3. - 4. 4. 2014, Karlova Studánka
NOVÉ VÝROBNÍ TECHNOLOGIE VYBRANÝCH JAKOSTÍ SE ZAMĚŘENÍM NA SNÍŽENÍ
VÝROBNÍCH NÁKLADŮ
a
Miloš MASARIK, b Libor ČAMEK, aJiří DUDA, a Zdeněk ŠÁŇA
a EVRAZ
b VŠB
VÍTKOVICE STEEL, a. s., Štramberská 2871/47, Czech Republic, EU
– Technical University of Ostrava, FMMI, 17. listopadu 15/2172, Ostrava, Czech Republic, EU,
[email protected]
Abstrakt
Současný výrobní program v ocelárně EVRAZ VÍTKOVICE STEEL a.s. obsahuje souhrn jakostí v úrovni
dvou řádů a z toho plynoucích řady kombinací metalurgických a technologických výrobních postupů. V
provozu ocelárny jsou výrobními agregáty dva kyslíkové konvertory, na které navazuje zařízení
mimopecního zpracování s pánvovou pecí a dvěma kesony osazené kyslíkovou tryskou s následným
odléváním do bramových ocelových předlitků. Jednotlivé výrobní postupy jsou standardně vedeny podle
detailních technologických předpisů. Z pohledu současné ekonomické stagnace je nutné hledat nové
mimořádné výrobní technologie, pro získání možnosti nákladových úspor, s ohledem k dodržení standardů
výroby dané značky oceli. Článek předkládá jeden z takových příkladů, zavedení nového výrobního postupu,
který byl testován při výrobě konstrukční oceli jakosti S 355.
1.
ÚVOD
Pro výrobu oceli v provozu ocelárny EVRAZ VÍTKOVICE STEEL a.s. jsou k dispozici dva kyslíkové výrobní
agregáty, konvertory K1 a K2. Následné zpracování oceli se realizuje na navazujícím zařízení mimopecního
zpracování oceli, kde je možné použít pánvovou pec (LF) a dva kesony (ISSM), které jsou osazeny
kyslíkovou tryskou. Finálně zpracovanou taveninu je možné odlévat na zařízení bramového kontilití (ZPO).
Výstupní rozměry předlitků mohou být odlévány v tloušťkách 145 mm, 180 mm a 250 mm s limitovanou
šířkou od 800 mm do 1600 mm. Předlitky těchto formátů jsou dále zpracovány na válcovně profilů a
především na válcovně tlustých plechů do různých tlouštěk a šířek dle požadavků zákazníků.
2.
VARIANTY STANDARDNÍCH VÝROBNÍCH POSTUPŮ V PROVOZU OCELÁRNY
Technologické a metalurgické postupy výroby byly v provoze ocelárny postupně zpracovávány v souvislosti
se vznikající investiční výstavbou nového technologického zařízení anebo jeho modernizací. Na obr. 1 jsou
schematicky znázorněny jednotlivé výrobní agregáty a související technologická pracoviště provozu
ocelárny. Naznačeny jsou také jednotlivé varianty výrobních postupů [1].
Obr. 1 Schéma výrobních postupů provozu ocelárny
3. - 4. 4. 2014, Karlova Studánka
Podle zakázkové náplně jednotlivých jakostí oceli na požadovanou čistotu taveniny jsou definovány
jednotlivé varianty výrobní technologie.
 varianta výrobní technologie č. 1 K – LF – ZPO
 varianta výrobní technologie č. 2 K – ISSM – LF – ZPO
 varianta výrobní technologie č. 3 K – LF – ISSM – ZPO
Jako příklad lze uvést některé parametry pro variantu výrobní technologie č. 3, která zajišťuje výrobu oceli
s maximální dosažitelnou čistotou, kupříkladu obsahy prvků v konečné analýze S ≤ 3 ppm, H ≤ 2 ppm a
O ≤ 25 ppm.
3.
