O 229280
ŽELEZARSKI ZBORNIK
IZDAJAJO ŽELEZARNE JESENICE, RAVNE, ŠTORE IN METALURŠKI INŠTITUT
LETO 20	LJUBLJANA	1986
Razporejanje jekla po dup/eks postopku EO peč — VOD naprava
UDK: 669.187.036 : 620. A. ASM: D8 m, Q29 m, Q6
A. Šteblaj, A. Ažman
UVOD
Z izgradnjo VOD naprave v jeklarni se je železarna Jesenice uvrstila med železarne z moderno sekundarno metalurgijo. Naprava je bila zgrajena za izdelavo:
—	nerjavnih jekel
—	dinamo in nizkoogljičnih jekel
—	jekel z garantirano količino plinov v jeklu.
Danes od jekla ne zahtevamo več samo pravilno kemično sestavo, ampak tudi garantirano količino plinov v jeklu. Takih jekel pred izgradnjo VOD naprave železarna ni mogla proizvajati. Zato se ji je z izgradnjo VOD naprave odprla tudi proizvodnja jekel z garantirano količino plinov v jeklu. Poleg tega pa se je povečal izkoristek jekel pri kvalitetah, kjer so plini povzročali težave.
IZDELAVA JEKLA
Kemična analiza in uporaba jekla:
Jeklo se valja v pločevino, debeline 6—25 mm, in se ustrezno toplotno obdela. Kemična analiza jekla je razvidna iz tabele 1.
Tabela I: Predpisana kemična sestava jekla
Element (%)		
C	Si	Mn P S Cr Cu Al Sn Mo
0.20 0.26	0.90 1.10	1.10 maks.maks. 0.75 maks. 0.025 maks. 0.30 1.30 0.020 0.020 0.90 0.20 0.050 0.030 0.40
Izdelava jekla v EO peči in VOD napravi:
Jeklo je izdelano po klasičnem dvožlindrnem postopku. Pregled posameznih stopenj izdelave jekla v peči in vakuumski napravi je prikazan na tabeli 2 in sliki 1.
Šaržo odlijemo s temperaturo 1720°C v dobro ogreto ponev (900— 1000 °C) skupaj s pečno žlindro. Ponev dvignemo na stojišče za posnemanje žlindre in ob pomoči argona posnamemo žlindro. Po snemanju žlindre postavimo ponev v vakuumsko komoro, priključimo argon in naredimo novo žlindro iz CaO in CaF2. Pome-
rimo temperaturo, ki je pred vakuumiranjem 1635—1640°C. Komoro pokrijemo in začnemo z eva-kuiranjem. Cilj je, da čim hitreje dosežemo globoki vakuum, to je pod 10 mbar. Te vrednosti dosežemo po petih do šestih minutah. Najnižji tlak, ki ga dosegamo, je okrog 1 mbar. V času vakuumiranja imamo argon odprt, da talino intenzivno premešava. Količina argona je okrog 100 l/minuto. V času vakuumiranja nam temperatura pada za okrog 1,5 do 2,5 "C/minuto, odvisno od predgretja ponve in dodatkov. Prav zato je važna startna temperatura in dobra pregretost ponve, saj je od teh dveh parametrov direktno odvisen čas vakuumiranja jekla. Za normalno razplinjevanje jekla naj bi zadoščalo dvajsetminutno vakuumiranje in od tega minimalno deset minut v globokem vakuumu. V času vakuumiranja izvedemo še zadnjo korekturo vsebnosti Si in Al.
Ker v času vakuumiranja nimamo možnosti kontrolirati temperaturo, po dvajsetih minutah vzpostavimo normalni tlak in odpremo pokrov vakuumske naprave. Sledi kontrola temperature in kontrola kemične sestave jekla. Izvedemo morebitno korekturo kemične sestave jekla, in s pomočjo argona nastavimo pravilno livno temperaturo, kije 1540°C. Ko sestava jekla in temperatura taline ustrezata zaželjenim vrednostim, pokrijemo talino z izolacijskim praškom in začnemo vlivati jeklo.
