UDK 669.14.01.018.8:669.18:669.295 Izvirni znanstveni članek ISSN 1580-2949 MTAEC9, 37(6)347(2003) B. KOROUŠI] ET AL.: TERMODINAMIKA PROCESA IZDELAVE NERJAVNIH JEKEL ... TERMODINAMIKA PROCESA IZDELAVE NERJAVNIH JEKEL, LEGIRANIH S TITANOM IMPROVEMENTS TO THE PRODUCTION PROCESS FOR STAINLESS STEEL ALLOYED WITH TITANIUM Blaženko Korouši}1, Jože Triplat2, Boštjan Arh1 1 Inštitut za kovinske matriale in tehnologije, Lepi pot 11, 1000 Ljubljana, Slovenija 2 SŽ ACRONI, d. o. o, Jesenice, Slovenija blazenko.korousicŽimt.si Prejem rokopisa – received: 2003-07-17; sprejem za objavo – accepted for publication: 2003-10-21 Opisane so procesne značilnosti izdelave nerjavnih jekel, legiranih z titanom, v 90-tonski EOP (elektroobločna peč) z VOD-napravo in ponovčno pečjo. Kontinuirno litje slabov (100 %) je v uporabi v ACRONI-Jesenice. Pri nekaterih nerjavnih jeklih je potrebno legiranje s titanom, ker le-ta izboljšuje mehanske in korozivne lastnosti. Nerjavna Ti-jekla so namenjena za ploščate izdelke in so zelo občutljiva za nekovinske vključke, ki so rezultat sekundarne obdelave taline. Oksidni vključki nastajajo pri dezoksidacijskih procesih in zaradi reoksidacije taline z žlindro ali zračno atmosfero. Značilna za izdelavo nerjavnih jekel, legiranih s titanom, je tvorba titanovih nitridov, ki pod določenimi pogoji nastajajo že v talini. Nekovinski vključki: oksidni, sulfidni in nitridni, so lahko vzrok za številne težave med litjem jekla na KL-napravi (mašenje izlivnikov), kar se v končni fazi pokaže v površinskih napakah pri končnem izdelku. Ključne besede: termodinamika, oksidni, sulfidni, nitridni vključki, lastnosti žlindre, dezoksidacija, dušik, žveplo, sekundarna metalurgija, titanova nerjavna jekla This study focuses on the production of Ti-alloyed continuously cast stainless steels in a 90 electric-arc furnace, VOD (vacuum oxygen decarburization) furnace and an LF ladle furnace. For some stainless-steel grades, titanium is required as an alloying element to improve the mechanical properties andthe corrosion resistance. Ti-alloyedstainless-steel grades for flat products are very sensitive to the non-metallic inclusions, whose origin is in the secondary metallurgy treatment. Oxide inclusions originate mainly from deoxidation or from re-oxidation with the slag or the atmosphere. In the production of Ti-alloyed steels, titanium may, under certain conditions, form a large amount of Ti nitride, the most common being TiN formed in the liquid steel. All oxide, sulphide and nitride inclusions may provoke nozzle clogging during continuous casting and be more or less the reason for surface defects on the final products. Keyword: thermodynamics, oxide, sulphide, nitride inclusions, slag properties, de-oxidation, denitrogenization, desulphuri-zation, sulphur capacity, secondary metallurgy, Ti-alloyed steels 1 UVOD V segmentu proizvodnega programa jeklarne ACRONI-Jesenice je izdelava nerjavnih jekel udeležena po obsegu celotne proizvodnje s približno 20-odstotnim deležem, po finančnem učinku pa je prav gotovo na prvem mestu. V bogati paleti nerjavnih jekel igrajo pomembno vlogo tista, stabilizirana s titanom. Celotna proizvodnja nerjavnih Ti-jekel poteka po tehnološki liniji: 90-tonska EOP in vakuumska metalurgija z VOD-napravo v kombinaciji s ponovčno pečjo (LF) z zaključnim litjem taline na kontinuirni