TILLSATS AV BRÄND DOLOMIT SOM SLAGGBILDARE FÖR ETT MINSKAT INFODRINGSSLITAGE

TILLSATS AV BRÄND DOLOMIT SOM SLAGGBILDARE FÖR ETT MINSKAT INFODRINGSSLITAGE Markus Kilpinen Högskoleingenjör, Materialteknik 2018 Luleå tekniska universitet Institutionen för teknikvetenskap och matematik

Förord Jag vill börja med att tacka alla som har hjälpt mig att utföra detta examensarbete. Ett stort tack till Jan Mäkinen och Anne Karlsson som har varit mina handledare på Scana Steel Björneborg AB. Jag vill också rikta min tacksamhet till Voicu Brabie som har varit min handledare på Bergsskolan. Sist men inte minst vill jag rikta ett stort tack till alla operatörer på stålverket som har stått ut med mig när jag har tjatat om slaggprover och jag vill också tacka dem för att de har varit så otroligt hjälpsamma när jag har behövt hjälp med det praktiska vad gäller både provtagning och tillsatser av dolomit. i

Sammanfattning Scana Steel i Björneborg tillverkar ca 50 000 ton stål per år. De tillverkar låg legerade till medellegerade stål. De tillverkar gjöt i storlekar från 4 75 ton och all gjutning sker igenom stigplansgjutning. De har 150 olika stålsorter i sin portfölj men de kan även tillverka skräddarsydda legeringar mot kundens önskemål. De specialiserar sig på långa produkter och kan tillverka ämnen på upp till 24 m. Idag sker tillverkningen i stålverket med i huvudsak bränd kalk som slaggbildare. För att minska foderslitaget har det i detta arbete gjorts försök med att tillsätta bränd dolomit som slaggbildare. Den tillsatta dolomiten innehåller magnesiumoxid precis som infodringen i ljusbågsugnen och skänken. Då slaggen mättas på magnesiumoxid igenom tillsatsen av bränd dolomit kommer upplösningen av infodringsmaterialet till slaggen minska och på så vis kommer foderslitaget i sin helhet minska. Försöken har genomförts i fullskala där dolomit har tillsatts från säck till den primära slaggen i samband med skrot chargeringen. Efter slaggdragning har ytterligare dolomit tillsattas till ljusbågsugnen. Efter försök där lämpliga tillsatser av dolomit räknades ut togs slaggprover ut i ljusbågsugnen och skänkugnen för att analyseras. Med hjälp av analyserna har en optimal dolomitmängd bestämmts där optimala mättnadsgraden av magnesiumoxid i slaggen uppnås för både ljusbågsugnen och skänkugnen. Detta utan att påverka slaggens egenskaper i övriga aspekter i processen i allmänhet och slaggens funktion i fosforreningen i synnerhet. Efter försöken gjordes en kostnadsberäkning med den tillsatsen av dolomit som visar de lägsta halterna inlöst MgO för att på så sätt kunna jämföra hur mycket det går att spara i materialkostnader på infodringsmaterial efter dolomittillsatsen. Nyckelord: Foderslitage, Slitagemekanismer, Dolomit, Fosforrening, MgO, Mättnadsgrad, Slagg, ii

Abstract Scana Steel Björneborg AB produces 50 000 ton steel per year. They produce steel with a low to medium content of alloying elements. They cast ingot from 4-75 tons. Scana Steel have about 150 different types of alloys, but they are also capable of producing special alloys to a customer s specifications. Scana Steel specializes in long products and are able to make products with a length up to 24 m. Today the steel is produced with a slag mainly consisting of lime. To decrease the refractory wear experiments with a slag containing different amounts of dolomite will be analyzed. The refractory consists of MgO and by making the slag saturated with MgO by adding dolomite less refractory material will be dissolved by the slag and the overall refractory wear in the process will decrease. The experiments are taking place in production scale. The dolomite is delivered to the EAF in connection with the scrapcharging. The first slag is then removed, and a second slag is made. The second slag then follows the melt in to the LF. Additional dolomite is also added to the new slag. The slags from EAF and LF is then analyzed. Based on the analysis an optimal amount of dolomite is determined. The dolomite additive should be close enough to the saturation level that the refractory wear decreses, although it can not be so high that it affects the quality of the steel in regard to dephosphorization. After the experiments a cost accounting has been made to see how much the material cost of the refractory wear was before adding dolomite and how much the material cost is after adding dolomite. This is done to se how much money could be saved by adding dolomite to the slag in the steelmaking process. Keywords: Refractory wear, wear mechanism, Dolomite, Dephosphorization, MgO, Saturation, Slag iii

Teckenförklaring (x) = [x]/x = J = Ämne som är löst i slaggen. Ämne som är löst i smältan. Upplösningshastighet (g/cm 2 *s). A = Infodringens area (cm 2 ). D = Cs = Cm = dc/dx = δ = U = EAF = LF = Diffusions koefficient (cm 2 /s). Mättnadsgrad på infodring i slaggen. koncentration av infodring i slaggen. koncentrationsgradient. Effektiva fasgräns tjockleken. Hastigheten i gränsområdet. Electric arc furnace/ljusbågsugn Ladle furnace/skänkugn iv

INNEHÅLL 1 Inledning... 1 1.1 Bakgrund... 1 1.2 Syfte och mål... 1 2 Processbeskrivning... 2 2.1 Skrotgården... 3 2.2 Ljusbågsugnen... 3 2.3 Skänkugnen... 4 2.4 Vakuumbehandlingen... 4 3 Litteraturstudie och Teori... 5 3.1 Slagg... 5 3.1.1 Beskrivning av slagg... 5 3.1.2 Slaggens egenskaper... 7 3.1.3 Slaggens funktion... 8 3.2 Infodringsmaterial... 9 3.2.1 Beskrivning av infodringsmaterial... 9 3.2.2 Infodringens egenskaper...10 3.3 Fosforrening...12 3.4 Faktorer som påverkar infodringsslitage...14 Termodynamik...14 3.4.1 MgO mättnad i slaggen...16 3.4.2 Omrörning...16 3.4.3 Temperatur och slaggviskositet...17 4 Utförande och metod...18 4.1 Försöksuppställning...18 4.2 Analys av slaggprover...20 5 Resultat...21 5.1 Kemisk analys av tidigare slaggprover...21 5.2 resultat från genomförda försök med dolomittillsats...23 6 Diskussion...28 6.1 Val av dolomitmängd...28 6.2 Analys av fosforreningen...29 6.3 Ekonomisk analys...29 6.4 Ekonomisk analys innan tillsats av dolomit...30 6.5 Ekonomisk analys efter tillsats av dolomit...31 v

7 Slutsats...32 7.1 Fortsatta arbeten...32 8 Referenser...33 vi

1 INLEDNING En beskrivning av bakgrunden till detta arbete och vad syftet och målet med detta arbete har varit. 1.1 BAKGRUND Scana Steel i Björneborg tillverkar låg- och medellegerat stål till bland annat marin, energi och olja-gasindustrin. Ståltillverkningsprocessen är helt skrotbaserad och skrotet kommer dels från egna processer men det köps även in klass 11 skrot från utomstående leverantörer. I dag sker tillverkningen i stålverket med i huvudsak kalk (CaO) som slaggbildare. Detta leder till att magnesiumoxid från infodringen löses in av slaggen som i sin tur leder till ett onödigt högt foderslitage. För att minska foderslitaget ska det i detta arbete göras fullskaliga försök med bränd dolomit som slaggbildare utöver den kalk som används idag. 1.2 SYFTE OCH MÅL Syftet med detta arbete är att igenom en minskning i foderslitaget kunna göra en kostnadsbesparing med avseende på både tid och materialkostnader. Att med hjälp av praktiska försök kunna fastställa en dolomithalt som vid tillsats till slaggen minskar slitaget i ljusbågsugnen och skänkugnen. 1

