EXAMENSARBETE. Råvarornas inverkan på ljusbågsugnsslaggens egenskaper

EXAMENSARBETE 2009:119 CIV Råvarornas inverkan på ljusbågsugnsslaggens egenskaper Anette Rönnebro Luleå tekniska universitet Civilingenjörsprogrammet Kemiteknik Institutionen för Tillämpad kemi och geovetenskap Avdelningen för Processmetallurgi 2009:119 CIV - ISSN: 1402-1617 - ISRN: LTU-EX--09/119--SE

FÖRORD Examensarbetet Råvarornas inverkan på ljusbågsugnsslaggens egenskaper har utförts vid AB Sandvik Materials Technology i Sandviken. Arbetet har varit mycket intressant och lärorikt. Handledare vid företaget har varit Robert Vikman och Peter Johansson. Handledare vid LTU har varit Universitetslektor Caisa Samuelsson och huvudansvarig vid LTU är Professor Bo Björkman. Jag vill tacka mina handledare för bra handledning under examensarbetet. Jag vill även tacka övrig hjälpsam personal vid stålverket och ljusbågsugnen som delat med sig av sina erfarenheter och gett synpunkter under arbetets gång. Tack till ugnsoperatörerna som har hjälpt mig med provtagning och utbildat mig i grunderna för driften av ljusbågsugnen. Slutligen vill jag tacka min familj och min fästman Ville Saari för allt stöd.

SAMMANFATTNING Inlastningen till ljusbågsugnen sker genom att flera skrotsorter blandas i en korg efter specifika recept för varje charge. Skrotsorterna innehåller många olika typer av skrot med liknande sammansättningar och även oxidiska ämnen. Till varje charge räknar en modell ut mängder av kisel, kalk, dolomit och kol som ska tillsättas för att smältan ska ha rätt sammansättning när den går vidare till AOD-konvertern (Argon Oxygen Decarburization). Under nedsmältningen i ljusbågsugnen blåses även kol och syrgas in för att skapa en skummande slagg som skyddar ugnsväggarna. Variationerna i processen är stora och det är svårt att förutsäga hur smältan kommer att bli. Målet med examensarbetet är att utreda hur inlastningen påverkar nedsmältningen och att undersöka variationerna i processen för att förbättra styrbarheten. Modellen som beräknar tillsatserna och förlusterna av metaller till slaggen ska undersökas. Inlastning av oxidiskt material har visats ge bland annat en högre energiförbrukning, större kiselförbrukning och högre slaggvikter. Vid en minskning från tio till fem ton råvara som innehåller oxidiska föreningar skulle de totala besparingarna under ett år vara cirka 4 mkr, 160 timmar kortare körtid i ljusbågsugnen och 450 ton mindre slagg att deponera samt att utbytet i ugnen skulle förbättras. Oxidisk råvara ger också större osäkerheter i stålets sammansättning jämfört med prognosen som skapats då råvarufacken innehållande oxidiskt material har en större osäkerhet i sammansättningen än råvarufacken utan oxidiskt material. Kiseltillsatsen till råvara med oxidiskt material bör ökas med cirka 100 kg jämfört med vad som lastat in idag och för ren råvara utan oxidiskt material bör kiseltillsatsen vara cirka 100 kg mindre. Små variationer på cirka 50 kg kisel kan ge en kiselhalt i stålet på 0,07 % eller en kromoxidhalt i slaggen på 8 % då önskad kiselhalt är 0,01-0,02 % och önskad kromoxidhalt är 3,5 %. Detta gör att kiseltillsatsen bör styras med större noggrannhet än 250 kg, vilket är fallet idag. Kalk- och dolomittillsatsen styrs inte efter hur mycket kisel som lastats in vilket gör att basiciteten har varierat mellan 1,4 och 2,3 under provtagningarna. Mängden ingående CaO bör beräknas från inlastad mängd kisel för att slaggen ska kunna styras mot en basicitet på 1,7. Undersökningarna har visat att då mängden inlastad kisel skulle ge cirka 1300 kg SiO 2 i slaggen kan mängden SiO 2 variera mellan 1000 och 1600 kg på grund av bland annat avvikelser i sammansättning på råvaran och avvikelser i provtagning. CaO-mängden kan variera mellan 1750 och 2550 kg då mängden kalk och dolomit som lastats in skulle ge en CaO-mängd på cirka 2150 kg på grund av bland annat variationer i utbytet för kalk och avvikelser i provtagningen. Då basiciteten styrs av kvoten mellan CaO och SiO 2 kan basiciteten variera mellan 1,2 och 2 då den styrts mot 1,65 på grund av alla avvikelser som kan påverka CaO- och SiO 2 -halten i slaggen.