napravi. Proizvodnja nerjavnih jekel, stabiliziranih s titanom, pokriva predvsem skupino jekel kvalitete AISI321 in AISI316Ti, pri katerih se vsebnost titana ravna po znanem pravilu o stabilizaciji ogljika in dušika v talini medlegiranjem s titanom. Praktične izkušnje pri izdelavi nerjavnih jekel kažejo, da sta proizvodnja tekočega jekla, predvsem pa vodenje procesov sekundarne metalurgije, ter litje na kontinurni napravi povezana s številnimi težavami, ki se kažejo v motnjah pri litju ter kasnejših posledicah pri ugotavljanju in odpravi težav, ki so povezane s tvorbo površinskih napak na odlitih in predelanih slabih. Ta članek opisuje procesne značilnosti izdelave nerjavnih jekel, stabiliziranih s titanom, v jeklarni ACRONI-Jesenice po tehnološki liniji EOP+VOD+ LF+CC. 2 PROCES IZDELAVE NERJAVNIH JEKEL, STABILIZIRANIH S TITANOM PO POSTOPKU EOP+VOD+LF+CC Elektroobločna peč z ekcentričnim prebodom se uporablja predvsem za taljenje starega železa in ferolegur ter za nastavitev pravilne kemijske sestave in temperature predprebodom taline v VOD-ponovco. Vakuumski postopek obdelave taline ima ključni pomen v celotni tehnološki liniji, saj z njim dosegamo osnovne cilje, nizke vsebnosti ogljika, dušika in žvepla. Zelo zahtevna naloga je znižanje vsebnosti dušika v fazi intenzivne oksidacije ogljika s kisikom v vakuumu. Posebna skrb se posveča kontroli kisika ter njegovi interakciji s titanom pri legiranju z FeTi ter obdelavi taline s CaSi predpričetkom litja jekla. Slika 1 prikazuje shematsko predstavitev poteka tehnološkega procesa ter povprečni čas izdelave nerjav- MATERIALI IN TEHNOLOGIJE 37 (2003) 6 347 B. KOROUŠI] ET AL.: TERMODINAMIKA PROCESA IZDELAVE NERJAVNIH JEKEL nih jekel v jeklarni ACRONI-Jesenice po opisani tehno-loški shemi. 2.1 Ključne procesne faze med vakuumsko obdelavo jekel Po končanem taljenju kovinskega vložka v EOP (povprečni časi so 80 min) in nastavitvi potrebnih parametrov taline (predpisana kemična sestava in temperatura taline) sledi prebod taline v pregreto VOD-ponovco in posnemanje pečne žlindre ob takojšnji priključitvi argona za mešanje taline. Kot je razvidno s slike 1, nadaljevanje procesa izdelave nerjavnih jekel poteka po vakuumskem postopku, pri katerem razlikujemo tri ključne procesne faze: oksidacijo s plinskim kisikom v vakuumu, prilagajanje kemične sestave taline ciljnim vrednostim ter nastavitev optimalne temperature taline predzačetkom litja na livni napravi. Dodatni proces pri izdelavi nerjevnih jekel, legiranih s titanom, je faza razdušičenja, pri kateri se zniža vsebnost dušika za pribl. 30–45 µg/g in je "know-how" podjetja ACRONI-Jesenice. Odvisno od kemične sestave taline dodajamo poleg žlindrinih dodatkov (pribl. 5 kg/t CaO + 0,7 kg/t dolomita) še druge potrebne kovinske dodatke (FeCrHC, FeMnHC, FeMo …), da pripeljemo kemično sestavo taline v optimalne meje, zato da po redukciji žlindre ni treba dodajati dragih legur, kot so FeCrLC, čisti Mn in druge. Vakuumsko komoro pokrijemo in pričnemo evakuiranje. Ko v vakuumski komori dosežemo tlak okoli 300 mbar, se začne vpihovanje kisika na talino z vodnohlajenim kisikovim kopjem. Izbira profila in trajanje pihanja kisika v naslednjih 40-60 min sta izredno pomembna. Literatura o VOD-procesu navaja glavne tri faze pihanja kisika, medtem ko je realna praksa precej drugačna, kot je razvidno s slike 2. V prvi fazi pihanja 10 V