Alojz Prešern, dipl. inž. Metalurški institut Ljubljana DK 669.046.54 Vpliv preddezoksidacije nelegiranega jekla z ogljikom 0,12 do 0,2 na vsebnost oksidnih vključkov vlp^niški tOTalmh Parametrov, kot jih daje tehnološka praksa in rezultatov kemijskih raziskav 18 šarž, izdelanih nosti k sika v VHai"nl' Sm° žtudirali vPliv količine dodanih preddezoksidantov in časa po dodatku na znižanje vsebin not rohnim / lanem jeklu. S praktično uporabnimi obrazci smo določili medsebojne odvisnosti med tehnologijo l^rnir ODsegom pred. ^ končne dezoksidacije. Tako dobljeni rezultati omogočajo sestavo optimalnih tehnoloških Uvod Spričo tesne povezave metalurških reakcij pri dezoksidaciji tekočega jekla z značajem oksidnih vključkov v izdelanem jeklu, je utemeljena zahteva, da mora jeklar izbrati tak način dezoksidiranja, po katerem ne bo le čim manj vključkov, ampak da bodo imeli vključki določeno kemijsko sestavo. Praktična analiza vpliva nekega načina dezoksidiranja je možna samo tedaj, ko poznamo vsaj v glavnem komponente, ki narekujejo potrebo in obseg dezoksidacije. Skoraj pri vseh proizvodnih postopkih za izdelavo jekla dobimo ob koncu iz-delavnega postopka v talini povečan kisik, ki ga odstranjujemo pri masovnih jeklih s pred„ in končno dezoksidaci j o. V dezoksidacijski fazi prehaja kisik v netopne spojine, ki se morejo izločiti iz taline. Znan kisik nam praktično omogoča določitev količine potrebnih dezoksidantov, s katerimi moremo vezati prosti kisik do prav majhnih koncentracij; za izločanje dezoksidacijskih produktov pa sta odločilna le temperatura taline in kemijska sestava oksidnih komponent. Tudi če uporabimo najučinkovitejše dezoksidante, utegne biti kisik v jeklu zelo povečan, ako ni mogoče izločiti oksidnih komponent. V splošnem je praktično dognano, da je obseg dezoksidacije v veliki meri odvisen od vodenja rafinacije. Hitrost žilavenja kot funkcija proste količine kisika je v tej fazi tehnološkega postopka zelo pomembna. Konkretno ugotavljamo, da vpliva npr. povečana vsebnost matičnega man-gana na zmanjšanje kisika, da bo pri manjši poprečni žilavilni hitrosti vsebnost kisika večja, da pa povečanje žilavilne hitrosti v zadnjih 25—30 minutah rafinacije povečuje kisik v talini. Na slikah 1, 2 in 3 ponazorujemo navedena razmerja za ne-legirana jekla 0,12 do 0,45 «/„ ogljika. Medtem ko povečanje poprečne žilavilne hitrosti nad določene vrednosti praktično ne vpliva na zmanjšanje proste količine kisika v talini, utegne znižanje hitrosti pod določeno vrednost znatno zvečati količino kisika. Z močnimi dezoksidanti lahko vplivamo na zmanjšanje količine kisika. Pri izdelavi nelegiranih jekel je aluminij najbolj znani dezoksidant, ki je 7 6 * * ^ j Š c? J I , S ' / // 10 9 * 7 ^ 6 s? ^ 5 \ \ \ • • • \ \ v • * • > i'x • • • 1 • • • • • •S • • • C 8 10 12 14 16 18 20 i:oz]%*/o 51.1 -j 1 \ v K \ v. \ • t \ s \ \ • • > S • —■ — • -- • • 1 • • .___ • • 0,2 , 0.3 OA Žilav, hitrost AC/h 51.2 0.5 0.6 že pri majhnih količinah v ravnotežju s praktično najmanjšimi količinami kisika. Na sliki 4 ponazorujemo vpliv dodatka aluminija na vsebnost skupnega kisika v izdelanem jeklu z 0,12 do 0,22 «/o ogljika. Tudi po prikazanih razmer jih moremo ugotoviti, da je za konkretno kvaliteto določen? praktično maksimalna količina dodatka aluminija, nad katero se količina kisika ne snreminja več bistveno. 11 tO 9 ? 8 ^ ^ 6 3 / w / -r • • - * > » — 2 6 a 10 12 /4 16 18 Žilav, hitrost % C/25mm * 10'2 51.3 F (Al) 0,5XK,xV, y l0_3o/0 c3 vi k- V obrazcu pomenijo: F (Al) — odvisni faktor od dodatka aluminija i, slika 5) 20 - - i ; — 0.2 0,6 Al kg/t f.O f.2 51. 