Kartläggning av gjuteriindustrinsbehov av raffinering

(1)

Swerea Rent stål –Raffinering av metallråvaror för gjuteriindustrin

Kartläggning av gjuteriindustrins

behov av raffinering

(2)

(3)

Swerea SWECAST AB

Intern

Projekt nr Projekt namn

IPK203 Swerea Rent stål – Raffinering av metallråvaror för gjuteriindustrin

Författare Rapport nr Datum

Lars Pettersson 2010-16 2010-10-29

Sammanfattning

Under våren 2010 genomfördes en kartläggning av svenska gjuteriers behov av raffinering genom att 11 gjuterier besöktes. Både stålgjuterier och järngjuterier besöktes under kartläggningen. Målet var att avgränsa projektet mot vidareutveckling av en raffineringsmetod tillämpbar i induktionsugn.

Arbetet utfördes genom att interjuva inköpare, metallurger med mera på de olika gjuterierna. Stålgjuterierna har överlag ett stort intresse för raffinering, framförallt minskning av mängden lösta gaser och sänkning av svavelhalten. I den mån järngjuterierna har intressa av raffinering handlar det främst om sänkning av manganhalten. Flera gjuterier visade intresse för spårbarhet av ickemetalliska inneslutningar.

Nyckelord:

Raffinering, induktionsugn, svavelrening, spårbarhet, inneslutningar, järngjutgods, stålgjutgods.

(4)

Swerea SWECAST AB -

(5)

Swerea SWECAST AB -

Innehållsförteckning

1 TILLKOMST ... 1 2 INLEDNING ... 1 3 SYFTE OCH MÅL ... 1 4 RESULTAT ... 2 4.1 KARTLÄGGNING RAFFINERINGSBEHOV ... 2 5 DISKUSSION ... 4 6 SLUTSATS ... 4 7 FORTSATT ARBETE ... 4 8 REFERENSER ... 5

Bilageförteckning

Antal sidor

(6)

Swerea SWECAST AB -

(7)

Swerea SWECAST AB -

1

1 Tillkomst

Denna publikation utgör delrapport för delprojektet ”Raffinering av metallråvaror för gjuteriindustrin” inom IPK203 ”Swerea Rent stål”. Rapporten har färdigställts av Lars Pettersson, Metallurgi och materialteknik, Swerea SWECAST AB, Jönköping. Swerea Rent stål är ett koncernstrategiskt projekt i vilket Swerea IVF, Swerea KIMAB, Swerea MEFOS och Swerea SWECAST deltar.

Ett stort tack riktas till alla deltagande gjuterier.

2 Inledning

Användning av stora mängder skrot kan medföra att halten av spårämnen ökar i nytillverkat gjutgods. Detta kan i vissa fall medföra problem i såväl tillverkningen som för det gjutna materialets egenskaper. För att kunna säkerställa kvalitén på gjutgodset kan det vara nödvändigt att raffinera smältan. För att klargöra gjuteriindustrins upplevda behov av raffinering har 11 företag besökts under våren 2010. Följande företag har medverkat i denna kartläggning:

AB Bruzaholms bruk CWP Ljnungby AB Gjuteribolaget i Eskilstuna AB Heavycast Karlstad AB AB Holsbyverken Keycast Kohlswa AB Kohlswa Gjuteri AB

Metso Refiner Segments AB Roslagsgjuteriet AB

Smålands Stålgjuteri AB Österby Gjuteri AB

Från Swerea har Anders Klässbo Swverea IVF, Ulf Sjöström Swerea MEFOS Lars Pettersson Swerea SWECAST och Henrik Svensson Swerea SWECAST deltagit under kartläggningen.

3 Syfte och mål

Syftet med delaktiveteten inom projektet var att kartlägga de behov för raffinering som finns inom svensk gjuteriindustrin. Målet var att avgränsa projektet mot vidareutveckling av en raffineringsmetod tillämpbar i induktionsugn.