2 PROCESSBESKRIVNING Här följer en beskrivning över hur tillverkningsprocessen ser ut hos Scana steel i Björneborg. I figure 1 visas en processkarta över hela enheten för att få lite mer insikt i hur processkedjan ser ut över hela området. Figur 1. Processkarta Scana Steel Arbetet som ska utföras kommer hållas till stålverket, Scanas stålverk är ett helt integrerat stålverk och de har ett varmt flöde genom hela processkedjan. Här kommer en lite mer omfattande beskrivning över utrustningen som finns att tillgå och vilken kapacitet det finns i stålverket. 2

2.1 SKROTGÅRDEN Processen i Björneborg är 100% skrotbaserad. Till detta krävs en fungerande skrotgård som kan förse stålverket med högkvalitativt skrot. Skrotgården förser stålverket med ca 60.000 ton skrot per år. Scana använder sig av 13 olika interna skrotsorter och de köper även in klass 11 skrot[20] från externa försäljare. Fördelningen mellan internt skrot och köpskrot är ungefär 50/50. Köpskrotet har en storlek på 1,5x0,5x0,5(m) och en maxvikt på 1 ton. Intern skrotet kommer i form av överjärn 2-6 ton från stålverket, avhugg 3-10 ton från smedjan, retur 0,5-3 ton från smedjan och spån från den mekaniska verkstaden. Skrotet chargeras i korg med hjälp av en kran som är försedd med magnet. Normalt chargeras tre skrotkorgar per smälta. Skrotkorgarna har en storlek på 35, 12 eller 6 ton 2.2 LJUSBÅGSUGNEN Ljusbågsugnen som används är av AC-typ och har en transformator på 25 MVA. Energiåtgången ligger på ca 570kWh/ton beroende på stålsort. Kapaciteten är på 60 ton och tap to tap tiden ligger på 3,5 timmar. Ugnen är försedd med en syrgasmanipulator för bland annat kolfärskning. Figur 2 visar en bild på ljusbågsugnen. Figure 2. Ljusbågsugnen 3

2.3 SKÄNKUGNEN Skänkugnen har en transformator på 9 MVA och energiåtgången ligger på ca 55kWh/ton beroende på stålsort. Omrörningen i skänken sker med argonblåsning igenom två stycken spolstenar i botten av skänken. Spolstenarna har en livslängd på ca 2500 minuter av spolning. Det finns möjlighet för avslaggning i skänkstationen, detta används dock bara på vissa stålsorter. Ugnen är försedd med ett legeringsbatteri med bandtransportör för tillsatts av legeringsämnen. Tidsåtgången vid skänkugnen ligger på ca 40-70 min. 2.4 VAKUUMBEHANDLINGEN Vakuumbehandlingen utförs för att driva ut gaser ur stålet. Detta genom att försätta skänken under vakuum och injicera argon till smältan. Den totala vätehalten i stålet efter vakuumbehandlingen är mindre än 1,3 ppm. Avgasningen sker i 25 30 min i lågt tryck, <1,3 mbar. Vakuumstationen är även försedd med en trådmatningsstation. Figur 3 visar en bild på vakuumstationen Figur 3. Vakuumstationen 4

3 LITTERATURSTUDIE OCH TEORI I Litteraturstudien presenteras den teori som ligger till grunden för detta arbete. Det kommer även ges en beskrivning av vad som utgör en slagg samt ett infodringsmaterial. 3.1 SLAGG Detta avsnitt kommer behandla vad det är som utgör en slagg. Hur slaggen är uppbyggd, vad den har för egenskaper och vilka funktioner slaggen har i de metallurgiska processerna. 3.1.1 Beskrivning av slagg En slagg är en smält lösning eller blandning av oxider. Lösningen kan antingen vara fullständigt smält eller en blandning av smält och fast fas. Slaggen bildar joniska lösningar, Detta innebär att oxiderna i slaggen är lösta som katjoner och anjoner. T.ex. [4] FeO Fe 2+ + O 2- CaO Ca 2+ + O 2- SiO2 (SiO4) 4-3.1.1.1 Temkins slaggteori Temkins teori beskriver en slagg som en lösning bestående av joner där inga interaktioner sker mellan joner av samma laddning. Tillståndet beskrivs som fullständigt slumpmässig. Lösningar av oxider antas vara uppdelade i två typer, anjoner som tecknas j - och katjoner som tecknas i +. Aktiviteten hos jonerna kan beskrivas med ekvation 1. [5] aj - = Nj - = nj - / nj - (1) I Temkins slaggteori antar man att alla joner i slaggen är kända. I basisk slagg bildar SiO2 enkla SiO4 4- joner. Dock kan det i sura slagger förekomma mer komplexa joner som Si2O7 6- och Si3O10 8-. I dessa situationer kan det vara ganska svårt att tillämpa Temkins teori. 5

3.1.1.2 Floods slaggteori Floods teori är baserad på Temkins. Han anser också att slaggen är en lösning av joner. Skillnaden med Floods teori är att i denna tas hänsyn till jämvikten mellan element som är lösta i den metalliska smältan och jonerna som är lösta i slaggen. Till exempel uttrycks jämvikten mellan svavel och syre enligt ekvation 2 och ekvation 3. [5] S + (O 2- ) = (S 2- ) + O (2) K = a o a (s 2 ) a s a (O 2 ) (3) Enligt Temkins teori är aktiviteten hos S 2- jonen och O 2- densamma som mol fraktionen NS 2- och NO 2- (Ekvation 1). Det går nu att beskriva jämviktskonstanten enligt ekvation 4 och ekvation 5. k = %O N S 2 f 0 %S N O 2 f s = k g(f) (4) k = %O N S 2 %S N O 2 (5) k = k när Henrys lag följs, Detta innebär att g(f) = 1 6

3.1.2 Slaggens egenskaper 3.1.2.1 Densitet Slaggen ska ha en densitet som är lägre än den hos stålet. Detta för att slaggen ska flyta upp och lägga sig på ytan av stålsmältan. 3.1.2.2 Viskositet Viskositeten är ett mått på hur väl slaggen kan motstå att flyta. I allmänhet är det positivt att ha en hög flytbarhet hos slaggen för att öka interaktionerna mellan slagg och smälta, vilket leder till en god avskiljning av oönskade ämnen från smälta till slagg. Ämnen i slaggen påverkar viskositeten på olika sätt, SiO2 som exempel ökar viskositeten hos slaggen då jonerna bildar polymerkedjor. CaO kommer bryta upp dessa kedjor och på så sätt öka flytbarheten hos slaggen. Detta visas i figur 4. Figur 4. Polymerkedjor av kisel [14] 3.1.2.3 Basicitet Precis som vattenlösningar har en syra- basdefinition finns det även en syrabasdefinition för slaggen. En bas är en laddad eller oladdad molekyl som kan avge en syrejon medan en syra kan uppta en syrejon. SiO2 bildar således en syra eftersom den kan uppta syrejoner enligt följande reaktion: SiO2 + 2O 2- (SiO4) 4-7