REZULTATI RAZPLINJANJA
Plin v talini jekla:
V	tekočem jeklu imamo prisotne pline, kot so dušik, vodik, kisik in ogljikov monoksid. Ti plini se različno obnašajo in imajo različne posledice na kvaliteto izdelanega jekla. Kisik pride v talino iz atmosfere, s pihanjem kisika med oksidacijo, z rudo in škajo, če ju dodajamo. Dušik pride iz atmosfere. Vodik nastaja z razkrajanjem vlage iz atmosfere, ferozlitin in snovi, ki jih dodajamo v peč. Ogljikov monoksid nastaja z oksidacijo ogljika.
Vodik v talini jekla:
V	raztaljenem stanju jeklo topi mnogo vodika. Topnost se močno zmanjša med strjevanjem, ohlajevanjem

Tabela 2: Pregled posameznih faz izdelave jekla
Stopnja			Kemična sestava jekla (%)			Temperatura	Dodatki
izdelave	C	Si	Mn S P Cr	Mo	Al	(°C)	
1	0.70	0.05	0.30 0.040 0.023 0.15			1550	CaC03, ruda, 02, FeMo
2	0.15	0	0.25 0.032 0.012 0.12	0.30		1680	FeSi, Al, CaO, CaF2, FeMn aff, FeCr aff
3	0.19	0.20	1.15 0.025 0.015 0.80	0.30	0.015	1720	C, FeSi
4	0.23	0.40	1.15 0.017 0.015 0.80	0.30	0.010	1635	FeSi, Al, CaO, CaF2
5	0.23	0.95	1.15 0.004 0.015 0.80	0.30	0.027	1540	
po njem. Grafični prikaz rezultatov je na sliki 2. Povprečna vsebnost vodika pred vakuumiranjem je bila 3.94 ml/100 gr taline, po vakuuumiranju pa 2.58ml/100gr taline. Povprečno smo odstranili 1.36 ml/100 gr taline ali 34.5% vodika iz taline. Talina se je vakuumirala dvajset minut, s tem da je bila v globokem vakuumu več kot deset minut.
o n
E
cn O o
20 40 60 80 100 120 1« 160 Čas ( min)
Slika 1
Pregled posameznih faz izdelave jekla po dupleks postopku EO-VOD
Fig. 1
Presentation of single steel manufacturing stages by the duplex EAF-VOD process
in prehodom iz gama v alfa strukturo. Zato vodik povzroča mnogo napak: mehurje, naraslo glavo bloka, raztrganine na valjancih in kosmiče. Prav zato je vodik nezaželjen v jeklu in ga želimo čim bolj odstraniti iz taline jekla. To odstranjevanje vodika iz jekla nam je na VOD napravi omogočeno in rezultati, ki smo jih dosegli, so naslednji:
Ker v času vakuumiranja nimamo možnosti jemanja vzorcev jekla, smo vzeli vzorce pred vakuumiranjem in
80 70 60 50 40 30-20-10
5	10	15 20
čas ( min) Slika 2
Rezultati odstranjevanja vodika
Fig. 2
Results of removing hvdrogen
Dušik v talini jekla:
Podobno odvisnost topnosti od temperature kot pri vodiku najdemo tudi pri dušiku. Rezultati, ki smo jih dobili, so grafično prikazani na sliki 3. Povprečna vsebnost dušika pred vakuumiranjem je bila 69 ppm in po vakuumiranju 51 ppm. Torej seje povprečno odstranilo 18 ppm dušika ali 26%. Vendar za našo kvaliteto jekla vsebnost dušika ni bistvena, ker ga v končni fazi še dolegiramo.
Kisik v talini jekla:
Rezultati odstranjevanja kisika so navedeni na sliki 4. Povprečna vsebnost kisika pred vakuumiranjem je bila 98 ppm in po vakuumiranju 55 ppm kisika. Torej smo odstranili 43 ppm ali 44 %.
Verjetno bi z daljšim časom vakuumiranja v globokem vakuumu dobili še boljše rezultate. Vendar si daljšega vakuumiranja nismo dovolili, ker ni bilo možno med vakuumiranjem kontrolirati temperature. Naprava se sedaj predeluje in ko bo obstajala možnost kontrole temperature med vakuumiranjem, se bo čas vaku-
O jO E
80 70 60 50 A0 30
10
2 20- z A0 -
10
Cas (min) Slika 3
Rezultati odstranjevanja dušika
Fig. 3
Results of removing hydrogen.
o
E
80 70 60
50-A0 30 20 10
£ Q Q
Izkoristek pri valjanju v slabe:
Jeklo v jeklarni vlijemo v brame, teže 9300 kg. V globinskih pečeh brame dogrejemo na temperaturo valjanja in v bluming valjarni izvaljamo v slabe. Na škarjah odrežemo »glavo« in »nogo« brame, tako da dobimo slab, debeline 60—120 mm, širine 1000 mm in dolžine do 5000 mm.
