Dosežki pri izdelavi dinamo jekel v VOD napravi v železarni Jesenice
UDK: 669.183.184: 669.14.018.5 ASM/SLA: D7a, D8m, TSn
Jože Triplat, Jože Arh
VOD naprava v Jeklarni I je zgrajena z namenom poleg izdelave nerjavnih jekel, tudi za izdelavo dinamo jekel. Ta postopek je v svetu silno redko uporabljen, zato praktično ni bilo na voljo nobenih pravih referenc. Enak postopek načrtujemo tudi v novi Jeklarni II.
Proizvodnja v že zgrajeni napravi nam je uspešno stekla. Dosegamo sledeče rezultate:
—	postopek izdelave v peči je krajši in enostavnejši
—	izognemo se močni oksidaciji taline
—	v končno izdelanem jeklu po VOD obdelavi dosežemo občutno nižje količine C in sicer med 0,005 in 0,015 % C
—	za legiranje uporabljamo cenejše surovine
—	izločili smo uporabo CaSi
—	zanesljivost izdelave jekla je večja
—	raztros vsebnosti kemičnih elementov je manjši
—	stopnja razžveplanja v VOD je med 70 in 90 %
—	livnost jekla je odlična
—	predelovalne lastnosti jekla so dobre
—	tehnologija izdelave jekla je enostavna in zanesljiva
—	razširitev proizvodnega programa
Doseženi rezultati so potrdilo naše pravilne usmerjenosti glede izbire agregatov v novi Jeklarni II, kjer bo VOD glavni agregat za izdelavo jekel (nerjavnih, dinamo jekel), pri čemer dinamo jekla predstavljajo glavni delež proizvodnje.
I. UVOD
1. Kemična analiza dinamo jekla
Značilno za dinamo jeklo je zelo nizka količina C v končni kemični analizi in visoka količina Si in Al. Povprečna predpisana kemična analiza teh jekel je navedena v tabeli št. 1.
Glede na predpisano vsebnost elementov — predvsem nizka količina ogljika — se v tehnološkem smislu nahajamo v specifični situaciji. V fazi oksidacije v jeklu imamo prisotno zelo veliko količino aktivnega kisika; v fazi rafinacije pa v to oksidirano talino dodamo veliko količino močnih dezoksidantov. Posledica tega je nastanek velike količine nekovinskih vključkov v jeklu, ki negativno vplivajo na lastnosti jekla, kot so:
—	livnost
—	čistoča
—	predelovalnost
V tabeli št. 1 je naveden predpis za končno kemično analizo za:
—	klasično tehnologijo izdelave dinamo jekel in
—	duplex tehnologijo izdelave dinamo jekla; to je kombinacija elektroobločna peč in VOD postopek.
Tabela 1: Analizni predpis za dinamo jeklo
Table I : Analysis Regulation for Dvnamo Steel
Element	Klasično	VOD
C	0.035	0.015
Si	1.80	1.80
Mn	0.35	0.25
S	0.015	0.010
Al	0.25	0.25
2.	Mesto železarne Jesenice pri proizvodnji dinamo jekla
Železarna Jesenice je edini proizvajalec dinamo jekel v Jugoslaviji. Izdelava teh jekel po duplex tehnologiji v kombinaciji EOP in VOD postopka je noviteta oz. železarna Jesenice je med redkimi proizvajalci v svetu.
Glede na to je bila celotna tehnologija izdelave dinamo jekel po VOD postopku osvojena doma oz. je plod dela, znanja in izkušenj v železarni Jesenice. V literaturi in iz tujih referenc praktično ni mogoče dobiti nobenih zanesljivih podatkov in rezultatov o izdelavi dinamo jekel po VOD postopku. Po drugi strani pa ta proizvod, t. j. dinamo jeklo predstavlja danes pomemben proizvod železarne Jesenice, še bolj pa v bodočnosti. V novi jeklarni II bomo dinamo jeklo izdelovali po enaki tehnologiji. Rezultati, doseženi na VOD napravi v jeklarni I, so potrdilo o pravilnosti izbire postopka.
3.	Namen uporabe dinamo jekla
Dinamo jekla so namenjena za izdelavo pločevine, ki se vgrajuje v različne naprave (motorje, generatorje . ..). Električne oz. elektromagnetne lastnosti pločevine morajo ustrezati zahtevanim lastnostim električnih aparatov (induktivnost, magnetne izgube . ..)
