För att kontrollera att de syntetiska slaggbildarna ej förvärrade
syrehalterna eller mängden icke-metalliska inneslutningar i det färdiga, valsade, materialet har prover på detta material tagits. Både prover för syrehalt och mätning av icke-metalliska inneslutningar har tagits i ytan, längst radien samt i mitten av materialet. Syrehalten mättes sedan med förbränningsanalys, och mängden icke-metalliska inneslutningar mättes med ljusoptiskt mikroskop(LOM)
7.6.1 Syrehalt
Syrehalterna för ytan, radien och mitten på det valsade materialet
beräknades till ett medelvärde. Resultaten från detta medelvärde jämfördes
sedan med historisk data från och med år 2013. De exakta värdena har avlägsnats på grund av sekretesskäl. Resultatet kan ses nedan.
Figur 47: Kiselreducerade stålsorter. Jämförelse av syrehalt med historisk data
Figur 48: Aluminiumreducerade stålsorter. Jämförelse av syrehalt med histo-risk data
De kiselreducerade stålsorterna har jämförts med historisk data från stålsorten 304L. De aluminiumreducerade stålsorterna har jämförts med historisk data från stålsorten SAF2507. Det har gjorts två försök på den aluminiumreducerade stålsorten 2RE69. Syrehalterna är generellt betydligt lägre för denna stålsort. Dessa värden kan ej jämföras med SAF2507 och
har därför uteslutits ur jämförelsen. Som kan ses finns ej en betydlig skillnad mellan den historiska datan, de syntetiska slaggbildarna, samt värdena från referensgrupperna Ref-Al och Ref-Si.
7.6.2 Icke-metalliska inneslutningar
På det valsade materialet har två prover tagits i mitten, längst radien samt i ytan. Dessa har sedan undersökts i LOM. Resultatet presenteras som ett medelvärde av de inneslutningar som har hittats. Dessa jämförs sedan med historisk data från år 2016.
Figur 49: Kiselreducerade stålsorter. Jämförelse av inneslutningar med histo-risk data
De kiselreducerade stålsorterna har huvudsakligen jämförts med historisk data från stålsorten 304L. Det går ej att urskilja en betydande skillnad mellan att använda de syntetiska slaggbildarna jämfört med den historiska datan.
8 Diskussion
8.1 Total syrehalt
Generellt har försöksgrupperna LDSF och Raff högre syrehalt initialt jämfört med deras referensgrupp. Detta beror, med största sannolikhet, på att AOD-slaggen avlägsnades för dessa försök. När en skänk slaggas av görs detta genom att skänken lyfts upp och lutas med hjälp av travers.
Toppslaggen dras sedan av stålet med hjälp av en robotarm. Detta
exponerar stålet för den omgivande atmosfären vilket orsakar reoxidation.
Nästan all AOD-slagg avlägsnades innan LDSF-slaggbildaren eller raffslaggen tillsattes. För referensgruppen avlägsnades enbart tillräckligt mycket AOD-slagg som ansågs nödvändigt av operatörerna. På grund av detta reoxiderade stålet i försöksgrupperna LDSF, och Raff mer jämfört med sin referensgrupp. De har därför, huvudsakligen, en högre syrehalt i början av processen.
När STENA-slaggbildaren användes avlägsnades inte lika mycket
AOD-slagg jämfört med försöksgrupperna LDSF och Raff. Detta eftersom STENA-slaggbildaren användes i kombination med AOD-slaggen. På grund av detta har försöksgruppen STENA relativt lika initiala syrevärden
jämfört med sin referensgrupp.
Den totala syrehalten sjunker huvudsakligen mer för alla syntetiska slaggbildare jämfört med sina respektive referensgrupper. Detta beror sannolikt på att slaggbildarna har en liqvidus-temperatur som är lägre än liqvidus-temperaturena för referensgrupperna där AOD-slaggen användes.