Podatki o izkoristkih pri valjanju bram v slabe so razvidni iz tabele 3.
Tabela 3: Izkoristki jekla na Blumingu
Leto	Vložek	Glava Noga	Metal, napake	Cišč.	Valjav. napake	Izplen
	(kg)	(%) (%)	(%)	(%)	(%)	(%)
1984 1983	1.724.000 999.110	13,2 7,5 12,1 8,4	8,2 15,1	0,4 1,5	_	70,7 62,9
umiranja lahko še podaljšal in bodo dobljeni rezultati še boljši.
REZULTATI PREDELAVE JEKLA
Pri predelavi jekla bi si bolje ogledali rezultate, ki smo jih dosegli pri jeklu, ki ni bilo vakuumirano, in pri jeklu, ki je bilo vakuumirano.
Opomba: 1984 — vakuumirano jeklo 1983 — nevakuumirano jeklo
Če si rezultate iz tabele 3 natančneje ogledamo, vidimo naslednje:
Izkoristek pri »glavi« se je poslabšal za 1,1 %, vendar je to posledica slabega lunkeritnega praška in ne tehnologije.
Izkoristek pri »nogi« se je izboljšal za 0,9 %. Bistveno odstopanje pa beležimo pri deležu metalurških napak. Ta delež se je znižal za 6,9 % in vzrok za to izboljšanje je vakuumska obdelava jekla. Predvsem se je zmanjšal delež površinskih napak. To nam potrjuje tudi podatek, da se je znižal delež čiščenja slabov kar za 1,1 %, tako da se je dvignil izkoristek jekla za 62,9 % v letu 1983 na 70,7 % v letu 1984 ali za 7,8 %. To pa je bistveno povečanje, ki je povezano z velikimi prihranki energije.
Na sliki 5 vidimo, kakšen je bil videz površine slabov pred uvedbo vakuumske obdelave jekla in po njej. Vidna je velika razlika, kar samo še potrjuje v tabeli 3 navedene podatke.
Mehanske lastnosti jekla:
Oceno kvalitete jekla nam med drugim dajo tudi mehanske lastnosti, zato si jih oglejmo. Primerjali bomo obdobje brez vakuumske obdelave in obdobje z uporabo vakuumske obdelave jekla.
Rezultati o trdnosti jekla so razvidni s slike 6. Vidimo, da pri trdnosti ni bistvene razlike, čeprav ima vakuumirano jeklo malo višjo trdnost.
Podobno kot za trdnost lahko ugotovimo s slike 7 za trdoto jekla. V trdoti ni bistvene razlike, čeprav ima vakuumirano jeklo malo višjo trdoto.
Do podobnih ugotovitev pridemo tudi pri raztezku in kontrakciji. Pri enem kot pri drugem ni bistvenih odstopanj, čeprav so zopet vrednosti pri vakuumiranem jeklu višje. Rezultati so grafično prikazani na sliki 8 in 9.
Vendar pa moramo povedati, da so trdnost, trdota, raztezek in kontrakcija posledica toplotne obdelave in zato niti ne moremo in ne smemo pričakovati bistvenih odstopanj med vakuumiranim in nevakuumiranim jeklom.
Precejšnje odstopanje navzgor pa zabeležimo pri ži-lavosti jekla. Grafični prikaz je na sliki 10. Žilavost je pri vakuumiranem jeklu višja za 11.65 J/cm2 ali za 16,6 %. To je pa lastnost, ki ni odvisna od toplotne obdelave in je izključno posledica vakuumske obdelave jekla.
