Opis, zagon in tehnološki rezultati VAD naprave v jeklarni II železarne Ravne
UDK: 669.187 ASM/SLA: D8 m, D9 s
S. Petovar, A. Rozman, A. Lesnik
Aprila 1983 smo izdelali prve šarže na VAD napravi v jeklarni II. S tem se je pri nas začelo obdobje moderne jeklarske tehnologije, ki se je v svetu že dokaj uveljavila. S praktičnimi raziskavami ponovčne metalurgije smo šele na začetku.
V članku so strnjeno navedeni opis in zagon VAD naprave ter rezultati, doseženi v obdobju poskusnega obratovanja VAD naprave.
1. OPIS IN ZAGON VAD NAPRAVE
1.1 Opis VAD naprave
VAD naprava je sestavljena iz ponovce, v kateri je možno obdelovati in degazirati jeklo s pomočjo specialnega pokrova. Grafitne elektrode so v posebnih vakuumsko tesnjenih teleskopskih ceveh, tako da lahko do-grevamo talino pri znižanem tlaku 600—750 mbarov. Mešanje taline je omogočeno z vpihovanjem argona ali dušika skozi šobo za prepihovanje z inertnim plinom ob strani ponovce. Shemo naprave prikazuje slika 1.
1	- Lijak za dodajanje
v vakuumu
2	- Naprava za vzorčeva-
nje m merjenje tempe -rature
3	- Odprtina za opazo -
vanje i - F^novca
5	- Odprtina za vpihovalno
kopje
6	- Cilindri za dvig
pokrova
7	- Vakuumska krivina
- fajfa
8-	Tesnjena odprtina za elektrode
9-	Cilindri za dvig et&trod
10-	Obok
II - Voz za ponovco
12-	Ohišje elektrod
13-	Elektrodno držalo U - Ohiije za rezervne
elektrode
15-	Vodno - hlajeni vodniki
16-	Fleksibilni kabli
17-	Nosilni stebri in ročice za ohišja elektrod
18-	Pokrov s pode s t om
19-	Prirobnica na ponovni
20-	Nosilni steber 21 - Prvi mjektor
Slika 1	Fig. 1
Shema VAD naprave	Scheme of the VAD set
Pokrov ponovce je pritrjen na podest, ki se dviga in spušča s pomočjo štirih hidravličnih cilindrov. Med obratovanjem se tesnilo na spodnjem delu pokrova stisne na prirobnico ponovce. Posebna naprava omogoča merjenje temperature in jemanje vzorcev za kemično analizo med vakuumiranjem. Na pokrovu je še odprtina za opazovanje gibanja taline med degazacijo in za vpihovanje prašnatih materialov (CaSi, C, FeS). V našem primeru 45-t-ponovce je moč transformatorja 8 MVA. Ponovca je obzidana z visokoaluminatno opeko, v žlindrini coni pa s krommagnezitno opeko. Pokrov ponovce je tudi obzidan z visokoaluminatno opeko in plast-betonom enake kvalitete.
1.2. Zagon VAD — naprave
Za zagon VAD — naprave smo v Železarni Ravne določili strokovni tim ki je imel poleg odgovornosti tudi vse potrebne pristojnosti za uspešno uvajanje naprave, tehnologije in šolanje strokovnjakov.
Zagon smo razdelili v tri glavne faze:
1.	Šaržo naj bi dokončali v peči, mi pa bi preizkusili prelivanje, prepihovanje z argonom, dogrevanje, merjenje temperature, jemanje vzorcev ter delni vakuum do 600 mbarov.
2.	Drugi korak bi bile vse prej naštete operacije, dodali pa smo legiranje in razžveplanje.
3.	Pri tretji fazi naj bi se ponovile operacije prejšnjih dveh, s tem, da dodamo degazacijo in legiranje v vakuumu.
Odločili smo se tudi, da posameznih faz ne bomo preskakovali. Dokler vse operacije, določene s prvo fazo, ne uspejo, ne začnemo druge.
Za idealen zagon bi torej zadostovale tri šarže, nakar bi lahko prešli na izdelavo šarž, ki so bile določene s prevzemnimi pogoji.
