Rafinacija jekla z vpihovanjem Ca Si v ponev V. Prešern, F. Kandare, G. Manojlovič, D. Tomažin, K. Ravnik, T. Mlakar Prikazane so fizikalno-kemične osnove postopka vpihovanja CaSi v ponev, pri čemer je podan vpliv na razžveplanje in dezoksidacijo. Opisane so prednosti postopka v pogledu doseganja zelo čistega jekla s primerno neplastično obliko nekovinskih vključkov. V drugem delu so opisani industrijski poskusi vpihovanja CaSi v ponev v železarni Štore in železarni Jesenice, podana je analiza opravljenih poskusov in njihova ocena. 1. UVOD Ponovčna metalurgija predstavlja danes eno od najvažnejših poti pri doseganju bolj ekonomične izdelave ter predvsem bolj kakovostnega jekla. Osnovne prednosti postopkov ponovčne metalurgije so povečanje produktivnosti ter možnost dobre kontrole poteka nekaterih reakcij — predvsem dezoksidacije in razžveplanja. Postopek vpihovanja CaSi v ponev pomeni danes enega od najuspešnejših postopkov — tako v metalurškem kot v ekonomskem pogledu — ponovčne metalurgije. S tem postopkom se ob pravilni tehnologiji doseže velika zanesljivost postopka, velika izkoriščenost vpihanih surovin v primerjavi z običajnim dodajanjem, predvsem pa je pomembna možnost dobre kontrole procesa. Bistvene prednosti, ki jih omenjeni način izven-pečne rafinacije jekla omogoča, so1'2,3,4,5,6.7; — prestavitev reakcije razžveplanja iz talilnega agregata v ponev, — dokončna dezoksidacija se izvede v ponvi, kar vodi do skrajšanja procesa rafinacije v peči, — dezoksidacija v ponvi z zlitinami na osnovi kalcija vodi k primernejši obliki nekovinskih vključkov in za veliko večino nizkoogljičnih jekel ni potrebna naknadna vakuumska obdelava za doseganje potrebne čistosti, — velika čistost jekla omogoča boljše livne lastnosti in zato tudi nižjo temperaturo ulivanja, kar je lahko zelo pomemben faktor pri uporabi konti načina litja, dr. Vasilij Prešern, dipl. ing. — Metalurški inštitut Ljubljana F. Kandare — Metalurški inštitut Ljubljana Gojko Manojlovič, dipl. ing. — Železarna Štore Dominik Tomažin, ing. — Železarna Store Karol Ravnik, dipl. ing. — Železarna Jesenice Tone Mlakar — Železarna Jesenice — doseže se občutno povečanje in izboljšanje nekaterih mehanskih lastnosti jekla, kot npr. plastičnost, trdnost, udarna žilavost, raztezek. Da bi tudi v naših železarnah lahko uvedli postopek vpihovanja kalcijevih spojin v jeklo in pri tem dosegli opisane prednosti ter izboljšave, smo v letu 1977 pričeli z raziskavami na tem področju. Osnovni namen teh raziskav je bil, da ugotovimo možnost doseganja hitrega in efektnega razžveplanja jekla v ponvi z vpihovanjem primernih kalcijevih zlitin. Ena od najpomembnejših posledic postopka je, da se v jeklu bistveno zmanjša količina manganovih sulfidov. Tudi alu-minatni in silikatni vključki, ki v običajno izdelanih jeklih pogosto nastopajo v izrazito ostri in usmerjeni obliki, dobijo po obdelavi mnogo primernejšo okroglo obliko in so neplastični. Takšni E peč Ponev i*) i o j< o 60 40 20 10 8 7 6 5 4 3 2 7 „ Transport ^ ponve Vpihovan kalcija ___Litje I-I . rlprnksiriririin Al- \ \ \ V°'tot \ \ /ISl V v \ \ X —-V— \ \ L \ \ \ \ V \ \ / 10/ akt. \x v Čas Slika 1 Vpliv vpihovanja CaSi na spreminjanje vsebnosti kisika in žvepla v jeklu Fig. 1 Influence of the CaSi injection on the variation of oxygen and sulphur content in steel vključki so v povprečju manjši od 15 p.m in zelo enakomerno razporejeni. Po sestavi so to kalcij--aluminij oksidi (Ca0-Al203) z majhno vsebnostjo žvepla na površini. Zato lahko trdimo, da je eden najpomembnejših učinkov obdelave jekla z vpihovanjem kalcija preprečevanje tvorbe A1203 in MnS ter pretvorba vključkov v jeklu v neplastič-ne kalcijeve aluminate. 