5 /4 T> 12 h 10 •s Si 8 \ C~0,12-0.12 % V,-0.38 % C/h - 0,4Z % C/h \ Vp ' max 0,09 % C/25 m/n L0.25 % 5i.0.55 "ZoMnJ Y ■ s* • • • • , • 0,5 t.O AL kg/t SLA 1.5 10 Na podlagi navedenega ima jeklar na voljo (poleg bazicitete žlindre in temperature) zlasti tri praktične faktorje, od katerih je odvisno, ali bo v izdelanem jeklu več ali manj kisika. Statistično zasledovanje vpliva žilavilnih hitrosti in učinkovitega dodatka aluminija na vsebnost kisika v izdelanem jeklu pri številnih nizko in srednje ogljičnih nelegiranih jeklih, brez pred-dezoksidacije, omogoča sestavo praktičnega obrazca za kalkulacijo vsebnosti skupne količine kisika kot sledi: Ki — odvisni korekturni faktor od poprečne žilavilne hitrosti (slika 6) 0.2 0,3 OA V1-%C/h Si.6 K2 — odvisni korekturni faktor od ogljika v izdelanem jeklu (slika 7) C2 — ogljik v izdelanem jeklu °/o Vi — poprečna žilavilna hitrost °/o C/h V2 — žilavilna hitrost v zadnjih 25 minutah rafiniranja // to 9 n a 6 5 4 \ \ \ \ \ \ \ "v V 0.7 0.3 C. % 51.7 0,4 0,5 0,6 Vse upoštevane konstante smo določili po primerjavah vpliva določenih vrednosti posameznih komponent na stvarno količino skupnega kisika, določenega po metodi z nosilnim plinom. Odstopanja v primerjavi so osnove za določitev vrednosti posameznih konstant. Praktično izdelujemo šarže z ogljikom med 0,12 in 0,2 % pri poprečni žilavilni hitrosti Vi = 0,38 do 0,52 % C/h in končni žilavilni hitrosti V2 = 0,07 do 0,10/0 C/25 min. Pri učinkovitem dodatku 1,2 kg aluminija na tono jekla, pravilni temperaturi in zadostni baziciteti žlindre bo v izdelanem jeklu znašal skupni kisik okrog 0,0058 do 0,0075 % (slika 8). /8 17 16 15 14 <* 13 j § ft > v 9 8 7 6 5 C-0,2% (1.2. kg M/t) / /i / ✓ /t / / / r X / / - -i 55 5 ^ 0.1 0.2 0.3 0,4 V, - % C/h Sl.S 0.5 0.6 Skrajnih vrednosti žilavilnih hitrosti zaradi zmanjšanja kisika v praksi ne moremo sprožiti. S povečanjem dodatka aluminija nad optimalno mejo je sicer možno povečati delež kislinotopnega aluminija v talini, to pa le delno vpliva na zmanjšanje kisika. Stvarno preostane le možnost, da z dodatkom ustreznih preddezoksidantov zmanjšamo kisik v talini že pred prehodom, kar zahteva za končno dezoksidacijo v ponvi manjši dodatek ferosilicija in aluminija. Tako nastane manj oksidnih komponent in bo torej v izdelanem jeklu manj skupnega kisika. Izdelava šarž s preddezoksidacijo Da bi prikazali stvarni vpliv preddezoksidacije oziroma stopnjo učinkovitosti preddezoksidacije na zmanjšanje kisika ob koncu rafinacije, so nam v jeseniških SM pečeh A, M, V in K izdelali 18 nelegiranih šarž z 0,12 do 0,2% ogljika. Za preddezoksidacijo smo uporabili silikomangan in silicijevo zrcalovino v količini, ki je vsebovala od 0,12 do 0,38% silicija; za končno dezoksidacijo pa smo dodali aluminij. Pri vseh šaržah smo vzeli vzorce za kisik po znani oziroma standardni metodi z malo prekrito kokilico, v kateri je aluminij, in sicer: vzorec št. 1 — ob koncu rafinacije pred dodatkom preddezoksidantov, po dodatku preddezoksidantov, ob različno dolgem času jemanja vzorca, v trenutku preboda, iz ponve 5 do 7 minut po prehodu, iz malega ingota, ki je bil odlit po končanem ulitju prve livne plošče. V vzorcih št. 1—4 smo določili skupni kisik po metodi z nosilnim plinom, v vzorcih št. 5 pa poleg kisika tudi sestavo oksidnih komponent AI2O3, SiOs in (FeO + MnO) z mikroanalizo izolatov. Z razpoložljivimi rezultati in s podatki, katere nam daje na voljo tehnologija izdelave šarž, smo poskušali pokazati praktični pomen vodenja rafinacije, izvedbo preddezoksidacije, časovni vpliv stopnje preddezoksidacije na kisik v talini ob času preboda ter stopnje dezoksidacije z aluminijem na vsebnost končnega kisika oz. vsebnost oksidnih vključkov v tem ingotu. Na tabeli 1 navajamo: 1. uporabne parametre, katere daje tehnologija izdelavnega postopka in so vplivne komponente za analizo dezoksidacijske stopnje; 2. kemično analizo kisika v posameznih vzorcih 3. rezultate mikrokemičnih analiz izolata. Ob primerjavi vrednosti kisika na koncu rafinacije (vzorci št. 1) se pokažejo neka odstopanja, ki ne sledijo ravnotežnim razmerjem z ogljikom, temveč zavzemajo vrednosti v zelo širokih mejah (slika 9). Pač pa moremo zaslediti splošno odvis- vzorec št. 2 vzorec št. 3 