OD >- ¦ Oxygen Blow Analyse + Temper Adjust at EAF-melting 1 0 01234567 t/h Slika 1: Shema poteka tehnološkega process ter povprečni čas izdelave nerjavnih jekel, stabiliziranih s titanom, v jeklarni ACRONI-Jesenice Figure 1: Technological scheme for the production of stainless-steel grades alloyed with titanium at Steelworks ACRONI-Jesenice 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 Ch.213447(#6) AISI 304TVT TotOj = 827 m3 (measured O,: 825 m3 ) Oxygen rate qv = 1154 m/h (= 19,23m/min) 10 20 30 40 t/ min 50 60 70 Slika 2: Dinamika pihanja kisika za jeklo AISI316 v 90-tonsko VOD napravo Figure 2: Blowing of oxygen for a melt of the steel grade AISI316 in the 90-ton VOD kisika najprej oksidira silicij zaradi visoke afinitete do kisika, nato sledi oksidacija ogljika, ki se pokaže v tvorbi CO, ki ga vakuumske črpalke (večinoma delajo vodne črpalke do pribl. 0,2 % C in šele nato se vključujejo parni ejektorji) izčrpavajo in vzdržujejo tlak v komori okoli 100 mbar do 200 mbar. Proces oksidacije VOD je po navadi končan, ko talina doseže vsebnost ogljika okoli 0,09–0,11 % C (odvisno od ciljnega končnega ogljika), kar se pokaže v hitrem padcu tlaka do 40 mbar, padcu temperature dimnih plinov in pri kontroli procesa VOD s t. i. "PATMETROM" v naglem padcu vsebnosti CO v dimnih plinih. V tej fazi izdelave jekla še ni mogoče dobiti podatkov o njegovi kemični sestavi, temperaturi taline ter vsebnosti kisika v njej, ker je vakuumska komora še zaprta in vsako odpiranje in prekinitev procesa bi pomenilo podaljšanje izdelave in povzročilo velike toplotne izgube. Zato se v redni praksi takoj nadaljuje t. i. "proces razogljičenja z lastnim kisikom – VCD-faza". V tej tehnološki fazi preostali ogljik podvakuumom reagira z lastnim kisikom v talini in žlindri in po 15 min do 25 min doseže ciljno vsebnost ogljika. Šele po končani VCD-fazi se tlak v komori poveča in nato odpre pokrov na VOD-ponvi, nato sledi jemanje vzorca taline in merjenje temperature ter v zadnjih letih tudi merjenje aktivnega kisika. Medpihanjem kisika v vakuumu poteka poleg ciljne oksidacije ogljika tudi oksidacija drugih elementov, in sicer predvsem Si, Mn in Cr. Del mangana tudi izpari, toda večina oksidiranih elementov se prenese v žlindro, kjer se vežejo v okside SiO2, MnO, Cr2O3 itd. Večji del Cr2O3 v žlindri se mora nato reducirati, ker je oksidirana količina med250 kg in 700 kg koristnega kovinskega vložka in bi ga morali v nadaljevanju procesa nadomestiti, in sicer ne več s cenejšim FeCrHC, temveč z dvakrat dražjim FeCrLC. Redukcija žlindre se izvede z dodatki FeSi + Al, po navadi v razmerju 5:1, pri čemer 0 9 8 7 6 5 4 3 2 348 MATERIALI IN TEHNOLOGIJE 37 (2003) 6 B. KOROUŠI] ET AL.: TERMODINAMIKA PROCESA IZDELAVE NERJAVNIH JEKEL se del silicija in manjši del aluminija legirata v talino. Vakuumska komora s ponovco se ponovno pokrije in pri nizkem tlaku se izvrši redukcija žlindre. Novo nastalo žlindro, v kateri ni več kovinskih oksidov, imenujemo bela žlindra, ki po končanem VOD-procesu na odlaga-lišču razpade, če niso izvedeni posebni ukrepi za njeno stabilizacijo. Šele po končani redukciji in degazaciji, ki trajata tudi od 20 min do 25 min, odkrijemo ponev in, odvisno od analize vzorca in temperature taline, izvedemo dokončno korekturo kemične sestave. Če je treba uravnavamo tudi temperaturo taline (z dodatki t. i. "hladilnega