II TEHNOLOGIJA IZDELAVE DINAMO JEKLA
1.	Primerjava med klasično (pečno) tehnologijo in novo VOD tehnologijo
Železarna Jesenice ima že dolgoletno tradicijo pri izdelavi dinamo jekel in to predstavlja pomemben artikel v njenem proizvodnem programu.
Tehnologija izdelave dinamo jekla po klasičnem pe-čnem načinu izdelave je sicer osvojena, vendar se je z izgradnjo VOD naprave izoblikovala nova tehnologija, ki ima v primerjavi s klasično nekatere prednosti.
2.	Kratek opis tehnoloških faz po klasičnem postopku
Glavne tehnološke faze klasične tehnologije izdelave dinamo jekla v elektropeči so:
—	močna oksidacija v peči
—	preddezoksidacija in rafinacija v peči
—	gretje na predpisano temperaturo
—	prebod
—	legiranje, odžveplanje, rafinacija v ponovci, nastavljanje livne temperature
Glavne pomanjkljivosti oz. negativne karakteristike te tehnologije so:
—	izredno močna oksidacija jekla (veliki odgori Fe, Mn, veliko kisika v jeklu)
—	težavno doseganje analizno predpisane količine ogljika v končni kemični analizi (C <0,035 %)
—	veliki odgori legirnih elementov (Si, Al)
—	uporaba dragih legirnih elementov (FeSi metal)
—	uporaba CaSi
3. Opis izdelave dinamo jekel po VOD postopku
Z izgradno VOD naprave se je izoblikovala nova tehnologija, s katero se izognemo nekaterim pomanjkljivostim stare tehnologije.
Potek VOD tehnologije je takle:
3.1	Postopek izdelave dinamo jekla v prvi fazi, t. j. izdelava v EOP je prikazana na sliki št. I. Na diagramu so prikazani parametri:
—	temperatura
—	koncentracija C, Mn, S
v odvisnosti od časa.
Celotno fazo delimo na tri krajše faze:
I	— jemanje prvega vzorca, ogrevanje, dodatek FeMn
II	— oksidacija
III	— gretje na prebodno temperaturo s prebodom
V primerjavi s klasičnim načinom izdelave dinamo
jekla imamo naslednje prednosti:
—	oksidacija v peči je zmernejša
—	postopek je enostavnejši in zanesljivejši
Nekoliko neugodne pa so visoke prebodne temperature (ca. 1760° C).
3.2	Druga faza je predpriprava ponovce s tekočim jeklom, ki sestoji iz:
I	— jemanje vzorca po prebodu
II	— posnemanje žlindre iz ponovce
III	— dodatki za tvorbo nove žlindre, meritev temperature, . . .
0 10 20 30 IG 50 Cas ( min ) Slika 1
Razmere pri izdelavi dinamo jekla za VOD v peči
Fig. I
Conditions of dynamo steel manufacturing for VOD in the fur-
Cas (min) Slika 2
Razmere pri izdelavi dinamo jekla v VOD (potek koncentracije elementov)
Fig. 2
Conditions of dynamo steel manufacturing in VOD (changing of the element concentrations)
160C
1750
1700
1650
1600
1550
1500
Tabela 2: Povečanje hitrosti žarjenja VOD dinamo jekla
Table 2: Increasing the Annealing rate of VOD Dynamo Steel
20 30
Čas ( min )
Slika 3
Potek temperature in tlaka pri izdelavi dinamo jekla v VOD
Fig. 3
Temperature and pressure variations during the dynamo steel manufacturing in VOD
3.3 Tretja faza je obdelava jekla v VOD. Potek te faze je shematično prikazan na sliki št. 2 in št. 3.
Slika 2 prikazuje časovni potek koncentracije kemičnih elementov, t. j. Al, Si, Mn, C, S.
Slika 3 prikazuje časovni potek temperature in tlaka v VOD komori.
Poudariti je potrebno, da je postopek izdelave dinamo jekla v VOD z izjemo legiranja endotermni proces, kjer je zaznaven stalen padec temperature. Zato smo časovno omejeni in je potrebno tehnološke faze izredno natančno voditi, če želimo doseči željene rezultate. Normalni čas trajanja izdelave šarže od preboda do vlivanja je ca. 60 minut. V tem času naredimo naslednje tehnološke operacije:
—	prebod in predpriprava
—	razogljičenje jekla
—	legiranje Si in Al
—	rafinacija, razplivanje in razžveplanje
Na sliki št. 2 je faza razogljičenja označena kot IV in faza rafinacije, razplinjanja in razžveplanja kot V.