vzorec št. 4 vzorec št. 5 Cj nost produkta [C] X [0] od ogljika: med vrednostjo ogljika 0,05 do 0,9 »/o bo produkt [C] X [O] okrog 0,0035 do 0,01, kar ustreza vsebnosti kisika 0,07 do 0,011 o/o. Vpliv poprečne in deloma tudi končne žilavilne hitrosti na kisik ustreza že uvodoma navedenim razmerjem. Dodatek aluminija, ki naj upošteva koristni dodatek z ozirom na količino kislinotopnega aluminija v jeklu, vpliva na zmanjšanje kisika, vendar je ta vpliv neposredno odvisen od kisika v talini ob času preboda, ta pa je funkcija končnega ogljika, če sta ogljik in kisik uravnovešena. Menim, da potekajo reakcije v talini, ki je že v ponvi pretežno v uravnovešenih razmerah. Med žilavilnimi hitrostmi in kisikom ob koncu rafinacije so odvisnosti, katerih poprečne vrednosti moremo zajeti v podobnem obrazcu, kot smo ga navedli uvodoma za kalkulacijo vrednosti skupnega kisika v izdelanem jeklu. Obrazec za kalkulacijo količine kisika ob koncu rafinacije: Za jekla z 0,18 do 0,2 % ogljika smo ugotovili vrednost konstante K 8 — 9, medtem ko je dajala ta vrednost pri mehkejših ali trših jeklih previsoke oziroma prenizke rezultate za kisik. Pri primerjavi stvarnih in kalkulacijskih vrednosti kisika ob različnem ogljiku smo uporabili tudi rezultate prejšnjih preiskav višeogljičnih jekel, ter določili vrednost konstante K kot kažemo na sliki 10. Če vzamemo v poštev vsa navedena razmerja konstant in žilavilnih hitrosti pri določeni vsebnosti končnega ogljika, lahko zadovoljivo kalku-liramo vsebnost kisika ob koncu rafinacije, ki je merilo za količinski dodatek preddezoksidantov v peči oziroma končnih dezoksidantov v ponev (slika 11). - ob koncu rafmac/je r,7 7 k 0A 'k, V, ss 6 .3 S 5 % * tO (analitsko) LOzl 02 = v, Ka X 10-3 o/0 50 N M JO 10 tO ° talina /z 1.1966 • talna iz i. t%5 i / • i J J« v / O o o sP-33' o 51.10 6 8 /0 Konstanta M' /Z ft 16 18 Ta način kalkuliranja kisika ob koncu rafinacije ima uporabno vrednost z navedenimi konstantami pri normalnem toplotnem režimu in dodatku apna, ki ustreza baziciteti žlindre BH — 2,2 do 2,5; to je praktično dosegljivo s specifičnim dodatkom apna 58—65 kg/t pri mehkejših jeklih, in 45—55 kg/t pri srednjeogljičnih jeklih, če je delež grodlja v vložku 40—50'°/o in Si v grodlju 0,5 do 0,6 °/o. Navedena razmerja ne ustrezajo pri šaržah, ki vsebujejo v začetku rafiniranja zelo malo ogljika. Če pomislimo, da moramo v naslednji fazi po rafinaciji, to je z dezoksidacijo, odstraniti večji del prostega kisika v talini ob koncu rafinacije — v jeklu z 0,15 o/o ogljika znaša kisik 0,032 do 0,045 o/o, količina prostega kisika pa v pravilno izdelanem jeklu največ 0,002 0/0 — hkrati pa moramo doseči z uporabo ustreznih dezoksidantov, da bo v izdelanem jeklu ostalo čim manj oksidnih produktov in še ti v določenem medsebojnem količinskem razmerju, je vsekakor način, kako zajeti tako obsežno odstranjevanje kisika, eden najpomembnejših teoretičnih in praktičnih prijemov v izdelavnem postopku. Obratovalni parametri in analiza vsebnosti kisika ob koncu rafinacije (vzorec št. 1) potrjujejo, da s povečanjem poprečne žilavilne hitrosti in zmanjšanjem končne žilavilne hitrosti vplivamo na znižanje kisika ob koncu rafinacije. Teoretične vrednosti navedenih razmerij navajamo na sliki 12. ou 0/0 006 JO* ' - 019 % 1[oj, % ■6.6/00>(0. Si praktično ni učinka, oziroma bo le minimalen. Praksa potrjuje, da je nujno določiti najmanjšo količino preddez-oksidantov, ako naj vsaj deloma dosežemo učinek. 2. Razmeroma precej raztreseni rezultati vsebnosti kisika po sicer enakem dodatku preddezoksi-dantov so nastali zato, ker smo jemali vzorce št. 2 v različno dolgem času po dodatku. Na tabeli 1 vidimo, da znaša čas po dodatku od 2—30 minut, kar utegne vplivati na kinetiko medsebojnih reakcij, predvsem pa na delež izločanja nastalih kompleksnih dezoksidacijskih produktov FeO.MnO.SiO2. Na sliki 14 smo poskusili zajeti vpliv časa po dodatku preddezoksidantov in vpliv vsebnosti Si v preddezoksidantih na dOi>. Ugotoviti moremo, M | N I 1 i m m 0.39 0.36 033 030 011 024 0.21 018 0.15 0i2 0.09 006 003 . ili 11 in 1 M 11 1 ^ 1 I ' ,D} i 1 ! 