ABSTRACT The raw material for the Electric Arc Furnace (EAF) consists of a mixture of several types of scrap which are charged into a basket. For each charge the basket is charged according to special recipes. The scrap consist of many different materials and also oxidic material. A model calculates the amounts of silicon, limestone, dolomite and carbon to be added to each charge so that the melt will have the right composition when reaching the AODconverter (Argon Oxygen Decarburization). Coal powder and oxygen is blown in to the furnace to form a foaming slag which protects the furnace lining. The variations in the process are big and the predictability for how the melt will turn out is low. The goal of the master thesis is to investigate how the melting is affected by the raw material and to examine the variations in the process in order to improve the controllability. Charging of material containing oxides has been shown to give higher energy consumption, larger consumption of silica and larger amounts of slag. When decreasing the raw material containing oxides from 10 tonnes to 5 tonnes the yearly savings would be around 4 MSEK, the operation time in the EAF would be 160 hours less, 450 tonnes less slag to deposit and the yield in the furnace would be improved. Raw materials containing oxides give larger uncertainties in the steel composition due to larger uncertainties in the raw material compartments containing oxides. The addition of silicon to raw material containing oxides should be increased by about 100 kg compared to what is charged today and for the raw material without oxides the silicon addition should be decreased with about 100 kg. Small variations at about 50 kg silicon can give a silicon content of 0,07 % in the steel or a chromium oxide content of 8 % in the slag when the content should be 0,01-0,02 % silicon and 3,5 % chromium oxide. Thus the silicon addition should be controlled with a bigger accuracy than 250 kg, which is the case today. The lime and dolomite addition does not follow the charged amounts of silicon and therefore the basicity has varied between 1,4 and 2,3 for the investigated charges. The amount of charged CaO should be calculated based on the charged amount of silicon to give a basicity of 1,7. The investigations has shown that when the amount of charged silicon should give about 1300 kg SiO 2 in the slag the actual amount can be between 1000 and 1600 kg due to among other things deviations in the compositions of the raw material and deviations in the sampling. The amount of CaO can vary between 1750 and 2550 kg when the charged amounts of lime and dolomite should give an amount of about 2150 kg due to among other things variations in the yield of lime and deviations in the sampling. Since the basicity is controlled by the quotient of CaO and SiO 2 the basicity can vary between 1,2 and 2 when it is aimed towards 1,65 due to all deviations that can affect the CaO and SiO 2 content of the slag.

1 INLEDNING... 6 1.1 BAKGRUND... 6 1.2 MÅL OCH SYFTE... 7 1.3 AVGRÄNSNINGAR... 7 1.4 FÖRETAGSBESKRIVNING SANDVIK AB... 8 1.4.1 Processbeskrivning... 8 2 TEORI OCH FÖRSÖKSUPPSTÄLLNING... 9 2.1 KROM I LJUSBÅGSUGNEN... 9 2.2 PROVTAGNING... 10 2.3 BEHANDLING AV DATA... 12 3 RESULTAT... 14 3.1 BASICITETEN B2... 14 3.2 UNDERSÖKNING AV CR 2 O 3... 17 3.3 UNDERSÖKNING AV FÖRBÄTTRINGAR I KISELTILLSATSEN... 21 3.4 JÄMFÖRELSE MELLAN RENT OCH OXIDISKT INLASTAT MATERIAL... 23 3.4.1 Minskning av oxidiskt material... 25 3.5 PROGNOS AV INGÅENDE MATERIAL... 27 3.6 ANALYS AV FELKÄLLOR... 29 4 DISKUSSION... 32 4.1 STYRNING AV BASICITETEN... 32 4.2 REDUCERING AV KROMOXID... 33 4.3 ENERGIÅTGÅNG... 33 4.4 FODERSLITAGE... 34 4.5 UTBYTE FRÅN LASTAT TILL FLYTANDE STÅL... 34 4.6 FELANALYS... 35 5 SLUTSATSER... 36 6 FORTSATT ARBETE... 37 REFERENSER... 38 BILAGOR... 39

Kapitel 1 - Inledning 1 INLEDNING I kapitlet beskrivs examensarbetets bakgrund, syfte och avgränsningar. Även en beskrivning av Sandvik AB ges nedan. 1.1 Bakgrund På Sandviks stålverk i Sandviken tillverkas rostfria stålsorter från återvunnet stålskrot och legeringsämnen. Figur 1.1.1 visar stålets väg genom verket. Skrotet, som är en blandning av inköpt och internt återvunnet skrot, lastas i korgar som töms i ljusbågsugnen. Genom långa elektroder som sänks ned i ugnen tillförs elektrisk energi som smälter skrotet till stål. För att ugnen bättre ska motstå det höga slitaget på väggar skapas en skummande slagg. När allt stål är smält tappas det tillsammans med slaggen i en läppskänk. Därefter skrapas slaggen bort och stålet överförs till AOD-konvertern (Argon Oxygen Decarburization) där de huvudsakliga uppgifterna är att minska kol-innehållet i stålet samt att minska svaveloch syremängden i stålet. Stålet tappas därefter i en skänk som fraktar stålet till skänkugnen där små justeringar av sammansättningen kan ske och stålet samt temperaturen homogeniseras. Stålet går sedan till sträng- eller götgjutning beroende på önskad dimension på det gjutna stålet. För att optimera processen i stålverket är det viktigt att varje delsteg fungerar optimalt. Steel making process Scrap basket Transfer ladle Teeming ladle Continuous casting Electric Arc Furnace AOD Converter Ladle Furnace Induction Furnace High Vacuum Furnace Ingot casting Sandvik Materials Technology Figur 1.1.1. Översikt av ståltillverkningsprocessen i Sandviken. Ljusbågsugnen i Sandviken lastas med inköpt skrot, legeringsämnen och returstål, d.v.s. material återvunnet från processen. Det återvunna materialet från processen innehåller 6