(8)

Swerea SWECAST AB -

2

4 Resultat

4.1 Kartläggning raffineringsbehov

I bilaga 1 återfinns sammanställningen av anteckningarna från besöken på de olika gjuterierna. Gjuterierna visade överlag stort intresse för projektet. Nedan omnämns gjuterier som järngjuterier och stålgjuterier. Definitionen av ett stålgjuteri är ett gjuteri som tillverkar stålgjutgods, men vissa stålgjuterier tillverkar även gjutjärn i viss omfattning. De gjuterier som omnämns som järngjuterier tillverkar endast gjutjärn.

Stålgjuteriernas intresse för raffinering i induktionsugn är generellt mycket stort. Men eftersom gjuterierna ofta är små med begränsade resurser prioriteras i de flesta fall produktion framför internt utvecklingsarbete. Kompetensen hos gjuterierna är riktad mot själva designen av gjutgodset, formning, beredning, bearbetning med mera. Utvecklingsarbetet på den metallurgiska sidan sker till stor del i samarbete med Swerea SWECAST.

Järngjuterierna visade mindre intresse för raffinering. Föroreningar i form av inneslutningar och svavel kan i vissa fall vara önskvärda att ha i smältan då de verkar som kärnbildningspunkter för grafiten vid stelnandet. Ett stålgjuteri som även tillverkar vitjärn har ibland problem med förhöjda svavelhalter. Halterna som orsakar problem ligger på ca 0,1 % och med önskvärd halt efter svavelrening <0,05 %. Ett av de besökta järngjuterierna var intresserade av raffinering av mangan.

I Tabell 1. Behov av raffinering som framkom under kartläggningen för stål respektive järn. visas en sammanställning över vilka behov av raffinering de besökta gjuterierna upplever samt hur många som har respektive behov. Sammanställningen är uppdelad med avseende på vilken typ av legering, som behovet föreligger. I Tabell 2. Sammanställning av anteckningar från besök visas en kort sammanfattning av anteckningarna från gjuteribesöken.

Tabell 1. Behov av raffinering som framkom under kartläggningen för stål respektive järn. Stål Järn Ickemetalliska inneslutningar 6 0 Lösta gaser 4 0 Svavel 3 1 Fosfor 1 0 Mangan 0 1

(9)

Swerea SWECAST AB -

3 Tabell 2. Sammanställning av anteckningar från besök

Företag

Ugnstyp Ugn

(ton) Typ av legeringar

Raffineringsbehov/

problem Skänkar Skrotleverantör Övriga kommentarer

Smålands Stålgjuteri AB Induktion 0,7-1,2 Allt från järn till höglegerat stål Inneslutningar, lösta gaser Bottentömmande,

tekanneskänkar Hälls skrotaffär Flexibla Österby Gjuteri AB Induktion ~4 Allt från järn till superlegeringar Inneslutningar, Eventuellt svavel, lösta gaser Bottentömmande,

stopparstake Outokumpu Avesta, Sandvik Korta serier Kohlswa Gjuteri

AB

EAF/

induktion ~10 Stål Inneslutningar

Bottentömmande,

stopparstake Stena, Ragnsells Mycket stort gods, stål Combi Wear

Parts Induktion 1-1,5 Stål; Låglegerat

Inneslutningar, Svavel, fosfor, lösta gaser

Bottentömmande,

tekanneskänkar Stena, Holje trading Mycket specialiserade Keycast Kohlswa AB Induktion 1,8-3 Stål; Låglegerat, olegerat och värmebeständigt Inneslutningar, Eventuellt svavel, lösta gaser Över läpp, samt bottenttömmande tekanneskänkar Stena Metso refiner segments AB Induktion ~0,8 Stål; Martensitiskt

rosttrögt, Järn; vitjärn Inneslutningar

Bottentömmande, stopparstake

Returer från kunder, granshot från uddeholm (egna returer som granuleras)

Bra struktur på

råvaruhantering och returer från kunder AB Bruzaholms Bruk Indultion ~2,4 Stål; värmebeständigt Järn; Ni-hard, segjärn Svavelrening (vitjärn, Ni-hard) Bottentömmande, stopparstake Stena Gjuteribolaget i Eskilstuna AB Induktion ~1 Järn; Gråjärn,

segjärn, Bly Nej

Över läpp, samt

specialskänk

AB

Holsbyverken Induktion 4-5 Järn; Segjärn, gråjärn Nej Över läpp Stena

Heavycast Karlstad

Induktion/

kupol 10-30 Järn; Segjärn, gråjärn Nej Mycket stort gods, järn

Roslagsgjuteriet

(10)

Swerea SWECAST AB -

4

5 Diskussion

Det som flest gjuterier uttryckte intresse för under besöken var spårbarhet av ickemetalliska inneslutningar. Detta har en direkt koppling till delprojekt 2 inom Swerea Rent stål.

