Segregiranje posameznih elementov v konti odlitkih visokoogljičnega jekla Segregation of Some Elements in Continious Casting High Carbon Steels D. Pihura1, Metalurški fakultet Zenica M. Jotanovič, Željezara Zenica Prejem rokopisa - received: 1996-10-04; sprejem za objavo - accepted for publication: 1996-11-22 Z začeto proizvodnjo visokougljičnih, kontilitjem odiitih konvertorskih jekl za žico se zvišala produktivnost jeklarne. Kvaliteta takega jekla je zadovoljavajoče dobra. Nije bilo izmečka zaradi zunanjih ali pa notranjih napak. Segregiranje posameznih elementov je v dovoljenih mejah, kjub dokaj velikemu preseku slitka. Kiučne besede: kontinuirano litje, segregiranje elementov A development of new high carbon converter continuousiy čast steel grades for wire rods enlarge available products. A quality characteristics of such steel is rather good. There is no rejected material because of surface or inner defects. Segregation of elements is in a iovvable limits in spite of rather large section of mould. Key words: continuous casting, segregation of elements 1 Uvod Osvajanje proizvodnje visokougljeničnog konvertor-skog čelika za žice, livenog na kontilivu, proširilo je proizvodni program. To je zahtijevalo i utvrdjivanje kvalitetnih karakteristika. Provjera kvaliteta proizvedenog čelika je pokazala da je srazmjerno uslovima dobar i nema povečanja procenta odbačenog čelika zbog površinskih ili unutrašnjih grešaka. Segregiranje ele-menata je, usprkos velikom presjeku kristalizatora kon-tiliva u dozvoljenim granicama. 2 Karakteristike procesa proizvodnje Tečni čelik za kontiliv se dobija iz konvertora kapaciteta 130 tona. Prosječna težina taline je 120 t sa sadržajima ugljika 0,30-0,80%, koji se postiže naugljičavanjem taline sa prosječno 0.10%, do pro-pisanog sadržaja dodatkom potrebne količine sredstva za naugljičavanje u kazan. Prije ljevanja sve taline su propuhane plinom. Kontinuirano ljevanje je realizovano na kontilivu vertikalnog tipa sa četiri žile sa presjekom kristlizatora 270*340 mm i ravnim stranama. Prosječna brzina ljevanja je 0,65 m/min. Prosječne temperature tečnog čelika, po fazama, su slijedeče: u livnom kazanu je 1570°C, a u medjukazanu 1530°C. U medjukazanu kapaciteta 12 t su instalirani izljevnici sa priječnikom izljevnog otvora od 35 mm. Prvi put primjenjena navedena tehnologija u tako in-tegralnom^procesu proizvodnje čelika zahtjeva i provjeru kvaliteta1"". Zato je u ovom radu prikazano segregiranje pojedinih elemenata. Kvalitet kontinuirano livenih blu-mova je prilično dobar sa minimalnim pojavama površin- ' Derviš PIHURA Metalurški fakultet Zenica 72(X)0 Zenica. Bosna i Hercegovina skih grješaka, tako da je manje od 5% svih kontrolisanih kontiblumova čiščeno. Sve taline su klasificirane u grupe sa sadržajima ugljika: 0,39-0,39, 0,40-0,49, 0,50-0,59 i 0,60-0,69% ugljika. Sadržaj mangana je u granicama 0,40-0,60%, a sumpora ispod 0,028%. Hemijska analiza je kontrolisana uzimanjem uzoraka za hemijsku analizu-kanalskih proba tri puta u toku livenja na kontilivu i to nakon odlivanja 25, 50 i 75% od ukupne količine taline. Rezultati hemij-skih analiza uzoraka u pogledu sadržaja ugljika i mangana su prikazani na slikama 1 i 2. Izračunate vrijed-nosti devijacije ukazuju da največi broj otstupanja i največe otstupanje odnosno neravnomjernost u sadržaju pojedinih elemenata se uočava u odnosu na sadržaj u srednjoj kanalskoj analizi kod ugljika, a zatim kod sumpora, mangana, aluminija i fosfora, a najmanje kod silicija. Zbog toga je i največa pažnja posvečena neravnomjernosti sadržaja ugljika. 