S prvim preizkusom smo začeli 15. 4. 1983. Jeklo smo iz peči prelili v prelivno ponovco, iz prelivne pa v vakuumsko. Že med prelivanjem smo začeli s prepiho-vanjem. Ko je bilo prelivanje končano, smo ponovco prepeljali pod vakuumski pokrov, vzpostavili delni vakuum in poizkusili z dogrevanjem. Zaradi napake v krmiljenju se je električni oblok vzpostavil samo z dvema elektrodama. Po hitri intervenciji naših vzdrževalcev smo napako odpravili in pričeli z normalnim dogrevanjem.
Po dogrevanju smo izmerili temperaturo in poizkušali vzeti vzorec. Po treh brezuspešnih poizkusih jemanja vzorca smo dvignili pokrov in odpeljali ponovco na litje.
Prvo fazo zagona je bilo treba torej zaradi neuspelega jemanja vzorcev ponoviti.
Tudi pri drugem poizkusu nam ni uspelo jemanje vzorcev. Kartuše za jemanje so bile namreč predolge in kljub nastavitvi avtomatike v skrajno lego nam ni uspe-
lo. Nato smo skrajšali kartuše in pri tretji šarži uspešno vzeli vzorec.
Sedaj smo lahko prešli na drugo fazo zagona.
Šaržo smo legirali in razžveplali brez večjih težav, vendar smo zaradi večje zanesljivosti izdelali še eno. Ko tudi tu nismo imeli težav smo prešli na tretjo fazo zagona, torej degazacijo in legiranje v vakuumu.
Pri tej fazi zagona so se pojavile prve resnejše težave. Tlak ni nikakor padel pod 2,0 mbar. Predstavnik Heurty-ja je trdil, da je kriva prenizka temperatura pare in zaradi tega prevelika količina kondenzata. Po nastavitvi vode za kondenzacijo pare in zatesnitvi argonske šobe pa je pri desetem poizkusu le padel pod 1,3 mbar in končali smo še zadnjo fazo zagona, tako da smo lahko prešli na izdelavo šarž, ki so bile določene s prevzemnimi pogoji. Za vroče testiranje naprave smo porabili petnajst dni.
2.2. Metalurški rezultati
2.2.1. Razžveplanje in razplinjanje jekla
Možnost ogrevanja taline v ponovci omogoča poleg ostalega tudi učinkovito razžveplanje. Uporabljamo dva načina razžveplanja:
—	razžveplanje z bazično žlindro (CaO -I- CaF2,
—	razžveplanje z bazično žlindro (CaO 4- CaF2 in vpihovanjem CaSi.
Pri prvem načinu razžveplanja (slika 3) dosegamo v odvisnosti od količine dodane žlindre (4—15 kg/t) stopnje razžveplanja med 40 — 80 %. Drugi način razžveplanja (slika 4) uporabljamo pri jeklih, kjer se zahtevajo izredno nizke vsebnosti žvepla (S <0,010%). Stopnje razžveplanja, ki jih dosegamo pri tem načinu, se gibljejo med 75 in 95 %.
2. TEHNOLOŠKI REZULTATI MED POSKUSNIM OBRATOVANJEM VAD - NAPRAVE
2.1. Tehnologija VAD
Tehnološki postopek ponovčne metalurgije v Železarni Ravne sestavljajo naslednje faze:
raztalitev vložka
razfosforenje
oksidacija
legiranje dogrevanje razžveplanje razplinjanje
EOP
v VAD — napravi
Jeklo, raztaljeno in oksidirano v EOP, skupaj z žlindro izlijemo v prenosno ponovco. Iz prenosne ponovce prelijemo jeklo skozi zasunsko zapiralo z velikim premerom izlivka v ponovco za obdelavo. Žlindra iz EOP ostane v prenosni ponovci. Med prelivanjem dodamo ferolegure in novo žlindro v delovno ponovco. Nato se ponovca zapelje pod pokrov. Obdelava poteka pri delnem vakuumu. Fazi dogrevanja in premešavanja z argonom lahko, če je potrebno, sledi degazacija pri 1,3 mbar.
Primer obdelave Cr-Mo konstrukcijskega jekla je prikazan na sliki 2.