CaO bildar således en bas eftersom den kan avge syrejoner enligt följande reaktion: CaO Ca 2+ + O 2- Basiciteten hos en slagg blir således ett mått på tendensen hos slaggen att avge syrejoner. Det är inte lätt att praktiskt mäta basiciteten och det är inte heller lätt att definiera gränsen mellan en sur och en basisk slagg. I praktiska sammanhang har det införts ett handfast basicitetsbegrepp. Detta visas i ekvation 6 B = %CaO %SiO 2 (6) 3.1.3 Slaggens funktion Slaggens metallurgiska funktioner är bland annat: - skydda metallsmältan från reaktioner med omgivande atmosfär. - Slaggen ska isolera smältan. - Samla upp ämnen som inte är önskvärda i metallsmältan. - Slaggen ska ha hög löslighet för fasta inneslutningar som skiljs ut under processen. - Tjäna som motståndsmedium vid vissa elektriska smältprocesser. 3.1.3.1 Reaktioner mellan slagg och metall Ur metallurgisk synpunkt är det viktigt att ha en jämvikt som innebär att ett utbyte av joner sker mellan den joniserade fasen (slaggen) och den icke joniserade fasen (metallsmältan). Som exempel kan svavel- syrejämvikten mellan metallsmältan och slagg nämnas (ekvation 7). (S 2- ) + O (O 2- ) + S (7) Detta beskrivs som en anjonjämvikt eftersom katjonerna inte deltar formellt. Detta betyder dock inte att katjonerna ej är av betydelse för jämvikten. Dessa rektioner är viktiga för att kunna ta bort oönskade ämnen som är lösta i metallen. T.ex. vid svavel- och fosforrening. 8

3.2 INFODRINGSMATERIAL Detta avsnitt kommer behandla ämnet infodringsmaterial. Det kommer ges en beskrivning av vad ett infodringsmaterial är, termodynamiken för infodringsmaterial i stålprocesserna och slitagemekanismerna som sker i processen. 3.2.1 Beskrivning av infodringsmaterial I processindustrin används ofta drifttemperaturer vilka är så höga att vanliga värmebeständiga metalliska material inte kan användas. Metallkonstruktionerna måste då skyddas med olika eldfasta keramiska material. Utan eldfasta material vore ståltillverkningen omöjlig. Vid behandlingen av flytande ämnen är det eldfasta materialets huvuduppgifter [6]: - Fungera som värmeskydd mellan manteln och ugnsrummet. - Fungera som mantelns resistens mot angrepp från smältan. - Fungera som mantelns skydd mot mekanisk påverkan T.ex. vid chargering. - Fördröja smältans svalning i kärlet så att energiåtgången minimeras. 3.2.1.1 Infodringsmaterialets struktur Det eldfasta materialet består av olika beståndsdelar. De viktigaste delarna hos tegel och massor kommer att behandlas i det här avsnittet. De beståndsdelarna som kommer behandlas är: - Grundmaterial - Bindemedel - Tillsatsmaterial - Porer 3.2.1.2 Grundmaterial Grundmaterial är infodringens eldfasta del. Den har en hög mekanisk hållfasthet och den är volymstabil. Grundmaterialets viktigaste egenskaper är dess kemiska och mineralogiska sammansättning samt kornstorleksfördelning. Grundmaterial fördelas vanligen i tre fraktioner som är Grov ( 2mm), medel (0,5 2 mm) och fin ( 0,5mm). [6] 3.2.1.3 Bindemedel Bindemedlet är den beståndsdel som binder ihop grundmaterialets partiklar. Bindfasen är oftast det svagaste delen i ett infodringsmaterial. Bindemedlet kan vara oorganiskt eller organiskt. Exempel på oorganiska bindemedel kan vara 9

fosforsyra, fosfater, magnesiumklorid, oorganiska polymerer och lera. Organiska bindemedel kan vara tjära, beck och olika hartser. 3.2.1.4 Tillsatsmaterial Tillsatsmaterial förbättrar monterbarheten och de kan även användas för att finjustera egenskaperna hos infodringsmaterialet. Kvartsit och kyanit används som expansionsmedel. Fosfater och MgO katalyserar härdningen. Lut fungerar både för att förbättra plasticeringen och härdningen. Kromoxid kan användas för att förbättra slaggbeständigheten. Metallpulver kan användas i infodringsmaterial som innehåller kol för att skydda kolet mot oxidation. 3.2.2 Infodringens egenskaper Infodringen blir ofta utsatt för flera samtida påfrestningar. Vanliga typer av påfrestning kan vara kemiska påfrestningar, termiska påfrestningar och mekaniska påfrestningar. För att kunna förhindra förslitningen som de olika påfrestningarna kan orsaka är det viktigt att känna till materialets egenskaper. 10

3.2.2.1 materialegenskaper vid kemiska påfrestningar Vid kemiska påfrestningar är dessa några egenskaper som bör hållas i beaktning: - Kemisk sammansättning - Mineralogisk sammansättning - Porositet, porstorlek och porstorleksfördelning - Gasgenomtränglighet - Motstånd mot slagg, smälta och gaser De kemiska påfrestningarna mot det eldfasta materialet är: - Reaktion mellan foder och slagg - Reaktion mellan foder och metall - Reaktion mellan foder och atmosfär Slaggangrepp är den vanligaste anledningen till foderförslitning. Slaggangrepp på de infodringar som används vid stålframställning kan indelas i tre grupper. - Upplösning av det eldfasta materialet i den flytande slaggen. - Utskiljning på ytan av det eldfasta materialet. - Inträngning av slaggen i det eldfasta materialet. För att minska upplösningen av det eldfasta materialet i den flytande slaggen går det att mätta slagen på oxiden som uppgör det eldfasta materialet. 11

3.3 FOSFORRENING På grund av fosfors stora påverkan på stålets egenskaper är det i industrin ett ämne som skapar stor frustration i samband med ståltillverkning. Fosfor orsakar bland annat problem med segheten och svetsbarheten hos stålet. På grund av detta är det viktigt att för stålprodukter med höga krav på hållfastheten har en låg fosforhalt. Fosforreningen gynnas av hög syrehalt i smältan eller hög FeO-halt i slaggen, Hög basicitet och då framför allt en hög CaO-halt i slaggen och en låg temperatur. [17] Dessa förfarandet gör att det är möjligt att göra en fosforrening i ljusbågsugnen, detta då det sker en snabb slaggbildning med CaO som huvudkomponent. Den första bildade slaggen i ljusbågsugnen har en hög FeO-halt och temperaturen i ljusbågsugnen kan hållas relativt låg under den inledande delen av smältförloppet. Detta leder till en relativt god fosforrening i ljusbågsugnen. Bortförandet av oönskade element som till exempel fosfor är helt och hållet beroende utav slaggens egenskaper. [18] Att direkt oxidera fosfor från smältan till slaggen med hjälp av syrgas är inte möjligt på grund av termodynamiska begränsningar. [7] Den oxid som fosfor bildar (P2O5) är inte stabil vid de temperaturer som råder under sekundärmetallurgin och kommer därför reduceras tillbaka till smältan när processen går vidare. [7] För att sänka aktiviteten hos oxiden tillsätts därför CaO till slaggen. Det finns väldigt många teorier om i vilken form fosfor återfinns i den metallurgiska slaggen. En vedertagen modell för hur fosfor binder sig till slaggen är den som Charles Herty tog fram där han beskriver att FeO i slaggen bidrar med syret till oxidationen av fosfor och att oxiden sedan bildar en kalciumfosfat enligt ekvation (8) och (9). [7] 12