1 !*". 1 i 1 jja l / / / 1 11 1 ! « 1 K 1*5 \3t / / /035 / r 1 ' 1 l \ *♦/ / ,0>r w\ 1 \ v / JS+/ 1 1 vm / t / iS s ,05 / \ M A 14- ^ _ \ \ V ® f f / A A / /07 / ,0.8 j \ \ v i\ \ \ --- / / //,09 /y 96 \ \ I«—--"' '//10 / N S°St> \ ''in / S-67 S S S JI S 10 15 20 25 čas po dodatku preddezoksid -min 0,15 °/o navzgor bo praktično 11—13 minut optimalni čas po dodatku za največji možni učinek preddezoksidacije. Dokončna dezoksidacija jekla je bila izvedena pri vseh poskusnih šaržah v ponvi z dodatkom ferosilicija in različnimi dodatki aluminija. Na sliki 15 kažemo vpliv aluminija na vsebnost konč- Preddezoksidacija ~3hg5iMn/t 3.3 kg 5/ zre. J t * • tpihavanje C -0.6 kg /t 11 ^ 10 6 j \ \ • \ — : V 8 N \ \ \ \ \ X ? &.K 0 < 05 51. f5 1.0 15 kg M/t jekla 2.0 2.5 nega kisika v odlitem ingotu. Pri večini šarž znaša kisik okrog 0,003 do 0,0041 %, kjer smo pa zmanjšali dodatek preddezoksidantov v peči, in aluminija v ponvi, znaša končni kisik od 0,009 do 0,015«/o. Šarža V5080 se ne ujema z navedenimi razmerji, ker je bila prehladna. Vpliv deleža kislino-topnega aluminija v jeklu je tesno povezan s stopnjo preddezoksidacije. Čeprav so rezultati maloštevilni, lahko vendar sklepamo, da zmanjšuje vsebnost aluminija odgor silicija v preddezoksidantih, kakor vidimo na sliki 16. Pri okrog 12 10 ^ 8 * * s * 51.14 C % 0.12/O.tt • 0.17/0.19 0 v \ • \ \ •1 • K s \ kN« da je učinkovitost preddezoksidacije odvisna od vsebnosti Si in od časa, ki ga dovolimo po dodatku za medsebojno reagiranje. Pri manjši vsebnosti Si je ta čas praktično manj pomemben, pri večji vsebnosti pa ima zelo pomembno vlogo. Kljub večjemu dodatku preddezoksidantov daje prekratek čas velik dOs, predolg čas pa prav tako zmanjšuje stopnjo učinkovitosti. Pri količini Si od 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 U 1.6 Dodatek AL kg/t Si 16 1,2 kg aluminija na tono za jeklo z 0,12 do 0,14 °/0 ogljika ni več odgora silicija; pri povečanem učinkovitem dodatku aluminija pa se pokaže v talini 005 01 015 02 025 03 035 O * 0*5 05 055 Oodateb 5/ % (preddezoMsid.) SI. 17 Učinkovitost dodatka aluminija Glede dodatka aluminija moram poudariti, da je odvisen obseg reakcij, v katere mora posegati aluminij, od učinkovitosti tega dodatka. Praksa nam pove, da moremo z istim dodatkom aluminija in v enakih tehnoloških razmerah doseči v talini precej različne vsebnosti kislinotopnega aluminija. Praktično zanesljivo možnost ugotovitve stopnje učinkovitosti dodatka aluminija imamo s primerjavo produkta [C] X [S] z razmerjem [S] : : [0] za različne učinkovite dodatke aluminija. Z zasledovanjem rezultatov pri nizko — in srednje-ogljičnih kvalitetah dobimo razmerje med navedenimi tremi parametri, ki dovoljuje praktične zaključke: — s povečanjem produkta [C] X [S] raste vrednost [S] : [0] — povečanje učinkovitega dodatka aluminija vpliva na naraščanje razmerja [S] : [O], vendar degresivno do določene vrednosti učinkovito dodanega aluminija. Na statistični podlagi določena razmerja dajo optimalno krivuljo, ki predstavlja rezultat normalnih medsebojnih razmerij oziroma normalne tehnološke prakse. Odstopanja omogočajo zanesljivo vrednotenje stopnje učinkovitosti dodanega aluminija, če je bila temperatura taline pravilna (slika 18). Konkretno: pri 0,17 do 0,19 o/o ogljika bo normalna vrednost [C] X [S] okrog 0,7 do 0,8 in [S] : [0] 7—9, če znaša učinkoviti dodatek aluminija 0,9 do 1,2 kg/t. Pri večji ali manjši vrednosti produkta [Cj X [S] bo pri enakem dodatku aluminija vrednost razmerja [S] : [O] večja ali manjša, če pri določenem produktu [C] X [S] in nakazani količini dodanega aluminija ne dosežemo vsebnost matičnega silicija od preddezoksidantov. Približno medsebojno odvisnost dodatka aluminija in matičnega