Uporaba odbruskov pri proizvodnji jekla Gojko Todorovič, Inštitut za kovinske materiale in tehnologije, Ljubljana J. Apat, Železarna Ravne S. Kovačič, Železarna Ravne M. Tolar, Železarna Jesenice J. Lamut, PNT VTOZD Montanistika, Ljubljana V. Rakovec, Železarna Jesenice Sekundarne železonosne surovine nastajajo pri proizvodnji jekla in vsebujejo poleg železa še vrsto legirnih elementov, če predelujemo legirana jekla. Poudariti moramo da je možno uporabiti tudi legirane odbruske, če jih ločimo na mestu nastanka po kemijski sestavi. Zato bomo v tem članku obdelali uporabo kromovih odbruskov kot vložek pri proizvodnji jekla v elektroobločnih pečeh. 1. UVOD Sekundarne surovine so pomembne tako iz ekonomskih kot ekoloških razlogov, saj se ekologiji v zadnjem času posveča velika pozornost. Da bi lahko surovine ponovno vrnili v proizvodni proces, jih je potrebno organizirano zbirati in ločiti po kvaliteti in kemijski sestavi. Že na mestu izvora je potrebno v ustrezne zabojnike in košare ločiti posamezne odpadke. Potrebno je izkoristiti vse kovinske komponente, ki so v sekundarnih surovinah, predvsem pa legirne elemente. Zato je zelo pomembno vedeti, kolikšna je vsebnost legirnih elementov. Le tako je mogoče natančno določiti sestavo vložka, da ob raztalitvi ni velike razlike med načrtovanimi in dejanskimi analizami. Razdelitev odpadkov po skupinah1 je določena na osnovi vsebnosti legirnih elementov ter združevanja tistih kvalitet, ki omogočajo maksimalno izkoriščanje posameznih elementov pri ponovni predelavi. Izredno pomembno je skladiščenje teh surovin, da ne bi prišlo do mešanja2. Nepravilno izračunana sestava vložka vpliva ne samo na stroške proizvodnje, temveč tudi na zmanjšanje izkoristka, izdelano jeklo pa je slabše kvalitete. Odbruski nastajajo pri brušenju jekel in so po svoji granulometrijski sestavi zelo različni. Prva frakcija je groba in pada v zaboj iz brusilnega stroja. Ti odbruski so zelo čisti. Druga frakcija odbruskov se izloča v ciklonih odpraševalne naprave in so zelo drobni. Kemijska sestava je odvisna od kvalitete jekla, čeprav vsebujejo določen odstotek korunda in brusnih plošč3. * Rokopis prejet: avgust 1991 ** Originalno objavljeno: 2ZB 1991/3 V glavnem smo uporabljali odbruske OCR12 pri izdelavi jekel skupine OCR12. V opazovanih šaržah je bil izplen celotnega vložka 93,2%. Izplen kroma iz odbruskov je približno 60%. Ti podatki veljajo za vložek, v katerem je bilo do 39% odbruskov glede na celotni vložek. Pri uporabi odbruskov je pomembno, da imamo na razpolago ustrezno število košar, ki morajo biti izdelane tako, da omogočajo čimbolj enostavno zalaganje v peč. 2. Opis poskusov Poskuse smo delali z grobimi odbruski granulacije nad 0,5 mm (okrog 90%) in nad 2 mm (približno 15%). Nasipna teža je odvisna od kvalitete jekel in granu-lometrijske sestave odbruskov, tako da je pomemben dejavnik za transport in zakladanje peči. V čistilnici valjarne so jekla kvalitete OCR12 brušena na enem brusilnem stroju, tako da smo sproti ločevali odbruske posameznih kvalitet jekel in jih deponirali v košare. Ko je bila košara polna, smo jo stehtali. Potem smo