2. OPIS POSTOPKA 2.1. Fizikalno-kemične osnove Ena od osnovnih prednosti postopka vpihava-nja CaSi v ponev je odstranitev in modifikacija sulfidnih in oksidnih vključkov. Brez uporabe tega postopka je zmanjšanje vsebnosti žvepla in kisika najbolj vezano na primarni agregat, kar pa je lahko dolgotrajna in dokaj draga praksa. Na sliki 1 je shematsko prikazano spreminjanje vsebnosti kisika in žvepla v jeklu zaradi vpihavanja CaSi. Kalcij nastopa v tekočem jeklu kot plin in ima pri 1873 K parcialni tlak 1,86 bar8, zato sta najpomembnejši reakciji pri vpihovanju CaSi v jeklu naslednji: {Ca} +/S/^(CaS) (1) in: Mjekio • A S + Msint. S + Mp ŽUn . S = M K žlin • RT ln pCa = — 138180 + 42,14 — RT ln as (lit. 9) ter reakcija: {Ca} + /O/ (CaO) (2) (3) in: RT ln pCa = — 162170 + 47,19 — RT ln a0 (lit. 9) (4) Upoštevati moramo tudi reakcijo med žlindro in plinsko fazo ter ravnotežno reakcijo razžvep-lanja v tem primeru zapišemo v naslednji obliki: (CaO) + 1/2 {S2} ^ (CaS) + 1/2 {02} in K = aCaS • P O;2 aCaO • P S;2 Iz enačbe (5) dobimo, da je: (% S) = K . a, CaO Ps^Y/2 PO; (5) (6) (7) Razvidno je, da kisik iz zraka (oksidativna atmosfera) zavira reakcijo razžveplanja. Zato je razumljivo, da potekajo reakcije razžveplanja uspešneje v redukcijski atmosferi (rafinacijska perioda izdelave jekla v el. peči) ali pa, da moramo npr. postopek vpihovanja CaSi v ponev voditi ali v pokriti ponvi ali pa pod dovolj debelo plastjo zaščitne (navadno sintetične) žlindre. Minimalno količino te potrebne žlindre lahko izračunamo s pomočjo masne bilance žvepla: (D želj K. Baz Baz = (S) /S/ McaO + Msint. CaOsint M Si02 + M sir., • SiO, ; sint M K žlin = Msint + Mobzid + Mp žlin — M, Areakc (8) (9) (10) (11) kjer pomeni: M, jeklo Ms M M P žlin K žlin M, CaO MsiO; M0bzid ^reakc AS (S). /S/ Sželj K Baz CaOs SiO: sint = količina jekla (kg) = količina sintetične žlindre (kg) = količina žlindre, ki pride iz peči (kg) = količina žlindre po končanem procesu vpihovanja (kg) = količina apna iz pečne žlindre in obzi-dave (kg) = količina Si02 iz pečne žlindre in obzi- dave (kg) = poraba obzidave ponve (kg) = zmanjšanje količine žlindre na račun reakcij med jeklom in žlindro (FeO in MnO redukcija) i= ztmanjšanje vsebnosti žvepla v jeklu (absolutno) = vsebnost žvepla v sintetični žlindri, upoštevajoč pečno žlindro = razdelitev žvepla med žlindro in jeklom = želj ena vsebnost žvepla po obdelavi = inklinacijski koeficient = bazičnost žlindre = vsebnost apna v sintetični žlindri = vsebnost Si02 v sintetični žlindri S pomočjo enačb od (8) do (11) lahko določimo potrebno količino sintetične žlindre. Kot spre- (S) menljivke običajno uporabimo zičnost in seveda Msint. M K žlin ) /s r ba- Vse ostale faktorje v enačbah pa vzamemo za konstante. Inklinacijski koeficient K določimo iz diagrama10, ki upošteva predvsem močan vpliv bazičnosti in vsebnosti FeO na končno razdelitev žvepla med žlindro in jeklom. Premešavanje je brez dvoma eden bistvenih delov ponovčne metalurgije. Močno mešanje tekoče kovine omogoča hitro in uspešno reakcijo med žlindro in kovino, homogenizacijo in odstranjevanje nekovinskih vključkov. Premešavanje pri procesu vpihovanja CaSi je omogočeno zaradi argona kot nosilnega plina in zaradi dvigovanja Ca-mehurčkov, ki nastanejo ob vplinjenju vpiha-nega kalcija. Trdijo10, da je izračunana specifična moč mešanja za argon ca. 800 W/m3, moč mešanja Ca-mehurčkov se sicer zelo težko računa, 60 20 obzida v a ponve samota ' dolomit ■ _____ i -— i t ■ \ m_ / I / /v _!___ • t / / / f; / / velikost 1 ielcev 0-0.5mm Al pred em. 0,039-0,050% vanja 8-12 min i K vpihovanj čas vpih 0,8 1,2 1,6 dodatek Ca (kg/t) Slika 2 Doseženo razžveplanje v odvisnosti od količine vpihanega kalcija in obzidave ponve Fig. 2 Achieved desulphurisation depending on the amount of the injected calcium, and on the laddle lining lahko pa jo ocenimo10 na max. ca. 1200 W/m3. Tako veliko premešavanje ima velike prednosti, npr. za uspešno razžveplanje — so pa tudi pomanjkljivosti, predvsem v pogledu povečanih vsebnosti vodika in dušika iz zraka. 400 200 '100 80 60 40 20 - \ VARIANTA „A Argon . 