silicija ponazorujemo na sliki 17 za jeklo z 0,17 do 0,19 «/0 ogljika. Dodate* Al - Mg./t 2 in dodatkom aluminija oziroma količino topnega aluminija v jeklu povsem jasna. Pri večji vsebnosti aluminija je v oksidnih vključkih več AI2O3, manj SiOL>, in kot je razvidno na prejšnji sliki št. 15, tudi manj kisika (slika 20). %om C-0/2-02 V, hladna šarža • \ \ \ • \ \ N \ 00 _— o- ,— — »M2O3 J . z >< • • "Tri --- *—S/02 00/ # 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 topni [Al 7 % Si 20 Tabela 1 kaže posamezne rezultate mikroanalize izolata. Navedeni praktični parametri tehnologije izdelave šarže in nekatera specifična medsebojna razmerja rezultatov tehnologije in analize vkljuc-kov vsiljujejo vrsto vprašanj, ki so za prakso resnega pomena: — kinetika reakcij v preddezoksidacijski fazi po časovni odvisnosti in vsebnosti silicija v pred-dezoksidantih, — vpliv aluminija na razmerje med AI2O3, SiC>2 in FeO ter kinetika reakcij z aluminijem zlasti v pogledu izločanja dezoksidacijskih produktov. Na osnovi rezultatov takšne analize lahko določimo praktične parametre, katerih namen je povečanje čistoče izdelanega jekla. Za prakso zadovoljiv odgovor na zgoraj navedena vprašanja nam daje splošni mehanizem dezoksidacije. V nadaljnjem navajamo nekatere karakteristične primere razlage vpliva tehnološke prakse in načina dezoksidacije, katero nam daje mehanizem dezoksidacije: šarža A5544 — Č1206 C — 0,19%, Si — 0,49'%, Mn — 0,45%, Al — 0,048 «/0 Vi — 0,33 % C/h, V2 — 0,08 % C/25 minut Kalkulacijska količina kisika pred dodatkom preddezoksidantov znaša: O2 = 8,6/0,19 X 0,4.0,91/0,33 X 0,08/0,095 X X 10-3 = 0,042%. Stvarna vsebnost kisika znaša 0,041%. Po dodatku silikomangana in silicijeve zrcalo-vine z vsebnostjo 0,38 % silicija ostane v trenutku preboda v talini količina 0,14 % matičnega silicija, bi je uravnovešena s približno 0,01 % prostega kisika. V času preddezoksidacije se razlika kisika (0,041—0,01) = 0,031 % veže s silicijem, hkrati pa nastane okrog 0,062% Si02. Iz peči gre talina z 0,017% O2 (vzorec št. 3), zato ostane v njej poleg prostega kisika 0,01% še 0,007% vezanega kisika v obliki 0,014 o/o SiOa. V času od dodatka preddezoksidantov do preboda se izloči torej približno (0,062—0,014) = 0,048% Si02 ali 82%. Izločitev te količine je bila izvedena v času 15 minut. V ponvi bo v talini 0,014% komponent Si02, iz obloge ponve pride okoli 0,006 % Si02 (približno takšne vrednosti smo določili pri številnih dosedanjih raziskavah in tudi pri ugotavljanju teh razmerij ob zasledovanju vključkov z radioizo-topi). V jeklu je 0,43 % silicija, uravnovešenega z okrog 0,007 % prostega kisika. Razlika (0,01— 0,007) = 0,003 «/0 kisika se veže s silicijem v 0,006% SiOj. Skupno se tvori 0,026% komponent SiOi. Učinkoviti dodatek 1,2 kg aluminija/t tvori v talini 0,048 % kislinotopnega aluminija, uravnovešenega s sledovi prostega kisika. Razlika (0,007—0,0005) = 0,0065 »/0 kisika se veže z aluminijem v okrog 0,013 % AI2O3. Velika vsebnost aluminija dovoljuje obsežno redukcijo Si02," iz analize izolata sledi, da je v vključkih še 0,002 % SIO2. Razlika (0,026—0,002) = = 0,0024'»/o Si02 se reducira z aluminijem v približno 0,026 % AI2O3. Skupno se tvori 0,039 % AI2O3. Po analizi izolata je ostalo v vključkih okrog 0,004 % AI2O3, torej se je v konkretnem primeru izločilo (0,039—0,004) . 100 : 0,039 = 88% AI2O3 komponent. V oksidnih vključkih bodo torej 0,004 % AI2O3, 0,002'% SiC>2 in sledovi prostega kisika, kar da skupno 0,0035 % kisika. Analitsko določen znaša 0,0033 oziroma 0,0036%. Kalkulacija vsebnosti končnega kisika v izdelanem jeklu brez preddezoksidacije bi znašala: 02 = 0,8/0,19 X 0,5.0,91/0,33 X 0,08/0,095 X X 10-3 = 0,006'»/o. Zaradi učinkovite preddezoksidacije je skupni končni kisik v jeklu 42 % manjši. Sarža V5077 — C03V C — 0,13 %, Si — 0,17 %, Mn — 0,37 %, kislino-topni Al — 0,018 »/o, V, — 0,59 o/o C/h, V2 — 0,1 o/o C/25 minut. Kalkulacijska količina kisika pred dodatkom preddezoksidantov znaša: O2 = 7,2/0,13 X 0,4 . 