Kapitel 1 - Inledning bland annat slipspån, restskrot från billets, rusor och skollor. Råvaror som innehåller en viss del syre är rusor, skollor, slipspån, kvarnskrot, valsade ämnen och molybdenoxid, dessa kan tänkas påverka slaggbildningsförloppet. De råvaror som innehåller en del oxider kan tänkas påverka förutsättningarna för nedsmältningen i ljusbågsugnen så att smältprocessen blir svår att styra exempelvis genom varierande sammansättning och syrehalt i stål och slagg. Slaggen uppvisar stora variationer och det är i dagsläget svårt att styra sammansättningen och de fysiska egenskaperna. Basiciteten B2 (CaO/SiO 2 ) varierar kraftigt från riktvärdet 1,7. Teorin är att en bra basicitet på slaggerna kan förlänga livslängden på ugn och skänkar och om B2 blir för hög eller för låg finns det teorier om att att ugnens infodring slits mer och skänkarna gror igen. Kromoxidhalten i slaggen varierar kraftigt vilket leder till stora ekonomiska förluster av krom. En hög kromoxidhalt i slaggen i ugnen anses kunna ge ett minskat slitage på ugnsinfodringen men för att minska förlusterna bör slaggen innehålla en låg halt av kromoxid efter tappning från ljusbågsugnen då slaggen separeras från stålet. Till råvaran tillsätts kisel, kol, dolomit och kalk i mängder ungefärligt beräknade genom ett tidigare skapat program. Programmets beräkningar utgår från vad som lastas in i skrotkorgarna och tillsatser sker därefter för att justera halterna i smältan. Sedan programmet skapades har processen förändrats något och idag kontrolleras inte om programmet beräknar tillsatsmängder som är aktuella och ger en bra slagg. Det är även av intresse att undersöka om programmet tar tillräcklig hänsyn till föroreningar och variationer i inlastat material samt infodringsslitage. 1.2 Mål och syfte Under examensarbetet ska slaggen och stålet från ljusbågsugnen analyseras och nuvarande metodik för tillsats av råvaror ska undersökas. Målen är att ta reda på hur olika råvaror, främst oxidiska material, inverkar på slaggens och stålets sammansättning samt att utreda hur egenskaperna hos slaggen och stålet kan förbättras genom förändringar i inlastningen. Målen är även är att utreda felkällor och osäkerheter vid beräkningar med processdata, att minska förluster av metaller till slagg samt att kontrollera modellen som beräknar tillsatserna till ugnen. Syftet är att få en bättre bild över hur verket kan styras för att vid framtida försök känna till var felkällor och avvikelser kan förekomma i processen samt hur stor påverkan dessa har på data som uppmäts. 1.3 Avgränsningar Arbetet avgränsas till att enbart behandla Sandviks inlastning till ljusbågsugnen, nedsmältningsprocess och provbehandling i Sandviken samt att undersöka arbetsrutiner på lastgården och i stålverket. 7

Kapitel 1 - Inledning 1.4 Företagsbeskrivning Sandvik AB Sandvik är en högteknologisk verkstadskoncern med representation i 130 länder. Antalet anställda är 50 000 och omsättningen ligger på cirka 93 miljarder kronor. Produktionen inriktas efter kundernas behov och önskemål och företaget inriktar sig på att bli världsledande inom koncentrerade områden. Sandvik är ett forskningsinriktat företag och investerar årligen 3-4% av omsättningen på forskning. Koncernen är koncentrerad på tre kärnområden: Tooling, Mining and Construction (SMC) samt Materials Technology (SMT). Tooling specialiserar sig på hårdmetall- och snabbstålsverktyg samt verktygssystem för metallbearbetning, SMC inriktar sig på maskiner, verktyg och service för bergbearbetning i exempelvis gruvor och på annläggningsarbeten och SMT utvecklar produkter i rostfritt stål, speciallegeringar och högtemperaturmaterial. 1.4.1 Processbeskrivning Arbetet utfördes inom SMT forskning och utveckling mot processutveckling på stålverket i Sandviken. Stålverket består av fyra huvuddelar: Ljusbågsugn, AOD (Argon Oxygen Decarburization), skänkugn samt gjutning. Materialet som går in i ljusbågsugnen lastas på lastgården och är en blandning av köpt skrot, internfallande skrot och legeringsämnen. Genom att följa lastkort som skapas för varje charge blir råvaran till varje charge en unik blandning av olika skrotsorter och legeringsämnen. Materialet lastas i speciella lastkorgar med hjäp av en lastare med en stor gripklo. Genom en inbyggd våg i korgvagnen visas hela tiden vikten av det upplastade materialet i lastarhytten. När korgen är lastad enligt lastkortet dras korgen in i stålverket med hjälp av en dragare. Skrotkorgen lyfts upp ovanför ljusbågsugnen och botten på korgen öppnas så att materialet kan falla ner i ugnen. Därefter startar nedsmältningen av skrotet genom att elektroderna sänks ned och strömmen slås på. När en del av materialet smält tillsätts kalk som slaggbildare och när nog mycket skrot smält för att en andra korg ska rymmas lastas den andra korgen in i ugn. Andra korgen kallas skvätten eftersom det inte är lika mycket material som i första korgen ( huvudkorgen ). Efter en stunds körning tillsätts dolomit som slaggbildare och när materialet har smält så mycket att syrgaslansen kan komma ner i badet påbörjas inblåsning av syre. Under inblåsningen av syre blåses även kolpulver in för reduktion av slaggen och för att skapa en bra skummande slagg som skyddar ugnsväggarna. När allt material är smält tappas stålet och slaggen genom att ugnen vickas. Smältan tappas i en läppskänk där slagg- och stålprover samt temperatur tas med en automatisk provtagare. Smältan i läppskänken avslaggas och skänken med stål lyfts till AOD. Efter behandling i AOD går stålet till skänkugnen och därefter till antingen sträng- eller götgjutning. 8

