OBRÓBKA POZAPIECOWA

STALI

dr. hab. inż. Andrzej

Modrzyński

CEL PROCESU



Podwyższenie jakości

stopu



Obniżenie ilości energii
zużywanej do wytopienia
1 kg stali

Zabiegi możliwe do

zrealizowania



Odtlenienie stali ( staliwa)



Odwęglenie stali



Odgazowanie



Odfosforowanie i odsiarczenie stali



Wprowadzenie dodatków:

- modyfikujących strukturę
- zwiększenie zawartości

pierwiastków

stopowych

Podział zabiegów obróbki

pozapiecowej stali



Zabiegi obróbki pozapiecowej
stali dzielą się na zabiegi
realizowane przy :

- ciśnieniu atmosferycznym
- ciśnieniu obniżonym ( w próżni)

Obróbka ciekłego metalu
pod ciśnieniem
atmosferycznym

1. ODTLENIANIE OSADOWE

Wprowadzenie do ciekłego

metalu po spuście do kadzi

odtleniacza

Schemat procesu

2. Argonowanie stali

Obróbka ciekłego metalu
pod ciśnieniem
atmosferycznym

Schemat procesu

Cel procesu



Ujednorodnienie składu chemicznego



Zmniejszenie zawartości gazów
( H,N )



Zmniejszenie zawartości wtrąceń
niemetalicznych i zmiana ich
morfologii

Obróbka ciekłego metalu

pod ciśnieniem

atmosferycznym

3. Obróbka ciekłego metalu

żużlem syntetycznym

Schemat procesu

Cechy charakterystyczne



Ciekły metal przelewamy do kadzi w

której znajduje się ciekły żużel

syntetyczny o składzie :
- CaO - 55%
- Al

2

O

3

- 45 %



Spustu metalu dokonujemy z

wysokości ok. 3m w celu zapewnienia

dobrego wymieszania metalu z

żużlem

EFEKTY RAFINACYJNE



Sprawność procesu odsiarczania –
ok.80%



Końcowa zawartość siarki poniżej
50 ppm



Obniżenie zawartości wtrąceń
niemetalicznych 2-3 razy

Obróbka ciekłego metalu

pod ciśnieniem

atmosferycznym

4. Wdmuchiwanie

sproszkowanych materiałów

do stali

Schemat procesu

Możliwe zabiegi



Zwiększenie zawartości węgla w
stali



Obniżenie zawartości fosforu



Obniżenie zawartości siarki i
modyfikacja morfologii wydzieleń
siarczków w stali



Obniżenie zawartości tlenu -
odtlenienie

Obróbka ciekłego metalu
pod ciśnieniem
atmosferycznym

5. Proces AOD

Argon Oxygen

Decarburisation

Schemat procesu

Cechy charakterystyczne

procesu



Przedmuchiwanie ciekłej stali
mieszaniną argonu i tlenu



Produkcja stali Cr-Ni o zawartości
węgla poniżej 0,03 %C



Odsiarczenie staliwa

Mechanizm procesu

Reakcja utleniania węgla zawartego

w stali zgodnie z reakcją:

[C] + [O] = { CO }

Stała równowagi :

p

co

A

[O]

A

[C]

Lg K= lg

Mechanizm procesu



Obniżenie ciśnienia cząstkowego
CO w pęcherzu

Parametry realizacji
procesu



Wsad – ciekłe metal:

C – do 3.0%
Si < 0.2 %

Cr i Ni - jak w gtowym

staliwie

Parametry realizacji
procesu



Parametry przedmuchiwania
ciekłego metalu

Stosunek
Ar/O

2

1:5 1:3 1:2 1:1 2:1 8:1

Zawartość
ęgla,% do 0.550.350.200.040.02

1700

o

C

Parametry realizacji
procesu



Zużycie gazu – 0.6-0.8 nm

3

/tonę .min.



Ciśnienie mieszanki – 1.0 –1.2 MPa



Ostatni etap – przedmuchiwanie argonem w

ilości – 0.4 nm

3

/tonę min.



Do redukcji tlenków chromu stosujemy Fe-Si

lub Al.