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
P'99,5 V. R--0.JB07 »'.-0.6096 Sy .-«399 H. 20
40 120 200 280 360 140 520 600 680 760 Masa žlindre (kg)
Slika 3
Razžveplanje med razplinjanjem
Fig. 3
Desulphurisation during degassing
Vakuumska ponovčna peč omogoča degazacijo pri pritisku manj kot 1,3 mbar. Časi degazacije se gibljejo med 10 in 30 minutami, odvisno od kvalitete jekla in od končnih dimenzij kovaških izdelkov. Dosegamo vsebnosti vodika pod 2 ppm.
2.2.2. Čistoča jekla
Jeklo, obdelano v ponovci pod vakuumom, je čistejše od klasično izdelanega jekla. Glavni dejavnik pri tem je vsekakor mešanje taline z inertnim plinom (Ar ali N2). Naredili smo primerjavo čistosti talin, izdelanih v poskusnem obratovanju VAD naprave po različnih tehnologijah. Histogram na sliki 5 prikazuje rezultate za jeklo EC 80 (Č. 4320).

hnspon Ogrevon/e
Razplr/an/e m legranje
prraba pare 5 Ot/h ^refc* arjnaJ-2m 3/h
10 20 30 40 SO 60 70 80 90 KX) 110 -- Čas (min.)
Slika 2
Primer obdelave z razplinjanjem in vpihovanjem CaSi
Fig. 2
A čase of treatment by degassing and CaSi injection
5 co p -Str Sfop
W- 58A897.0AU P* 99%
R'=0,8689 Sy =1.102
30
iO
50 60 70 Dodatek CaSi (kg)
90
100
Slika 4
Razžveplanje z vpihovanjem CaSi Fig. 4
Desulphurisation by the CaSi injection
Najmanj vključkov smo dobili v jeklu, ki smo ga obdelali v VAD napravi z vpihovanjem CaSi za razžveplanje. Na splošno so vključki v vakuumiranem jeklu z večjo vsebnostjo S zelo kratki in tanki ter jih je manj kot pa v jeklu, izdelanem v EOP, ki ima manj S. Največje zmanjšanje je pri sulfidnih in aluminatnih vključ-kih, nekoliko slabše pa pri grobih oksidnih vključkih, tipa D. Teh vključkov je manj in so grobi. To je posledica reoksidacije jekla med litjem. Z ustrezno tehnologijo se da doseči izredno čisto jeklo, saj je v nekaterih primerih vsota vključkov A + B + C + D manjša od 2. To je rezultat zadostne dezoksidacije jekla, razžvepla-nja in razplinjanja ter intenzivnega mešanja taline.
2.2.3. Mehanske lastnosti jekla
Za vse kvalitete, ki jih že obdelujemo na VAD napravi, veljajo enake kvalitetne zahteve za mehanske lastnosti, kot za klasično izdelano jeklo v EOP. Izjema je bilo le nekaj šarž, ki smo jih naredili za preverjanje sposobnosti naprave zaradi prevzemnih pogojev. Z novo tehnologijo smo spoznali, da se dajo mehanske lastnosti jekla izboljšati. Pomembno je, da je trošenje podatkov v večini primerov bistveno manjše od tistih podatkov za mehanske lastnosti jekla, izdelanega v EOP. Delež šarž z neustreznimi mehanskimi lastnostmi se je zmanjšal na minimum in v glavnem brez težav dosegamo predpisane mehanske lastnosti.
Pri jeklu Č. 7422, izdelanem v EOP, je do 20 % šarž s premajhno žilavostjo po slepem kaljenju. Porazdelitev podatkov za žilavost tega jekla za dvoletno obdobje na sliki 6 nam kaže, da okrog 15 % šarž ne ustreza predpisu. Minimalna žilavost je bila 22 J, maksimalna pa 64 J. Izračunana srednja vrednost znaša 38,17 J. Če te podatke primerjamo s podatki o žilavosti jekla Č. 7422, izdelanega na VAD napravi, vidimo, da je pri vseh 18 šar-žah presežena predpisana minimalna žilavost 31 J, maksimalna pa 68 J ob izračunani srednji vrednosti 50,28 J. Trošenje teh podatkov na sliki 6 je sicer večje, vendar v smeri višje žilavosti, kar je za jeklo Č. 7422 ugodnejše.
