentacijski coni Slika 9 Porazdelitev svinca in žvepla v glavi bloka jekla ATJ 100 Pb V) 8 -Š 4> 2 0,70 0,65 Q55 0.45 Q35 Q25 0,15 ----svinec -žveplo ko rSCAS t / / / / / / / / / / s / / / ' kol 94°/.Ph 20 60 100'/, Slika 12 Porazdelitev žvepla in svinca v območju transkristalov in A izcej orientiranih 40 60 Višina bloka Slika 10 Porazdelitev svinca in žvepla v sredini bloka nimum parabole na višini bloka ca. 20 % lahko pojasnimo z inverznimi izcejami žvepla in svinca v nogi bloga (sedimentacijska cona). Porazdelitev svinca in žvepla je v območju orientiranih transkristalov enakomerna, kljub temu pa tudi v tem območju opazimo normalno izcejanje svinca in žvepla. Značilno za opazovana območja je tudi to, da se v območju A-izcej porazdelitev žvepla poslabša, porazdelitev svinca pa kaže enake značilnosti kakor v območju orientiranih transkristalov. V ostalih preiskanih blokih svinčevih jekel, ki vsebujejo normalno nizko vsebnost žvepla opazimo enake zakonitosti, le da so manj poudarjene kakor pri jeklu ATJ 100 Pb. (si. 13). 5. Analiza rezultatov preiskav Rezultati preiskav porazdelitve svinca v blokih svinčevih jekel kažejo na to, da je svinec razen 030 , r -kon. tok navzgor i -kon tok navzdol A -A izceje 20 <0 60 Višina bloka v % v območju specifičnih izcej, v nogi blokov in skorje brez svinca enakomerno porazdeljen v tistih območjih bloka, kjer so tudi drugi elementi enakomerno porazdeljeni. V območjih lokalnih blokovnih segregacij ostalih elementov, predvsem žvepla, pa je tudi porazdelitev svinca neenakomerna. Višina bloka ("/„) Slika 13 Izcejanje svinca, žvepla in ogljika v sredini bloka jekla C 4320 Pb Neenakomernost porazdelitve svinca se popolnoma sklada z vsemi oblikami lokalnih segregacij prisotnih elementov v jeklu. Trdimo lahko, da svinec, če se izloči iz raztopine v obliki drobnih izoliranih vključkov, nima tendence izcejanja v blokovne segregacije (si. 14). Svinec izceja le v primeru, če se nahaja v asociaciji z nemetalnimi vključki v jeklu (si. 15), (si. 16). Slika 14 Izolirani krogličasti vključki svinca v bloku svinčevega jekla C 1120 Pb (elektronska slika — svinec bel, pov. 420 x) Na ta način si lahko razložimo tudi večji raz-tros vsebnosti svinca v svinčevem avtomatnem jeklu, kjer se delci svinca nahajajo pretežno v asociaciji z nemetalnimi vključki oksisulfidnega tipa, in pa zelo enakomerno porazdelitev vključkov svinca v blokih svinčevih konstrukcijskih jekel, ki so v pogledu vsebnosti nemetalnih vključkov relativno čista. Poglejmo še, kako si lahko ugotovljeno porazdelitev svinca v makrostrukturi blokov svinčevih jekel razložimo z upoštevanjem konvekcijskih tokov, asociativnosti vključkov, svinca z ostalimi nemetalnimi vključki, ki so prisotni v jeklih ter Stoksovim zakonom. Kakor vsi nemetalni vključki v jeklu so tudi vključki svinca podvrženi delovanju Stoksovega zakona v jekleni talini. Stoksov zakon glasi u = 2g-r2(Ppb-Pje) (1) flje V literaturi (5) najdemo naslednje vrednosti za jekla in svinec pri temperaturi 1600° C. pPb —gostota svinca 9 g/om3 (interpolirana vrednost) pje — gostota jekla 7 g/cm' T)je — viskoznost jekla 6,2 cp r — polmer krogličastih vključkov svinca (mm) Če te vrednosti vstavimo v izraz (1), dobimo naslednjo hitrost padanja izoliranih kapljic svinca v jekleni talini s temp. 1600° C: u, = 72 r2 (cm/sec) (2) Velikost izoliranih vključkov svinca smo določili na osnovi velikega števila meritev izoliranih vključkov svinca, ki smo jih identificirali s pomočjo mikroradiografske tehnike. Povprečno velikost izoliranih vključkov