Kapitel 2 - Försöksuppställning 2 TEORI OCH FÖRSÖKSUPPSTÄLLNING De inledande försöken planerades för att få prover från olika stålsorter, och prov togs under och efter syrgas-blåsningen för att smältprocessen i ljusbågsugnen skulle kunna följas. Nedan återfinns teori bakom ljusbågsugnsprocessen och provtagningen samt analyseringen beskrivs mer ingående. 2.1 Krom i ljusbågsugnen Oxidation av krom i ljusbågsugnen sker under smältningen, under inblåsningen av syre och i mindre utsträckning under tappning av smältan. Ett högt innehåll av kromoxid ger en stel slagg, hindrar bildning av skummande slagg och hindrar reduktion av slaggen. Oxidationen av olika element beror på temperaturen och aktiviteten. Tillsammans med krom oxideras bland annat kol, aluminium, kisel och mangan. Kisel har en större affinitet för syre än krom och oxideras därför före kromet. Oxidationen av kisel fördröjer oxidationen av krom. Resultatet av undersökningar gjorda av McCoy och Langerberg 1 visar att kromförlusterna är högre med ett lågt innehåll av kisel i smältan och högre temperatur i badet. Med en hög kolhalt kan oxidationen av krom fördröjas. För att få en låg halt av kromoxid i slaggen ska aktiviteten av krom i stålet vara låg och aktiviteten av kromoxid i slaggen vara hög enligt undersökningar av Arh och Tehovnik 2. Aktiviteten av kromoxid i slaggen blir hög med hög basicitet och högt CaO/MgO förhållande. Aktiviteten av kromoxid i slaggen blir även hög med en låg temperatur vilket kan ses i ekvation 2.1.1. o [ Cr] + 4[ O] ( Cr O ) ΔG = 244800 109T 3 3 4 + Ekvation 2.1.1 Vid en lägre temperatur i badet krävs en mindre mängd kisel i stålet för att för att förhindra oxidation av krom. När temperaturen ökar krävs en högre halt kisel men ett mindre innehåll av kol för att behålla kromet i stålet. Kisel förhindrar oxidationen av krom vid låga temperaturer, dvs. under smältningen medan kol i tillräckligt höga halter är mer effektivt vid högre temperaturer 2. Med en högre slaggbasicitet B4 ((CaO+MgO)/(SiO 2 +Al 2 O 3 )) blir halten av kromoxid i slaggen lägre. En högre basicitet ger en lägre aktivitet av SiO 2 och Al 2 O 3 och en högre aktivitet av CaO vilket ger en ökad reduktion av kromoxid 2. Enligt Arh och Tehovnik 2 ligger ett optimalt värde på basiciteten mellan 1,4-1,8. Förutsättningarna för bildning av CO(g) är då som störst och viskositeten är nog hög för skumbildning vilket ger en bra reduktion av kromoxid under skumningen. 9

Kapitel 2 - Försöksuppställning 2.2 Provtagning I undersökningarna ingick inlastningen av råvaror, ljusbågsugnen och smältan i läppskänken efter tappning från ljusbågsugnen för att stålet och slaggen skulle kunna följas från inlastningen, genom nedsmältningsprocessen till efter att smältan tappats. Figur 2.2.1 visar ett tidsschema över driftshändelser och provtagningar för charge 521738. Provtagningen utfördes genom analysering av stål och slagg samt undersökningar av utseendet på skrot, smälta, ugn och läppskänk för att massbalanser skulle kunna beräknas och jämföras med variationer i inlastningen, ugnspåverkan och smältan. För att kunna jämföra chargerna både inom samma stålsort och med olika ståltyper utfördes de första provtagningarna på 16 charger från sex olika stålsorter. Lastningen och nedsmältningen utfördes enligt vanlig driftspraxis. Vissa prover saknas för en del charger vilket beror på fel på provtagningsutrustningen. Provuttag Undersökning av Provuttag Provuttag inlastning 150 Nm 3 syrgas klar Provuttag innan tappning Provuttag i skänk Tidpunkt 14:30 15:00 15:30 16:00 Driftshändelser Insättning 1:a korg Insättning 2:a korg Kalktillsats Dolomittillsats Start syrgas Avslut syrgas Tappning av smälta Figur 2.2.1. Tidsschema över driftshändelser och provuttag för charge 521738. Provuttag i skänk Inlastningen av råvaran till skrotkorgarna undersöktes för de tre första chargerna med avseende på utseende och form på skrotet för att få en bättre inblick i variationerna på lastgården. I undersökningen ingick alla inlastade skrotsorter för respektive charge. Fokus lades på kontroll av form på skrot, inlastning av rusor och skollor samt övrigt inlastat material exempelvis snö eller lastpallar. Kontrollen genomfördes genom betraktelser av inlastningen till skrotkorgarna. På bilden till vänster i figur 2.2.2 visas inlastningen av rusor och bilden till höger visar när stålskrot lastas i korgen. För alla charger som ingick i försöksserien har lastningen granskats genom att sammansättningar och mängder av skrotsorterna och legeringsämnena undersökts vilket gav en förutsägelse om vad stålet och slaggen skulle innehålla samt möjligheten att undersöka variationerna i inlastningen för samma stålsorter. 10