3 Segregiranje Visokougljenični čelik za žicu za patentiranje ima specifičan hemijski sastav, te pored visokog sadržaja ugljika sadrži i mangan u količini 0,30-0,80%. Usprkos tome se uspijeva naugljičavanjem dobiti propisani i dosta ujednačen sadržaj ugljika u čeliku u kazanu, posebno poslije propuhivanja tečnog čelika u kazanu. Isti rezultati su dobijeni i za različite količine sredstva za naugljo-čavanje, čijim dodatkom je postignuto povečanje sadržaja ugljika u granicama od 0,30 do 0,75% za kontiblu-move dužine do 10 m. Prosječno u talini ima oko 20 kontiodlivaka ili kontiblumova, po pet na svakoj od četiri žile. Segregiranje pojedinih elemenata, posebno ugljika je ispitivano s jedne strane uzduž svake pojedine žile, a s druge strane na popriječnim presjecima kako pojedine žile na tri mjesta, tj. na vrhu, u sredini i na peti, tako i na D. Pihura, M. Jotanovic: Segregiranje posameznih elementov Ucestalost razlike sadrzaja ugljika presjeka i po žili Ucestalost razlike sadrzaja mangana po višini žile Razlika 1 2 3 4 5 3 ' ^ a 4 5 4 Mjesta uzorkovanja po presjeku Slika 1: Pogostost razlik v vsebnosti oglika na povprečnem preseku kontiodlitka (številke 1-5) in po višini posamezne veje (1-4) Figure 1: Frequence of differences of carbon concentration on the section of CC blooms (1-5) as well as along each strand (1-4) Razlika Razlika po presjeku po višini žile Slika 2: Pogostost razlik v vsebnosti mangana na povprečnem preseku kontiodlitka (številke 1-5) in po višini posamezne veje (1-4) Figure 1: Frequence of differences of mangan concentration on the section of CC blooms (1-5) as well as along each strand (1-4) presjecima pojedinih kontiblumova pri glavi, peti i po-vremeno i sredini. Na svakom pesjeku je uzduž obje di-jagonala uzimano po pet ili više uzoraka za analizu ele-menata. Analizirani presjeci su pokazali da je prosječan sadržaj ugljika za pojedine reprezentativne vrste visoko-ugljeničnih čelika sa sadržajem ugljika od 0,50-0,59 i 0,60-0,69% u vrlo uskim granicama u svakom od pet kontiblumova uzduž žile pri glavi, sredini i peti svakog kontibluma uz niske vrijednosti standardne devijacije. 4 Rezultati Rezultati ukupnog broj a analiza iz kontiodlivaka pos-matrani po vrstama čelika su prezentirani u tabeli 1. Ispitivanja su vršena za navedene vrste čelika i po is-tom postupku čiji su zbirni rezultati prikazani u tabeli 2. Uzorkovanje i analiza popriječnih presjeka pojedinih žila na sadržaje pojedinih elemenata u glavi žile, sredini i peti, uzoraka uzetih uzduž dijagonale obuhvataju oko pedest tačaka. Površina uzorkovanja u svakoj tački je 0,2% ukupne površine presjeka. Na isti način su uzeti uzorci iz kontiblumova dvadeset opitnih talina i analiziran je sadržaj ugljika. Takodjer, je analiziran i sadržaj ugljika u koturu žice (na početku i kraju kotura). Sadržaj ugljika u uzetim uzorcima iz kontiblumova i žice je pokazivao malo otstupanje u odnosu na sdržaj u srednjoj kanalskoj analizi (tabela 2). Tabela 1: Pregled segregiranja ugljika po presjeku kontiodlivka za različite sadržaje u čeliku Vrsta čelika Sadržaj ugljika u srednjoj kanalskoj analizi (%) Otstupanje u sadržaju ugljika u uzorku Ukupan prema sadržaju u srednjoj kanalskoj broj probi (%) uzoraka ±0.00 +0.0 1 ±0.02 ±0.03 ±0.04 1 0.33 10 19 33 16 8 86 2 0.55 55 35 45 1 137 3 0.65 19 