Opis faze razogljičenja:
Po prebodu in posnetju pečne žlindre iz ponovce izpostavimo jeklo vplivu znižanega tlaka (glej sliko 3). Pri tem v jeklu raztopljeni aktivni kisik reagira z raztopljenim ogljikom in jeklo se razogljiči do najnižjih vsebnosti ogljika (ca. 0,005 %). Čas trajanja faze razogljičenja je 15—20 minut. Ko je faza razogljičenja končana, sledi legiranje s Si in Al, razplinjenje in razžveplanje.
Opis faze rafinacije, razplinjanja in razžveplanja:
Si, Al dodajamo pod znižanim tlakom (glej sliko 3). Surovina na bazi Si je najcenejša varianta FeSi 75, ki vsebuje še večjo količino plinov, zato je potrebno jeklo dobro razpliniti.
Omenjene operacije rafinacije, razplinjanja in razžveplanja potekajo istočasno in celotna faza traja ca.' 15—20 minut.
III. VREDNOTENJE REZULTATOV
Prednosti vakuumske izdelave dinamo jekel v primerjavi s klasično izdelavo so v glavnem:
1. V končni kemični analizi dosegamo nižje količine C (<0,015 %), kar daje možnost hitrejšega razogljičeva-nja hladno valjanih trakov. Dobljeni praktični rezultati so prikazani na tabeli št. 2.
VOD	Klasično	Debelina pločevine (mm)	> o > o	Hitrost traku (m/ min)	Kapaciteta (t/h)	Povprečno povečanje proizvodnje
X		0.35	0.020	50	798	227.
	X	0.35	0.035	40	6.38	
X		0.50	0.015	30	6.61	317.
	X	0.50	0.035	20	456	
X		0.65	0.015	25	718	447.
	X	0.65 \	0.035	14	A. 02	
ŽELEZARNA JESENICE pfedpi
v jsša
Slika 4 Porazdelitev Si za peč 14
Fig. 4
Silicon distribution for furnace 14
Pri debelini 0,35 in 0,5 mm še niso do kraja izkoriščene možnosti, ki jih daje nizka vsebnost C, ker ni zadosti hladilnih kapacitet.
2.	Za legiranje Si uporabljamo kot glavni dodatek najcenejšo varianto FeSi 75, namesto mnogo dražjega FeSi metal-a.
3.	Klasična tehnologija izdelave dinamo jekla je bila v glavnem usmerjena na izdelavo kvalitete s povprečno 1,8 % Si v kemični analizi.
Z izgradnjo VOD naprave je omogočeno zanesljivo izdelovanje tudi nizkosiliciranih dinamo jekel z nižjo vsebnostjo Al. S tem železarna Jesenice razvija svoj proizvodni program in nudi novo kvaliteto jekla s specifičnimi elektromagnetnimi lastnostmi.
4.	Dodatek CaSi pri izdelavi jekla ni več potreben.
5.	Raztrosi kemičnih elementov so manjši in njihova koncentracija je bližja spodnji predpisani analizni meji. Raztros Si za kvaliteto EVC oz. EKC 15 in 18 je prikazan na diagramih št. 4 in 5 ter v tabeli št. 3.
6.	Primerjava porazdelitve ostalih elementov (C, Mn, S, Al) v dinamo jeklu med klasično izdelanimi šar-žami in šaržami, izdelanimi po VOD postoku, je prikazana v tabeli št. 3a:
ŽELEZARNA JESENICE - ffO
Slika 5 Porazdelitev Si za peč 10
Fig. 5
Silicon distribution for furnace 10
Tabela 3: Porazdelitev Si v dinamo jeklu v letu 1984 v ŽJ
Table 3: Silicon Distribution in Dvnamo Steel in Jesenice Ironvvorks in 1984
Peč 14	Peč 10
Kvaliteta	Ši	s"	Ši	s1
EKC 15	1.61	0.060	1.60	0. 094
EVC 15	1.5 A	0.203	1.60	0.090
EKC 18	1.84	0.154	1.82	0.147
EVC 18	1.86	0.096	1.82	0129
TABELA št. 3A:
KLASIČNO_VOD_
%C %Mn %S % Al %C %Mn %S %A1
Jul. 0,033 0,28 0,006 0,28 0,008	0,28	0,011	0,24
Avg. 0,032 0,30 0,006 0,26 0,007	0,33	0,007	0,23
Sep. 0,033 0,30 0,008 0,27 0,006	0,29	0,010	0,25
Okt. 0,037 0,29 0,009 0,23 0,008	0,28	0,007	0,22
Nov. 0,037 0,31 0,006 0,27 0,013	0,30	0,006	0,24
Dec. 0,037 0,30 0,006 0,26 0,010	0,27	0,007	0,24
Jan. 0,035 0,35 0,008 0,25 0,009	0,27	0,006	0,25
Povprečne vrednosti navedenih elementov za to obdobje so prikazane na tabeli 3B.