301/min 10 l/min _L_ 10 20 30 40 50 N (4cmV 1 i r7t Velik vpliv na proces ima obzidava ponve in slika 2 prikazuje stopnjo razžveplanja v odvisnosti od obzidave ponve. Za doseganje željenih rezultatov mora biti ponev obzidana z dolomitno oblogo. Nad žlindri-no cono je običajno aluminatna opeka. Med obema plastema pa je plast krom-magnezitne opeke, ki preprečuje, da bi dolomitna opeka lahko reagirala z visokoaluminatno opeko. Trdijo10, da je takšna obzidava najekonomičnejša in seveda uspešna v pogledu zahtev postopka in cene ognje-varnih opek. Vsekakor pa morajo biti te dolo-mitne ponve dobro predgrete in se med posameznimi obdelavami ne smejo ohladiti pod 800 °C, da se prepreči penetracija jekla v rege, kar seveda močno zmanjšuje vzdržnost obzidave ponve. Računajmo10, da je cena obzidave ponve za proces vpihavanja CaSi ca. 2,13 f>/tono in da so dodatno še stroški za kopje 0,69$/tono jekla. Jekleno kopje za vpihovanje CaSi je zaščiteno z ognjevarnim materialom, da zdrži eno obde- E 20 Argon 301/min 101 /min 60 t (min) 20 30 40 50 60 t (min N (4 cm ) 100 200 300 fJ ALU SUL Slika 3 Število vključkov na 4 cm2 po obdelavi jekla z varianto »A« (brez vpihanega CaSi). Oznake pomenijo: N-število vključkov, R-rob, V-vmesna cona, S-sredina, ALU-alumi-nati, SUL-sulfidi, GLO-globularni kalcij aluminati Fig. 3 Number of inclusions per 4 cm2 after the steel treatment by the A method (without injected CaSi). Explanations: N — number of inclusions, R — edge, V — intermediate zone, S — centre, ALU — aluminates, SUL — sulphides, GLO — spheroidized calcium aluminates Slika Število vključkov na 4 cm2 po obdelavi jekla z varianto »B» (z vpihavanjem CaSi). Oznake pomenijo: N-število vključkov, R-rob, V-vmesna cona, S-sredina, ALU-alumi-nati, SUL-sulfidi, GLO-globularni kalcij aluminati Fig. 4 Number of inclusion per 4 cm2 after the steel treatment by the B method (with injected CaSi). Explanations: N — number of inclusions, R — edge, V — intermediate zone, S — centre, ALU — aluminates, SUL — sulphides, GLO — spheroidized calcium aluminates VARIANTA „6" lavo. Obzidava običajno sestoji iz samotnih opek, na žlindrini coni pa je lahko tudi visokoalumi-natna opeka. 2.2. Vpliv oblike vključkov na mehanske lastnosti V jeklu, ki ni bilo obdelano s CaSi, je večina sulfidov v obliki MnS, ki so v plastični (mehki) in se preoblikujejo med valjanjem, oziroma kovanjem. Če pa vpihavamo v jeklo kalcij, ki ima veliko afiniteto do žvepla, mangan ne bo več tvoril sulfidov. Namesto teh vključkov bodo nastali kompleksni vključki, ki so neplastični in se med predelavo ne deformirajo. Razvlečeni MnS vključki imajo velik vpliv na razliko mehanskih lastnosti v vzdolžni in prečni smeri, npr. izvalja-nega materiala. V varjenih ploščah pa lahko zaradi MnS vključkov nastanejo razpoke. Če uspemo z vpihovanjem CaSi odstraniti MnS vključke, se lastnosti v prečnih smereh močno izboljšajo. Jasno razviden je vpliv transformacije vključkov zaradi vpihovanja CaSi iz naslednjega primera", ko so primerjali število vključkov v jeklu s sestavo 0,2 % C; 0,5 % Mn; 0,25 % Si in 0,03 do 0,05 % Al. Enkrat je bilo jeklo obdelano v ponvi s sintetično žlindro iz CaO, CaF2 in A1203 v količini 25 kg/t, jeklo so 45 minut premešavali z argonom z močjo mešanja 400 W/m3 — varianta A, po varianti B pa so dodali enako količino sintetične žlindre, jeklo premešavali z argonom, nato pa vpihali 1 kg CaSi/t jekla (29 % Ca v CaSi), pri čemer je bila hitrost vpihavanja CaSi 10 kg/min, 0,02 0,04 0fl6 %S Slika 5 Vpliv globularnih (GS) in raztegnjenih (RS) sulfidov na duktilnost v prečni smeri (DJ Fig. 5 Influence of spheroidal (GS) and streched (RS) sulphides on the ductility in the transversal direction (D„) količina argona pa 10 l/sekundo. Na slikah 3 in 4 sta shematsko prikazani obe varianti ter število vključkov (aluminati, sulfidi in globularni kalcij--aluminati) pri obeh variantah. Iz slik je razvidno, da dobimo pri skoraj enakih vsebnostih žvepla in kisika v jeklu po obeh variantah zelo različno vsebnost posameznih tipov vključkov — pri varianti »B« imamo vključke le kot neplastične globularne kalcij-alu-minate, kar smatramo za zelo ugodno. Slika 5 prikazuje vpliv globularnih in raztegnjenih sulfidov pri isti vsebnosti žvepla na duktilnost v prečni smeri. Na sliki 6 pa je prikazana primerjava žilavosti in struktura jekel z oznako U in GU (ti jekli imata enako količino žvepla — 0,025 %). Razvidno je, da imamo v primeru vpihovanja CaSi opraviti z globularnimi sulfidi in bistveno večjo žilavostjo kot pri jeklu z enako vsebnostjo žvepla, vendar z značilnimi razpoteg-njenimi manganovimi sulfidi. 