2[P] + 8(FeO) = (3FeO.P2O5) + 5[Fe] (8) (3FeO.P2O5) + 3CaO = (3CaO.P2O5) + (3FeO) (9) Slå ihop ekvation (8) och (9) så blir totalekvationen 2[P] + 3(FeO) + 3(CaO) = (3CaO.P2O5) + 5[Fe] (10) Förutsatt att det finns tillräckligt mycket CaO i slaggen för att stökiometriskt kunna bilda både 3CaO.P2O5 och 2CaO.SiO2 har det i fosforrika slagger med en hög CaO-halt observerats förekomster av en solid kalcium silikat-fosfat. Denna fas har ingen definierad stökiometri och sammansättningen varierar mellan 5CaO.P2O5.SiO2 och 9CaO.P2O5.3SiO2. Denna fas har en väldigt god löslighet på fosfor [7] För att minska slitaget på infodringen i de metallurgiska processerna är det möjligt att mätta slaggen på den oxid som uppgör infodringen. Det är vanligt att använda infodring av magnesiumoxid i dessa processer. För att då mätta slaggen på magnesiumoxid används dolomit som slaggbildare till den grad att slaggen blir mättad. Deo et al undersökte MgO och Al2O3 inverkan på slaggmorfologin och fosforfördelningen. De kom fram till att: - 2CaO SiO2 stabiliseras vid högre basicitet, lägre tapptemperatur och högre fosforhalt i råjärnet. - närvaron av MgO i slaggen reducerar partikelstorleken på 2CaO SiO2 kornen och även fosforhalten i 2CaO SiO2. [1]. Studier har också visat att vid användning av dolomit som slaggbildare sjunker upplösningsgraden av kalk på grund utav en tidigare formering av 3CaO SiO2. 3CaO SiO2 har en högre smältpunkt än 2CaO SiO2 och därmed krävs en högre temperatur för upplösning av 3CaO SiO2. [21] 13

En slagg innehållande hög vikt-% MgO, speciellt MgO bestående av magnesiumwüstit 2(MgO FeO), tenderar att påverka fosforreningen negativt. Magnesiumwüstit fälls först ut och den flytande slaggen blir utarmad av rörliga katjoner innan 2CaO SiO2 bildas som binder fosforjonen. Detta reducerar mängden 2CaO SiO2 och fosforreningen förhindras [1]. För att beskriva en slaggs fosforreningseffekt används ofta fosforfördelningen Lp. Lp är ett mått på fördelningen mellan fosfor som är löst i smältan och fosfor som är löst i slaggen. C. H. Herty var troligen den första som beskrev en slaggs fosforeningskapacitet som en fördelning mellan fosfor i smälta och fosfor i slagg. [18] Slaggens förmåga att sedan binda den inlösta fosforn till slaggen kan man utrycka som slaggens fosforkapacitet. 3.4 FAKTORER SOM PÅVERKAR INFODRINGSSLITAGE Termodynamik Vid de temperaturer som ståltillverkningen sker är oxiden som uppgör det eldfasta materialet inte längre stabil och en reaktion enligt ekvation 11 med den inblandade grafiten kommer att ske. Denna reaktion kommer att gynnas av ett lågt partialtryck och hög temperatur och kommer alltså vara ett problem under vakuumavgasningen. MgO(s) + C(s) = Mg(g) + CO(g) (11) 14

Det hastighets bestämmande steget i denna reaktion är hastigheten för vilken Mg och CO gaserna transporteras. [8] Hastigheten för upplösningen av infodringsmaterialet beskriver hur fort tjockleken hos infodringsmaterialet minskar. Det mesta utav upplösningen sker igenom masstransport vilket kan beskrivas med ekvation (12). [11,12] dr dt = A0Ub (12) Generellt går det att säga att upplösningen sker igenom antingen kemiska reaktioner som sker i gränsen mellan infodring och slagg eller transport av det reagerande ämnet genom slaggen. Det hastighets bestämmande steget ser olika ut för dessa två förfaranden. Om det är reaktioner i slagglinjen som är det hastighets bestämmande steget kan upplösningshastigheten uttryckas enligt ekvation (13). [8] J = K(Ac/A0)Cm (13) Om det istället är diffusionskontrollerad upplösning (transport igenom slaggen) som sker kommer gränsen mellan infodring och slagg vara mättad på reaktionsprodukten. Upplösningen styrs då av Nernst Ekvation (14). [19] J = D(C s C m ) δ (14) 15

3.4.1 MgO mättnad i slaggen Utöver att ingå som tillsats i slaggbildningen ska MgO i dolomitkalken agera som en mättare av MgO i slaggen. Detta för att hindra upplösningen av MgO i infodringen(ekv.14) och därmed öka livslängden hos teglet. Teorin är att slitaget på den MgO baserade infodringen som används i ugnarna och skänkarna går att minska igenom att mätta slaggen på MgO. Mättnadsgraden beror bland annat på slaggens basicitet och temperatur. Basicitetens inverkan på mättnadsgraden vid en fast temperatur visas i figur 5. Korrosionen av infodringsmaterialet från slaggen ökar med en ökning i temperatur samt även av en ökning i omrörningshastigheten och minskar med en MgO-halt i slaggen där mättnadsgraden nästan är nådd. Detta är på grund av jämviktsrelationerna. [8] Detta innebär alltså att det inte bara är MgO-halten i slaggen som har en Figur 5. Förhållande mellan löslighet på MgO och basicitet [10] inverkan på foderförslitningen. 3.4.2 Omrörning Omrörningen i processerna sker igenom argonblåsning genom spolstenar. Ett högt flöde av argon kommer leda till en kraftig omrörning. Den kraftiga omrörningen kommer i sin tur leda till ett ökat foderslitage då smältan utför en abrasiv utnötning av infodringen. [8] Det är dock viktigt att ha en god omrörning i processen för att få en homogen temperatur och en bra avskiljning av inneslutningar från smälta till slagg. [16] 16

3.4.3 Temperatur och slaggviskositet Det är också viktigt att se till att dolomiten som tillsätts löses upp vid den temperatur som råder vid de olika stegen i processen. För att se detta går det med fördel att använda sig av ett fasdiagram över de ingående ämnena. För slaggen som används är ingångsämnena i huvudsak CaO-MgO-SiO2. I figur 5 visas ett fasdiagram över detta system vid temperaturen 1600 C. [13] Figur 5. Fasdigram CaO-MgO-SiO2 Slaggviskositeten är också viktigt för upplösningen av infodring till slaggen. En mer lättfluten slagg har lättare att tränga in i porerna och sprickorna i infodringsmaterialet och på så vis öka slitaget. För att motverka slaggpenetration är det viktigt med densitet och mängden porer hos infodringen. Tillsatser av kol till infodringsmaterial är även det en vanlig åtgärd för att motverka slaggpenetrationen. Kolet i infodringen förbättrar vätningstendensen hos infodringen. Experiment har visat att magnesiainfodring med en kolhalt på 5% kan minska penetrationen med upp till 60mm. [15] Slagg penetrationen hos infodringen är en komplicerad process som innehåller både fysikaliska och kemiska interaktioner i gränsytan mellan fast och flytande fas. Penetrationsfronten är oftast inte en tydlig gräns utan kan hellre ses som en gränszon där alla porer inte fylls med slagg och slaggfronten mellan sammankopplade porer följer en utvald väg. [14] 17