TABELA št. 3B:
Element	KLASIČNO		VOD
	%	a	% o
C	0,032	0,004	0,009 0,005
Mn	0,290	0,051	0,283 0,043
S	0,008	0,005	0,006 0,003
Al	0,261	0,053	0,234 0,064
Dobljene vrednosti kažejo:
—	količina ogljika v končni kemični analizi je občutno nižja
—	Mn je nižji z manjšim raztroscm
—	S je nižji z manjšim raztrosom
—	Al je nižji z nekoliko večjim raztrosom
IV. ZAKLJUČEK
VOD naprava v Železarni Jesenice v jeklarni 1 je zgrajena z namenom izdelave:
—	nerjavnih jekel
—	dinamo in nizkoogljičnih jekel
—	jekel z zagotovljeno količino plinov v jeklu
Vsa tri področja proizvodnje so osvojena. Pri tem imajo dinamo jekla posebno mesto, in sicer s stališča, da je VOD kot agregat za proizvodnjo dinamo jekel silno redko uporabljen. Zato je bilo uvajanje proizvodnje teh jekel toliko bolj delikatno in obvezujoče. Lahko rečemo, da smo nalogo uspešno izvedli, saj VOD naprava normalno obratuje v sistemu dela 4+1. Celotna tehnologija izdelave dinamo jekla je bila izdelana in osvojena z lastnim delom in znanjem v železarni Jesenice.
Enako uspešno kot dinamo ali še bolj pa teče tudi proizvodnja ostalih kvalitet jekla.
Lahko zaključimo, da smo z doseženimi rezultati zadovoljni, ker v novi jeklarni II gradimo enako večjo VOD napravo, ki bo glavni agregat ponovčne metalurgije v jeklarni in od katere vsi veliko pričakujemo.
ZUSAMMENFASSUNG
Die VOD Anlage im Stahlvverk I ist hauptsachlich fiir die Erzeugung von nichtrostenden und Dynamostahlen aufgestellt vvorden. Das VOD Verfahren wird fur die Erzeugung von Dy-namostahl sehr selten angevvendet und es lagen keine richtigen Referenzen vor. Das gleiche Verfahren ist auch fiir das neue Stahlvverk 2 geplant.
Die Produktion von Dynamostahl in der neu errichteten Anlage ist erfolgreich verlaufen. Folgende Ergebnisse vverden erzielt:
—	die Erzeugung im LB Ofen ist kiirzer und einfacher
—	eine zu grosse Uberfrischung der Schmelze vvird ver-mieden
—	im fertigen Stahl vverden nach der VOD Behandlung Endkohlenstoffgehalte zvvischen 0,005 und 0,015% C erreicht
—	fur das Legieren vverden billigere Ferrolegierungen angevvendet
—	Gebrauch von CaSi ist nicht mehr notig
—	zuverlassigkeit der Stahlherstellung ist grosser
—	die Streung der Gehalte einzelner Elemente ist kleiner
—	der Entschvvefelungsgrad in der VOD Anlage liegt zvvischen 70-90%
—	die Giessbarkeit des Stahles ist hervorragend
—	die Verformbarkeit von Stahl ist gut
—	die Erzeugungstechnologie insgesamt ist einfacher und zuverlassiger
—	der Erzeugungsprogramm konnte ervveitert vverden
—	die erziehlten Ergebnisse bestatigen unsere richtige Ausvvahl der Anlagen fur das neue Stahlvverk 2, vvo die VOD Anlage das vvichtigste Aggregat fiir die Erzeugung Nichtrosten-der und Dynamo Stahle sein vvird, vvobei Dynamostahl den Hauptteil der Produktion darstellt.