3. POSKUSI VPIHOVANJA CaSi Osnova postopka temelji na vpihovanju CaSi v ponev z argonom (kot nosilni plin). Da dosežemo željene rezultate, moramo ustvariti predvsem enakomerno dodajanje CaSi. Za pravilen potek procesa je važna tudi granulacija CaSi. S posebno polindustrijsko napravo za vpiho-vanje smo izdelali vrsto poskusov v železarni Štore in železarni Jesenice. Namen poskusov je bil: — ugotoviti tehnologijo postopka — zasledovati ustrezne metalurške procese (razžveplanje, dezoksidacija, vključki). Lahko trdimo, da smo ugotovili primerno tehnologijo vpihovanja. Pri tem je najvažnejše točno nastavljanje pritiskov argona: P, — nosilni plin, P2 — mešalni plin, P, — plin v kotlu. Zelo pomembno za uspešen potek procesa je kopje za vpihovanje — njegova konstrukcija, obzidava, teža, globina potopitve ... Vpliv pa ima tudi količina in sestava žlindre na jeklu v ponvi. Prvi predpogoj, da postopek sploh lahko da kake rezultate, pa je, da je jeklo predhodno dovolj pomirjeno. Primerjava nekaterih naših rezultatov in lite-raturnih podatkov je prikazana na sliki 7. Razvidno je, da se dobljene vrednosti ujemajo z lite-raturnimi za globino potopitve kopja ca. 120 cm. Vidimo pa, da je za doseganje boljših efektov potrebno vpihati večjo količino CaSi. Zaradi posebnih problemov v zvezi s kopjem za vpihovanje pa nismo mogli vpihati večje količine od 1 kg CaSi/t jekla. Vpliv procesa vpihovanja CaSi na spremembo temperature jekla prikazuje slika 8. Poleg lastnih rezultatov so na sliki tudi podatki iz literature in razvidno je, da se naši in literaturni podatki zelo ujemajo. h; 120 crn - '-ŽJ CaSi (kg/t) Slika 7 Primerjavi nekaterih naših poskusov z literaturnimi podatki (lit. 2, 5, 7, 10, 11) Fig. 7 Comparison of some our tests with the reference data (2, 5, 7, 10, 11) Slika 6 Primerjava žilavosti in strukture jekel z oznako U in GU Fig. 6 Comparison of toughness and of the structure for U and GU steel Izračunali smo, da je minimalni potrebni pritisk argona kot nosilnega plina ca. 3 bare in da je pri tem pritisku in prerezu cevi za vpihovanje 0 18 mm poraba argona okoli 1,5 Nm3/min, kar se ujema tudi z literaturnimi podatki2'3. Poskuse smo morali podrediti obstoječemu stanju v jeklarni, kjer imajo urejeno prepihova-nje jekla v ponvi z argonom. V ta namen je na livno ploščad naprave za kontinuirano ulivanje 3.1. Poskusi v železarni Štore Na 40-tonski električni obločni peči v jeklarni železarne Štore smo izdelali ca. 30 poskusov vpi-hovanja CaSi v ponev. Ker nismo imeli nobenih praktičnih izkušenj in smo lahko uporabili le splošne literaturne podatke, smo morali sistematično pričeti uvajati proces, na sliki 9 pa se vidi, kakšen je potek poskusa. SiCa(kg/t) Slika 8 Primerjava padca temperature pri vpihavanju CaSi med rezultati naših poskusov in literaturni podatki (2, 5, 7, 10) Fig. 8 Comparison of temperature drop during the CaSi injec-tion between our tests and the reference data (2, 5, 7, 10) Slika 9 Prikaz procesa vpihovanja CaSi Fig. 9 View of the CaSi injection process jekla pritrjeno posebno kopje za prepihovanje z argonom in to kopje je ca. 6 m nad nivojem električne obločne peči. Z žerjavom dvignejo ponev z jeklom in jo nabodejo na fiksno kopje ter pričnejo s prepihovanjem. Kopje je v bistvu jeklena cev (0 18 mm), ki je zaščitena s samotno opeko (SR 1 ali SR 2). Tak sistem odlično služi