4 UTFÖRANDE OCH METOD För att minska slitaget på infodringen i ljusbågsugnen och skänkungnen ska utfördes försök där bränd dolomit av olika mängder adderades till slaggen. Målet var att hitta en dolomitmängd som gjorder slaggen mättad på MgO och på så vis motverkades att det sker någon upplösning av MgO från ugnsinfodringen till slaggen. 4.1 FÖRSÖKSUPPSTÄLLNING Försöken utfördes genom att först undersöka kemiska analyser för slaggen som den ser ut då ingen dolomit tillsätts till slaggen. På så sätt går det att fastställa hur mycket MgO som löstes in från infodringen under det normala förhållandet. Därefter gjordes försök med olika tillsatser av bränd dolomit för att undersöka skillnaden mellan hur mycket MgO som löstes in i slaggen från infodringen utan dolomittillsats och hur mycket MgO som löstes in i slaggen från infodringen efter dolomittillsats. Då slaggning oftast sker enbart i ljusbågsugnen kommer första slaggen optimeras mot de förhållandena som finns i ljusbågsugnen. Slaggen efter dragning tappades till skänk och den följde sedan med genom skänkbehandlingen och vakuumavgasningen och optimerades därför mot de förhållandena som finns i skänkugnen. Anledningen till att den inte optimerades till förhållandena i vakuumavgasningen är att slitagemekanismerna under vakuum är mycket mer komplext än i de två första processerna. 18

Dolomiten tillsätts från säck till primärslaggen i ljusbågsugnen. Efter slaggdragning kommer en ny slagg bildas, även i detta skede tillsätts dolomiten från säck. Säckarna levereras med 250 kg dolomit per säck. För att mäta upp rätt vikt på säckarna när de tillsätts till processen ställs de på en våg och material tas ur eller fylls i säckarna. Dolomitens sammansättning och kalkens sammansättning visas i tabell 1 och 2. Tabell 1 Sammnsättning bränd kalk Medelvärde Standardavvikelse vikt-% CaO 57,5 0,7 MgO 37,0 0,5 Fe 2 O 3 2,0 0,10 SiO 2 2,0 0,5 Al 2 O 3 0,5 0,10 MnO 0,4 0,02 P 2 O 5 0,01 ---- Tabell 2. Sammansättning bränd dolomit Medelvärde vikt-% CaO 93,22 MgO 0,76 Fe 2 O 3 0,41 SiO 2 2,25 Al 2 O 3 0,71 MnO 0,2 P 2 O 5 0,03 Slaggproverna togs i samband med temperaturmätning och provtagningen för kemisk analys av stålet i ljusbågsugnen, vid ankomst till skänkugnen, innan vakuumavgasningen och sista provet togs efter vakuumavgasningen. Proverna kommer sedan analyseras och utifrån analyserna ska en dolomitmängd där de lägsta halterna av inlöst MgO från infodringen beräknas. För att detta ska kunna göras behöver mängden MgO i den primära slaggen beräknas. Källor för MgO i denna slagg är bland annat halterna i de ingående slaggbildarna bränd kalk, bränd dolomit osv. Chargerat skrot och MgO som finns kvar i ugnen från tidigare nedsmältning bland annat från medföljande slagg. Då det är svårt att räkna ut hur mycket medföljande slagg det finns kvar i ugnen från tidigare nedsmältningar kommer denna MgO källa uppskattas. När dessa halter har beräknats eller uppskattats går det att jämföra MgO-halter i den första bildade slaggen med halterna efter de olika provtagningarna. Skillnaden i MgO-halt kommer då vara MgO inlöst från infodringen. Andra parametrar som kommer påverka slitaget men som det inte kommer utföras några försök på i denna rapport är till exempel gasflöde, temperatur och viskositet. Viskositeten kommer dock påverkas av MgO-halten men det kommer inte göras några försök att påverka viskositeten på annat sätt. 19

4.2 ANALYS AV SLAGGPROVER Slaggproverna som tagits skickas till D-LAB i Degerfors för analys. Metoden de använder för att analysera proverna är XRF Röntgenfluorescense. Det finns två olika typer av röntgenfluorescens. Den ena kallas för Energy Dispersive X-Ray (EDX) och den andra kallas för Wavelength Dispersive X-Ray (WDX). Principen i en XRF är att en ström leds genom ett röntgenrör där joniserad strålning skapas som sedan riktas ut mot ett material. I materialet träffar den joniserade strålningen atomernas elektroner varpå dessa slås ut från atomen. Eftersom naturen alltid strävar efter balans så kommer en elektron ifrån ett yttre skal att flytta sig närmare atomkärnan till den plats där en elektron slagits ut från atomen. När detta sker så avger atomen en väldigt specifik energi, denna energi kan XRF instrumentet känna av på sin detektor. Detta gör att instrumentet kan rita upp en kurva baserat på vilka energier som träffar detektorn och även hur många gånger. Det är det som ger användaren ett spektrum som antingen kan läsas av manuellt eller så kan instrumentet beräkna vilka atomer (grundämnen) som den läser av och även vilken koncentration i förhållande till varandra som finns. [22] 20

5 RESULTAT 5.1 KEMISK ANALYS AV TIDIGARE SLAGGPROVER Tidigare slaggprover som utförts på Scana Steel har sammanställts i tabell 3 och 4 här nedan för att ge en indikation på hur mycket MgO som löstes in i slaggen innan dolomittillsatserna. Slaggen består av 1350kg bränd kalk i ljusbågsugnen och i skänkugnen består slaggen av 450kg bränd kalk och 40kg CaC2. Då det inte finns någon annan källa utöver infodringen där MgO kan lösas till slaggen antas hela slaggens MgO-halt komma från infodringen. Tabell 3 visar slaggprover från Ljusbågsugnen och Tabell 4 visar prover från skänkugnen. Tabell 3 Analys innan dolomittillsats i ljusbågsugn chargenr CaO MgO SiO2 Al2O3 FeO MnO Cr2O3 D4745 41,77 4,1 14,78 2,3 16,54 8,05 1,71 D4748 37,21 3,78 12,01 1,64 18,61 9,07 5,28 D4749 42,98 3,22 12,97 2 14,07 8,5 4,77 D4756 43,06 2,97 12,39 1,68 19,83 7,12 1,14 D4808 40,56 2,93 8,78 1,93 20,78 5,35 5,96 D4809 43,93 3,25 12,02 2,84 17,28 7,89 1,31 D4830 41,32 2,87 12,8 3,73 12,39 9,45 4,91 D4884 37,1 5,81 18,87 3,44 13,68 13,06 11,68 D5043 42,12 4,29 15,64 3,08 14,52 7,96 1,81 D5049 37,78 5,02 13,15 5,49 14,18 3,03 2,08 Medelvärde 40,783 3,824 13,341 2,813 16,188 7,948 4,065 Tabellen visar att i snitt löses 3,82% MgO in i slaggen från infodringen under smältförloppet i ljusbågsugnen. För att beräkna massan av MgO som löses in av infodringen räknas en massbalans ut. Massbalansen utgår ifrån CaO då den enda källan för CaO är slaggbildaren kalk. Den tillsatta massan kalk är 1350 kg och slaggen innehåller i snitt 40,78% CaO. Detta ger en total slaggvikt på: (0,93 1350) 0,4078 = 3078,7 kg. Av dessa 3078,7 kg är 3,82% MgO, detta innebär att: 3078,7 0,0382 = 117,6 kg 117,6 kg är massan MgO som löses in från infodringen vid varje nedsmältning i ljusbågsugnen innan tillsatser av dolomit. 21