SUMM ARY
The VOD equipment in the Steel Plant 1 was built for man-ufacturing dynamo steel beside the manufacturing stainless steel. This process is very seldom used in the vvorld therefore practically no real references vvere available. The same process is planed also for the Steel Plant II.
The production in the installed equipment started success-fully. The follovving results vvere achieved:
—	the manufacturing procedure in the furnace is shorter and simpler,
—	severe oxidation of the melts can be avoided,
—	in the final manufactured steel after the VOD treatment much lovver carbon contents, i. e. betvveen 0.005 and 0.015 %, are achieved,
—	cheaper ravv materials can be used for a!loying,
—	the application of CaSi is eliminated,
—	reliability of the steel manufacturing is greater,
—	dissipation of the content of chemical elements is lovver,
—	desulphuration degree in the VOD is betvveen 70 and 90 %,
—	steel castability is excellent,
—	steel workability is good,
—	manufacturing technology is simple and reliable,
—	extention of the production program
The achieved results confirm our correct choice in the se-lection of equipment for the nevv Steel Plant II vvhere VOD vvill be the basic equipment for the manufacturing steel (stainless, and dynamo) vvhile dynamo steel vvill represent the main part of the production.
3AKJ1KDMEHME
VOD — ycTp0HCTB0 b CTajienjiaBmibHOM uexe I SbiJta no-cTpoeHa c ueJtbKs, KpoMe inroTOBneHHH Hep^aBetomeit cTajin, TaK»e ajia h3r0t0bjiehha aHHaMHofi crajiH. 3tot cnoco6 yno-Tpe6jiaeTcst h b 3apy6e)KHbix CTpaHax oneHb peaKO, n03T0\iy b pacnopfl»eHHH He 6wj70 npaKTHHecjcu HiiKaKHX onejejieHiitix peKOMeHnauHH. B nnaHe najibHeiiuiero pa3BHTH$t MeTajuiyp-rHnecKoro 3aB0fla EceHnue stot cnoco6 npejyc\tOTpeH TaKJKe b uexe II.
B nocTpoeHHOM ycTpofiCTBe np0H3B0acTB0 no 3TONty cno-co6y y>Ke ycneiuHO ebinojmuercfl. FIojryHeHHbie pe3yjibTaTbi coctabjtarot:
—	cnoco6 H3r0T0BJteHHH CTajiH b netn 6o.iee KopoTKuii h 6o/iee npocToft:
—	cnoco6 jiaeT B03M0)KH0CTb yKJioHeHHn ot cujibHoro OKHCJteHHH pacnuaBa.
ripu o6pa6oTKe CTajiH b VOD — ycTpoScTBe nojiy>teHbi cjieaviouiHe pe3yjibTaTbi:
—	cyutecTBeHHoe yMeHbtueHMe KOJiMMecTBa C, KOTopoe
cocTaBJiaeT OT 0,005 ao 0,015 % C;
—	ztJia JternpoBaHHa mo>kho ynoTpe6nTb 6ojtee itetueBbie cnjtaBbi
—	ynoTpe6.rceHne CaSi hckjhohcho;
—	yBejiHHeHa uajiejKHOCTb H3r0T0BJieHHst CTajtH;
—	pacTpycKa coaep^aHHjt xhmhmcckhx sjicmchtob y.MeHbuieHa;
—	CTeneHb yaa_nenHH cepbi cocTaBjisui Me«ay 70 h 90 %;
—	jiHTeHHbie CBOHCTBa CTajiH — npeBocxoflHbi;
—	CBOHCTBa nepepafioTKH ciajin — xopowne;
—	TexHonorHJt H3r0T0BjieHHa CTann HecJtOJKHaa h Haaeac-Haa;
FlojiyHeHHbie pe3yjtbTaTbi ABJiatoTca Kax nojTBep>KaeHne npaBHjtbHOCTH opneHTauHH npn Bbi6ope arperaTOB b hobom CTajienjiaBHJibHOM uexe II, me ycTpoiicTBo VOD 6yiieT npea-CTaBJiHTb rjiaBHbiii arperaT zijia H3r0T0BJieHHH CTajieii (he-p>KaBeK)iuhx, iIHHaMHbIX), npHMČM flHHaMHbie CTajiH 6yayT COCTaBJIHTb rJ!aBHytO JIOJIK) npOH3BOZtCTBa.