svojemu namenu — to je prepihovanju z argonom. Pri naših poskusih smo priključili napravo na argonski vod, konstrukcije kopja in njegove namestitve pa nismo mogli spreminjati. Pri procesu vpihovanja CaSi pa so se pokazale naslednje pomanjkljivosti take konstrukcije: — sama konstrukcija je bila premalo stabilna in je kopje med vpihavanjem CaSi dobesedno opletalo v jeklu. To je seveda povzročilo, da je tanka Samotna obloga kmalu popustila, tekoče jeklo je raztalilo jeklen drog in proces vpihovanja se je prekinil. Tega problema pri poskusih v Štorah praktično nismo uspešno rešili in je bil zato najdaljši čas vpihavanja ca. 3,5 minute — to pa v najboljšem primeru ustreza maksimalni količini vpihanega CaSi, ca. 50 kg. Ugotovili smo namreč, da je hitrost vpihavanja CaSi med 10 do 15 kg/minuto. — drug problem v zvezi s kopjem je bila sorazmerno zelo tanka zaščitna samotna opeka. Ker je bila površina jekla pokrita s pečno žlindro (jeklo mora biti pokrito, da se prepreči dostop atmosferskega kisika), je prihajalo do intenzivne reakcije med žlindro in šamotno opeko in pri nekaterih poskusih je ta reakcija potekala tako intenzivno, da je dobesedno »požrlo« šamot in kasneje še drog, kar je zopet povzročilo prekinitev procesa. Konstrukcija kopja pa ni dovoljevala uporabe debelejših, vendar zato tudi bistveno težjih zaščitnih opek. Da bi ta proces med žlindro in oblogo kopja natančneje definirali, smo analizirali sestave nekaterih žlinder iz ponve, kar prikazuje tabela 1. Iz tabele 1 je razvidno, da je bazičnost žlinder manjša od 2. že samo ta podatek pove, da sestava žlindre za proces vpihavanja CaSi ni primerna. Znano je, da pride pri tem procesu do burnega mešanja žlindre in jekla. Zato si želimo čimbolj bazično žlindro z nizko vsebnostjo SiO, in čim-manjšo vsebnostjo FeO ter MnO. V tabeli 2 smo prikazali kemične analize vzorcev jekla iz nekaterih poskusov — vzorce jekla in temperaturo smo jemali, oziroma določevali pred procesom vpihovanja CaSi v ponev in po njem. Tabela 1: Kemična analiza nekaterih žlinder Talina Si°2 Fe0 Ca0 M§0 MnO s % % ■% 0/0 % % 6504 28,80 0,93 49,07 13,41 0,79 93,00 6505 26,40 2,86 52,43 9,58 2,76 94,03 6509 22,90 0,86 55,51 66,95 1,06 87,28 6528 25,35 1,43 52,85 10,05 1,80 91,48 6529 29,16 0,57 51,80 10,30 0,63 92,46 6584 22,57 5,89 47,24 7,91 5,26 88,87 Tabela 2: Kemična analiza jekla Šarža % S (pred vpihovanjem) % S (po vpiho vanju) °/0 O (pred vpihovanjem) % O (po vpihovanju) CaSi (kg/t) Čas vpihovanja (min) 6444 0,020 0,014 0,0059 0,0049 1,15 1'15" 6445 0,023 0,018 0,0044 0,0044 0,7 1' 6446 0,020 0,014 0,0061 0,0049 1,10 1'20" 6505 0,022 0,019 0,0078 0,0075 0,7 1'20" 6509 0,017 0,013 0,0058 0,0042 0,7 3'30" 6528 0,021 0,018 0,0075 0,0064 0,4 3' 6584 0,028 0,024 0,0074 0,0074 0,8 3'50" Tabela 3: Rezultati nekaterih poskusov vpihavanja CaSi v Železarni Jesenice št. % S (pred % S (pred % S Temp. ("C) CaSi CaSi Čas taline prebodom) pihanjem) (končna) pred po (kg) (kg/t) vpihavanja 3767 0,028 0,020 0,015 1630 1610 60 0,85 5'30" 4203 0,027 0,019 0,014 1685 1570 90 1,25 4'30" 4207 0,018 0,014 0,009 1660 1640 60 0,85 4' 7114 0,019 0,015 0,011 1590 1575 50 0,85 3'30" 7127 0,016 0,013 0,008 1590 1570 50 0,85 4' 7182 0,020 0,015 0,011 1585 1570 50 0,85 4' 7185 — 0,010 0,006 1590 1570 70 1,20 5' Glede rešitve problema kopja za vpihovanje obstajajo različni predlogi in možnosti. Zaključek pa je, da naj bo kopje iz jeklene cevi s približno 0 18 mm, da naj bo zaščiteno z debelejšo opeko, npr. SR 3, SR 4 ali SR 5, vrh kopja pa je v bistvu lahko »stopper« iz konti naprave, lahko pa je poseben izdelek. Kaj lahko rečemo o doseženih rezultatih v pogledu vsebnosti kisika in žvepla? Ker zaradi že omenjenih težav nismo mogli vpihati v ponev več kot ca. lkgCaSi/t jekla, so temu primerni tudi doseženi rezultati v pogledu zmanjšanja vsebnosti žvepla in kisika. Smatramo pa, da so končne vsebnosti kisika pri večini talin dokaj nizke — ne smemo namreč pozabiti, da v železarni Štore jekla ne pomirjajo z aluminijem. Ponovimo naj, da je bil naš glavni namen, da s poskusi ugotovimo primerno tehnologijo, ki bi omogočala vpihanje do ca. 2kgCaSi/t jekla. V tem primeru bi bili doseženi tudi pričakovani rezultati v pogledu zmanjšanja vsebnosti žvepla in kisika — to pa bi se predvsem odrazilo pri zmanjšanju in modifikaciji preostalih nekovinskih vključkov. 