Kapitel 2 - Försöksuppställning Figur 2.2.2. Inlastningen på skrotgården. Stål- och slaggprover togs ut från ljusbågsugnen vid flera tillfällen för att sammansättningarna på stålet och slaggen skulle kunna följas under nedsmältningsprocessen. Det första stål- och slaggprovet togs ut från ljusbågsugnen efter att ungefär 150 Nm 3 syre blåsts in i stålbadet eftersom det var första tillfället då tillräckligt mycket material hade smält för att få ut prover. När syrgasblåsningen avslutats togs det andra stål- och slaggprovet ut och det tredje togs ut innan smältan tappades från ugn, d.v.s. efter att kolinmatningen slutförts. Efter tappningen togs två stål- och slaggprover ut från läppskänken samt Prov 52 som tas ut från skänken av produktionspersonal. Stålprover i ugnen togs ut med hjälp av speciella provtagningsrör med ett hålrum som fylls upp av stål när det förs ned i stålbadet. Slaggproverna i ugnen togs ut genom att ett stålrör fördes ned i smältan. Stålprover i skänk togs ut med hjälp av liknande rör som används till stålproverna i ugnen och slaggprover i skänk togs ut med hjälp av gaffel-liknande provtagningspinnar. Pinnen och röret för provtagningen i skänken var monterade på en automatisk provtagare som fördes ned i smältan. Alla stål- och slaggprover lämnades in för kemisk analys där proverna analyserades med avseende på halter av element och föreningar som vanligtvis undersöks i driftprover. Slaggproverna analyserades med XRF (X-Ray Fluorescense Spectroscopy) och stålproverna med XRF för alla ämnen utom kol och aluminium. Koloch aluminiumhalterna analyserades med hjälp av Spark OES (Optical Emission Spectrometry). Under körning av de utvalda chargerna uppmättes även ett antal vikter. Läppskänken vägdes när den var tom, efter att den fyllts med stål och slagg, efter avslaggning och efter den tömts på stål. Vikterna mättes upp för att jämföra ingående mängder med utgående för varje element och därmed undersöka avvikelser och utbyten för olika inmatade ämnen. Avvikande beteenden på stål och slagg noterades och ugnens kondition undersöktes före och efter körning för att försöka koppla slitage och variationer i slaggen mot avvikelser i sammansättningarna. Säkerheten i analysmetoden på labbet undersöktes genom att fyra prover av samma slagg lämnades in för analys. Slaggen som analyserades bestod av både fint material och större klumpigt material med olikt färgade områden. I figur 2.2.3 visas en del av ett typiskt slaggprov. 11

Kapitel 2 - Försöksuppställning 1 cm Figur 2.2.3. En del av ett slaggprov. Tre charger lastades med rent material, d.v.s. utan material som innehåller oxider. Vid två av chargerna lastades kalken och dolomiten med truck istället för att som under vanlig körning blåsas in i ugnen. Ytterligare två charger lastades med enbart cirka två ton slipspån som oxidiskt innehållande material. De fem chargerna var av stålsorterna 4LR60 och 3R65 eftersom de har liknande sammansättning och beter sig liknande i ugnen. Provtagningarna utfördes för att undersöka skillnaderna som kan uppstå i processen mellan rent och oxidiskt inlastad råvara. 2.3 Behandling av data Data från provtagningen matades in i Microsoft office excel tillsammans med processdata som hämtats ur produktionsprogrammet ROS. Därefter beräknades massbalanser för chargerna och basiciteten undersöktes. Basiciteten B2 och B4 på slaggerna beräknades från sammansättningarna genom följande formler: B 2 = ( CaO) ( SiO ) 2 ( CaO + MgO) ( SiO + Al O ) B4 = Ekvation 2.3.1 och 2.3.2 2 2 3 Den teoretiska basiciteten beräknades genom kvoten på totala mängden CaO in och den totala mängden ingående kisel omvandlad till SiO 2. Därefter kunde den teoretiska jämföras med den uppmätta basiciteten. Genom att göra en grundlig analys av avvikelser i processen kunde oregelbundenheten i vissa mätvärden tillskrivas till de normala avvikelserna. Kännedomen om avvikelserna gjorde att trender lättare kunde ses och verkliga avvikande punkter detekteras. Standardavvikelser för skänkproverna togs fram som mått på osäkerheterna i provtagning och analysering. För övriga avvikelser i processen har beräkningar och uppskattningar gjorts med avseende på utbyten, säkerhet i halter och vikter. För rusor och skollor gjordes 12

Kapitel 2 - Försöksuppställning antagandet att fem ton rusor respektive fem ton skollor kan lastas in från ett bås. Rusorna och skollorna antogs innehålla cirka 10 volyms-% slagg (cirka 200 kg). Slaggen som följde med rusorna antogs vara samma som slaggen för stålsorten i den största inlastade posten. Från produktionsprogrammet ROS hämtades slaggsammansättningen för en stålsort som ofta lastas in som råvara. Sammansättningen på slaggen från skollorna antogs vara 80 % MgO, 10 % SiO 2 och 2 % Al 2 O 3 då det är en ungefärlig sammansättning på gjutslaggen från gjutningen i Sandviken. Stål- och slaggsammansättningar från ungefär 500 charger samlades från ROS och delades upp i olika ståltyper beroende på klassering i stålverket i Sandviken. Ståltyperna som datan delades upp i är Duplex, Kromstål, Rostfritt 18:8, Rostfritt 18:8 Mo och Låglegerat stål. Varje ståltyp har olika intervall för sammansättningen och uppvisar olika egenskaper vilket gör att en uppdelning visar sambanden mellan olika parametrar för en ståltyp då sambanden kan vara olika mellan ståltyperna. Mängden data blev mycket större än för de tidigare undersökta chargerna och därmed kunde sambanden tydligare ses utan påverkan från eventuella avvikande charger. Datan jämfördes därefter mellan grupperna för att undersöka olikheterna i påverkan på kromoxidhalten beroende på vilken typ av stål som produceras. Det beräknade behovet av kisel räknades ut genom antagandet att allt syre som fanns bundet till krom i slaggen borde ha kompenserats för, med kisel i stökiometrisk mängd. I stålet sattes den slutliga halten kisel till 0,02 % och den önskade halten kromoxid i stålet sattes till 3,5 %. Det beräknade behovet användes i jämförelse med den inlastade mängden kisel för att visa på hur mycket kisel som borde ha tillsatts till eller tagits bort från inlastningen. De rent lastade chargerna användes som referens vid undersökning av påverkan på ugnsdriften och förutsägbarheten för inlastat skrot innehållande oxidiskt material. 13