svinca smo izmerili 5 [im (si. 17). Hitrost padanja takih vključkov po enačbi (2) znaša 1,6 cm/uro oz. 0,3 mm/min. Padanje izoliranih vključkov svinca podpirajo konvekcijski tokovi, ki so v območju usmerjenih transkristalov usmerjeni navzdol. Globino te cone lahko izračunamo, če upoštevamo, da sega cona usmerjenih dendritov približno do globine 100 mm (ena tretjina razdalje med površino in sredino bloka). če izračunamo čas strjevanja bloka po enačbi (6), Debelina strjene plasti (m) = = 25 Včas strjevanja (min.) (3) dobimo za strjevanje v območju, kjer je konvekcijski tok usmerjen navzdol, čas 16 min. V tem času bi izolirani vključki svinca padli za največ ca. 5 mm, kar pa se lahko zanemari. Sredina bloka je, če računamo po istem izrazu (3), strjena v ca. 20 min. V tem času bi v"ključki padli za ca. 6 om. t Slika 15 Delci svinca v asociaciji s sufidnimi nemetalnimi vključki v jeklu ATJ 100 Pb (elektronska slika in spk. X posnetki Pb, Mn, S — pov. 420 x) Konvekcijski tokovi pa delujejo v sredini bloka navzgor proti smeri padanja vključkov. Tendenco padanja izoliranih vključkov svinca zmanjšujejo tudi številnejši asociirani sulfidni nemetalni vključki. V svinčevih avtomatnih jeklih je skoraj ves svinec v asociaciji s sulfidnimi nemetalnimi vključki. Če predpostavimo, da je utežno razmerje S : Pb v jeklu ohranjeno tudi v asociiranih nemetalnih vključkih, potem lahko za svinčevo jeklo z vsebnostjo 0,20 % Pb in 0,300 % S izračunamo gostoto asociiranih vključkov, ki znaša ca. 4,4 g/cm3. V vsakem slučaju dobimo torej po enačbi (1) tendenco dviganja, ki znaša Uz = — 100 r2 (om/sec) (4) r je polmer krogličastih asociiranih vključkov MnS in Pb. V asociaciji s sulfidnimi nemetalnimi vključki se torej svinec dviga, s čimer lahko pojasnimo na- raščanje vsebnosti svinca v od noge proti glavi v vseh preiskanih blokih jekla. Tudi rahlo tendenco naraščanja vsebnosti svinca v drugih opazovanih območjih blokov lahko pojasnimo z vplivom asociiranih vključkov žvepla in svinca. Na osnovi izračunanih vrednosti lahko tudi predpostavljamo, da asociirani delci svinca podpirajo odmešavanje večjih aluminatnih vključkov (si. 16) v sedimentacijsko cono blokov. Ker pa je sedimentacijska cona v pogledu izcejanja najbolj enakomerna, se to odraža tudi v naj enakomernejši porazdelitvi svinca glede na ostala opazovana območja v blokih svinčevih jekel. Popolnoma drugačno sliko pa dobimo, če izračunamo hitrost padanja makrovključkov, ki so v območju poudarjenih izcej v nogi blokov svinčevih jekel. Za vključke premera 1 mm je hitrost padanja po enačbi (1) 18cm/sek. Dejanska hitrost je verjetno zaradi asociiranih nemetalnih komponent manjša, vendar pa je treba upoštevati, da padanje podpirajo turbolentni tokovi med vlivanjem, tako da je odmešavanje makrovključkov svinca v območje poudarjenih izcej hitro in zato popolno. To dokazuje tudi sorazmerno ostra meja med območjem poudarjenih izcej in ostalo sedi-mentacijsko cono v nogi blokov. Pasivno vlogo svinca v jeklu potrjujejo tudi rezultati preiskave o vplivu prisotnosti svinca na kemično porazdelitev ostalih elementov v jeklu: Vzorce za preiskavo smo vzeli iz blumov svinčevih in osnovnih jekel, in to na 7 °/o, 38 %, 65 % in 92 % višine bloka, na robu, na polovici in na sredini preseka blumov. Vpliv prisotnosti svinca smo ocenili s pomočjo linearne regresije opazovanih parov, pri čemer smo imeli vsebnost elementa v svinčevem jeklu za odvisno spremenljivko (X,), vsebnost elementa v osnovnem jeklu pa za neodvisno spremenljivko (X2). Pri elementih, ki so