3.2. Poskusi v železarni Jesenice Namen poskusov v železarni Jesenice je bil, da demonstriramo aplikacije postopka vpihavanja CaSi zaradi: — doseganja majhnih vsebnosti žvepla v nekaterih kvalitetah jekla (npr. jekla za dinamo pločevino), — doseganja primernejše oblike in sestave nekovinskih vključkov pri nekaterih kvalitetah jekel (npr. jekla za debele pločevine). Tudi pri poskusih v železarni Jesenice smo se morali prilagoditi obstoječemu stanju. Imajo poseben sistem za prepihovanje jekla z argonom. Konstrukcija tega sistema je zelo primerna in dovolj stabilna — zato imajo lahko jeklena kopja za vpihovanje zaščitena z debelo šamotno opeko (SR 5 ali SR 6). Poskuse smo delali na talinah iz obeh električnih obločnih peči: — ASEA — LECTOMELT Pri tem pa smo imeli naslednje težave, oziroma pomanjkljivosti: a) Tehnologija izdelave nekaterih vrst jekel zahteva prelivanje iz ene livne ponve v drugo. Zaradi tega v drugi ponvi ni bilo na površini žlindre in iz že uvodoma povedanih razlogov je bil efekt razžveplanja nezadosten. b) Pri poskusih na talinah iz ASEA peči, ko je bilo jeklo pokrito s primerno pečno žlindro, pa je bila višina jekla v ponvi tolikšna, da je že pri najmanjšem burkanju površine jeklo močno pljuskalo preko ponve; — ker ponve niso opremljene z drsnimi zapirali, ampak z drogom, je pri tem nastala nevarnost, da ne bi mogli v redu odliti jekla. Pri teh poskusih smo morali zato delati z minimalnim pritiskom nosilnega plina — to pa je pri precej poskusih povzročilo, da nam je jeklo zamašilo kopje za vpihovanje. Čeprav smo izdelali več poskusov, smo jemali vzorce le pri nekaterih talinah in doseženi rezultati so prikazani v tabeli 3. Iz tabele 3 je razvidno, da doseženi rezultati lepo sovpadajo z rezultati iz železarne Štore,^da pa bi bilo potrebno za večje stopnje razžveplanja vpihati več CaSi pod primerno žlindro na jeklu v ponvi. Pri nekaterih poskusih v železarni Jesenice smo zasledovali tudi spreminjanje vsebnosti kisika v jeklu pred vpihovanjem CaSi in po njem. Povprečna vsebnost kisika v jeklu pred vpihovanjem je bila ca. 0,0058, povprečna osebnost po pihanju pa ca. 0,0046 % — dosegli smo torej povprečno zmanjšanje za 22 %. 4. ZAKLJUČKI Ugotovili smo, da po celem svetu uvajajo procese vpihovanja drobnozrnatih materialov. V večini primerov predstavlja ta material drobno-zrnati CaSi (v granulaciji od 0 do 0,4 mm). Zato smo tudi pri nas pričeli s širšimi raziskavami na tem področju. V prvem delu raziskav smo opisali bistvo procesa vpihovanja CaSi, termodinamične osnove postopka in navedli nekatere prednosti, oziroma rezultate take obdelave jekla v ponvi. Osnovni namen drugega dela raziskav pa je bilo določiti primerno tehnologijo za vpihovanje CaSi v ponev z argonom kot nosilnim plinom. Izdelali smo vrsto poskusov v železarni Štore in železarni Jesenice in na podlagi rezultatov teh poskusov postavili željeno tehnologijo in s tem pravzaprav dosegli bistvo naloge. Faktorji za ocenjevanje tehnologije pa so bili ustrezni metalurški rezultati v pogledu zmanjšanja vsebnosti žvepla in kisika, določitev padca temperature in končno podatki o čistosti jekla. Najvažnejši rezultati v tem pogledu so: — dosežemo zmanjšanje vsebnosti žvepla v jeklu in to razžveplanje je najbolj odvisno od količine vpihanega CaSi (za doseganje 50 % razžveplanja potrebujemo ca. 1,2 kg CaSi/t, za doseganje 80% razžveplanja pa ca. 2 kg CaSi/t jekla); — pri vpihovanju do 1,5 kg CaSi/t jekla lahko pričakujemo padec temperature jekla do maksimalno 25 °C; — dosežemo zelo primerno obliko