Slika 6
Porazdelitev žilavosti za jeklo Č. 7422, izdelano v OEP in VAD
Fig. 6
Toughness distribution for Č. 7422 steel made in EOP and VAD
2.2.4. Hitrost ogrevanja in ohlajanja taline med obdelavo na VAD napravi
Hitrost ogrevanja je možno poljubno regulirati s pomočjo 17 napetostnih stopenj. Maksimalne dosežene
E22 eop
L_j VPP-ogrevanje
C3 VPP - ogrevanje *degazacija I | VPP *ogrevanje *vpihovanje CaSi * degazacija Slika 5
Povprečna ocena nekovinskih vključkov po JK ASTM metoda A za C. 4320
Fig. 5
Average estimation of non-metallic inclusions in Č. 4320 steel by JK ASTM, MetHod A.
ŽEZB 18 (1984) štev. 2 Opis. zakon in tehnološki rezultati VOD naprave v jeklarni II. Železarne Ravne
hitrosti ogrevanja so med 4 in 5°C/minuto. Za točno nastavitev temperature litja (±5*C) je potrebno poznati še hitrost ohlajanja med razplinjanjem. Ta znaša v primeru, ko nismo dodajali dodatkov med razplinjanjem, ali pa smo jih dodali do 1 % teže taline, l,5°C/minuto.
3. ZAKLJUČKI
1.	Uspešno uvajanje ponovčne tehnologoje je rezultat timskega dela strokovnjakov z različnih področij, ki pa morajo biti dobro organizirani.
2.	V decembru smo na VAD napravi obdelali 50 % vseh šarž jeklarne II. Potrebno je storiti vse, da se število obdelanih šarž čim prej dvigne na planiranih 80 %.
3.	Z obdelavo jekel po kombiniranem postopku EOP in VAD dosegamo enakomernejšo kvaliteto naših jekel, kar nam daje možnost izboljšanja kvalitete in konkurence na zahodnem tržišču.
4.	Kvalitetni asortiman je potrebno prilagoditi zmožnostim VAD naprave.
5. Z dobrim razplinjanjem jekel, ki so nagnjenja k tvorbi kosmičev, smo ukinili drago Hzžarjenje.
Literatura
1.	A. Lesnik: Opis in zagon vakuumske ponovčne peči. Referat na srečanju jeklarskih timov SŽ, Ravne na Koroškem, 21. septembra 1983.
2.	A. Rozman: Osnove ponovčne tehnologije v Železarni Ravne, Referat na srečanju jeklarskih timov SŽ, Ravne na Koroškem, 21. septembra 1983.
3.	S. Petovar: Raziskovalno razvojno delo ob uvajanju in v nadaljnjem razvoju ponovčne metalurgije. Referat na srečanju jeklarskih timov SŽ, Ravne na Koroškem, 21. septembra 1983.
4.	A. Rozman in sodelavci: Tehnološke in proizvodne novosti v jeklarni Železarne Ravne — Uvajanje ponovčne tehnologije po VAD postopku v jeklarni II., XXXII. jesensko posvetovanje strokovnjakov črne in barvne metalurgije ter livarstva Slovenije, Portorož, 6. in 7. oktber 1983.
5.	Interne raziskovalne naloge.
ZUSAMMENFASSUNG
Ziel des vorliegenden Beitrages ist es nicht die erziehlten Ergebnisse auf dem Gebiet der Stahlqualitat der auf der VAD Anlage behandelten Stahle genauer darzugeben, sondern im kurzen durch die Modernisierung des Stahlvverkes des hutten-werkes Ravne erreichten Errungenschaften zu zeigen. Der Bei-trag ist aus zwei Teilen zusammengesetzt. I m ersten Teil wird im kurzen die VAD Anlage und die Inbetriebnahme beschrie-ben. Im zweiten Teil vverden die technologischen Ergebnisse, die vvahrend des Versuchsbetriebes erziehlt worden sind ange-geben.