Tabell 4 Analys innan dolomittillsats i skänkugn chargenr CaO MgO SiO2 Al2O3 FeO MnO Cr2O3 D4766 47,74 9,36 20,42 19,72 0,99 0,28 0,04 D4768 43,41 11,06 17,92 22,68 0,52 0,49 0,07 D4884 44,49 12,69 13,65 24,34 0,91 0,4 0,11 D4886 42,19 11,08 15,14 20,44 3,09 2,99 0,87 D5043 49,85 9,47 15,53 21,86 1,14 0,73 0,05 D5049 43,07 12,56 12,13 28,71 0,23 0,28 0,03 D4809 49,19 11,78 15,64 23,31 0,33 0,09 0,06 D4830 51,65 12,83 16,96 21,9 0,13 0,22 0,06 Medelvärde 46,44875 11,35375 15,92375 22,87 0,9175 0,685 0,16125 Tabellen visar att i snitt löses 11,35% MgO in i slaggen från infodringen under skänkbehandlingen. Samma beräkning görs som för ljusbågsugnen för att ta reda på massan av MgO som löses in från infodringen i skänkugnen. Den tillsatta massan kalk är 450 kg och massan CaC2 är 40 kg. Slaggen innehåller i snitt 46,45% CaO. Detta ger en total slaggvikt på: (0,93 450)+(40 0,625) 0,4644 = 955 kg. Av dessa 955 kg är 11,35% MgO, detta innebär att: 955 0,1135 = 108,4 kg MgO löses in från infodringen till slaggen 108,4 kg MgO löses in från infodringen i skänkugnen innan tillsatser av dolomit. Den totala mängden inlöst MgO under Ljusbågsugnsprocessen och skänkbehandlingen blir då 117,6+108,4=226 kg 22

5.2 RESULTAT FRÅN GENOMFÖRDA FÖRSÖK MED DOLOMITTILLSATS Tabell över försök med olika tillsatser av dolomit i ljusbågsugnen. Tabell 5 Slagganalyser efter dolomittillsats i ljusbågsugn Chargenr/stålsort Tillsatt MgO (kg) Analys MgO (vikt-%) Analys CaO (vikt-%) E8662/452A 102,9 5,41 39,9 E8672/141A 93,6 6,13 33,1 E8698/452A 112,1 4,28 36,1 E8722/148A 94,4 11,6 34,6 E8767/141A 117 4,47 42,2 E8769/141A 117 5,56 38,9 I försöken från tabell 5 beräknas en massbalans för att ta reda på hur mycket MgO som slaggen har löst in från infodringen i ljusbågsugnen. I värdena för den tillsatta mängden MgO är det också inräknat halter från medföljande slagg. Charge E8662: Massa kalk = 1350 kg Massa dolomit = 250 kg CaO = (1350*0,93)+(250*0,58) = 1400,5 kg Total slaggmängd = 1400,5 0,399 = 3510 kg Massa MgO i slaggen = 3510*0,0541 = 189,9 kg Inlöst MgO = 189,9 102,9 = 87 kg Charge E8672: Massa kalk = 1350 kg Massa dolomit = 225 kg CaO = (1350*0,93)+(225*0,58) = 1386 kg Total slaggmängd = 1386 = 4187,3 kg 0,331 Massa MgO i slaggen = 4187,3*0,0613 = 256,7 kg Inlöst MgO = 256,7 93,6 = 163,1 kg 23

Charge E8698: Massa kalk = 1350 kg Massa dolomit = 275 kg CaO = (1350*0,93)+(275*0,58) = 1469 kg Total slaggmängd = 1469 = 4069,3 kg 0,361 Massa MgO i slaggen = 4069,3*0,0428 = 174,2 kg Inlöst MgO = 174,2 112,1 = 62,1 kg Charge E8767: Massa kalk = 900 kg Massa dolomit = 300 kg CaO = (900*0,93)+(300*0,58) = 1011 kg Total slaggmängd = 1011 = 2395,7 kg 0,422 Massa MgO i slaggen = 2395,7*0,0447 = 107,1 kg Inlöst MgO = 107,1 117 = -9,9 kg Charge E8769: Massa kalk = 900 kg Massa dolomit = 300 kg CaO = (900*0,93)+(300*0,58) = 1011 kg Total slaggmängd = 1011 = 2599 kg 0,389 Massa MgO i slaggen = 2599*0,0556 = 144,5 kg Inlöst MgO = 144,5 117 = 27,5 kg 24

kg En sammanställning av alla resultaten i ljusbågsugnen efter dolomittillsatser visas i Figur 6. 300 250 200 150 100 50 Ljusbågsugn 0-50 E8662 E8672 E8698 E8767 E8769 Chargenr. Total mängd MgO (kg) Tillsatt MgO (kg) Inlöst MgO (kg) Figur 6. Sammanställning av resultat efter dolomittillsats Tabell 6 visar massan av tillsatt dolomit och den kemiska analysen med avseende på MgO och CaO från slaggproverna som är tagna efter skänkugnsbehandlingen. Tabell 6. Analys efter dolomittillsats i skänkugn Chargenr/stålsort Tillsatt MgO (kg) Analys MgO (vikt-%) Analys CaO (vikt-%) E8662/452A 37,4 11,6 50,9 E8672/141A 31,9 14,6 46,1 E8722/148A 48,8 16,1 47,2 E8767/141A 76,3 11,1 49,3 I försöken från tabell 6 beräknas en massbalans för att ta reda på hur mycket MgO som slaggen har löst in från infodringen i skänkugnen. I värdena för den tillsatta mängden MgO är det också inräknat halter från medföljande slagg. 25