5	10	15	20
Čas (min) Slika 4
Rezultati odstranjevanja kisika
Fig. 4
Results of removing oxygen
\
Slika 5
Izgledi površine slabov pred in po uvedbi vakuumske obdelave jekla
a. — površina slaba brez vakuumske obdelave b. — površina slaba z vakuumsko obdelavo
Fig. 5
Appearance of surface of slabs before and after the vacuum treatment of steel a. surface of slab without vacuum treatment b. surface of slab being vacuum-treated
ZAKLJUČEK
S pričetkom obratovanja vakuumske naprave se je železarni Jesenice odprla nova možnost, da v svoj program proizvodnje uvede tudi jeklo z garantirano količino plinov. Rezultati, ki smo jih dosegli, do sedaj niso slabi in kažejo, da bo tehnologija vakuumskega razpli-njanja jekla kmalu osvojena in bodo rezultati še boljši. Kar se tiče doseženih rezultatov pri kvaliteti jekla, ki jo obravnavamo, pa naslednje:
Dupleks postopek EO-VOD napravo obvladamo. Pri razplinjanju povprečno odstranimo «35% vodika, = 26 % dušika in «45 % kisika. S podaljšanjem časa va-kuumiranja, kar nam bo omogočeno z meritvami temperature med vakuumiranjem, bodo ti odstotki narasli. Pri jeklu smo povečali izkoristek v valjarnah kar za 7,8%, kar je zelo velik prihranek surovin in energije.
1680 1660 1640 1620 1600
- 1580
CNJ
| 1560
3 1540 1520
ti>
o 1500
£ 1480-1460 1440 1420-1400
--x = 152y 3 N/mm ( VOD.EP )
- X- 1520 8 N / mm2 ( EP)
o	o
O O	o«c
Število preiskav Slika 6
Rezultati primerjav trdnosti pri vakuumiranem in nevakuumira-nem jeklu
Fig. 6
Results of compared strengths of vacuum-treated and not vacuum-treated steel
510 500 490 480-£ 470
S 460
o
£ 450 440 430 420
o----X=4441 HB (VOD. EP)
•- X = 435.1 HB (EP)
300.	00 o	oojo 000 o	00
-t-*— T«—.-? 0 WiT--•---
f_OOOO a m_OO » O 00 o g B
Število preiskov Slika 7
Rezultati primerjav trdote pri vakuumiranem in nevakuumira-nem jeklu
Fig. 7
Results of compared hardnesses of vacuum-treated and not vacuum-treated steel
50 49 48 47 46 45 44 43 42 41 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31
----X = 41.01°/. (EP. VOD)
-- X = 39 3T/. ( EP)
o----X=12 28°/. (EP. VOD)
-- X=11.96*/. (EP)
o o O o
_••£•8®__»»» «_•	* MO »«»__<Q O O O O__
°oo	o °o oo. •	••
o o o o o o o
Število preiskav Slika 9
Rezultati primerjav kontrakcije pri vakuumiranem in nevaku-umiranem jeklu
Fig. 9
Results of compared contractions of vacuum-treated and not vacuum-treated steel
O----X - 70 17 J/ cm ( EP ♦ VOD )
Število preiskav Slika 8
Rezultati primerjav raztezka pri vakuumiranem in nevakuumira-nem jeklu
Fig. 8
Results of compared elongations of vacuum-treated and not vacuum-treated steel
Nenazadnje so se mehanske lastnosti jekla izboljšale, predvsem žilavost jekla. Torej lahko rečemo, da je vakuumska naprava v jeklarni že dala prve dobre rezultate, in sicer v kvalitetnem in ekonomskem pogledu.
	120
	110
	100
	90
CM	80
E	
o	70
—1	
	60
i	50
	40
	30
X =58.52 J/cm1 ( EP )

—j—«-^r<r
o ®o
-o ° ° '
Število preiskav Slika 10
Rezultati primerjav žilavosti pri vakuumiranem in nevakuumira-nem jeklu.
Fig. 10
Results of compared toughnesses of vacuum-treated and not vacuum-treated steel
ZUSAMMENFASSUNG
Nach der Inbetriebnahme der VOD Anlage im Hiit-tenvverk Jesenice war die Moglichkeit gegeben, Stahle mit garantierter Gasmenge herzustellen. Die bisher erzi-ehlten Ergebnisse sind gut und zeigen, dass die Techno-logie in der Vakuumentgasung gut eingefuhrt vvorden ist und, dass die Ergebnisse auch besser sein konnten. Im allgemeinen kann fiir die behandelte Stahlqualitat folgendes gesagt vverden.