Durch eine entsprechende Entschvveffelungstechnologie ist ein Entschweffelungsgrad von 75 bis 95% und ein sicherer
Schweffelgehalt unter 0,010% erreicht worden. Der VVasser-stoffgehalt fallt nach der Entgasung unter 2 ppm H: so, dass das Gliihen zur Wasserstoffenternung aufgehoben vverden konnte. die Reinheitsgradausvvertung ergab fiir die Summe der Einschliisse einen Wert nach JK und ASTM nach der Metho-de A kleiner als 2.
Wegen des besseren Reinheitsgrades und gleichmassiger chemischer Zusammensetzung sind auch die erziehlten mecha-nischen Eigenschaften der Stahle besser.
Wir geben uns die Muhe die Qualitat unserer Stahle zu ver-bessern, um so den Forderungen unserer Kunden zu geniigen.
SUMMARY
The paper has not the intention to present the details on the obtained results in the field of quality of steels treated by the VAD set but it shows in a condensed form the achieve-ments obtained by the modernization of the steel plant in Ravne Ironworks.
The presentation consists of two parts. The first one gives a short description of our VAD set and its start, while the tech-nological results of the set during the trial operation are pre-sented in the second part.
By corresponding desulphurisation technique the 75 to 95 % desulphurisation degree was obtained, and thus the sul-
phur content in steel vvas below 0.010%. After a good degass-ing there was less than 2 ppm H: and thus Hrannealing vvas eliminated. A very pure steel vvas obtained (sum of inclusions by JK and ASTM A method vvas belovv 2).
Due to the more uniform chemical composition of steel and greater purity, better mechanical properties vvere achieved.
Ali efforts are made to improve the quality of our steel and thus to fulfil the demands of our purchasers.
3AKHIOMEHHE
Uejlb 3toh pa60TbI He coctoht b tom, HTo6bI npHBeCTH tohho noJiyneHHbie pe3yjibTaTbi hto KacaeTC« KanecTBa CTaiiH 06pa60TaHH0fi c VAD — ycTp0HCTB0M, a BKpaTue H3Jio>KHTb OBJianeHHH, noJiyneHHbie c MoaepHH3amieii CTajienjiaBiiiibHO-ro uexa MeTajuiyprHHecKoro 3aBoaa )Kejie3apHa PaBHe.
CTaTbfl coctoht H3 HByx HacTefi. B nepBofi nacTH aaho ko-poTKoe onncaHHe VAD — ycTpoiicTBa b 3aBoae )Kejie3apHa PaBHe h nycK b xo.a 3Toro ycrpoHCTBa. B BTopofi »e HacTH CTaTbn npnBe,ienbi iexHo:ioniHecK»e pe3yjibTaTbi 3Toro ycTpoHCTBa, nojiyneHHbie bo BpeMH npoGHofi 3KcnjiyaTaunn.
C C00TBeTCTByK)uxeH TexH0Ji0rmi o6eccepnBaHH» ynajiocb yNienbujHTb coaep)KaHHe cepbi Ha 75 no 95 % h, TaKHM o6pa-30M nojiyHHTb CTajib c coflepacaHHeM cepbi HH>Ke 0,010%. Ilo-
cne cooi BeTCTBeHHo xopomoro oth. pajHK-ajibHoro yaa.ieHna ra30B cojepjKaHHe H; b CTaiiH cocraB:ia.to HH)Ke 2 <t> 1-1M. BcJieacTBHH 3Toro H3-3a HH3Koro conep>KaHHH Boaopojia b CTajiH H; — ot>KHr CTaKJiH 6biji OTVieneH. B pe3yjibTaTe b 3a-Boae !^Cejie3apHa PaBHe nojiyweHa oneHb MHCTaa CTanb (cyvi-\ia BKjnoneHHH no JK h ASTM A \ieToay 6biJia hhike 3Haie-hhs 2).
BcneacTBHH paBHOviepHoro xiiMHHecKoro cocTaBa CTa.m n ero jiyHuieH hhctotu nojryMeHbi 6jiaronpnaTHbie NiexaHHMe-CKHe CBOHCTBa CTajiH.
B aajibHeflujeM CTpeMJieHHe MeTaJuiyprHHecKoro 3aBoaa >Kejie3apHa PaBHe coctht b yjiyHmeHHH KanecTBa CTajiefi n TaKHM 00pa30M BnojiHe yaoBJieTBOpHb Tpe6oBaHiiaM noKyna-Tejieft.