STRUČNÁ CHARAKTERISTIKA STANDARDNÍHO VÝROBNÍHO POSTUPU PRO JAKOST
S 355J2
Pro výrobu jakosti oceli S 355J2 dle ČSN EN 10025-2 byla na základě požadovaných parametrů zákazníka
se zaručenou čistotou materiálu, dosaženou kontrolní zkouškou ultrazvukem u plechů dle normy SEL 072
stupeň 3 s výstupním produktem plechů do tloušťky 30 mm, zvolena výrobní technologie č. 2 s postupem K
– IS – LF – ZPO. Základní údaje o chemickém složení jakosti oceli S 355J2 podle normy ČSN EN 10025-2
a podle detailního technologického předpisu (DTP) jsou uvedeny v Tab. 1
Tab. 1 Chemické složení jakosti oceli S 355J2
Analýza
hm. [%]
S 355J2
max.
DTP
min.
DTP
max.
C
Mn
Si
P
S
0,20
1,60
0,55
0,025
0,025
0,15
1,45
0,15
0,18
1,55
0,25
Al
0,02
0,025
0,005
0,06
Některé vymezené hodnoty mechanických vlastností jsou uvedeny v Tab. 2.
Tab. 2 Mechanické vlastnosti jakosti oceli S 355J2
Mechanické vlastnosti
mez kluzu ReH [MPa]
mez pevnosti Rm [MPa]
S 355 J2
max. 345
470 - 630
Při využití varianty výrobní technologie K – ISSM – LF – ZPO byl využíván standardní postup dezoxidace a
legování v licí pánvi (LP) pod konvertory pomocí komplexních přísad SiMn, FeMn a FeSi. Závěrečná
dezoxidace oceli byla vedena přísadou cca 1,5 kg/t oceli pomocí Al housek a současně podpořena přísadou
karbidu vápníku (CaC2) v množství 0,5 – 1 kg/t oceli. Tvorba strusky byla vedena přídavkem 10 – 12 kg/t
oceli směsí CaO a Al2O3. Základní dezoxidace a legování v licí pánvi pod konvertory je spojeno se
zvýšenými propaly dodávaných prvků a jejich částečnému přechodu do strusky. Těmito postupy se částečně
degradovala požadovaná čistota oceli a chemické složení nově vznikající rafinační strusky. Údaje o
technologických postupech (TP) v provozu ocelárny jsou obsaženy v Tab. 3 s označením TP 1, TP 2 a
TP 3.
3. - 4. 4. 2014, Karlova Studánka
Tab. 3 Technologické postupy dezoxidace a legování v LP pod konvertory
Přísada
SiMn
FeSi
FeMn
Al
CaC2
C smolný
Struskotvorné
přísady
TP č. 1
20
1,7
0
1,7
1
0,5
12
TP č. 2
[ kg/t ]
12,5
1,2
7,5
1,7
1
0,5
12
TP č. 3
0
0
18,7
0
0
0,5
12
Pro příklad navazující standardní technologie ISSM byla vybrána tavba ze sekvence s počtem 6 taveb,
vyráběné jakosti S355J2. V tab. 4 jsou uvedeny některé průběhy měřených hodnot obsahu plynů ve
spalinách při zpracování standardním technologickým postupem v zařízení ISSM.
Tab. 4 Obsah plynů při zpracování tavby v zařízení kesonu při TP č. 2
Technologické postupy č. 1 a č. 2 vedou ve výrobní fázi pod konvertorem k uklidnění taveniny a následně při
zpracování v kesonu, již nedochází k uhlíkovému varu a snížení kyslíku v tavenině (tab. 4) a veškeré reakce
jsou zde iniciovány pouze na základě prodmýchávání taveniny argonem. Vlastní činnosti v zařízení kesonu
jsou již minimalizovány na drobné dolegování a dodržení doby hlubokého vakua.
4.