De syntetiska slaggbildarna som utvärderades flyter ut bättre och skyddar stålet mer effektivt från den omgivande atmosfären jämfört med
referensgrupperna. När enbart AOD-slagg användes fanns ofta ett så kallat
”open-eye”. Detta är en öppning i slagglagret där stålet är exponerat för atmosfären. Det bildades när skänken kom in till skänkugnen och den elektromagnetiska omrörningen började förskjuta slagglagret åt sidorna av skänken. Därefter stelnade slaggen och kunde därför inte flyta tillbaka. Det förekom även att AOD-slaggen skapade ett tjockt och stelnat slagglager ovanpå stålet vilket försvårade tillsatser av legeringsämnen. Om så var fallet var operatörena tvungna att slå hål på slaggen och manuellt skapa ett
”open-eye” med syfte att tillsätta legeringsämnen till stålet. En jämförelse mellan hur AOD-slaggen kunde se ut, och hur en syntetisk slaggbildare kunde se ut presenteras nedan.
(a) (b) Figur 50: En jämförelse hur slaggen kan se ut. (a): Försöksbenämning Ref-Si-4. (b): Försöksbenämning STENA-1
I figur 50(a) kan ett ”open-eye” ses där stålet är exponerat för den
omgivande atmosfären. Bredvid detta ”open-eye” finns ett tjockt lager med stelnad AOD-slagg. I 50(b) Har en kombination av AOD-slagg och
STENA-slaggbildare använts. Som kan ses är stålet helt täckt av slagglagret och skyddar därför mot att syre ska få kontakt med stålet.
8.2 Icke-metalliska inneslutningar
Inneslutningsmängden minskar huvudsakligen mer för de syntetiska slaggbildarna jämfört med sina respektive referensgrupper. Förändringen i inneslutningsmängd är dock ej lika markant positiv som förändringen i syrehalt. Detta beror sannolikt på att inneslutningar större än 2.8µm analyserades, vilket endast är en delmängd av alla befintliga inneslutningar.
Resultaten från försöksgruppen LDSF uppvisar ej en markant förbättring i inneslutningsmängd relativt sin referensgrupp. I snitt minskar
inneslutningsmängden för försöksgruppen LDSF med 12
inneslutningar/cm2 jämfört med referensgruppen Ref-Si som i snitt minskar med 2 inneslutningar/cm2.
För de aluminiumreducerade stålsorterna ökar inneslutningsmängden både för referensgruppen Ref-Al och för försöksgruppen STENA. Det är, dock, tydligt att mängden inneslutningar ökar betydligt mindre för de försök där
STENA-slaggbildaren har använts i kombination med AOD-slaggen. I snitt ökar inneslutningsmängden för försöksgruppen STENA med 38
inneslutningar/cm2. Detta är en markant förbättring jämfört med
referensgruppen Ref-Al där mängden inneslutningar i snitt ökar med 156 inneslutningar/cm2.
För att en inneslutning ska avlägsnas från smältan till slaggen krävs det först att den transporteras dit via omrörning eller flotation. Därefter måste den bryta ytspänningen för det smälta stålet och sedan separeras från smältan in i slagg-stål gränssnittet. Slutligen måste inneslutningen
absorberas in i slaggfasen för att avlägsnas helt. För att detta ska fungera på ett optimalt sätt bör slaggen vara flytande och täcka hela ytan av det smälta stålet. Detta är huvudsakligen ej fallet för referensgrupperna där AOD-slagg har använts. I figur 50(a) är det tydligt att AOD-slaggen är stel och ej täcker hela stålytan. Detta minskar arean för slagg-stål gränssnittet där inneslutningar har möjlighet att separeras från smältan. Vidare har en stor del av AOD-slaggen stelnat vilket minskar volymen i vilken
inneslutningar kan absorberas in. De syntetiska slaggbildarna flyter huvudsakligen ut bättre och täcker större delen av stålet. Det är dock ej helt oproblematiskt att tillsätta slaggbildare innan skänkugnsbehandling.