nekovinskih vključkov (praktično popolnoma odpravimo značilne plastične MnS — sulfidne vključke in A120, vključke, namesto njih pa nastopajo neplastični kompleksni vključki Al2OrCaO-CaS); — primernejša vsebnost, oblika in sestava nekovinskih vključkov povzroča bistveno povečanje nekaterih mehanskih lastnosti jekla (predvsem žilavost), močno pa se zmanjša tudi anizotropnost lastnosti jekla med prečno in vzdolžno smerjo ter po debelini. Zaključimo naj z ugotovitvijo, da so dosedanji poskusi vsekakor upravičili pričakovanja in da bomo zato nadaljevali s preiskavami na tem področju. Literatura 1. Oeberg K. E., F. J. VVeiss: »Secondary Steelmaking by Povvder Injection into the Ladle — A Survey of Today's Results and Future Applications«, Jernkonto-ret —- The Metals Societv Joint Conference, Stock-holm, 21—25 August, 1978 2. Nurnberg K., E. Spetzler, W. Klapdar: »Der TN-Pro-zess und sein Einfluss auf die VVerkstoffeigenschaften und die Betriebs-praxis«, Pfannenmetallurgie: Internationale Konferenz London, Mai 1977 3. Spetzler E., J. Wendoff: »Das Einblasen von Erdal-kalien in Stahlschmelzen und ihre Ausvvirkungen auf die Gebrauchseigenschaften von StahI«, Radex-Rund-schau (1976), 1, S. 595—608 4. Bečvar J.: »Mimopecni rafinace oceli pevnymi prfsa-dami v panvi a jeji vyznam pro martinarske ocelarny v CSSR«, Hutnickč listy (1975), 12, S. 854—862 5. Olette M.: «Les operations metallurgiques hors du four», Revue de Metallurgie (1977), 4, S. 217—234 6. Gatellier C., M. Olette: »Complex Deoxidation: A Tool to Modify Composition and the Rate of Removal of Inclusions«, SCANINJECT, International Conference on Injection Metallurgv, Lulea, Sweden, June 9—10, 1977 7. Eketorp S., S. Gustafsson: »Removal and Modifications of Oxide Inclusions using Complex Agcnts including Ca-bearing Materials«, Physical Chemistrv and Steelmaking, Versailles (France); 23, 24, 25 Oct. 1978 8. Schiirmann E., R. Schmid: »Dampfdruckgleichungen und thermodynamische Daten des reinen fliissigen und festen C3)-Calciums«, Arch. Eisenhuttenwes. 46 (1975), 12, S. 773—775 9. Kubatschewsky O., E. L. Evans, C. B. Alcoch: Metallur-gical Thermochemistry, Pergamon Press, 1967 10. Tivolius B., T. Sohlgran: »Secondary Steelmaking by ASEA-SKF and TN-Process — a Comparison«, Report from Dept. of Process Metallurgy, SVENSK STAL, Oxelosund 11. Dixmier J. M.: «Resultats metallurgiques du traitment des aciers par injection d'elements alcalino-terreux», FOPERFIC 1977 ZUSAMMENFASSUNG Am Hiitteninstitut in Ljubljana haben wir im Jahre 1977 mit umfangreichen Untersuchungen der Einblas-technologie von CaSi in die Pfanne begonnen. Zunachst haben wir theoretisch das Wesentliche dieses Verfahrens, ftir die thermodynamischen Grundlagen und die zuervvar-tenden Vorteile der CaSi Behandlung von Stahl bearbeitet. Im zvveiten Teil der Untersuchungen haben wir ver-sucht eine geeignete Technologie der Einblastechnik von CaSi mit Argon als Tragergas in die Pfanne zu finden. Eine Reihe von Versuchen sind in Hiittenvverken Štore und Jesenice durchgefiihrt worden und auf Grund der Ergebnisse ist die Technologie definiert, vvorden was eigentlich auch das Ziel der Aufgabe war. Die Technologie ist nach den metallurgischen Ergeb-nissen bevvertet worden und zwar dem Entschvveffelungs-grad, der Sauerstoffabnahme, dem Temperaturabfall und zuletzt nach dem Reinheitsgrad. Die wichtigsten Ergebnisse sind: — eine betrachtliche Entschweffelung vvird erzielt. Der Entschweffelungsgrad ist von der eingeblasenen CaSi Menge abhangig. Ftir eine 50 prozentige Entschvveffelung vvird ca 1.2 kg CaSi/t, ftir eine 80 prozentige Entschweffe-lung ca 2 kg CaSi/t Stahl benotigt. — beim Einblasen bis zu 1.5 kg CaSi/t Stahl kann mit einem Temperaturverlust bis max. 25 "C gerechnet werden, — es wird eine sehr geeignete Form und Zusammen-setzung der nichtmetallischen Einschliisse erzielt (die plastischen Mn Sulfide vverden praktisch vollkommen beseitigt, 'die Tonerde