Nová výrobní technologie pro jakost S 355J2
Neustálé snahy po úsporných opatřeních a to ve spojení s kesonovým zpracováním vedly k navržení nových
výrobních postupů u dané jakosti. Pro nové výrobní technologie bylo možné zvolit několik variant, tak aby byl
dosažen výsledný efekt ve správné analýze požadované zákazníkem. V tab. 3 je uveden příklad
technologického postupu dezoxidace a legování č. 3 ve fázi zpracování oceli při odpichu oceli v LP pod
konvertorem, který zajišťuje nejenom výslednou analýzu požadované jakosti, ale řeší také výši výrobních
nákladů.
3. - 4. 4. 2014, Karlova Studánka
Základem je částečné využití uhlíkové reakce při zpracování v ISSM spojené s hlubokým vakuem pro
dezoxidaci a rafinaci oceli. Podstatou navržené nové technologie legování oceli v licí pánvi pomocí FeMn a
koksu (tab. 3) je dosažení příznivého celkového obsahu kyslíku v oceli pro snadnější řízení uhlíkového varu
ve vakuu. Během uhlíkové reakce ve vakuu klesají obsahy jak uhlíku, tak i kyslíku v oceli, což je velice
účinný a čistý způsob dezoxidace oceli. Poklesy obou prvků je možné nalézt například na VacherHemiltonovu diagramu, který dokumentuje pokles obou prvků se snižujícím se tlakem [2].
Pro názorné porovnání oproti použití standardní technologii v ISSM byla vybrána tavba z testované
sekvence vyráběné jakosti S355J2. V tab. 4 jsou uvedeny některé průběhy měřených hodnot obsahu plynů
ve spalinách při zpracování novou výrobní technologií.
Tab. 4 Obsah plynů při zpracování tavby v zařízení kesonu při TP č. 3
Po prvních provedených zkouškách bylo zjištěno, že během úvodního zpracování při homogenizaci ocelové
taveniny a následném vytvoření hlubokého vakua dochází k poměrně bouřlivé uhlíkové reakci v ocelové
tavenině. Po několika zkouškách byla doba uhlíkové reakce stanovena na dobu 5 minut, kdy bylo možné
ještě akceptovat pokles teploty spojený s varem ocelové taveniny. Po této době byla uhlíková reakce
zastavena přídavkem 0,6 kg/t oceli granulovaného Al a dále bylo pokračováno v úplném dokončení legování
v hlubokém vakuu podle požadovaného chemického složení.
5.
ZÁVĚR
Testováním nové výrobní technologie pro jakost S 355J2 byly doposud dílčím hodnocením prokázány
úspory ve spotřebě Al ve výši kolem 0,7 kg/t oceli a to se sníženým propalem Si. Legování Si bylo
prováděno až do plně uklidněné ocelové taveniny v hlubokém vakuu. Hodnota úspory přísad je stále
částečně snižována poklesem teploty během vakuového zpracování, což má za následek nutnost
opětovného příhřevu na závěrečném zařízení sekundární metalurgie LF stanici. Nová výrobní technologie
zpracování se jeví jako perspektivní s cílem v dosahování úspor ve spotřebě dezoxidačních a legujících
přísad kovopřísad a současně v dosahované čistotě oceli. Zkušební tavby budou dále prováděny
v souvislosti se zakázkovou náplní testované jakosti S 355J2.
3. - 4. 4. 2014, Karlova Studánka
LITERATURA
[1]
R. Rech, L. Čamek, Některé aplikace keramických materiálů licích pánví na zařízení sekundární metalurgie
EVRAZ VÍTKOVICE STEEL a.s. In 24. ročník konference o teorii a praxi výroby a zpracování oceli. Sborník
přednášek. Rožnov pod Radhoštěm, 2.-3. dubna 2008,  TANGER spol. s.r.o., s. 138-142. ISBN 978-80-8684039-0.
[2]
Thermodynamic study of non-metallic inclusion, Stolberg division, slide show, EVRAZ VÍTKOVICE STEEL a.s.,
Ostrava 2011, pp. 36.
Download

Nové výrobní technologie vybraných jakostí se