Das Duplex Verfahren und die VOD Anlage selbst werden von der Manschaft gut beherrscht. Bei der Ent-gasung wird im Durchnitt 35% Wasserstoff, 26% Stick-stoff und 45 % Sauerstoff abgebaut. Mit der Verlange-rung der reinen Entgasung, was durch die Einfuhrung der Temperaturmessung vvahrend der Entgasung mo-glich sein wird, sind noch bessere Ergebnisse zu erwar-ten. Das Ausbringen von Stahl im Walzwerk hat sich
2tZB 20 11986) štev 1 Razporejanje jekla po dupleks postopku
um 7,8 % erhoht was ein grosses Einsparniss von Roh-stoffen und Energie darstellt.
Zuletzt sind die mechanischen Eigenschaften von Stali, vorallem die Zahigkeit besser den zu vor. Es
kann gesagt vverden, dass die VOD Anlage durch die guten Ergebnisse im qualitativen wie auch im okono-mischen Sinne die Anschaffung schon gerechtfertigt hat.
SUMMARY
Putting into operation the VOD set-up in the Jesenice Ironworks enabled to include also steels with the guaranteed content of gases into the manufacturing programme. The so far achieved results are not bad and they give hope that the technology of vacuum degassing of steel will be soon mastered, and thus the achieve-ments will be better. As far as the achieved results of the treated steel qualities, the follovving can be stated: The duplex electric are furnace — VOD process is mastered. In degassing in average about 35 % hydro-gen, 26 % nitrogen and 45 % oxygen is removed. Prolon-
ged times of gas exhausting vvhich will be achievable after introducing temperature measurements during vacuum treatment will give better effects. Steel yield in rolling mills was inereased for 7,8 % which represents sa-vings in material and energy.
Finally, mechanical properties of steel, mainly toughness, were improved. It can be stated that the vacuum equipment in the stellvvorks gave the first encoura-ging results, from the vievvpoint of quality and of eco-nomy.
3AKJIIOMEHHE
C BBezteHHeM b pa6oTy ycTpoficTBa /ura ,nera3auHH CTajiH b BaicyyMe MeTajuiyprHHecKOMy 3aBoay )Kejie-3apHa EceHHue aaHa B03MO>KHOCTb bbccth b nporpaM-My npoH3BoacTBa CTajib c rapaHTHpoBaHHbiM coaep-»aHHe.M ra30B. chx nop nojiyneHHbie pe3yjibTaTbi BecbMa yaoBJteTBopHTejibHbi h noKa3biBaK>T, hto Tex-HOJtorHH BaKyyMHOH aera3auHH 6yaeT BCKope BnojiHe ycBoeHa, TaK hto pe3yjtbTaTbi yjiyHiuaTbcsi. Mto Kaca-eTCH nojiyHeHHbix pe3yjibTaTOB KanecTBa CTajiH, to Haao cna3aTb CJieayioiuee:
ZlynjjeKC cnoco6 ^3n-Y0B BnojiHe ycBoeH. flpn aera3aunn CTajiH yaajiaeTca b cpeaHeM okojio 35 % bo-
aopoaa, 26 % a30Ta h npH6n. 45 % Kncjiopo.ua. C yBe-jihiehnem npoaojukhtejibhocth aera3auhh, hmea b bh-ay H3MepeHHH TeMn-bi bo Bpe\ia caMoro npouecca, ao-jih yaa.neHHa 3thx ra30B noBbimaioTca.
B npoKaTHOM »e uexe yBejiHHeH Bbixoa, hto npea-CTaBJiHeT co6oii 3HaHHTejibHyK) 3kohomhk> Cbipba h 3HeprHH. TaK)Ke yjiyHineHbi MexaHHHecKne CBOHCTBa CTajiH, b 0C06eHH0CTH Ba3K0CTb. Ha ochob3hhh Bbiuje ynoMHHyToro mokho CKa3aTb, hto BaKyyMHoe ycTpoH-ctbo b CTajienjiaBHjibHOM uexe ywe aajio nepBbie 6jra-ronpHHTHbie pe3yjtbTaTbi hto KacaeTca KanecTBa CTajiH H 3k0h0mhh erO H3rOTOBJieHH$I.