Kapitel 3 - Resultat 3 RESULTAT Nedan redovisas resultatet från undersökningarna av proverna. 3.1 Basiciteten B2 Massbalanserna som beräknats utgår från element och den beräknade basiciteten B2 togs därför fram genom antagandet att all inlastad kalcium och kisel hamnar i slaggen i formerna CaO och SiO 2. I figur 3.1.1 visas utfallet i basicitet jämfört med basiciteten som beräknats utifrån inlastade mängder. Den beräknade basiciteten varierar mellan 1,4 och 2,3 för de undersökta chargerna. Då basiciteten beräknats att bli mellan 1,6 och 2,2 hamnar de flesta chargerna ändå kring 1,7 i basicitet. En beräknad basicitet mindre än 1,65 och högre än 2,2 ger stora avvikelser från 1,7 i basiciteten som uppmätts i skänken. Duplexa stål och Sanicro ligger vid en mycket lågt beräknad basicitet och B2 har då blivit låg. För övriga charger finns inget samband mellan stålsort och den beräknade basiciteten d.v.s. inlastade mängder av kisel, kalk och dolomit ger teoretiskt sett inte en basicitet på 1,7 även om detta är riktvärdet för alla stålsorter. Ett exempel är 4LR60 som varierar med en beräknad B2 mellan 1,46 och 1,94. Det finns inget mönster för hur basiciteten förändras genom smältprocessen. För vissa charger är basiciteten högre i början av smältprocessen än efter tappning och för vissa lägre. B2 uppmätt 2.6 2.4 2.2 2 1.8 1.6 1.4 1.2 1 SAN28CU 521777 4LR60 521862 2RD99 521766 2RD99 521765 150 m2 O2 klar Innan tapp Prov 52 i skänk 3R12F1 521738 4LR60 522150 4LR60 522149 3RE41 521791 4LR60 521778 4LR60 521864 4LR60 522207 3R65 522155 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2 2.1 2.2 2.3 B2 beräknad 8R40 521822 4LR60 522210 8R40 521823 3R60 521849 3R60 521848 6R35 521750 3R12 521793 3R12 521792 Figur 3.1.1. Överensstämmelse mellan uppmätt och beräknad basicitet för samtliga provuttag. I figur 3.1.2 visas standardavvikelserna för de charger där 3 provuttag skett i skänken. Säkerheten för de uppmätta basiciteterna i skänkarna är dålig då basiciteten kan variera 6R35 521836 14

Kapitel 3 - Resultat mycket mellan de tre proverna tagna ur samma skänk. Vid mycket låga och väldigt höga beräknade basiciteter är standardavvikelserna för uppmätta B2 större än när B2 beräknats till mellan 1,6 och 2,2 då uppmätta basiciteten ligger kring 1,7. Medelvärde av B2 i skänkar mot B2 beräknad 2.2 2.1 2.0 1.9 B2 uppmätt 1.8 1.7 1.6 1.5 1.4 1.3 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 2.1 2.2 2.3 B2 beräknad Figur 3.1.2. Standardavvikelserna för de charger där 3 provuttag skett i skänken. Figur 3.1.3 visar att det finns ett samband mellan mängden inmatad kisel och basiciteten. För att kunna koppla ingående mängden kisel till B2 och CaO har den räknats om till SiO 2. Mängden kalk och dolomit som blåses in är spridd och visar inget samband med B2. 4000 mängd SiO2 in mängd CaO in 3500 Mängd inlastat (kg) 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 B2 uppmätt Figur 3.1.3. Ingående mängden SiO 2 och CaO för de uppmätta basiciteterna. I figur 3.1.4 och 3.1.5 visas CaO- och SiO 2 -halten under smältprocessen. Halterna har ökat under smältprocessen för de flesta charger. Det finns flera undantag då antingen en eller båda halterna sjunkit mellan två provuttag. 15

Kapitel 3 - Resultat CaO-halt % 55 50 45 40 35 30 25 150 Nm3 O2 O2 avslutad Innan tappning Prov 52 i skänk 521738/3R12F1 521750/6R35 521765/2RD99 521766/2RD99 521777/SAN28CU 521778/4LR60 521791/3RE41 521792/3R12 521793/3R12 521822/8R40 521823/8R40 521836/6R35 521848/3R60 521849/3R60 521862/4LR60 521864/4LR60 Figur 3.1.4. CaO-halten i slaggen under ljusbågsugnsprocessen. SiO 2 -halt % 35 521738/3R12F1 521750/6R35 521765/2RD99 30 521766/2RD99 521777/SAN28CU 521778/4LR60 25 521791/3RE41 521792/3R12 521793/3R12 20 521822/8R40 521823/8R40 521836/6R35 15 521848/3R60 521849/3R60 521862/4LR60 521864/4LR60 10 150 Nm3 O2 O2 avslutad Innan tappning Prov 52 i skänk Figur 3.1.5. SiO 2 -halten i slaggen under ljusbågsugnsprocessen. 16

Kapitel 3 - Resultat 3.2 Undersökning av Cr 2 O 3 Data från 500 charger hämtades ur ROS och delades upp i ståltyperna Duplex, Kromstål, Rostfritt 18:8, Rostfritt 18:8 Mo och Låglegerat. För stålsorterna Duplex, Kromstål, Rostfritt 18:8 och Rostfritt 18:8 Mo gäller att för en låg halt Cr 2 O 3 så ska kisel- och kolhalten i stålet vara hög (figur 3.2.1 och 3.2.2), CaO- och SiO 2- halten i slaggen ska vara hög (figur 3.2.3 och 3.2.4) samt FeO- och MnO-halten i slaggen ska vara låg (figurer i Bilaga 1). Sambanden för de fyra stålsorterna skiljer sig dock åt genom att exempelvis kromoxidhalten i slaggen generellt sett är högre för Duplext stål och CaO-halten kan bli lägre i Duplext än för övriga stålsorter. För låglegerat stål ska istället CaO- och SiO 2- halten i slaggen vara låg och MgO-halten hög för en låg halt kromoxid i slaggen. 25 Duplex 20 18:8 Cr 2 O 3 -halt (%) 15 10 5 18:8 Mo Crstål Lågleg Expon. (Duplex) Expon. (18:8) Expon. (18:8 Mo) Expon. (Crstål) 0 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 Si-halt (%) Figur 3.2.1. Cr 2 O 3 -haltens beroende av Si-halten i stålet. 17