vložka"), ker ima nastavitev livne temperature izreden pomen za kvaliteto odlitega slaba. Tabela 1: Podatki o sestavi VOD-žlindre po njeni redukciji Table 1: Chemical composition of the VOD slag after slag reduction Šarža Si02 AI2O3 CaO Bazič. % % % CaO/Si02 213445 22,1 9,6 59,8 2,7 213446 25,0 8,8 58,5 2,3 213447 21,1 10,6 59,0 2,8 213448 21,5 11,5 60,9 2,8 213457 18,3 9,2 61,9 3,4 213458 23,7 9,9 58,8 2,5 213459 21,1 10 60,9 2,9 2.2 Kontrola procesa redukcije žlindre V fazi pihanja kisika v vakuumsko komoro poteka vrsta reakcij medelementi, raztopljenimi v jeklu, in plinskim kisikom. Oksidirajo se predvsem elementi C, Si, Mn, Cr, Al, Ti in tudi Fe. Zaradi različnega poteka posameznih reakcij (spreminja se sestava taline, sestava in količina žlindre, temperatura taline, tlak v komori) se med procesom spreminjajo tudi termodinamični in kinetični pogoji za posamezne reakcije. Zlasti je pomembno za ekonomijo VOD-procesa ugotavljanje razmer, ko se prične intenzivna oksidacija kroma, ker pri tem izredno hitro narašča temperatura taline zaradi eksotermne oksidacije kroma. Oksidirani krom se v obliki oksida Cr2O3 prenaša v žlindro in zaradi visokega tališča žlinder, bogatih s Cr2O3, začne naglo naraščati tudi temperatura liquidusa in žlindra postaja trdna in nereaktivna. Zelo zanesljiv kvantitativni model za oceno optimalnega izračuna reducenta pri redukciji žlindre po končani VCD-fazi sloni na predpostavki, da mora biti celotni kisik, vpihan medvakuumsko oksidacijo, razen kisika, porabljenega za oksidacijo C in Si (za tvorbo CO in SiO2), kasneje reduciran z dodatki FeSi in Al 6. Faktor bazičnosti žlindre CaO/SiO2 je pomemben parameter, ker omogoča oceno uspešnosti redukcije kroma iz žlindre. Kontrola žvepla ima velik pomen za kvaliteto nerjavnih jekel, ker se pri visokih vsebnostih žvepla poslabšajo mehanske in korozijske lastnosti in, kar je zelo pomembno, opaža se kompleksen vpliv žvepla na količino nastalega delta-ferita. Znano je, da ima največji vpliv na odpravo žvepla temperatura, sestava žlindre ter aktivnost kisika v talini. Naše dosedanje raziskave so pokazale in tuji viri to potrjujejo, da ima na porazdelitev žvepla med žlindro in talino pri temperaturah okoli 1550–1600 °C zelo močan vpliv aktivnost CaO v žlindri. V tab elah 1 in 2 je zbranih nekaj podatkov o analizi žlindre in oceni aktivnosti CaO s programom GPRO-SLAG2 pri dejanskih temperaturah izdelave jekla. Cs = KS ?a CaO F (%S)- P kjer CS označuje kapaciteto žvepla, ravnotežja za reakcijo CaO+1/2S2(g) = ki jo izračunamo po znani enačbi: KS konstanto CaS+1/2O2(g), lg KS -AG° 19,144- T za reakcijo odžveplanja: Termodinamične vrednosti ?G0 (J/mol) = 97067 – 6,87 · T aCaO = aktivnost oksida CaO v tekoči žlindri, (% S) = masni delež vsebnosti žvepla v žlindri v (%) PS2 in PO2 sta parcialna tlaka S2(g) in O2(g) v plinski fazi nadžlindro F = faktor za prehodiz aktivnosti CaS v masnih deležih S (%). Tabela 2: Parametri žlindre, izračunane vrednosti aktivnosti CaO v žlindrah aO in kapacitete žvepla po končani redukciji žlindre Table 2: Slag parameters andcalculatedvalues of CaO-activities aO and sulphide capacities in the slag after slag reduction Šarža (S) % S (% S) a0 (izr.) aCaO Cs T7°C % Pr. SR2» Po SR1» % s (w?