na vsako košaro napisali datum polnitve, težo in kvaliteto jekla. Poskrbeli smo, da med skladiščenjem košare niso bile izpostavljene dežju. Pomembno je tudi, da se odbruski čim prej uporabijo. Zato je potrebna dobra koordinacija med valjamo in pripravo dela jeklarne. Odbruske smo transportirali do peči in jih zalagali v prazno peč. Šele potem smo dodali preostali del vložka. Na ta način smo se izognili obešanju odbruskov po stenah peči. Količina žlindre, ki nastane pri dodatku odbruskov v vložek, je približno enaka kot pri vložku brez odbruskov. Pri izdelavi jekel kvalitet PROKRON je izplen vložka boljši, če pričnemo z rezanjem vložka šele po raztalitvi odbruskov. Poskusi so narejeni v 10 in 25-tonski elektroobločni peči. Naredili smo 29 poskusov z dodatkom odbruskov v EOP, in sicer od 4,3 do 39,4%. 3. Rezultati poskusov Namen naših raziskav je bil, da naredimo čimveč poskusov, in sicer pri eni kvalitetni grupi jekel, da Tabela 1: Sestava vložka in dodatek ferozlitin ter izračun izplena kroma in vložka Štev. Kvaliteta šarže jekla Teža vložka v kg Kvaliteta vložka Dodatek ferozlitin teža kvaliteta v kg Skupna teža v kg vložek ferozl. Skupno odlito v kg Izplen Delež odbruskov v vložku v % 48159 OCR12VM 8800 OCR12VM 50 FeSi 14100 950 14300 95 4,3 3000 OCR12 65 FeMo 1700 OCR4 120 FeV 600 odbr.OCR6 710 FeCrc 5 C 48416 OCR12VM 6600 OCR12VM 20 FeMn 13550 918 14500 100 7.4 3300 OCR12VM 60 FeSi 650 OCR4 25 FeMo 1G00 izb.Gt.žel. 123 FeV 1000 odbr.OCR12VM 680 FeCrc 50 polimox 350 FeCrc 48567 FK2sp 1700 PK11 155 FeMn 15000 1660 15180 91.1 13,3 4800 PK12sp 265 FeSi 500 EC80R04 1200 FeCra 2000 odbr.PK2sp 40 Ni 1500 FeCrc 28020 OCR12VM 18000 OCR12sp 70 FeSi 3550 745 35100 96,8 15,5 5000 OCR12 125 FeW 4500 OGR4 550 FeCrc 1000 0SIKR04 5500 odbr.OCR12sp 1500 FeCrc 47823 OCR12VM 2900 UTOPMo 10 FeMn 15060 776 14700 92,8 17,9 6900 OCR4 30 FeSi 1200 BLUMCI 21 FeMo 1600 FeCrc 600 FeCrc 60 Polimcoc 150 FeCrc 2700 odbr.OCR12VM 5 C 48075 PK4ex 8000 PK2 10 FeMn 15900 715 15480 93,2 21,4 3500 izb.st.žel. 140 FeSi 3400 odbr.OCR12 550 FeCrc 1000 FeCrc 15 C 48076 PK4ex 7000 PK2 15 FeMn 15800 655 14680 89.2 25,3 3200 izb.st.žel. 140 FeSi 4000 odbr.OCR12 500 FeCrc 1000 FeCrc 48163 OCR12VM 8800 OCR12VM 20 FeMn 14500 1150 14700 93,9 27,6 1650 OCR4 60 FeSi 50 Polimox 35 FeMo 4000 odbr.OCR12 120 FeV 900 FeCrc 15 C 48183 PK2sp 7850 PK2sp 104 FeMn 15000 1029 14880 92,8 30,0 2000 izb.st.žel. 175 FeSi 100 FeNi62 750 FeCrc 650 FeCrc 4500 odbr.PK2sp Tabela 1 (nada^j.): Sestava vložka in dodatek ferozlitin ter izračun izplena kroma in vložka Stev. Kvaliteta Teža Kvaliteta Dodatek ferozlitin Skupna teža v kg Skupno Izplen Delež šarže jekla vložka vložka teža kvaliteta vložek ferozl. odlito v % odbruskov v kg v kg v kg v vložku v % 48391 PK5 5000 PK2 10 FeMn 15000 1175 14680 90,8 33,0 3800 izb.st.Zel. 135 FeSi 5000 odbr.FK3 1000 FeCrc 1000 FeCrc 30 C 48525 OCR12VM 2200 OCR12VM 10 FeMn 13950 422 13500 93.9 39.4 5100 OCR12 60 FeSi 800 izbr.3t.lel. 290 FeCrc 5500 odbr.OCR12VM 35 FeMo 50 Polimox 27 C 300 FeCrc bi ugotovili, kakšen je vpliv dodatkov odbruskov na kvaliteto jekla, ki ga izdelujemo (tabela