haltigen Einschliisse werden zu Kalziumaluminaten die des Types AhOs-CaO-CaS umge-wandelt). — eine besser geeignete Form und Zusammensetzung wie auch die Reduzierung des Volumens der nichtmetallischen Einschliisse begiinstigen die Verbesserung einiger mechanischen Eigenschaften (Zahigkeit vor allem), die Anisotropie der mechanischen Eigenschaften in der Langen, Quer und Dickenrichtung wird stark vermindert. Es kann der Schluss gefasst vverden, dass die durch-gefiihrten Versuche unsere Erwartungen iibertroffen haben und dass weitere Versuche auf diesem Gebiet fortgefiihrt werden konnen. SUMMARY Extensive investigations on the CaSi injection into laddle started in Metallurgical Institute in 1977. In the first stage, the description of the process nature, thermo-dynamic calculations, and the exact determination of the advantage of such a steel treatment in the laddle were made. Basic intention of the second stage of the investigations vvas to develop a suitable technologv for the CaSi injection into the laddle by argon as a carrier gas. A number of experiments vvas made in Iron\vorks Štore and Jesenice. The results were the basis for pro-posing the best techniques, and thus the aim of the investigation vvas fulfilled. The parameters utilized in estimating the suitability of the technology vvere the reduction of sulphur and oxvgen content, temperature drop, and Ihe steel purity. The most important obtained results vvere: — reduction of sulphur content in the steel vvas obtained. It depends mainly on the amount of injected CaSi (50% desulphurisation is achieved vvith 1.2kgCaSi/t, and 80 % desulphurisation vvith 2 kg CaSi/t), — in injecting up to 1.5 kg CaSi/t steel, the maximal temperature drop of the steel melt vvill be 25 °C, — shape of non-metallic inclusions is very suitable (characteristic deformable MnS inclusions, and AI2O3 inclusions vvere completely removed. Instead, unde-formable complex AhCh-CaO-CaS inclusions appear), — more convenient content, shape, and composition of non-metallic inclusions essentially increases some me-chanical properties of steel (mainly toughness) and highlv reduces the anisotropy of steel properties betvveen the longitudinal, transversal, and cross-sectional directions. The conclusion can be made that the investigations fulfilled the e\pectations and thus they vvill be continued. 3AKAIOTEHHE B MeTaAAyprHMecKO\i imcTUTyTe b r. AiooAHHa 1977 roAa Hana-Aiicb OoAee oSuiupubie HCCAeAOBaHHa npouecca baybahha CaSi b kobih. HanaAa HCCAeAOBaHHH 0XBaTbiBaroT onncaHHe cyujecTBeHHOCTH npouecca h ero TepMOAiiHa.MimecKHe ochobm. Ao noAPoGHoeTH pac-CMOTpeHbr npenMymecTBa stoio npouecca h noAaubi noAyKeAe3apna IIlTope h >KeAe3apna Ecemme; cymecTBeHHaa ueAb HCCAeAOBaHHH 3THM BbtnOAHCHa. 3acmchti.[, na ocHOBaHim kotopwx noAaHa ouenKa TexH0A0rHH C0CTaBAaAH MeiaAAypnmecKHe pe3yAbTaTbi mto KacaeTca yMeHbiue-HHa coAep>KaHHa cepb! 11 KHCAopoAa, onpeAeAeHHe CHHJKeima TeMn-pbl H, HaKOJieU, AaHHble O MHCTOTe CTaAH. Il0A0>KHTeAbHbie, 6oAee cymecTBeHHbie pe3yAbTaTbi onbiTHbix HCCAeAOBaHHH SblAII CAeAvromne: — VMeHbuienne coAepjKanna cepbi GoAee Bcero 3aBHCHT ot koah-^lecrBa ba\'Toro CaSi (AAa AocTHHteHiia 50-th % AecyAb4>ypauHH ueo6xoAHMo npHt>A. 1,2 kt CaSi/t, b AAa 80 94 AecyAbij>ypauHH — npnBA. 2 Kr CaSi/T CTaAH); — npH BAyBaHHH ao 1,5 Kr CaSi/t CTaAH mohcho oaaiAaTb chh->kehhe t-pbi SoAee 25-th °U; — o6pa30BaHHe HCMCTaAAHMeCKHX BKAKMeHHH COOTBCTCTBVTOineH 4>op.\ibi (npamvvcCKii xapaKTepHbie n,\acTnmihic BKAfOMeiiHfl MnS CyAbKaHHe, (JjopMa h cocTaB HeMe-iaAAHMecKiix BKAiOHeHHe cvmecTBeHHo yAyquiaioT HeKOTopbte Mexa-HHMeCKHe CBOHCTBa CTaAH, b OCOGeHHOCTH Ba3KOCTb CTaAH. 3naHH-TCAbHo YMeHbtueHa TaKHce aHH3orponna cbohctb CTaAH MeatAV none-peMHOM h npoAOAbHOM iianpaBAeHHax, a TaiOKe h no TOAliiHHe. B 3akajoiehhh mo>kho noatbepahtb, mto onbiTbi onpaBAaAH navieMeHHbie ueAH h, n03T0My, paGoTbi no HCCAeAOBaHHH b 3Toii oSAacTii GyAV'T npoAOAJKaTca.