Charge E8662: Massa kalk = 450 kg, Massa CaC2 = 40 kg, Massa Dolomit = 83 kg CaO = (450*0,93)+(83*0,58)+(40*0,625) = 491,6 kg Total slaggmängd = 491,6 = 965,9 kg 0,509 Massa MgO i slaggen = 965,9*0,116 = 112 kg Inlöst MgO = 112 37,4 = 74,6 kg Charge E8672: Massa kalk = 150 kg, Massa CaC2 = 40 kg, Massa dolomit = 75 kg CaO = (150*0,93)+(75*0,58)+(40*0,625) = 208 kg Total slaggmängd = 208 = 451,2 kg 0,461 Massa MgO i slaggen = 451,2*0,146 = 65,9 kg Inlöst MgO = 65,9 31,9 = 34 kg Charge E8722: Massa kalk = 450 kg, Massa CaC2 = 40 kg, Massa dolomit = 125 kg CaO = (450*0,93)+(125*0,58)+(40*0,625) = 516 kg Total slaggmängd = 516 = 1093,2 kg 0,472 Massa MgO i slaggen = 1093,2*0,161 = 176 kg Inlöst MgO = 176 48,8 = 127,2 kg 26

kg Charge E8767: Massa kalk = 300 kg, Massa CaC2 = 40 kg, Massa dolomit = 200 kg CaO = (300*0,93)+(200*0,58)+(40*0,625) = 420 kg Total slaggmängd = 420 = 851,9 kg 0,493 Massa MgO i slaggen = 851,9*0,111 = 94,6 kg Inlöst MgO = 94,6 76,3 = 18,3 kg En sammanställning av resultaten i skänkugnen efter dolomittillsatser visas i Figur 7. Figur 7. Sammanställning av resultat efter dolomittillsats Skänkugn 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 E8662 E8672 E8722 E8767 Chargenr. Total mängd MgO (kg) Tillsatt MgO (kg) Inlöst MgO (kg) 27

6 DISKUSSION 6.1 VAL AV DOLOMITMÄNGD Den slutliga dolomitmängden kommer sättas så att MgO-halten i slaggen kommer vara cirka 5 % i ljusbågsugnen och cirka 10 % i skänkugnen. Anledningen till att procentsatserna inte är helt exakta är att det kan ske variationer i mängden MgO i både den brända kalken och den brända dolomiten som levereras. Samt att den totala slaggmängden varierar mellan chargerna. Vikten tillsatt kalk och dolomit kan inte heller den bestämmas helt exakt med den metod för tillsatsen av dolomit som användes vid försöken. Slaggens sammansättning kommer ligga ganska nära mättnadsgraden på MgO i ljusbågsugnen i vissa fall kan slaggen till och med vara helt mättad beroende på basicitet. Då slaggen är helt mättad på MgO kommer ingen MgO kunna lösas in från infodringen i ljusbågsugnen. I skänkugnen däremot kommer slaggen inte vara lika nära mättnadsnivån på MgO. Anledningen till att valet faller på att inte ligga fullt så nära mättnadsnivån på slaggen i skänkugnen är dels att det sker större variationer i mättnadsgrad i skänkugnen på grund av basicitet och slaggens sammansättning, samt att då slaggen inte är helt mättad lämnas en buffert för slaggen att lösa in MgO som slits bort från infodringen med andra slitagemekanismer än upplösning till slaggen och på så sätt minskas risken för att få slagginneslutningar i stålet. Med en helt mättad slagg i skänkugnen kommer risken vara större att slagginneslutningar hittas i stålet. De experimentella resultaten visar att med en MgO-halt som ligger långt ifrån mättnadsgraden kan inlösningen från infodringen komma att öka jämfört emot inlösningen utan några tillsatser av dolomit. Vad detta kan bero på har inte analyserats men innebörden av detta förfarande är att det blir viktigt att vara noggrann med att rätt mängd dolomit tillsätts i framtiden. I resultatet från slagganalyserna efter tillsats av dolomit finns det ett värde som avviker från de andra. Detta är värdet för chargenr. E8722, där den inlösta halten MgO i ljusbågsugnen är 11,6%. Detta värde har inte ansetts som representativt då anledningen till den höga halten inlöst MgO tros vara att innan denna charge smältes lagades ugnen med sprutmassa innehållande MgO. Det har i det här arbetet inte skett några studier i hur tillsatsen av dolomit ska ske i framtiden. Den metoden som har använts i försöken är dock inte att rekommendera då den metoden är alldeles för tidskrävande. 28

6.2 ANALYS AV FOSFORRENINGEN Fosforreningen försämrades lite efter att dolomit tillsattes. Försämringen var dock inte så avsevärd som förutspått. Lp värdet gick ifrån cirka 30 innan dolomittillsatser till ett värde av cirka 20 efter. Den slutliga halten inlöst fosfor i stålet gick ifrån i snitt 0,0095% innan dolomittillsats till 0,0105% efter. Detta innebär att det för vissa stålsorter med högre krav på inlöst fosfor i stålet kan vara aktuellt att avstå från att tillsätta dolomit. 6.3 EKONOMISK ANALYS För att kunna räkna ut vad den möjliga kostnadsbesparingen kommer vara efter att tillsatser av dolomit har gjorts krävs det att en massbalans räknas ut på slaggen. Massbalansen kommer visa hur många kilo infodringsmaterial som löstes in i slaggen innan tillsatser av dolomit. Det kommer även visa hur många kilo infodringsmaterial som löses in i slaggen efter tillsats av dolomit. Efter en jämförelse av dessa kan en kostnadsbesparing räknas ut. Tabell 7 visar pris för olika typer av infodringsmaterial som används. Tabell 7. Priser på Infodringsmaterialet Quality Shape Pieces Approx. Unit weight (kg) Approx. Total weight (kg) Unit Price (sek/ton) Approx.total price LCM65RB 25/0 300 11,2 3 360 9 302 31 254,72 LCP211S SU745 60 10,6 636 17 239 10 964,00 LCM65RB SU745 500 10,45 5 225 9 302 48 602,95 CP12E45RBS SU745 576 10,4 5 990 11 960 71 640,40 LCM65RB 25/0-75 25 5,6 140 9 765 1 367,10 LCM65RB 25/0-100 15 7,45 112 9 765 1 093,68 Approx. Total 15 463 164 922,85 Detta ger ett snittpris per kilogram infodringsmaterial på: 164 922,85 15 463 = 10,67 kr 29

6.4 EKONOMISK ANALYS INNAN TILLSATS AV DOLOMIT Den totala slaggmängden som tillsätts i ljusbågsugnen beräknas utefter snittet på CaO- halten i analysen från tabell 3 och den tillsatta slaggbildaren kalk som är 1350kg. Den inlösta MgO-halten antas komma från infodringsmaterial. Innan dolomittillsatser var den snittliga inlösta MgO-halten 3,82 vikt-%. Detta ger en total slaggvikt på: (0,93 1350) 0,4078 = 3 078,7 kg. Av dessa 3 078,7 kg är 3,82% MgO, massan kan då räknas ut enligt: 3 078, 7 0,0382 = 117,6 kg 117,6 kg är massan MgO som löses in ifrån infodring vid varje nedsmältning i ljusbågsugnen, detta innan tillsatser av dolomit. Med ett snittpris på infodringsmaterialet som ligger på 10,67 kr ger detta en kostnad för det inlösta infodringsmaterialet på 10,67 117,6 = 1 254, 9 kr För en normal charge och 2 509,8 kr för en samtappning. I en samtappning görs två nedsmältningar i ljusbågsugnen som sedan tappas till samma skänk. I skänkugnen är den totala slaggmängden beräknat på snittmängden av CaO i slaggen som är 46,45% och de ingående slaggbildarna. Innan dolomittillsatser är slaggbildarna 450 kg kalk och 40 kg CaC2. Även här antas den inlösta MgOhalten vara från infodringsmaterialet. Den snittliga inlösta MgO-halten i slaggen i skänkugnen innan tillsattser av dolomit var 11,35 vikt-%. Detta leder till en massa inlöst MgO enligt: (0,93 450)+(0,625 40) 0,4645 = 955 kg. Av dessa 955 kg är 11,35% MgO, massan kan då räknas ut enligt: 955 0,1135 = 108,4 kg Med ett snittpris på infodringsmaterialet som ligger på 10,67 kr ger detta en kostnad på 10,67 108,4 = 1 156, 6 kr per charge på foderslitaget i skänkugnen. Totala kostnaden för en normal charge blir då 1156,6 + 1254,9 = 2411, 5 kr. Totala kostnaden för en samtappning blir då 1156,6 + (2 1254,9) = 3666, 4 kr. 30