prisotni v vseh preiskanih kvalitetah, smo združili vse pare. Kot merilo za vpliv prisotnosti svinca smo vzeli vrednost regresijskega koeficienta, T vrednost, ki pripada regresijskemu koeficientu, koeficient korelacije ter standardno napako ocene. Na osnovi dobljenih rezultatov statistične analize lahko z 90 % statistično gotovostjo trdimo, r,<4 Al Mg Mn S ES Pb Al Zr Ca Mg Mn S x&0 Slika 16 Delci svinca v asociaciji z oksidnimi nemetalnimi vključki v jeklu č 1530 Pb (elektronska slika in spk. X posnetki Pb, Al, S — pov. 840 x) Tabela 5: Vpliv prisotnosti svinca na porazdelitev ostalih elementov v blokih svinčenih jekel Element n X 1 % X 2 % regr. koef. T vredn. koef. m. kor. st. nap. ocen. S (avtom, je) 26 0.341 0.346 1.03 7.0 0.82 0.02 S (konstr. je) 36 0.014 0.015 0.92 13.5 0.92 0.02 Mn 48 0.791 0.797 1.01 73.2 0.99 0.03 C 48 0.219 0.230 0.98 33.3 0.98 0.03 P 47 0.037 0.036 0.99 48.1 0.99 0.00 izcejanja na asociiranih vključkih v strogi glavi blokov. Najslabši izkoristek je v blokih, ki imajo najslabšo porazdelitev svinca (Č 4320 Pb). Pri avtomatskih jeklih je večji odpadek svinca tudi v območju poudarjenih izcej zaradi velikega števila eksogenih vključkov. Slika 17 Porazdelitev in velikost vključkov svinca v svinčevem jeklu Č1120Pb (mikroradiografska tehnika — pov. 100 x) da prisotnost svinca nima vpliva na porazdelitev preiskanih elementov v blokih svinčevih jekel. Za analizo dobljenih rezultatov o porazdelitvi svinca v blokih svinčevih jekel ter za oceno uspešnosti osvojenega postopka pri uvajanju svinca v jeklo je pomemben tudi doseženi izkoristek dodanega svinca. Iz povprečnih vrednosti svinca v zdravem delu bloka lahko izračunamo v preiskanih blokih izkoristek svinca (tabela 11). Tabela 6: Izkoristek dodanega svinca Jeklo dodano Pb kg/t X Pb % izkoristek % ATJ 100 Pb C 1170 Pb C 1590 Pb C 4320 Pb 0,19 0,21 0,18 0,15 47 70 60 50 Doseženi izkoristek svinca je v zahtevanih mejah. Ker med posameznimi talinami konstrukcijskih jekel glede pogojev teoretične topnosti svinca ni bistvenih razlik, lahko ugotovljena odstopanja pojasnimo le z različnimi izgubami svinca zaradi ZAKLJUČKI: Zaključki, ki izhajajo iz opisanih preiskav in ki so pomembni za boljše razumevanje mehanizma porazdelitve svinca v blokih svinčevih jekel, so naslednji: — v blokih svinčevih jekel se enakomerno porazdeli le tisti svinec, ki se raztopi v tekočem jeklu ter med ohlajevanjem taline izloči iz raztopine. Tisti del svinca, ki se ne raztopi, se v obliki poudarjenih izcej svinca kopiči v nogi blokov. — Poleg pogojev vlivanja jekla ter ustrezne zrnatosti delcev svinca je za čim popolnejšo topnost svinca in s tem za željeno enakomerno porazdelitev svinca (pri tem postopku) najpomembnejša pravilna količina vpihanega svinca ter enakomerno doziranje svinca med vlivanjem jekla. — Svinec nima vpliva na porazdelitev ostalih elementov v jeklu. Dokazan pa je močan vpliv porazdelitve žvepla, pa tudi kisika, na porazdelitev svinca v blokih svinčevih jekel, kar je posledica asociativnosti delcev svinca s sulfidnimi in oksid-nimi nemetalnimi vključki v jeklu. V slučaju asociiranih vključkov prevladuje mehanizem razmešanja vključkov, kakršen je v posameznih območjih bloka značilen za sulfidne in oksidne nemetalne vključke. — Izolirani krogličasti vključki svinca, katerih velikost je v preiskanih jeklih ca. 5 txm, so v vseh območjih bloka enakomerno porazdeljeni. Glede porazdelitve teh vključkov ni bil dokazan nikakršen poseben mehanizem za razmešavanje, tudi ne vpliv Stoksovega zakona ter konvekcijskih