22 21 16 6 84 4 0.75 15 24 1 - 40 Tabela 2: Pregled segregiranja ugljika po presjeku kontiodlivka za sve kontiodlivke Kretanje sadrzaja Otstupanje u sadržaju ugljika u uzorku prema Ukupan ugljika u srednjoj kanal- sadržaju u srednjoj kanalskoj probi (%) broj skoj probi (%) ±0 00 ±0 pi +Q.Q2 ±0.03 ±0.04 uzoraka 0.33 - 0.76 380 556 443 227 85 1691 Sadržaj ugljika za pojedine reprezentativne grupe čelika, kao što su one sa sadržajima 0,50-0,59 i 0,60-0,69% ugljika, su u vrlo uskim granicama uzduž svake diagonale presjeka kao što se vidi iz tabele 3. Raspodjela ugljika u analiziranim presjecima kontiblumova žila često pokazuje da je sadržaj ugljika niži u sredini ili na jednom ili oba ruba, a postiže najviče vrijednosti izmedju ruba i sredine, tj. na polovini rastojanja. Usprkos visokom sadržaju ugljika, ne uočava se znatnije segregiranje ugljika, na što posebno može da utječe i ni-zak sadrčaj mangana. Istovremeno i znatan pad temperature tečnog čelika u kazanu, tokom obrade, reda veličine 2,8°C/min„ a kod dodatnog uvodjenja žice punjene sa CaSi i 5,7°C/min., prouzrokovao je da se visoko-ugljenični čelik lije sa minimalnim pregrijanjem. Zbog toga, uspjeh u kontroli temperature tečnog čelika očigledno predstavlja uspijeh i u svodjenju segregiranja ugljika na minimum. Tabela 3: Pregled segregiranja ugljika po presjeku kontiodlivka za različite sadržaje u čeliku Otstupanje u sadržaju ugljika u odnosu Otstupanje u sadržaju ugljika u na sadržaj u srednjoj kanalskoj analizi uzorku prema sadrčaju u srednjoj po dijagonalama popriječnog presjeka _kanalskoj probi (%)_ (%) +0 00 +0.01 ±0.02 ±0.03 +0.04 Sredina popriječnog presjeka 11 13 13 8 8 50 28 Trecina dužine izmedju-sredine i kraja 28 48 74 presjeka 48 18 Dvije trecine dužine izmedu sredine i 46 67 55 kraja presjeka Ukupno: 85 128 142 106 54 Prosječan sadržaj ugljika pri glavi, sredini i peti žile u poredjenju sa prosječnim sadržajem ugljika u tečnom čeliku u kazanu, kada se uzorci čelika uzimaju za analizu, pošto se odlije 25, 50 i 75% mase taline, poka-zuje male razlike, koje se krec'u u granicama grješke hemijske analize elemenata (tabela 4). Istovremeno je po sredini uzdužnog i popriječnog presijeka kontiblumova od ruba prema sredini analiziran sadržaj ugljika i mangana. Uzorkovanje je vršeno na po četiri mjesta, a na svakom mjestu je uzimano po pet proba. I u ovom slučaju se uočavaju mala i neznatna otstupanja sadržaja oba elementa u odnosu na prosječan sadržaj od ruba do sredine presjeka kontibluma. Tabela 4: Pregled sadržaja ugljika u talini tokom Ijevanja iz kazana Tabela 7: Pregled sadržaja mangana u popriječnim i uzdužnim uzorcima Smijer Mjesto Sadržaj mangana u uzorcima uzetim na različitim Etapa procesa Sadržaj ugljika (%) Sadržaj ugljika (%) poslije odljevanja odredjene količine taline (%) iz kazana 25 50 75 kazan 0.50 - 0.59 0.53 0.53 0.53 žila 0.54 0.55 0.54 kazan 0.60 - 0.69 0.67 0.68 0.67 žila 0.66 0.66 0.66 Postojanost srednjeg sastava čelika po presjeku kontiblumova odražava se kao rezultat preraspodjele relativnih zapremina ispunjenih osama dendrita i medjuosnim djelovima. Sadržaj mangana je analiziran u pravcu livenja žile i to pri glavi, sredini i peti žile, kao i po uzdužnim unutarnjim presjecima izmedju ruba i sredine kontibluma u šest nivoa (tabela 5 i 6). Raspodjela mangana pokazuje ujednačenost prosječnog sadržaja od 0,50% pri glavi, sredini i peti žile, sa niskom vrijednošču standardne devijacije ispod 