1,1/0,59 X 0,1/0,104 X X 10-3 = 0,043 o/o. Z metodo z nosilnim plinom določeni kisik znaša 0,047 %>. Pri tej šarži smo skušali vplivati z dodatkom 0,6 kg karburita na določena razmerja glede na stabilizacijo ogljika in ev. preddezoksidacijo. Kot razvidimo na tabeli 1, se je po dodatku le malo zmanjšal kisik v vzorcu. 10 minut po dodatku karburita smo dodali preddezoksidante z vsebnostjo 0,11 % silicija. 5 minut po dodatku — v trenutku preboda — so bili v talini le sledovi silicija, uravnovešenega s približno 0,022 o/„ kisika. Razlika (0,044—0,022) = = 0,022 '»/o kisika reagira s silicijem in tvori hkrati približno 0,044 «/0 Si02. Iz peči gre talina z 0,032 o/0 kisika, torej vsebuje poleg 0,022 % prostega kisika tudi 0,01 »/o kisika v obliki 0,02 % Si02. V 5 minutah po dodatku preddezoksidantov v peč se je torej izločilo (0,044—0,02) 100 : 0,044 = = 54 % Si02. V jeklu je 0,17% silicija, uravnovešenega s približno 0,019 '°/o kisika. Razlika (0,022—0,019) = = 0,003 ■%> kisika se veže s silicijem in tvori približno 0,006 o/o SiOi. Iz ponvine opeke pride okrog 0,006 o/0 Si02; s talino iz peči pa 0,02% Si02; skupna količina znaša 0,032%. Dodatek aluminija 0,87 kg/t (učinkoviti dodatek znaša 0,62 kg/t) daje talini približno 0,016 % kislinotopnega aluminija, ki se uravnovesi z 0,005 o/o kisika. Razlika (0,019—0,005) = 0,014 % kisika tvori z aluminijem 0,028 % AI2O3. Redukcija SiC>2 do vsebnosti 0,005 % (analiza izolata) da s kupno 0,0310/0 AI2O3. Skupno se tvori 0,059 % AI2O3. Po analizi izolata ga zasledimo v vključkih 0,006%, torej se je izločilo 90% skupno nastale količine komponent AI2O3. V mehanizmu dezoksidacije pri tej šarži vidimo, da je po redukciji Si02 z aluminijem ostalo v vključkih še 0,005 °/o Si02, torej znatno večja količina kot pri prejšnji šarži. S primerjavo se potrjujejo rezultati številnih dosedanjih raziskav v tej smeri, namreč da vpliva vsebnost topnega aluminija na obseg redukcije. Pri količini od 0,015 do 0,02 % moremo pričakovati že več ali manj obsežno redukcijo SiC>2, pri manjših vsebnostih pa ni redukcije, oziroma je minimalna. Pri zelo veliki količini topnega aluminija so v vključkih le sledovi do 0,002% Si02. V oksidnih vključkih te šarže je 0,006% AI2O3, 0,005 «/0 Si02 in 0,005 % prostega kisika, torej skupno 0,0105o/o kisika. Analitsko ugotovljenega kisika je 0,0099 do 0,011 «/0. Kalkulativna količina kisika znaša: O2 = 1,6/0,13 X 0,5 X 1,1/0,59 X 0,1/0,104 X X 10-3 = 0,012 o/o. S preddezoksidacijo smo torej zmanjšali kisik za približno 13 %. Menim, da je bila količina pred-dezoksidanta pri tej šarži mnogo premajhna, zlasti pa je bil majhen dodatek aluminija, zaradi česar se razmeroma poveča količina kisika oziroma oksidnih vključkov v jeklu. Šarža V5073 — Č.03 V C — 0,13o/o, Si — 0,2 o/o, Mn — 0,42 %, Al — 0,005 «/0, Vi — 0,46 0/0 C/h, V2 — 0,1 0/0 C/25 min. Proti kisiku 0,047 % pred dodatkom 0,6 kg kar-burita/t se je po dodatku zmanjšal kisik na 0,042 %. 8 minut po tem dodatku smo dodali še 0,11 % Si v obliki silikomangana; 2 minuti kasneje pa, v trenutku preboda, so bili v talini le sledovi Si, kar je uravnovešeno s približno 0,015% kisika. Razlika (0,042—0,015) = 0,027% kisika reagira s silicijem in tvori 0,054% Si02. Iz peči gre talina z 0,036% kisika, zato je v njej poleg 0,015 «/0 prostega kisika še 0,021% kisika v obliki 0,042 % Si02. Izločanje Si02 v času 2 minut po dodatku znaša 22 %. Iz mehanizma dezoksidacije pri prejšnjih šaržah ugotavljamo, da narašča s časom obseg izločanja SiO2.MnO.FeO (preddezoksi-danti). Torej se bodo izločali ti oksidi v žlindro pri konkretni šarži V 5073 tudi v nadaljnjem času do litja livnih plošč. V času 17 minut, to je do začetka litja ingotov, bo delež izločanja okrog 85 % in v vključkih bo ostalo približno še (15/100) . 