/g) 213445 0,280 0,018 0,002 140 1,1 0,529 0,0041 1575 213446 0,170 0,013 0,002 85 1,5 0,519 0,0035 1526 213447 0,210 0,011 0,001 210 1,2 0,524 0,0037 1542 213448 0,220 0,009 0,002 110 1,2 0,538 0,0042 1580 213457 0,190 0,009 0,002 95 2,6 0,540 0,0035 1528 213458 0,280 0,013 0,003 93 3,4 0,510 0,0045 1599 213459 0,180 0,009 0,001 180 1,5 0,540 0,0038 1551 Povprečje 0,228 0,012 0,002 130 1,8 0,529 0,0039 1557 1) Po SR = po redukciji žlindre, 2) Pr. SR = pred redukcijo žlindre MATERIALI IN TEHNOLOGIJE 37 (2003) 6 349 B. KOROUSIC ET AL.: TERMODINAMIKA PROCESA IZDELAVE NERJAVNIH JEKEL ... Oceno vsebnosti topnega kisika dobimo iz porazdelitve žvepla, in sicer po enačbi: 0.08 0.06 C lg(Cs) = lg (%S) Š%S] Č 935 ¦1,375 Bilanca žvepla pred redukcijo žlindre in po njej dodatno podkrepi ugotovitev, da so analizirane taline praktično dosegle ravnotežne razmere glede reakcije, ki kontrolira vsebnost žvepla, in sicer: CaO+ŠS] = CaS+Š0] 1) Pri redukciji žlindre se zniža vsebnost žvepla (tabela 2) od0,012 % na 0,002 % S. Pri povprečni masi taline jekla 84350 kg se prenese v žlindro 84350 (0,012 - 0,002)/100 = 8,43 kg žvepla. 2) Pri ocenjeni, povprečni masi žlindre 3525 kg in predpostavki, da žlindra vsebuje največ 0,0020 % S, je prirastek žvepla po redukciji 8,43 • 100/3525 + 0,002 = 0,24 % S (eksperimentalne vrednosti vsebnosti žvepla v žlindri so pokazale vrednost 0,22 % S). 2.3 Kontrola aluminija po redukciji žlindre Za doseganje ciljne sestave nerjavnih jekel, stabiliziranih s titanom, je v končni analizi treba zagotoviti zadostno količino aluminija. Dodani aluminij za redukcijo žlindre zahteva relacija med aluminijem in kisikom: 2ŠA1] + 3 ŠO] = A1203 Termodinamična analiza te reakcije pokaže, da lahko predpostavimo, da bo aktivnost A1203 v nekovinskih vključkih enaka 1, kar poenostavi izračun. Zato velja: 64000 lg(Š%Al] -al)-- - + 20,57 Pri znani temperaturi taline in aktivnosti kisika oziroma aluminija lahko izračunamo medsebojna razmerja, kot to nazorno prikazuje slika 3. Odvisnost topnostnega produkta dezoksidacije z aluminijem Š% Al]2a03 od 6E-13 4E-13 2E-13 6E-14 4E-14 2E-14 -1 6E-15 Č 4E-15 2E-15 6E-16 4E-16 . --------Theoretical prediction d The actual solubility products for stainless steels * , e exf ieri me ital er or ¦ i i 1500 1520 1540 1560 1580 T7 °C 1600 1620 1640 1660 Slika 3: Odvisnost med produktom topnosti Km = Š% Al]2-ao3 ii temperaturo za industrijske razmere VOD-postopka Figure 3: Relationship product of solubility Kai = Š% Al] • ao versus temperature for industrial conditions of the VOD process 0.01 0.008 • Sandvik(1992)(R8f.7) --------Ig ŠN,%] = -2.257-0.961*lgŠTi,%] ...... Yuanchang(1990)(R8f.8) AISI321 by T= 1505°C 0.06 0.08 0.1 a(Ti) Slika 4: Primerjava eksperimentalno ugotovljenih vrednosti vsebnosti Ti in N in izračunanih iz produkta topnosti za AISI 321 pri 1505 °C Figure 4: Comparison of the actual Ti andN contents with those calculatedfrom the solubility product for AISI 321 at 1505 °C 7'8 temperature z vrisanimi podatki iz merjenja aktivnosti kisika za šarži 213445 in 213458 se v mejah točnosti analize lepo ujema s teoretično pričakovanimi vrednostmi. 