Inneslutningar i gjutgods kan vara sandinneslutningar från formmaterialet och slagginneslutningar. Sandinneslutningar återfinns som ansamlingar av partiklar oftast på överytor, alternativt under kärnor. Orsaken till att sandinneslutningar uppkommer kan vara till exempel lös sand i form, slitna modeller, dålig formhållfasthet eller hög formfyllningshastighet. Slagginneslutningar kan uppstå på flera olika sätt. En generell uppdelning kan göras mellan exogena och endogena innelutningar. Exogena kommer in i smältan utifrån. Endogena inneslutningar bildas i smältan, till exempel genom reaktion mellan löst aluminium och syre.

Svavelrening kan vara av intresse för gjuterier för vilka materialets slagseghet är en viktig parameter. Vid minskad svavelhalt förbättras slagseghet för stål [1,2]. En minskad svavelhalt ger även minskad risk för att varmsprickor ska uppkomma [3]. Gjuterier som tillverkar höglegerade material (till exempel Österby Gjuteri) bör av denna anledning vara intresserade av att sänka svavelhalten på smältan.

Försök har utförts på Sandvik SRP, Svedala, med inriktning på spårbarhet av slagginneslutningar i delprojekt 2.

För att kunna knyta gjuterier till projektet är det viktigt att visa vad de har att vinna av att raffinera smältan. Ett exempel kan vara att göra en snabb beräkning av vad man skulle kunna tjäna på att minska sin kassationsgrad. En kontrollerad svavelreningsprocess i induktionsugnen skulle bidra till ett stabilare material och därmed minskade variationer på komponenternas kvalité, vilket i sin tur leder till en minskad kassationsgrad.

En typ av raffinering som vissa järngjuterier är intresserade av är raffinering av mangan i gjutjärn (ca 3 % kol). Försök med denna raffinering pågår vid swerea SWECAST.

6 Slutsats

Stålgjuterierna har ett stort intresse för raffinering. Om fördelarna med renare material kan förmedlas på ett bra sätt till gjuterierna finns möjlighet att knyta ett flertal gjuterier till projektet. Framförallt om det är möjligt att visa på de ekonomiska fördelar som finns med att tillverka ett renare material. Både delprojekt 1 med inriktning mot svavelrening och delprojekt 2 med inriktning mot spårbarhet av slagginneslutningar kan vara av intresse för svenska gjuterier.

7 Fortsatt arbete

För fortsättningen av delprojekt ett är det intressant att fortsätta med att utveckla en omrörningsteknik med mekanisk omrörning till induktionsugn. Omrörning är viktigt för att öka reaktionshastigheten vid alla typer av utbytesreaktioner mellan slagg och metall. Däremot bör det inte avgränsas rörande vad som ska raffineras.

(11)

Swerea SWECAST AB -

5

Många av gjuterierna som besöktes var intresserade av spårbarhet av slagg. Dessa gjuterier kan kontaktas för att diskutera eventuell medverkan i delprojekt 2.

8 Referenser

1. Thelning K-E, ”Stål och värmebehandling”, Karlebo 1985

2. Lindeborg B, ” Slagseghet hos olegerat och låglegerat gjutstål”, Gjuteriföreningsskrift 830112, 1983

3. Nilsson J, ”Inverkan av kemiska sammansättning på varmspricktendensen hos gjutstål”, Gjuteriföreningsskrift 870209, 1987

(12)

Swerea SWECAST AB 1

Minnesanteckningar från gjuteribesök

1

Företag: Kontaktperson: Kontaktuppgifter (tel):

AB Holsbyverken Jan Hermansson

jan.hermansson@holsbyverken.se

0383-76 36 88 070-544 78 23 Intresse av raffinering:

NEJ!