Kapitel 3 - Resultat 25 Cr 2 O 3 -halt (%) 20 15 10 5 Duplex 18:8 18:8Mo Crstål Linear (Duplex) Linear (18:8) Linear (18:8Mo) Linear (Crstål) 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 C-halt (%) Figur 3.2.2. Cr 2 O 3 -haltens beroende av C-halten i stålet. 25 Cr 2 O 3 -halt (%) 20 15 10 5 Duplex 18:8 18:8 Mo Crstål Lågleg Expon. (Duplex) Linear (18:8) Linear (18:8 Mo) Expon. (Crstål) Power (Lågleg) 0 0 10 20 30 40 50 60 70 CaO-halt (%) Figur 3.2.3. Cr 2 O 3 -haltens beroende av CaO-halten i slaggen. 18

Kapitel 3 - Resultat 25 Cr 2 O 3 -halt (%) 20 15 10 5 Duplex 18:8 18:8 Mo Crstål Lågleg Linear (18:8) Linear (Duplex) Linear (18:8 Mo) Linear (Crstål) Linear (Lågleg) 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 SiO 2 -halt (%) Figur 3.2.4. Cr 2 O 3 -haltens beroende av SiO 2 -halten i slaggen. Basiciteterna B2 och B4 visar inget samband med Cr 2 O 3 -halten i slaggen (figur 3.2.5 och figur i bilaga 1). 25.0 20.0 Cr 2 O 3 -halt (%) 15.0 10.0 Duplex 18:8 18:8 Mo Crstål Lågleg 5.0 0.0 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 B2 Figur 3.2.5. Cr 2 O 3 -haltens beroende av basiciteten B2 i slaggen. I figur 3.2.6 visas Cr 2 O 3 -halten i slaggen mot Si-halten i stålet från att 150 Nm 3 syre blåsts in till efter tappning. Vid en hög halt Cr 2 O 3 då 150 Nm 3 syre blåsts in blir halten även högre efter tappning och för att nå en låg Cr 2 O 3 -halt bör Si-halten vara hög. Under tiden syrgasen blåses in kan Cr 2 O 3 -halten antingen minska eller öka. Efter avslutad syrgasinblåsning minskar halten Cr 2 O 3 i slaggen till efter att smältan tappats. Kiselhalten i stålet sjunker 19

Kapitel 3 - Resultat under inblåsning av syret men har för vissa charger ökat under tillsats av enbart kol och under tappning. Cr 2 O 3 -halt (%) 35 30 25 20 15 10 5 0 4 2 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 Si-halt (%) 3 Figur 3.2.6. Cr 2 O 3 -haltens beroende av Si-halten i stålet under inblåsning av syre för de undersökta chargerna. Siffrorna visar provtagningsförloppet för charge 521738. 1. Prov vid 150 Nm 3 O 2. 2. Prov vid avslutad syrgasblåsning. 3. Prov taget innan tappning. 4. Prov uttaget från skänk. 1 521738/3R12F1 521750/6R35 521765/2RD99 521766/2RD99 521777/SAN28CU 521778/4LR60 521791/3RE41 521792/3R12 521793/3R12 521822/8R40 521823/8R40 521836/6R35 521848/3R60 521849/3R60 521862/4LR60 521864/4LR60 150 Nm3 O2 O2 avslutad Innan tappning Prov 52 i skänk Expon. (150 Nm3 O2) Expon. (Prov 52 i skänk) 20

Kapitel 3 - Resultat 3.3 Undersökning av förbättringar i kiseltillsatsen I figur 3.3.1 visas beräknad och inlastad mängd kisel mot inlastad mängd oxidiskt material beroende på typen av oxidiskt material. De rent lastade chargerna har oftast lastats med för stor mängd kisel och de charger som lastats med rusor eller molybdenoxid har lastats med för liten mängd kisel. Enligt figuren skiljer sig det beräknade behovet av kisel med cirka 100 kg från den inlastade mängden. Den svarta linjen motsvarar mängden kisel om stökiometrisk mängd kisel till MoO 3 skulle tillsättas och i figuren ses att den stökiometriska tillsatsen av kisel inte sammanfaller med vare sig beräknad eller uppmätt tillsats av kisel. Beräknat behov och inlastad mängd kisel (kg) 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 500 0 2000 4000 6000 8000 10000 Mängd inlastad oxidiskt material (kg) Rus Si beräknad Rus Si in KV Si beräknad KV Si in SLIP Si beräknad SLIP Si in Vals Si beräknad Vals Si in MoOxid Si beräknad MoOxid Si in Rent Si beräknad Rent Si in MoO3 mot Si Linear (Rus Si beräknad) Linear (Rus Si in) Figur 3.3.1. Beräknat behov och inlastad mängd kisel för olika sorter oxidiskt inlastat material. Linear (MoOxid Si beräknad) Linear (MoOxid Si in) I tabell 3.3.1 visas Si-halten, Cr 2 O 3 -halten, inlastade och beräknade mängden kisel in samt hur mycket mer eller mindre kisel som borde ha lastats in. Då endast 51 kg för lite kisel lastats in (charge 521793) kan kromoxidhalten hamna på 8 % då siktvärdet ligger på 3,5 %. Om kisel lastats in med 41 kg för mycket blir kiselhalten i stålet 0,07 % jämfört med riktvärdet på 0,02 % (charge 521862). 21