2.4 Kontrola titana Titan ima veliko afinitete do kisika, dušika in ogljika. V tekoče jeklo se titan dodaja v obliki predlegure Fe+Ti(+Al). Pri temperaturah nad1500 °C takoj reagira in tvori oksidne, nitridne ali karbonitridne vključke. Stabilizacija nerjavnih jekel s titanom je vezava ogljika s titanom, in količina titana se ravna po znani enačbi: (masni delež Ti, %) = 6 • (% C + % N) Skupna vsota obeh elementov: % C + % N naj ne presega 300 \yglg, ker pri povečanju vsebnosti enega od elementov pride (odvisno je od temperature taline) do prekoračitve meje topnosti. Slika 4 prikazuje primer topnostnega produkta titana in kisika Š% Ti] • Š% Ni] za jeklo AISI 321 pri temperaturi 1505 °C 7>8. Osnovno reakcijo za raztapljanje titana v tekočem jeklu zapišemo v obliki: Ti = ŠTi] Gibbsova prosta energija raztapljanja v temperaturnem območju od 1450 °C do 1650 °C je definirana z enačbo: AG° (J/mol) = -54900 - 44,83 • T V industrijskih razmerah doseže izkoristek kovinskega Ti pri streljanju FeTi-žice vrednosti med 50 % in 70 % (odvisno od vsebnosti Al v talini). Raztopljeni titan reagira najprej z kisikom po reakciji: ŠTi] + 2Š0] = Ti02) za katero lahko zapišemo naslednjo enačbo za prosto energijo: AG° = -647014 + 225,87 • T(K) (J/mol) 350 MATERIALI IN TEHNOLOGIJE 37 (2003) 6 B. KOROUŠI] ET AL.: TERMODINAMIKA PROCESA IZDELAVE NERJAVNIH JEKEL 200 100 80 60 40 1 0.8 0.6 M T= -------------------:----------------1 : ........... = 1520°C -------a(Ti02) = 1 .....a(Ti02) = 0,3 --------a(TiO2) = 0,1 — a(Ti02) = 0,03 * a(AI203)=1 and a(AI203 Ti02) = 1 /*.....f:.. '"J'pj'H Č -\Č "* •« Č "č\ Ččč-- \Čj "--ČČ '-. 0,01 0,1 a(Ti) Slika 5: Izračunana korelacija medaktivnostjo kisika pri 1520 °C in aktivnostjo titana pri različnih razmerah zaradi aktivnosti žlindre Figure 5: Calculatedcorrelation between the oxygen activity at 1520 °C and the titanium content for different conditions of slag activity ki daje pri 1600 °C vrednost konstante KTi,O = 1,79 · 106 oziroma produkt topnosti aTi · a2O = 5,59 · 10–7. Pri pa-dajoči temperaturi dezoksidacijska moč titana narašča, kar je razvidno s slike 5 za T = 1520 °C in različne aktivnosti TiO2 v žlindri. Na koncu se vzpostavi še ravnotežje meddrugimi partnerji v talini. Predvsem je pomembna reakcija med Ti ter oksidi SiO2 in Al2O3. Vključki Al2O3 po dodatku Al v talino reagirajo z raztopljenim titanom po reakciji: 4ŠAl] + 3(TiO2) = 3ŠTi] + 2(Al2O3) Slika 6 prikazuje lastno izpeljavo odvisnosti med vsebnostjo Ti in Al v primerjavi z ugotovitvami drugih avtorjev. Gaye H. in sodelavci9 so izračunali termo-dinamične odnose v sistemu Fe-Ti-Al-O, in ki omo-gočajo oceno korelacije medrazmerjem (% TiO2)/ŠaTi] in aktivnostjo Al v talini pri temperaturah med1500 °C in 1600 °C 9. 0.1 0.01 1E-3 1E-4 -------Equilibrium by 1520°C and (aČ/aČl.86*102) byf «=1.19,f Ti=1.56anda AI203=1) Gaye by 1520°C(a Al and a Ti, cäc.) » VOD-AISI321 (1490-1510 °C)(exp kos.) *«*»' » Pateisky ŠAl] and ŠTI] by 1600oC and (aČ/aČl 10*) 4 Č A 4 *Č čjTl I tU m 1E-3 0.01 0.1 aTi /% Slika 6: Primerjava dejanskih vsebnosti Ti in Al s teoretično izraču-nanimi vsebnostmi pri različnih razmerah zaradi aktivnosti žlindre Figure 6: Comparison of the actual Ti andAl contents with the calculated values for different conditions of slag activity 1000 10 0,0010 0,0100 0,1000 1,0000 Al activity TiOxyde Slika 7: Izračunane odvisnosti porazdelitve titana in dejansko ugotovljene vrednosti za ponovčno obdelavo nerjavnih jekel v vakuumu Figure 7: ComputedTi equilibrium distribution ratio anda comparison with the industrial data for vacuum ladle treatments of stainless-steels Na sliki 7 je prikazano razmerje medtitanom in aluminijem za talino nerjavnih jekel z vrisanim pov-prečjem za industrijsko