0,042 = 0,006 % Si02. V jeklu je 0,2 % Si, ki je uravnovešen s ca. 0,0lo/o kisika. Razlika (0,015—0,010) = 0,005 % kisika reagira s silicijem; hkrati se tvori 0,01 % SiO_'. Iz ponvine opeke pride okrog 0,006 % S1O2, skupno nastala količina Si02 znaša 0,022 %. Dodatek aluminija v količini 0,77 kg/t (učinkoviti dodatek znaša le 0,5 kg/t) da 0,005 % topnega aluminija, ki je uravnovešen s približno 0,005 % kisika. Razlika (0,010—0,005) = 0,005 0/0 kisika reagira z aluminijem v 0,010 % AI2O3. Po analizi izolata je v oksidnih vključkih 0,001 % Al203, torej se je izločilo iz taline 90 0/0 komponent AI2O3. Zaradi majhne vsebnosti topnega aluminija ni redukcije Si02. V oksidnih vključkih je 0,001 % AI2O3, 0,022 0/0 Si02 in 0,005 % prostega kisika, kar je skupaj približno 0,016% kisika. Analitsko določena količina kisika znaša 0,013 do 0,015 %. Kal-kulacijska vrednost kisika v vzorcu, odlitem po odlitju prve plošče, znaša: O2 = 1,6/0,13 X 0,5 X 1,01/0,46 X 0,1/0,104 X X 10-3 = O,013o/o. Proti kisiku, določenem po mehanizmu dezoksidacije oziroma po analizi izolata, ugotavljamo TABELA 1 šarža V, v2 %JC/25' C x S C % Al ikg/t [Al] % topni [O2] % anal. S : O 0.0041 A 5554 0.33 0.08 0.0053 0.19 1.2 0.048 0.0033/36 8.2 0.0038 0.0049 0.0046 M 6323 0.06 0.03 0.0051 0.13 0.82 0.01 0.0070/71 5.5 0.0045 0.0056 0.0027 V 5047 0.55 0.07 0.0076 0.19 1.5 0.022 0.0038/41 10.1 0.0032 0.0043 0.0022 V 5044 0.67 0.13 0.006 0.2 1.54 0.025 0.0037/42 7.7 0.0029 0.0042 V 5041 0.45 0.08 0.0074 0.19 1.56 0.050 0.003/41 11.1 K 5067 0.70 0.09 0.0054 0.13 1.46 0.038 0.0043/46 9.6 K 5068 0.28 0.12 0.0054 0.12 1.47 0.025 0.0042/38 11.2 V 5063 0.38 0.11 0.0099 0.18 1.28 0.043 0.0034/41 15,0 V 5073 0.46 0.1 0.0057 0.13 0.77 0.005 0.013/15 3.2 0.0033 V 5077 0.59 0.1 0.0049 0.13 0.87 0.016 0.011/099 3.8 0.0037 0.0044 V 5080 0.15 0.06 0.0051 0.17 1.67 0.049 0.011/11 2.8 hI. š. V 5093 0.47 0.11 0.0068 0.17 0.63 0.007 0.0088/98 4.3 0.0030 V 5096 0.52 0.08 0.0056 0.14 0.67 0.006 0.013/12 3.2 0.0031 0.0042 0.0027 M 6309 0.51 0.07 0.0056 0.14 . 1.58 0.039 0.0037/36 11.1 0.0034 0.0044 0.003 M 6310 0.38 0.1 0.0067 0.19 1.42 0.046 0.0033/36 10.1 0.0025 0.0046 0.0025 M 6308 0.47 0.09 0.0046 0.14 1.55 0.062 0.0030/34 10.1 0.0034 0.0043 0.0034 A 5569 0.57 0.08 0.0075 0.17 1.25 0.061 0.0027/37 13.6 0.0046 0.003 M 6305 0.43 0.08 0.006 0.15 1.35 0.033 0.0034/36 11.1 0.0034 0.0040 delno manjšo vrednost, torej bi smeli sklepati, da je verjetno delno izločanje SiO^ tudi pri tvorbi SiC>2 od dodatka ferosilicija v ponev. Pri tej šarži se je konkretno v času 17 minut računsko izločilo približno 30—35 "/o SiOs. Preddezoksidacija ni imela praktičnega učinka glede zmanjšanja kisika pred dokončno dezoksidacijo. Šarža V 5080 — C. 1204 C — 0,17 »/o, Si — 0,12 »/o, Mn — 0,5 o/o, Al — 0,049 »/o. Vi — 0,15 "/o C/h, V2 — 0,06 o/o C/25 minut. Na osnovi mehanizma dezoksidacije prejšnjih šarž obsega pri tej šarži izločanje SiO? 57 % v času 7 minut po dodatku preddezoksidantov. Dodatek aluminija 1,67 kg/t da v talini 0,049% topnega aluminija, ki je uravnovešen s sledovi prostega kisika. Skupno nastala količina AI2O3 (reakcija aluminija s prostim kisikom in redukcija SiOa do 0,003%) znaša 0,068 %. Če bi bila šarža normalno topla, bi moral biti delež izločanja komponent AI2O3 okrog 88—90 %, kakor smo ugotovili pri prejšnjih 1 2 O2 % anal. 3 4 AhOl % Vključki SiCh % (izolat) % (FeO+MnO) (O2) % iz vklj. Cas po predidozoksid. min, % preddez. Si% odgor Si ±% 0.041 0.029 0.017 — 0.004 0.002 0.002 0.0035 15' 82 0.38 + 0.14 0.041 0.027 0.019 — 0,003 0.003 0.020 0.007 17' 90 0.19 — 0.05 0.034 0.024 0.014 — 0,004 0.003 0.004 0.0045 14' 86 0.23 + 0.09 0.038 0.032 0.013 — 0.004 0.002 0.004 0.002 16' 88 0.34 + 0.09 0.031 0.017 0.013 — 0.005 0.001 0.002 0.0035 12' 80 0.30 + 0.11 0.041 0.048 0.016 — 0.005 0.001 0.009 0.005 19' 90 0.26 + 0.01 0.047 0.039 0.014 — 0.004 0.003 0.004 0.0043 30' 100 0.32 + 0.04 0.068 — 0.024 0.015 0.006 0.001 0.002 0.004 20' 97 0.29 + 0.03 0.047 0.042 0.036 