Ser inte svavel som något problem i produktionen. Ibland tillsätts t.o.m. svavel vid segjärnstillverkningen. De försöker ligga runt 0,010 vikt-% S vid segjärnsproduktion.

Tankar kring granulerat råjärn:

Granulerat råjärn från Merox är INTE intressant p.g.a. främst för höga V och Ti halter i detta material. Dessa ökar markant risken för utskiljning av karbider, vilket inte är att föredra i segjärn.

Främst tre sorters tackjärn i Sverige: Basic, Hematit (hög Si) eller Sorelmetal (hög rent). Holsbyverken köper främst ”Basic”.

Övrigt:

Skrotleverantör: Stena Metall AB

Smältugn: 5000 kg, 3 MW, tid för smältning ca 45 minuter. 5 smältor på 8h 25 ton/dag. Chargematerial: 50% egen återgång (returgods), 47% stål, 3% tackjärn.

Köper skrot av klass 11 (till gråjärn) och klass 31 (till segjärn). Problem: ibland dyker galvaniserad plåt (Zn) upp i inköpt material. Besöksdatum: 15/3-2010 09.30-13.00

(13)

Swerea SWECAST AB 1

2

CWP – Combi Wear Parts Torvald Strand

torvald.strand@compiparts.com

0372-88363 070-2758880 Intresse av raffinering:

Ja, del av företagets strategi att ligga långt fram i utveckling av material och process för att kunna klara konkurrens mot ”kina”. Viktiga egenskaper: Slagseghet, Slitstyrka (hårdhet) och Svetsbarhet. Kan vara intresserade av nya metoder att raffinera P, S, N, H, O (slagg) i induktionsugn.

Fyra stycken ugnar, två med en smältkapacitet på 1,5 ton och två med en smältkapacitet på 1 ton.

Har tidigare funderat på att installera gasspolning i botten av induktionsugn. Då mest för att kunna sänka stålets kvävehalt. Avvaktar med detta så det är oklart hur mycket gas som måste spolas för att påverka kvävehalten nämnvärt.

• Minskning av smältans syrehalt samt minskning av mängden inneslutningar intressant.

• Åskådliggöra defekter kritiska för en viss produkt, dvs koppla defekter till egenskaper. Tankar kring granulerat råjärn/andra råvaror: Inget alternativ eftersom endast lågkolhaltigt gjutgods tillverkas inom företaget. Även P och S-halter för höga.

Skrot: klipp och smide.

Potentiellt problem; mikrolegerade stålsorter i skrotet. Perfekt råvara:

C Si Mn Cr Ni Mo P S N O

0,24 1,15 1,0 1,3 0,30 0,20 0 0 0 0

Hur ser möjligheten ut att köpa färdig smältprodukt med ovanstående sammansättning?

Övrigt: Nischat företag, endast 3 olika material tillverkas. Tänder (2 legeringar), hållare (1 legering). Måttnoggrannhet CT6 och CT4.

Problem med blåsor vid N>140ppm, normalfallet N<100ppm (ca 90ppm), styrs endast med vilka råvaror som tillsätts.

Vid minskad svavelhalt ökar slagsegheten.

Härdning i vatten med polymer svalningshastighet mellan vatten och olja. 4 smältugnar, 1 smälta/h, 0.5mm passning utan bearbetning, 95% exporteras. Skrotleverantörer: Stena metall AB och Holje trading AB.

(14)

Swerea SWECAST AB 1

3

Smålands Stålgjuteri AB

Leif Ytterell leif.ytterell@ssg.nu

(Per Ytterell per.ytterell@ssg.nu)

0381-663255, 070-9343849 (0381-663251, 070-9904292)

Intresse av raffinering:

Ja, har under 2009 installerat argonspolning i botten av två av sina induktionsugnar, 1200kg och 700kg. Har kunnat se en minskning av defekter; porositeter, blåsor och inneslutningar. Spolar med Ar sista ca 15 minuter av smältningen. Desoxidation av smältan sker först efter detta genom tillsats av aluminium i ugn och skänk (i vissa fall även i form).

• Optimering av nedsmältning i induktionsugn.