6.5 EKONOMISK ANALYS EFTER TILLSATS AV DOLOMIT Kostnaderna för foderslitaget på grund av inlösning av infodringsmaterialet till slaggen efter tillsats av dolomit blir i stället helt annan. I ljusbågsugnen kommer dolomit tillsättas så att MgO-halten i slaggen blir ca 5%. Då mättnadsgraden i ljusbågsugnen ligger runt 6% kommer det vara möjligt för slaggen ätt lösa in ca 1% från infodringen. De två sista chargerna hade samma tillsatser av både dolomit och kalk. Denna tillsats är även den rekommendation som kommer lämnas efter avslutat arbete. För beräkningen av kostnader efter tillsats av dolomit kommer medelvärdet på dessa två charger användas. Medelvärdet på massan inlöst MgO är 8,8 kg. Med ett snittpris på infodringsmaterialet som ligger på 10,67 kr ger detta en kostnad på 10,67 8,8 = 93, 9 kr per charge i materialkostnader på inlöst infodringsmaterial i ljusbågsugnen efter tillsatser. I skänkugnen kommer det också kunna ske en upplösning av MgO till slaggen. Detta på grund utav att mättnadsgraden av MgO i slaggen inte uppfylls helt. Utifrån försöken går det att se att mättnadsgraden i skänken ligger mellan 11 och 16%. Tillsatsen av dolomit kommer rekommenderas så att en MgO-halt i slaggen på 10% uppnås. Detta innebär att inlösningen av MgO i skänkugnen efter dolomittillsats kan vara mellan 1 och 6%. Kostnadsberäkningen kommer göras på charge E8767 då detta är den rekommendationen som kommer lämnas efter detta arbete. Detta ger en kostnad för materialet som löses in från infodringsmaterialet till slaggen på 18,3 10,67 = 195, 3 kr Totala kostnaden för en normal charge efter dolomittillsatser blir då 93,9 + 195,3 = 289, 2 kr Totala kostnaden för en samtappad charge efter dolomittillsatser blir då 195,3 + (93,9 2) = 383, 1 kr Totala Kostnadsbesparingen efter dolomittillsats med dessa uträkningar blir för en normal charge 2346,4 289,2 = 2 057, 2 kr Totala Kostnadsbesparingen efter dolomittillsats med dessa uträkningar blir för en samtappad charge 3666,4 383,1 = 3 283, 3 kr Med en årlig produktion på 50 000 ton stål per år och en genomsnittlig chargevikt på 50 ton produceras det i genomsnitt 1 000 charger per år. 10 procent samtappning ger 900 normala charger och 100 samtappningar. Den årliga kostnadsbesparingen på infodringsmaterial i ljusbågsugnen och skänkugnen blir då: (2057,2 900) + (3283,3 100) = 2 179 780 kr 31

7 SLUTSATS Efter en analys av de experimentälla resulten och de ekonomiska beräkningarna kan man sammanfata arbetet med följande slutsatser: - Dolomittillsatsen i ljusbågsugnen bör vara 300 kg och kalktillsatsen bör vara 900 kg per charge. Detta ger en tillsatt MgO-halt i slaggen på runt 5% - Dolomittillsatsen i skänkugnen bör vara 200 kg och kalktillsatsen bör vara 300 kg per charge. Detta ger en tillsatt MgO-halt i slaggen på runt 10% - Fosforreningen försämras litegrann av dolomittillsatsen men inte så pass mycket att det kommer utgöra ett problem för stålkvaliteten i framtiden. Den slutliga fosforhalten i stålet efter tillsats av dolomit var i snitt 0,0105 jämfört mot en fosfor halt på 0,0095 innan dolomittillsats. - Vid låga tillsatser av dolomit till slaggen tenderar inlösningen av infodringsmaterialet till slaggen att öka. 7.1 FORTSATTA ARBETEN - Studie av argonflöde i skänkugn och vakuumavgasningen för att minska foderslitaget. - Studie av processtemperaturerna för att minska foderslitaget. - Tillämpa skummande slagg i ljusbågsugnen för att minska foderslitaget. - Studie över hur tillsatsen av dolomit ska ske i framtiden. 32

8 REFERENSER [1] Deo B. o.a. Effect of MgO and Al2O3 variations in oxygen steelmaking (BOF) slag on slag morphology and phosphorus distribution. Ironmaking and Steelmaking. 2005, Vol. 32, Nr 1, ss. 54-60. [2] Blomqvist C. General presentation, internt dokument 2014 [3] Blomqvist C. Scana Steel Björneborg AB, internt dokument 2014 [4] Andersson M, Sjökvist T. Processmetallurgins grunder 2002. [5] Brabie V. Introduction to slags. Kompendium, Bergsskolan i Filipstad 2017 [6] Brabie V. Infodringsmaterial och slagger. Kompendium, Bergsskolan i Filipstad 2017 [7] Basu S. Studies on dephosphorisation during steelmaking. Doctoral thesis. KTH. 2007 [8] Jansson S, Brabie V, Jönsson P. Corrosion mechanism and kinetic behavior of MgO-C refractory material in contact with CaO-Al2O3- SiO2-MgO slag. Scandinavian journal of metallurgy. 2005, Vol. 34, Nr 5, ss. 283-292 [9] Jansson S. A Study on the Influence of Steel, Slag or Gas on Refractory Reactions. Doctoral thesis 2008 [10] Nilsson N. Inverkan av MgO på ljusbågsugnsslaggens lakningsegenskaper. LTU. 2002 [11] Taira S, Nakashima K, Mori K. ISIJ Inter. 1993, Vol. 33, Nr 1, ss. 116-123 [12] Matsushima M, Yadoomaru S, Mori K, Kawai Y. Trans ISIJ 1977, Vol 17, ss. 442-449 [13] Factsage. Bild tagen från Factsage databas 2018-04-05 [14] Polymerkedjor http://geologylearn.blogspot.se/2015/11/nature-ofmagma.html 2018-05-25 [15] Baudin C. American ceramic association. 2001, ss. 73-92 [16] Herty. C. H. Henry Marion Howe memorial lecture, trans. AIME, 1940, Vol. 140, ss 13-30 [17] C. Bodsworth, M. Motlagh, och I G. Nixon. Ironmaking and steelmaking. 1986, Vol.13, Nr 3, ss 117-125 33

[18] Herty. C. H. Trans. AIME, 1926, Vol. 73, ss. 1107-1134 [19] Zhang S, Lee W. E. Int. Mater. Rev. 2000, Vol. 45, Nr 2, ss 41-58 [20] Järnbruksförnödenheter AB Skrotboken 2000:1 [21] Eriksson. E Dolomitkalk som slaggbildare i LD-konvertern och dess inverkan på fosforreningen. LTU. 2011 [22] Scantec Nordic https://www.scantecnordic.se/sv- SE/produktområden/oförstörande-provning/materialanalys-xrf- 30053537 2018-04-14 34