0.029 0.002 0.024 0.018 0.017 2' 22 0.11 — 0.07 0.047 0.044 0.032 0.024 0.005 0.005 0.022 0,010 5' 54 0.11 — 0.06 0.047 0.052 0.030 0.023 0.018 0.003 0.004 0.011 7' 57 0.18 + 0.04 0.038 — 0.038 0.022 0.0015 0.009 0.022 0.010 — — — — 0.08 0.031 0.035 0.033 0.020 0.0012 0.013 0.028 0.013 10' 72 0.12 — 0.06 0.043 0.039 0.016 0.009 0.005 0.003 0.002 0.0045 12' 77 0.36 + 0.04 0.034 0.027 0.014 — 0.005 0.001 0.002 0.0035 10' 71 0.22 + 0.09 0.034 0.028 0.012 — 0.005 0.001 sledovi 0.0031 12' 90 0.33 + 0.11 0.031 — 0.013 — 0.006 0.0005 sledovi 0.0036 10' 78 0.37 + 0.14 0.028 0.018 0.011 0.004 0,002 0.004 0.004 13' 87 0.23 + 0.07 šaržah. Delež AI2O3 v oksidnih vključkih bi znašal 0,007 Po analizi izolata pa dobimo v vključkih 0,018 o/o AI2O3, kar pomeni, da se je izločilo približno le 73 «/0 teh komponent. Vzrok slabšega izločanja je prenizka temperatura šarže. Zaradi prenizke temperature dobimo v vključkih 0,018 %> AI2O3, 0,003 «/0 Si02 in sledove prostega kisika, kar da skupaj približno 0,011 % kisika. Analitsko določena količina je ista. Iz analize vzrokov slabšega izločanja AI2O3 oziroma prevelikega kisika pri tej šarži sklepamo, da je pri dezoksidaciji jekla z aluminijem nujno potrebna višja temperatura kakor sicer pri dezoksidaciji cvb minimalnem dodatku aluminija. V navedenih nekaj primerih kaže mehanizem dezoksidacije kinetiko medsebojnih reakcij, nakazuje verjetnost nastanka posameznih oksidnih komponent, jasno osvetljuje količinski in časovni vpliv preddezoksidacije na zmanjšanje kisika na koncu rafinacije, zlasti pa potrjuje odločilno vlogo količine kislinotopnega aluminija v talini. t *0 .t* 20 S 0 fr -s-O" „ —0- 0 s s A 0 / /> t / 6 9 /2 /f 18 2/ 24 27 30 čas - min- po dodatku (SiMn' Si- ircal.) SI. 21 Na sliki 21 je ponazorjen vpliv časa na obseg izločanja SiOa kot kompleksen oksid FeO . MnO . . SiOa od preddezoksidacije, na sliki 22 pa primerjam delež izločanja med oksidnimi komponentami AbOa in SiOi kakor dovoljuje mehanizem dezoksidacije. Sklepi V vzorcih nelegiranih SM jekel z 0,12 do 0,2 % ogljika smo zasledovali razmerja med kisikom, posameznimi oksidnimi komponentami v izolatu in tehnološko prakso izdelave šarž. Vzorci so bili vzeti iz taline z malo, z lesenim pokrovom prekrito standardno kokilo, v kateri je prebitek aluminija. Vse šarže smo preddezoksidirali z določeno količino silikomangana in silicijeve zrcalovine; po dodatku sta bila vsebnost silicija v preddezoksi-dantih in čas reagiranja različna. S takšnimi spremembami smo se lahko lotili študija in dosegli praktične rezultate o vplivu preddezoksidacije na vsebnost kisika v talini. Medsebojno vrednotenje parametrov tehnološke prakse, analize oksidov v izolatu, analize kisika in stopnje učinkovitosti preddezoksidacije ter dodatka aluminija daje vrsto diagramov, po katerih lahko praktično sklepamo o osnovnih tehnoloških smernicah, kako bi v izdelanem jeklu dosegli čim manjšo količino oksidnih vključkov oziroma, da bi imeli takšno sestavo, ki dovoljuje zadovoljivo izločanje v žlindro. Izločanje komponent AI2O3 je zelo uspešno pri temperaturi okrog 1590 do 1600° C (pri konkretni kvaliteti). V talini ostane 8 minut po dodatku aluminija približno še 10 do 12 % teh oksidov, po 15—18 minutah pa približno 8—10 %. Po treh minutah znese delež izločanja okrog 65 %. V odvisnosti od količine preddezoksidantov glede na vsebnost silicija, je optimalni čas za prebod med 11. in 13. minuto po dodatku. Prehitro in prepozno odpiranje preboda zmanjšuje stopnjo preddezoksidacije. Pri konkretnih šaržah lahko znaša zmanjšanje kisika zaradi učinkovite preddezoksidacije okrog 30—45 fl/o proti vrednostim kisika pri šaržah brez preddezoksidacije. Pri učinkoviti preddezoksida-ciji znaša zmanjšanje dodatka aluminija 18—25%. Pozitivni rezultati o vsebnosti kisika in količine oksidnih vključkov zahtevajo, da vključimo pred-dezoksidacijo v tehnološki ciklus izdelave jekla kot obvezno delovno fazo.