Do odsiarczania stosujemy żużel wytworzony z

mieszaniny wapna i fluorytu,



Do podgrzewania cieklegometalu stosujemy

grzanie chemiczne przez wprowadzenie 6-15kg

Al / tonę stali

Przebieg procesu

Obróbka ciekłego metalu

przy ciśnieniu obniżonym

1. Argonowanie stali

Zasada procesu

Cechy charakterystyczne



Obniżenie koncentracji wodoru H ( do 80% )



Obniżenie zawartości siarki poniżej 20 ppm



Obniżenie koncentracji azotu N ( o 20-40% )



Efektywna flotacja WN



Wyrównanie składu chemicznego w całej
objętości ciekłego metalu



Małe nakłady inwestycyjne na zakup
urządzenia

Obróbka ciekłego metalu

przy ciśnieniu obniżonym

2. Odgazowanie recyrkulacyjne

Zasada procesu

Cechy charakterystyczne



Szybki proces odtlenienia stali



Szybkie odwęglenie do zawartość
C=15ppm



Dobra homogenizacja ciekłego metalu



Odgazowanie ( H<1.5 ppm ,N<30ppm )



Duży uzysk wprowadzanych dodatków
stopowych



Dobre oczyszczenie metalu z WN

Obróbka ciekłego metalu

przy ciśnieniu obniżonym

3.Odgazowanie recyrkulacyjne

połączone

z dmuchem tlenem

Schemat procesu

Cechy charakterystyczne



Wszystkie zalety poprzedniego rozwiązania



Pozwala na głębsze odwęglenie



Wyższa temperatura metalu w kadzi dzięki

procesowi dopalania CO na CO

2

w objętości

urządzenia,



Brak konieczności przedmuchiwania argonem



Szczególnie przydatny prace do wytwarzania

niskowęglowego staliwa Cr-Ni



Możliwość regulacji temperatury metalu w

kadzi na drodze grzania chemicznego

Obróbka ciekłego metalu

przy ciśnieniu obniżonym

4. Odgazowanie w kadzi

Schemat procesu

Cechy charakterystyczne



Odgazowanie ( H i N )



Odtlenienie



Odwęglenie ( C< 20 ppm )



Odsiarczenie ( S < 20 ppm )



Ograniczenie zawartości WN



Niskie koszty inwestycyjne

Obróbka ciekłego metalu

przy ciśnieniu obniżonym

5. Proces VOD

Vacuum Oxygen

Decarburisation

Schemat procesu

Zasada procesu

Proces odwęglenie realizujemy

bazując na przebiegu reakcji
zachodzącej w ciekłym metalu

[C] + [O] = { CO }

Stała równowagi tej reakcji może być

wyrażona zaleznoscią :

lg K = lg { Pco / a

[O]

. a

[C]

}

Istota realizacji procesu odwęglenia –

przesunięcie równowagi ww. reakcji

Zasada procesu

Zasada procesu



Ciśnienie cząstkowe w fazie

gazowej można obniżyć poprzez :

A.

Obniżenie ciśnienia całkowitego nad

ciekłym metalem (zasada procesu

VOD)

B.

Rozcieńczenie CO w pęcherzu

gazem obojętnym ( zasada procesu

AOD )

Realizacja procesu



Stal wyjściowa o zawartości C=0.5-1.0%,



metal przedmuchujemy tlenem przy

ciśnieniu 50 – 150 mbar



Po zakończeniu procesu utleniania

obniżamy ciśnienie do 1 mbar



redukcja tlenku chromu z żużla przez

dodanie na jego powierzchnię

sproszkowanego Fe-Si lub Al.



Odłączenie układu próżniowego i spust

Obróbka ciekłego metalu

przy ciśnieniu obniżonym

6. Obróbka ciekłej stali w piecu

kadziowym

Zasada procesu

Cechy charakterystyczne



Zwiększenie wydajności stalowni,



Możliwość spustu metalu o niższej temperaturze



Możliwość uzyskania niskiej koncentracji tlenu ( 20 – 30 ppm )



Obniżenie zawartości H ( 1-2.5 ppm )



Możliwość odsiarczenia metalu żużlem syntetycznym do
zawartości S= 30-50 ppm przy sprawności procesu = 80%



Możliwość płynnej regulacji temperatury ciekłego metalu



Możliwość modyfikacji stopu poprzez wdmuchiwanie proszków
lub wprowadzenie do metalu przewodu elastycznego

Obróbka ciekłego metalu

przy ciśnieniu obniżonym

7. Grzanie chemiczne

Schemat procesu