l). Odločili smo se, da poskuse naredimo s kromovimi odbruski, in sicer pri izdelavi jekel4 kromovih kvalitet. Posebno pozornost smo namenili raztapljanju odbruskov in njihovemu izkoristku. Zato smo pri vsaki šarži jemali probe po raztalitvi vložka za kemijsko analizo in ugotavljali, če ustreza ciljani sestavi jekla. Analize so pokazale, da je vsebnost kroma v talini znašala med 9 in 16%, kar pomeni, da so bile v predvidenih mejah. Zelo pomembno je, koliko kroma gre v žlindro. Analizirali smo žlindre po raztalitvi vložka, in sicer pri višjih odstotkih odbruskov, to je med 23 in 33%. Vsebnost Cr203 v žlindri je bila med 15,5 in 30,8%, kaj seveda ni odvisno samo od vsebnosti odbruskov temveč tudi od pogojev taljenja. Pri poskusih smo v glavnem uporabljali lastni jekleni odpadek, in sicer iz kromovih jekel. Pri določenem številu šarž smo dodajali krom z različnimi legirnimi odpadki in FeCr. Za to število šarž smo izračunali, koliko vsaka komponenta iz vložka prinese kroma v talino. Povprečni deleži kroma so naslednji: OCR4-4%, OCRl2-57% in FeCr-39%. V celoti smo analizirali 29 šarž, vendar smo za izračun vpliva odbruskov na izplen kroma uporabili 11 šarž, pri katerih je bil vložek sestavljen iz OCR4 in OCR12 skupine legirnega odpadka ter z dodatkom odbruskov in FeCrc. Iz teh komponent vložka smo izračunali delež kroma, ki je znašal pri legirnem odpadku 43%, ferolegurah 27% in odbrusku 30%. Izplen kroma iz vložka je zelo pomemben dejavnik pri proizvodnji kromovih jekel. V vložek dodajamo poleg ferolegur še legirni odpadek in odbruske iz kromovih jekel. To pomeni, da je celotna vsebnost kroma v jeklu enaka vsoti deležev kroma iz vseh dodatkov. Vendar je za nas zelo pomembno, kolikšen je izplen kroma iz posameznih komponent vložka. Zato smo obdelali s statistično analizo vse poskusne šarže, ki so narejene iz jeklenih odpadkov OCR4 in OCR12, ferolegur in odbruskov ter diagramsko predstavili posamezne komponente vložka. O O o o_ o n -o o 0 - - y=0.136x< r2 = 0.35 80,155 16 i - 1 i i i nI-1--1--1--1--1-U 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Dodatek ferolegur v 7. Slika 1 Izplen kroma v odvisnosti od dodatka ferozlitin in odbruskov Figure 1 Chromium yield depending on additions of ferroalloys and grindings Na sliki 1 je prikazana odvisnost izplena kroma od dodatka ferolegur pri uporabi odbruskov. S povečanjem vsebnosti ferolegur v vložku narašča tudi izplen kroma, ker se prvi oksidirajo odbruski in se žlindra delno nasiti s Cr203, tako da pri taljenju ferolegur prihaja do manjše oksidacije kroma. Odvisnost je prikazana z enačbo y = 0,136 • x + 80,155 r2 = 0, 3916 pri čemer pomeni: y - izplen kroma v %, x - vsebnost ferolegur v %, r2 - koeficient determinacije. C JJ Cl N 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 •----- -o- o o 0 0 O O O - - - y=-0,17 r2: 5-x + 97/ 0,0982 754 1 1 i i i 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Dodatek ferolegur v % Slika 2 Izplen kroma v odvisnosti od dodatka ferozlitin in legirnega odpadka Figure 2 Chromium yield depending on additions of ferroalloys and alloyed scrap 100 90 . 