Kostnadsfråga, skulle gå att använda vid tillverkning av vitjärn och kanske segjärn.

Övrigt:

Har Hälls skrotaffär AB (Mariannelund) som enda leverantör av skrot. Ca 40 st egna returgods.

Årsproduktion ca 500 ton (återgång ca 50%).

(15)

Swerea SWECAST AB 1

4

AB Bruzaholms Bruk Dag Östlin

dag@bruzabruk.se

• Kan vara av intresse med svavelrening med mekanisk omrörning i induktionsugn, framförallt vid tillverkningen av vitjärn. Alternativet är att styra tillverkningen mot renare råvaror för att uppnå en lägre S-halt på materialet. Ibland är S-halten 0,1%, de anser att de bör ligga på 0,05% för att minimera risken för krympning i vitjärnet. (1/3 av S-halten kommer från C-tillsats, vid uppkolningen.)

Viktiga materialegenskaper: Värmebeständighet, slitstyrka

Kostnadsfråga med granulerat gråjärn, skulle gå att använda vid tillverkning av vitjärn och kanske segjärn.

Övrigt:

Omsättning ca 80 MSEK, 80% export.

Ugn: 2,4 ton MF ger god omrörning av smältan. Ej intresserade av gasspolning.

Inneslutningar och slagg inget större bekymmer, keramiska skumfilter används. Skrotleverantörer: Stena Metall AB

60% av produktionen Ni-Hard, 35% värmebeständigt stål, 5% Segjärn. Köper rent Ni, ca 6000 kg/år.

Hur påverkas hårdhet, slitstyrka, sugningar, varmsprickor av S-halt?

Varmspricktendensen ökar med ökande S-halt [J Nilsson, gjuteriföreningstidskrift 870209] Ugnsinfodring: SiO2

(16)

Swerea SWECAST AB 1

5

Roslagsgjuteriet Urban Fagerström

urban.f@roslagsgjut.se

Ibland behöver Mn-halten sänkas. Sällan problem med svavel.

Tankar kring råvaror/granulerat råjärn:

Granulerat råjärn kan vara intressant vid tillverkning av gråjärn, men lite utspädning med renare material behövs.

Köper dyrt skrotklipp fritt från ytbehandlingar.

Varierande analys på råvarorna kan vara ett bekymmer.

Övrigt:

3 st ugnar: 2x2t, 1x1t

(17)

Swerea SWECAST AB 1

6

Österby gjuteri AB Erik Stark

erik.stark@ogab.se

Ska investera i spolsten till sin 4 tons induktionsugn.

Ska börja med att arbeta mer med slaggbildare för att få en ”aktiv” slagg, bestående av kalk och flusspat. Främst för ökad avskiljning av inneslutningar.

Upplever att ökad användning av egna returer, matare, inlopp, ger en försämrad slutprodukt, ökad mängd inneslutningar och ökad kolhalt.

Al-desoxidation i skänk.

Har testat onlinemätning av väte och kväve.

Övrigt:

Många olika typer av legeringar, allt från järn till superlegeringar. Köper skrot från Avesta och Sandvik, rostfritt.

Bottentappande skänkar, med stopparstake. Problem: sprickor, porer, slagginneslutningar.

(18)

Swerea SWECAST AB 1

7

Gjuteribolaget i Eskilstuna Patrik Alhällen

patrik@gjuteri.com

016-157831

Inget uttalat intresse. Använder sig av tackjärn och smide. Behov av stabil analys på inköpta råvaror.

Inga större problem med S-halt, styr med tackjärn.

Cr och Mn i smide kan vara ett bekymmer, bättre kontroll på råvaror skulle vara önskvärt.

Granulerat råjärn kan vara intressant som råvara vid framställning av gråjärn, beroende av pris. Försöker minska användningen av tackjärn.

Övrigt:

Induktionsugnar 2 st 1 ton. Smälter och gjuter bly!

Har problem med igensättning av filter vid gjutning av segjärn.

(19)

Swerea SWECAST AB 1

8

Kohlswa Gjuteri AB Thomas Eriksson

thomas.eriksson@kohlswagjuteri.se

0221-82015

Har ljusbågsugn 10 ton, kolfärskning möjlig.