analizirane šarže pri izdelavi jekel AISI321 ter AISI 316Ti. 3 SKLEPI Tehnologija izdelave nerjavnih jekel, legiranih s titanom, zahteva zelo natančno kontrolo vseh faz tehnoloških procesov, pri čemer je izrednega pomena kontrola dušika, kisika, žvepla ter aluminija in optimalna sestava rafinacijske žlindre. Analizirana je tehnologija izdelave dveh jekel vrste AIS321 in AISI316Ti v jeklarni ACRONI. Rezultate raziskav podajamo v naslednji obliki: Izdelava nerjavnih jekel, legiranih s titanom, poteka po tehnološki liniji: 90-tonska EOP in vakuumska oksidacija s kisikom v VOD-napravi, rafinacija in legiranja v VOD-LF-napravi ter litje v slabe na kontinuirni livni napravi. V fazi vakuumske oksidacije se izvaja razdušičenje jekla, ki zagotavlja vsebnosti dušika pod kritično mejo produkta topnosti ŠTi] · ŠN]. Legiranje titana z FeTi se izvaja v skladu z empirično ugotovljenim merilom ŠTi] = 6 · (C+N), pri čemer je pomembna še korelacija z vsebnostjo Al v talini pred pričetkom legiranja ter kemična sestava žlindre. Mikroanaliza nekovinskih vključkov je pokazala, da tekoče jeklo predzačetkom litja vsebuje vključke, ki so rezultat rafinacije in legiranja jekla. Drobni nitridi tipa TiN nastajajo že v talini. Količina in porazdelitev nekovinskih vključkov v talini sta direktno povezana s težavami litja (mašenje izlivnikov) ter z nastankom površinskih napak na odlitih slabih ter s tvorbo razpok medpredelavo jekla. 20 100 4 2 1E-3 0.1 MATERIALI IN TEHNOLOGIJE 37 (2003) 6 351 B. KOROUŠI] ET AL.: TERMODINAMIKA PROCESA IZDELAVE NERJAVNIH JEKEL 4 LITERATURA 1 Korouši}, B.: Fundamental thermodynamic aspects of the CaO-Al2O3-SiO2 system, Steel research 62 (1991) 7, 285-288 2 Korouši}, B.: Use of a Mathematical Model GPRO to Describe Complex Gas – Metal Reactions, Kovine, zlitine, tehnologije, 28 (1994) 4, 609-611 3 Korouši}, B., A. Rosina: Contributions to the computer predictions of the homogeneous andheterogeneous equilibrium compositions for the gas atmospheres, Veitsch – Radex Rundschau (1994) 1-2, 523-530 4 Görnerup, M., O. Wijk: Sulphide capacities of the CaO-Al2O3-SiO2 slags at 1550, 1600 and1650 °C, Scandinavian Jornal of metallurgy, 25 (1996) 103-107 5 Duffy J. A., M. D. Ingram: Journal Amer. Chem. Soc., 93 (1971) 6448-54 6 Korouši}, B., J. Triplat, A. Rozman: Evaluation of the role slag chemistry andchemical interactions in EAF for stainless steel production, Sixth International Conference on Molten Slags, Fluxes and Salts, Stockholm, Sweden-Helsinki, Finland, 12.–17. junij 2000 Rajaniemi, M.: Thermodynamics of titanium nitride formation in stainless steel andits effects on clogging during casting, Scaninject VI, 6th International conference on refining processes, Lulea, Sweden, 2.–4. junij 1992, 157-174 Yuanchang, G., W. Changzhen: Interaction coefficients in Fe-C-Ti-I (i = Si,Cr,Al,Ni) systems, Metall. Trans. B, 21B (1990) 543-547 Gaye, H., J. Lehmann, P. Rocabois, F. Ruby-Meyer: Slag modelling andindustrial applications, Proc. of the Sixth Inter. Conf. on Molten Slags, Fluxes andSalts, Stockholm, Sweden-Helsinki, Finland 12.–17. junij 2000 Pateisky, G., H. Biele, H. J. Fleischer: The reactions of titanium and silicon with CaO-Al2O3-CaF2 slags in the ESR Process, Reports of the International Symposium on Special Electrometallurgy, Kijev, junij 1972, 110-121 352 MATERIALI IN TEHNOLOGIJE 37 (2003) 6