LDSF-slaggbildaren är i form av ett fint pulver. När det tillsätts till
smältan vill det gärna bilda stora klumpar. Dessa kan vara svåra att smälta trots användning av grafitelektroderna. Detta innebär att en stor del av LDSF-slaggbildaren förblir stelnad i klumpform och bidrar därför ej till reningen av stålet. För att komma runt detta problem tillsattes en mindre mängd LDSF-slaggbildare än önskat. Klumpbildningen minskade då, men försvann inte helt. Raffslaggen, som är i grusform, är enklare att smälta jämfört med LDSF-slaggbildaren. På grund av detta tillsattes 500 kg raffslagg jämfört med LDSF-slaggbildaren där 300 kg tillsattes. Detta är sannolikt anledningen till att inneslutningsmängen minskar mer för raffslaggen jämfört med LDSF-slaggbildaren.
Sämst avskiljning av inneslutningar har referensförsöken för de
aluminiumreducerade stålsorterna där tvåslaggsförfarande har använts.
Denna situation förbättras avsevärt vid användning av
STENA-slaggbildaren i kombination med AOD-slaggen. Dock ökar
inneslutningsmängden även för alla försöken i denna grupp. Enligt figur 5 bör en blandning på lika stor massa AOD-slagg och STENA-slaggbildare skapa en slagg som är 90% smält vid ca 1300◦C. Detta är ca 200◦C lägre än vad temperaturen i skänkugnen är i slutet av processen. På grund av svårigheter med att uppskatta mängden slagg i skänken så åstadkoms
aldrig en blandning av lika stor massa AOD-slagg och STENA-slaggbildare.
I snitt användes 580 kg för mycket AOD-slagg. Trots detta förbättrades flytbarheten för slaggen i försöksgruppen STENA och slaggen täckte stålet i större utsträckning jämfört med referensförsöken.
Huvudsakligen tillsattes 250 kg STENA-slaggbildare till AOD-slaggen.
Efter massbalansberäkningar konstaterades det att denna mängd var för låg. Därför gjordes ett försök där 500 kg STENA-slaggbildare tillsattes.
Detta försök var STENA-7. Med hjälp av massbalans konstaterades det att massan AOD-slagg som användes i detta försök var 873 kg. Detta är nära en blandning lika massa AOD-slagg och STENA-slaggbildare. Trots detta sågs ingen avsevärd förbättring i detta försök jämfört med övriga i samma försöksgrupp. Vid tillsats av STENA-slaggbildaren i försök STENA-7 la sig mycket av slaggbildaren ovanpå den stela AOD-slaggen. En
sammansmältning av de två slaggerna visade sig då vara problematisk.
STENA-slaggbildaren och AOD-slaggen smälte ihop i närheten av
grafitelektroderna men förblev separerade i fast fas i stora delar av skänken.
Den totala massan slagg blev dessutom större än vad som vanligtvis
användes. Det tjocka och stela slagglagret fungerade då isolerande för stålet och avsvalningshastigheten blev så låg att ordinarie gjuttid ej gick att hålla.
Många inneslutningar har högre densitet än slaggen[17]. Dessa absorberas inte in i slaggfasen utan blir liggande i slagg-stål gränssnittet. Vid för kraftig omrörning kan dessa inneslutningar återintroduceras in i smältan.
För att undersöka om det finns en tydlig koppling mellan
omrörningintensitet och förändring i inneslutningsmängd jämfördes dessa två med varandra. Två av dessa jämförelser kan ses nedan.
Tid [min]
Figur 51: (a): Ref-Si-3. (b): LDSF-6. Jämförelse mellan omrörninsintensitet och förändring i inneslutningsmängd.
Dessa två försök valdes ut eftersom de är representativa för övriga försök.
Det finns ingen stark koppling mellan omrörningsintensitet och förändring i inneslutningsmängd. Huvudsakligen uppvisar de två helt olika trender.
Detta kan ses i figur 51(b). I vissa försök kunde dock ett svagt samband urskiljas. När omrörningsintensiteten var på maximal styrka under en längre tid ökade också inneslutningsmängden. Detta kan ses i figur 51(a).
Att förändringarna i omrörningsintensitet och inneslutningsmängd följer samma trender under skänkugnsbehandlingen var dock mycket sällsynt.
Det finns för lite data för att kunna påvisa en korrelation. Detta innebär att en möjlig korrelation kan lika gärna vara slumpmässig. Det är dock att rekommendera att inte röra om i stålet mer än nödvändigt för att
åstadkomma rätt gjuttemperatur.