Al-desoxidation i skänk, förutom vid framställning av Mn-stål. Använder sig av argonspolning i skänk.

Tankar kring granulerat råjärn/andra råvaror:

Ser ett beroende av vad som stoppas in i form av råvaror/skrot.

Har stena och ragnsells som skrotleverantörer. Använder endast klass 100-skrot, lösvikt.

Övrigt: 10 ton EAF

Har haft problem med att slagg som blir kvar i skänkar efter gjutning följer med smältan vid nästa gjutning.

Ser skillnader mellan stålverk och gjuterier: sandinneslutningar från formmaterial.

Problem med slaggsår i ytan av gjutgods av kvalité 160A. Problemen förekommer ”alltid” ingen koppling till början eller slutet av gjutningen är observerad. Problemen förekommer även då filter används.

C Mn Cr Ni Mo

0,27 0,9 0,4 2,5 0,3

(20)

Swerea SWECAST AB 1

9

Keycast Kohlswa AB Marko Leinonen, Johan Porthén

marko.leinonen@keycast.se johan.porthen@keycast.se

0221-53022 0221-53024

Ja, Funderar på att investering av gasspolningsutrustning till induktionsugn. Desoxidation i ugn med Si, Al,Ti-desoxidation i skänk.

Upplever problem då stor andel återgång används. För känsliga legeringar används endast externt skrot vid smältningen.

Intresserade av möjlighet till anskaffning av AOD-konverter i framtiden. Raffineringsbehov:

Ickemetalliska inneslutningar

Eventuellt svavel, om billigare ”smutsigare” råvaror kan användas Lösta gaser, N- kontrolleras idag

Möjligheter:

Minska behov av svetslagnig

Erbjuda ”nya” produkter, raffinerade bättre produkter Tankar kring råvaror/granulerat råjärn:

Har stena som skrotleverantör, samt 1-2 andra (mindre)

Övrigt:

Skalformning, låglegerat olegerat och värmebeständigt gods.

Tappar över läpp, vilket medför slaggproblem. Rengörning av skänkar viktig. Har börjat använda sig av teapot-skänkar, till en början haft problem med att smältan fryser i utloppet. 4 st ugnar HF

2 st 1800 kg (endast körning av en i taget möjlig) 2 st 3000 kg (möjligheten finns att köra båda samtidigt) Besöksdatum: 19/5-2010 08:00-11:00

(21)

Swerea SWECAST AB 1

10

Metso refiner segments AB Johan Norberg

johan.norberg@metso.com

0563-25511

Beroende av vad som tillsätts i ugn, köper av denna anledning ”rena” råvaror Raffineringsbehov:

Ickemetalliska inneslutningar

Har gjort tester med Ar-spolning och med att droppa flytande Ar på smältan (Uddeholm) Har tidigare haft tillsats av SiCa och Misch-metall, men har nu rationaliserat bort det utan att se några försämringar på produkterna.

Har mycket bra koll på returer/återgång, köper tillbaka förbrukat material från sina kunder. Använder sig av granshot, skickar batcher med interna returer för omsmältning och granulering.

Övrigt:

Material: Rosttrögt stål: 17 % Cr, 1 % C, samt vitjärn 2,5-3 % C, Cr, V, Ni 2 stycken ugnar, HF, max 850 kg

5-25 kg gods, minsta gjutvikt 12,5 kg

Bottentappande skänkar, stake. Prefabricerade skänkar. Byter tärning var 10-15 tappning. Höga gjuttemperaturer runt 1680ºC.

Har alltid 50-100 kg överjärn för att minimera risk för slagg i de sista gjutna detaljerna. Möjligen aktuellt gjuteri för DP2?

(22)

Swerea SWECAST AB 1

11

Heavycast Karlstad Bo Lindqvist

bo.lindqvist@heavycast.se

054-145602

Inget större intresse av raffinering.

Använder sig av två olika typer av tackjärn, samt stålklipp med låg Mn-halt

Övrigt:

5 stycken LF-ugnar, 2x10t, 2x15t, 1x30t. Segjärn, största gods: 80t

Gråjärn, största gods: 150t