80 > 70 o E 60 o 5 50 C r2 =C ♦ 89,0180 ,2838 1 1 i i 1 100 90 60 > 70 O e 60 o ^ 50 C N i0 30 20 10 0, "T O O o - « ---- r—4 - 1 y = -0,299 x +92,726 r2 = 0,1444 1 , i , .i 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Dodatek odbruskov v 7„ Slika 4 Izplen kroma pri dodatku odbruskov Figure 4 Chromium yield in adding grindings o -SC > N O C a> Cl N 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0. CD n o 60 >N o 50 > C (U 40 CL N 30 20 10 n 0 o o o2___2— L__ - - i - y=0,152-r2 = x +82,39 0,2556 3 i i i i i 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Dodatek ferolegur v % Slika 6 Izplen vložka pri dodatku ferozlitin in odbruskov Figure 6 Burden yield in adding ferroalloys and grindings približno 60%. Ta odvisnost je predstavljena na sliki 4. S povečanjem vsebnosti odbruskov se zmanjšuje izplen kroma. Zaradi velike reakcijske površine se talijo odbruski hitreje in oksidirajo. Upravičenost dodajanja odbruskov je v tem, ker odgor kroma iz odbruskov preprečuje odgor kroma iz legirnih odpadkov in ferozlitin. Dodatki legirnih odpadkov, ferozlitin in kromovih odbruskov prinašajo v talino poleg kroma še določeno količino železa, kar vpliva tudi na izplen vložka (slika 5). Iz slike je razvidno, da se s povečanjem vsebnosti odbruskov zmanjšuje izplen vložka, ker se poleg kroma oksidira tudi železo v fazi taljenja in oksidacije. Vpliv FeCr na izplen vložka je prikazan na sliki 6. Če je vložek sestavljen iz ferokroma in odbruskov, potem se poveča izplen vložka, ker se železo iz odbruskov oksidira in nasiti žlindro s FeO. Na ta način preprečimo oksidacijo železa iz legirnega odpadka. 4. SKLEPI Pri brušenju slabov in gredic na brusilnih strojih v valjarni nastajata dve vrsti odbruskov, in sicer fini in grobi. Finih odbruskov je znatno manj in predstavljajo v glavnem jekleni prah granulacije pod 200 /zm. Grobi odbruski se že redno uporabljajo kot vložek v elektroobločni peči v štorski jeklarni, in sicer celotna količina, ker ni potrebe po ločevanju po kemijski sestavi. V jeklarnah, kjer izdelujejo visokolegirana jekla, kot je ravenska, je potrebno ločiti kromove odbruske od ostalih, da bi jih lahko uporabili kot vložek v elektroobločni peči. Vložek je bil sestavljen iz legiranega odpadka, starega železa, ferozlitin in kromovih odbruskov. Vsebnost odbruskov je bila zelo različna, in sicer od 4,3 do 39,4%. Dodajali smo jih v prazno peč na dno s košarami, nato še preostali del vložka. Na ta način smo se izognili težavam pri taljenju (obešanje odbruskov ob steno peči). Uporaba odbruskov je z ekonomskega in ekološkega stališča upravičena, kar potrjujejo tudi rezultati naših raziskav. Izplen kroma iz odbruskov je bil približno 60%. Potrebno je poudariti, da je izplen kroma iz ferozlitin pri dodatku odbruskov v vložek večji kot brez odbruskov. Odbruski imajo namreč večjo površino, zato se prej stalijo oziroma oksidirajo in zmanjšujejo odgor kroma iz legirnega odpadka ter ferozlitin. Poskusi z uporabo kromovih odbruskov pri proizvodnji kromovih jekel so pokazali, da je njihova uporaba s tehnološkega stališča popolnoma neoporečna, vendar je izredno pomembna tehnološka disciplina, in sicer pri ločevanju na mestu nastanka, transportu in končno pri uporabi. LITERATURA 1. S. Kovačič: Grupe za zbiranje in sortiranje legirnih odpadkov in ostružkov, Ravne, 1988. 