»229280 ŽELEZARSKI ZBORNIK IZDAJAJO 2ELEZARNE JESENICE, RAVNE, ŠTORE IN METALURŠKI INŠTITUT LETO 17 LJUBLJANA JUNIJ 1983 Termodinamične osnove proizvodnje nerjavnega jekla UDK:669.15 — 194.56:669.187.2 ASM/SLA: SS-e, 1-73 N. Smajič II. del: DUPLEKS POSTOPEK EOP —VOD Opisane so termodinamične odvisnosti, ki uravnavajo potek oksidacijske faze pri izdelavi nerjavnega jekla po dupleks postopku elektroobločna peč — VOD ponovca. Analiziran je vpliv parcialnega tlaka CO, temperature taline, vsebnosti kroma in niklja ter aktivnosti Cr304 v žlindri na selektivno oksidacijo ogljika, tj. na premik izoterm ravnotežja C — O in C — Cr — O. Algoritmi, izdelani na osnovi termodinamičnih zakonitosti, so osnova računalniškega programa, ki omogoča optimizacijo sodobne tehnologije izdelave nerjavnega jekla. 1. DUPLEKS POSTOPEK EOP —VOD Sodobna tehnologija izdelave nerjavnih jekel temelji na dupleks postopku, po katerem taljenje vložka opravljamo v elektroobločni peči, medtem ko vse metalurške faze izvajamo v drugem agregatu, tj. v ponvi, v kateri talino istočasno oksidiramo in vakuumiramo (VOD), ali v konvertorju, v katerem oksidiramo z zmesjo kisika in inertnega plina (AOD ali CLU), oziroma vodne pare. Pri EOP —VOD dupleks postopku delno oksidiramo tudi v elektro-peči v primeru velike vsebnosti ogljika in / ali silicija v vložku. VOD postopek namreč lahko uporabljamo le za oksidacijo vložka, ki ima manj kot približno 1,0 % C in 0,20 % Si. Po nekaterih podatkih iz literature (7) je vsebnost ogljika v vložku omejena na 0,8 — 1,3 % C, kar je odvisno od kapacitete vakuumske naprave in višine taline v ponvi. Postopek uvajamo, oz. ga bomo uvedli tudi v slovenskih železarnah. VOD tehnologija je bila razvita v Edelstahlvverke Thyssen, in sicer v jeklarni Witten leta 1967. Bistvo VOD postopka je oksidacija s plinastim kisikom ob istočasnem vakuumiranju in mešanju taline z uvajanjem argona skozi porozni »kamen«, vgrajen v dno ponve. Z vakuumira-njem odvajamo nastali CO, ki je produkt oksidacije ogljika, in tako premaknemo ravnotežje C — O proti nižjim vsebnostim ogljika, tj. podaljšamo fazo selektivne oksidacije ogljika. Vložek, ki že vsebuje ves potrebni krom, npr. 18 % Cr, pri izdelavi jekla 18/8 stalimo v EO peči, če je to potrebno, ga delno oksidiramo na omenjeno maksimalno dopustno vsebnost ogljika, žlindro čimbolj skrbno odstranimo ter ponev s talino brez žlindre oksidiramo ob istočasnem vakuumiranju in mešanju z argonom. Podtlak med oksidacijo pada od približno 200 mbar v začetku oksidacije do 40 — 50 mbar ob koncu oksidacije. V zadnji fazi kisika ne pihamo, temveč poteka oksidacija z »lastnim« kisikom iz taline ob intenzivnem mešanju z argonom pod vakuumom. Potek oksidacije kontroliramo z merjenjem parcialnega tlaka CO v plinih, ki jih odsesavamo, s pomočjo kisikove sonde. Med selektivno oksidacijo ogljika ustreza parcialni tlak CO tlaku, oziroma podtlaku, ki ga ustvarja vakuumiranje. Ko dosežemo ravnotežje C — Cr — O, tj. kritično koncentracijo ogljika, in se začne oksidacija kroma, kisi-kova sonda pokaže oster padec pco, kar pomeni, da lahko prenehamo pihati kisik, da bi preprečili oksidacijo kroma. V zadnji fazi oksidacije z lastnim kisikom pa se parcialni tlak CO ponovno zviša in na koncu zopet pade, ko se porabi večina zaostalega ogljika. Izdelava ELC kvalitet je povsem enostavna, saj lahko dosežemo npr. manj kot 0,01 % C pri podtlaku od 1 — 3 mbar in temperaturi, ki ne presega 1700 °C. V tej fazi se preostali ogljik oksidira s kisikom iz Cr304, MnO in FeO v žlindri. Z dodatkom reducenta (FeSi), CaO in CaF2 pri vakuumiranju in bolj intenzivnem mešanju z argonom reduciramo žlindro in opravljamo odžveplan-je. Če je vsebnost žvepla razmeroma velika, reducirano žlindro lahko odlijemo, formiramo novo žLindro ter v 3 — 5 minutah dosežemo tudi manj kot 0,005 % S. Obdelava taline po VOD postopku traja približno 150 minut in zato je VOD postopek glede na produktivnost manj ugoden kot AOD postopek izdelave nerjavnih jekel, kjer je dovolj cca 90 minut. Za razliko od AOD postopka po VOD tehnologiji lahko le del kroma v vložku dobimo iz cenejših virov kroma, tj. iz FeCr carbure in charge, sicer bi vsebnost ogljika in silicija v talini bila prevelika in bi morali talino prej oksidirati v elektropeči in nato reducirati žlindro, kar močno zmanjša produktivnost. So številne variante VOD postopka, npr. VOD — SS in VODK a3H n3r0T0BAeiina HepacaBeiomeft CTaAH no coepeMeHHOM AYHAeKc cnoco6y: AyroBaa 3AeKTponeqb — BPY ycraHOBKa. Ha ocHaBaHHH TepMOAHHaMHHeCKOro 3HaAH3a H31X>TOBAeHHLie aATOpHTMbl nOCAyJKHAH AA» pa3pa6oTKH npOrpaMMLI AAa BbneCAHTCALHOH MaiHHHLI, HpHMeHeHHe MHKpOCieT-ihka aaet bo3mojkhoctb BMnOAHHTb pacqeT bahahhh TeMnepaTypti, vacaliK>rO AaBAeHHS CO OTH. HHTeHCHBHOCTH RaKyy.M:ipOBaniiH a raKMce bahhhhe coaepacahhh yrAepoAa h AerHpyioiiutx saemehtob xpoMa h hhkah Ha ceAeKTUBHoe oKHCAOHHe yrAepoAa h na coAep-acaHHe KHCAopoAa b pacnAaBe npn paaAHMiioii 3kthbhocth cr3oj b iiiAaKe. pe3yafctatm HCCAeAOBaHHs c,\y>KaT kak ocHosa aah bbeaehhh nporpaMMHoro ynpaBAeHHJi OKHCAeHHS c BbiKaBeiomeH ctaAH AvnAeKC cnocoGoM.