tokov. — Pomemben pogoj za enakomerno porazdelitev ter velikost vključkov svinca je torej tudi pravilna izdelava jekel, ki mora pri konstrukcij- skih jeklih rezultirati v visoki čistoči jekel, po avtomatskih jeklih pa v pravilni obliki in porazdelitvi sulfidnih nemetalnih vključkov. Literatura 1. Razinger A.: Magistrsko delo, Jesenice 1973 2. Schoffman: Zeitschrift fiir analitische chemie 199, 1964, str. 95 3. A. Podgornik: Mikroradiografsko določevanje in statistično vrednotenje oblike, velikosti in porazdelitve težkih vključkov v lahkih zlitinah za avtomatsko obdelavo. Poročilo FNT Ljubljana, 1972 (naloga SBK) 4. J. R. Blank: Steel Times, julv 30, 1965, str. 148—152 5. J. F. EUiot: Thermochemistrv for Steelmaking vol I. Addison — Wesley Publ. Co. Inc. London 1960 6. A. in J. Pokornv: De Ferri Metallographica, vol. III. Pariz 1967 ZUSAMMENFASSUNG Im Hiittenvverk Jesenice werden Bleilegierte Stiihle steigend in Kokillen 650 x 650 mm im Querschnitt gegos-sen. Blei wird dem Stahl in den Strahl zvvischen dem Trichter und der Pfanne zugegeben. Die Bleiverteilung haben wir in den Blocken der Automaten- und Konstruk-tionsstiihle mit Hilfe der chemischen Analyse und der makroskopischen Blei- und Schvveffelabdriicke studiert. Die mikroskopischen Untersuchungen am Elektronenmi-kro analysator hatten nur einen erganzenden Charakter. Beim Studium der Bleiverteilung in bleilegierten Blocken haben vvir besonderen Wert der Betonung der turbolenten und konvektiven Stromungen vvahrend des Giessens und Erstarrens des Blockes, unter Beachtung des Stocksen Gesetzes gelegt. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen zeigen vvieder, dass sich im Stahl nur dieser Blei gleich-massig verteilt, vvelcher sich im fliissigen Stahl aufgelosst hat und vvahrend der Abkiihlung aus der Losung aus-geschieden ist. SUMMARY Leaded steels are čast in Jesenice Ironvvorks through a funnel into the ingots of square cross section 650 x 650 mm. Lead is alloyed to steel by introduction into the jet of steel between the laddle and the top of the funnel. The lead distribution in the ingots of free-cutting and struc-tural steels vas studied by chemical analysis and macro-scopic replicas of lead and sulphur. Microscopic investi- gations by electron microanalyzer were only a supplement. The distribution of lead in the leaded steel ingots vvas studied vvith emphasis to turbulent and convectional flow during pouring and solidification of the ingot, taking in account the Stokes law. The results of investigations repeatedly prove that uniformly distributed is in steel only the lead vvhich vvas dissolvcd in molten steel and then precipitated from the solution during cooling. 3AKAIOMEHHE B MeTaAAypnmecKOM 3aBOAe Ecemme CBiiimoBbie copra CTaAH pa3AHBaioT nepe3 BoponKy b KBaApaTHLie cahtkh 650 x 650 mm. Cbii-neu renipyiOT cnocoGoM bbeaeiiha b CTpyio CTaAH b npocTpancTBe mokay KOBineM n ropaobiniom bopohkh. ilopa3aeaemhe cbhima b CAHTKaX aBTOMaTHOH H KOHCTpyKUHOHHOH CTaAH IIS^aAH npH nO-Mom xiiMHHecKora aHaAH3a h MHKpocKoniiMecKHMH oTnenaTKaMii cBHHua n cepbi. MHKpocKommecKiie HCCAeAOBaHHH na sAeKTpoimoM MHKpoana-AH3aTope h Me ah Anuib aonoahhteabhoe 3HaMeHiie. nopa3AeAeHHe CBinma b c.viiTKax CBHHUOBbix CTaAeft H3yHaAH npn yMeTe Typ6y-AeiiTHbIX II KOHBeKHHOHHbIX nOTOKaX, TaK>Ke B3HT BO BHHMaHHe 3aKon CTOKec-a. Pe3yAbTaTbi 3thx nccAeAOBaHHH cnoBa AOKa3aAH, hto paBHOMepnoe nopa3AeAeHiie AaeT toabko tot cbhhh, icoTopbiii nocAe pacnAaBAeHHH b jkhakoh CTaAH BbiAeAiiAca bo BpeMfl oxAa>KAe-hhh paciL\aBAeHHora MeTaAAa.