2. G. Todorovič, J.Lamut, L. Šketa, V. Rakovec, G. Manojlovič, S. Kovačič, J. Apat, A. Valant: Uporaba lastnih odpadnih surovin za vložek pri izdelavi jekla, Poročila Metalurškega inštituta Ljubljana, 1988. 3. G. Todorovič, J. Lamut, M. Tolar, L. Šketa, V. Rakovec, G. Manojlovič, S. Kovačič, J. Apat: Železarski zbornik 24, 1990, str. 27. 4. G. Todorovič, J. Apat, S.Kovačič: Uporaba odbruskov pri proizvodnji jekla, Poročila Metalurškega inštituta Ljubljana, 1990. ZUSAMMENFASSUNG Schleifabfalle sind ein eisentragendes Sekund arprodukt das beim Schleifen von Halbzeug entsteht und ist nach der Kornzusammensetzung sehr verechieden. Feiner Schleifan-teil scheidet Bich in Zyklonen der Absauganlagen aus, und ist sehr fein. Wir haben Versuche mit groben Schleif-produkten der Korngrofie etwa 90% uber 5 mm gefahren. Schleifabfalle aus chromlegiertem Stahl sind im Einsatz eines 10 und 25 t Lichtbogenofens angewendet vvorden. Daneben noch Chromlegierte Abfalle, Schrott und Fer-rolegierungen. Der Anteil der Schleifabfalle war ver-schieden und zwar von 4,3 bis 39,4%. Die Vervvendung von Schleifabfallen ist aus okologischem und okonomischem Gesichtspunkt berechtigt, vvas die Ergebnisse der Versuchsschmelzen auch bestatigen. Das Ausbringen von Chrom aus dem Schleifabfall war bei 60%. Es ist zu ervvahnen, dafi das Ausbringen von Chrom auB den Ferrolegierungen und legierten Abfallen grofier ist, wenn dem Einsatz auch Schleifabfalle zugegeben werden. Schleifabfalle haben grofiere Oberflache, Sie schmelzen friiher bzw. Sie oxydieren und dadurch die Oxydation der Legierungen und legierter Abfalle vermindern. Die Untersuchungen zeigten, dafi die Anwendung der Schleifabfalle aus technologischen Griinden nicht begrenzt ist, dafi aber die technologische Disziplin sehr wichtig ist. SUMMARV Grindings are ferruginous scrap which is formed in grinding steel, and their granulometric composition varies a great deal. Swarf is precipitated in dust removing cyclones, and it is very fine. Experiments were made vvith coarse grindings with 90% particles of over 0,5 mm. Chromium grindings as burden for 10 and 25 ton electric are steelmaking furnace in Ravne Steel Plant were used. Burden contained also alloyed scrap of chromium steel, iron scrap, and fer-roalloys, next to grindings. Content of grindings in the burden varied betvveen 4,3 and 39,4%. Use of grindings has economic and ecological justi- fication vvhich vvas confirmed also by our experiments. Chromium yield of grindings was approximately 60%. It is necessary to stress that chromium yield from ferroal-loys and alloyed scrap is higher if grindings are added to the burden. Grindings have great specific surface, they are faster melted or oxidized, and thus the oxidation of ferroal-loys and alloyed scrap is reduced. Investigations showed that their addition does not disturb technological process but it must be stressed that high technological discipline is needed.