0,01%. Ova raspodjela je do-bijena za prosječne sadržaje mangana od 0,51% (tabela 7). Isti red veličine raspodjele je dobijen i za više sadržaje ugljika izmedju 0,60-0,69% i za niže sadržaje ugljika izmedju 0,40-0,49%, te sadržaje 30-0,39%. Tabela 5: Uporedni pregled sadržaja ugljika u kontiodljevku i žici Mjesto Razlika sadržaja ugljika (%) Ispod Udio uzorkovanja ±0.00 ±0.01 ±0.02 ±0.03 ±0.04 ±0.05 I ±0.03 (%) kontiodlivci 360 556 449 117 85 117 1711 1509 88.19 žica 236 374 207 207 24 111 955 820 85.86 Tabela 6: Pregled s kontiblumova adržaj a ugljika po dijagonali presjeka Sadržaj ugljika Smijer Ijevanja Dija-gonala Sadržaj uglika u probama uzoraka uzetih s mjesta od ruba prema sredini oznaka probe (%) I rub 2 3 4 sredina 5 6 7 rub glava 1 0.53 0.53 0.54 0.53 0.54 0.54 0.53 2 0.54 0.55 0.53 0.53 0.55 0.55 0.54 0.5-0.59 sredina 1 0.52 0.53 0.54 0.53 0.53 0.53 0.53 2 0.53 0.53 0.54 0.54 0.53 0.54 0.53 peta 1 0.52 0.53 0.54 0.52 0.55 0.53 0.53 2 0.52 0.53 0.53 0.52 0.53 0.53 0.52 glava 1 0.67 0.68 0.68 0.67 0.67 0.65 0.67 2 0.68 0.69 0.67 0.67 0.68 0.68 0.67 0.6-0.69 sredina 1 0.67 0.67 0.67 0.67 0.67 0.65 0.66 2 0.66 0.67 0.67 0.67 0.67 0.69 0.68 peta 1 0.66 0.66 0.66 0.64 0.67 0.67 0.66 2 0.69 0.69 0.69 0.64 0.67 0.68 0.67 žile vanja t 2 3 4 5 6 rub - 1 0.50 0.51 0.51 0.51 0.52 0.49 Vrh 2 0.50 0.51 0.49 0.51 0.50 0.50 3 0.51 0.50 0.50 0.53 0.49 0.50 sredina 0.50 0.51 0.50 0.51 0.50 0.51 rub - 1 0.51 0.50 0.49 0.51 0.50 0.50 Sredina 2 0.50 0.50 0.50 0.51 0.50 0.49 3 0.51 0.50 0.51 0.50 0.51 0.52 sredina 0.49 0.51 0.50 0.50 0.51 0.50 rub - 1 0.50 0.50 0.50 0.51 0.50 0.50 Kraj 2 0.50 0.50 0.51 0.51 0.51 0.51 3 0.48 0.50 0.50 0.51 0.51 0.53 sredina 0.50 0.51 0.50 0.49 0.51 0.49 5 Zaključak Dobijena raspodjela ugljika i mangana pokazuje daje moguče dobiti zadovoljavajuči nivo segregiranja u u u smijeru livenja, kao i u popriječnom presjeku u pos-toječim uslovima proizvodnje i livenja3-4-5). Dobijeni rezultati u se podudaraju sa rezultatima drugih is-traživača i daju rezultate kojie su ovi postigli kod pojed-nostavljivanja istog tehnološkog procesa1. Rezultati nadalje pokazuju da je ujednačen raspored ugljika u kazanu garancija i ujednačenosti rasporeda ugljika u kontiblumu. Postoječi uslovi kontiliva sa postoječim režimom livenja u procesu livenja osiguravaju postizanje odgo-varajuče homogenosti, a to je optimalna homogenost koja se može postiči, posebno u nedostatku primjene postupka elektromagnetnog miješanja. Poboljšavanjem postoječih uslova obrade tečnog čelika u kazanu mogla bi se obezbijeditri i optimalna homogenizacija tečnog čelika u hemijskom pogledu u odnosu na postoječe stanje. Potrebno je vršiti i dalje osavremanjavanje procesa homogenizacije, odnosno obrade čelika u kazanu zbog poboljšanja izvatka i cjelokupne homogenosti čelika. 6 Literatura 1 Huttenem, T. et al.: Scand. J. Metallurgy, 15, 1988, 288-291 2 Wolf, M.: Continuous casting of high carbon steel, 10. Medzinarodni hutnicke konference - Plynule, Trinec, 1989 3 Pihura D.: Continuous casting of high carbon converter steel for wire rods, 10. Medzinarodni hutnicke konference - Plynule, Trinec, 1989 4 Pihura D. et al.: Osvajanje proizvodnje visokougljenične žice PŽ kvaliteta u kisikovom konvertoru uz Ijevanje na uredjeju za kontinuirani Ijevanje (do PŽ 60), Monografija Metalurški institut, Zenica, 1991 5 Pihura D. et al.: Vnaprijedjenje proizvodnje žice za patentiranje, Monografija, Metalurški institut, Zenica, 1992