Kapitel 3 - Resultat Charge nr Stålsort Si-halt (%) Cr 2O 3 -halt (%) Inlastad mängd Si Beräknad mängd Si in Önskad ändring i mängd Si 521738 3R12F1 0.13 2.1 888 782-106 521750 6R35 0.01 7.6 732 799 67 521765 2RD99 0.04 12 1081 1243 162 521766 2RD99 0.03 8.9 1074 1185 111 521777 SAN28CU 0.07 6.3 1120 1131 11 521778 4LR60 0.01 7 995 1071 77 521791 3RE41 0.02 8.4 1012 1073 61 521792 3R12 0.03 8.1 690 765 75 521793 3R12 0.02 8 706 757 51 521822 8R40 0.11 0 715 613-102 521823 8R40 0.18 1.1 751 605-145 521836 6R35 0.01 8.4 691 769 78 521848 3R60 0.02 16 856 1175 319 521849 3R60 0.02 15 845 1052 207 521862 4LR60 0.07 3.3 915 874-41 521864 4LR60 0.01 6.8 921 972 51 522149 4LR60 0.1 1.9 826 731-96 522150 4LR60 0.17 0.9 828 669-159 522155 3R65 0.24 1.2 839 639-200 522207 4LR60 0.13 1.2 844 726-118 522210 4LR60 0.11 3.3 848 781-67 Tabell 3.3.1. Inlastad och beräknad mängd kisel för de undersökta chargerna. 22

Kapitel 3 - Resultat 3.4 Jämförelse mellan rent och oxidiskt inlastat material Tre charger lastades rent utan material som innehåller oxider varav två lastades med kalk och dolomit i säck. Två charger lastades med en liten del av skrotsorten SLIP som är slipspån från senare delar av processen. Andra oxidiska material som lastats in till övriga charger i varierande mängd är rus innehållande rusor med slagg, vals med skrot från valsningen, KV som är kvarnskrot och MoOxid, MoO 3. De tre rena chargerna, de två chargerna lastade med liten mängd SLIP och fem charger med varierande mängd oxidiska material som råvaror jämfördes med varandra då de var av stålsorterna 4LR60, 3R60 och 3R65 som liknar varandra till sammansättning och beteende i ugnen. Då en mindre mängd oxidiskt material lastats in krävs en mindre beräknad mängd kisel (figur 3.4.1) och mindre mängd CaO har blåsts in (figur 3.4.2). För de undersökta chargerna skiljer sig dock inte mängden inlastad kisel särskilt mycket mellan de rena och oxidiska inlastningarna och den inlastade mängden CaO uppvisar stora spridningar. Inlastad mängd och beräknat behov av kisel (kg) 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 500 Inlastad mängd Si Beräknat behov av Si y = 0.0305x + 697.92 400 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 Inlastad mängd oxidiskt material (kg) Figur 3.4.1. Beräknat behov och inlastad mängd kisel beroende av totala mängden oxidiskt inlastat material. 3900 Inlastad mängd CaO (kg) 3700 3500 3300 3100 2900 2700 y = 0.0313x + 3084.8 2500 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 Inlastad mängd oxidiskt material (kg) Figur 3.4.2. Inlastad mängd CaO beroende av inlastade mängden oxidiskt material. 23

Kapitel 3 - Resultat Kromhalten i slaggen och slaggmängden som tappats är mindre då mindre mängd oxidiskt lastats in (figurer i bilaga 2). Den uppmätta slaggvikten uppvisar stora spridningar. Energiförbrukningen ligger i medel på cirka 390 kwh/ton tappat och körtiden på 0,66 minuter/ton tappat vid 1690 C då inget oxidiskt material lastats in i jämförelse med cirka 490 kwh/ton tappat och 0,88 minuter /ton tappat då 9 ton oxidiskt material lastats in (figur 3.4.3 och 3.4.4). 550 530 kwh/ton tappat vid 1690 C 510 490 470 450 430 410 390 370 y = 0.0102x + 393.4 350 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 Inlastad mängd oxidiskt material (kg) Figur 3.4.3. kwh/ton tappat beroende av inlastade mängden oxidiskt material. 1 t (min)/ton tappat vid 1690 C 0.95 0.9 0.85 0.8 0.75 0.7 0.65 y = 0.0000241172x + 0.6587933582 0.6 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 Inlastad mängd oxidiskt material (kg) Figur 3.4.4. Tid i minuter/ton tappat beroende av inlastade mängden oxidiskt material. I figur 3.4.5 visas stålutbytet för charger med stålsorten 4LR60 under 2008 beräknat genom tappad mängd stål dividerat med mängd material som lastats i skrotkorgen. Utbytet för stålet är bättre då mindre mängd oxidiskt innehållande material lastats in. 24

Kapitel 3 - Resultat Utbyte stål (%) 110 105 100 95 90 85 80 75 70 65 y = -0.0003x + 93.913 60 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 Inlastad mängd oxidiskt material (kg) Figur 3.4.5. Utbytet för stål beroende av inlastade mängden oxidiskt material. 3.4.1 Minskning av oxidiskt material I tabell 3.4.1.1 visas sambandet mellan förbättringar och minskad mängd inlastat material med oxider per charge under antagandet att en snitt charge ger 79 ton smälta. Förbättringarna som undersökts är i form av minskad kisel- och CaO-förbrukning, slaggvikt, kromoxidhalt, energiförbrukning, effektiv körtid och förbättrat stålutbyte. I tabell 3.4.1.2 visas besparingarna för varje förbättring jämfört med 10 ton oxidiskt material in och i tabell 3.4.1.3 visas ekonomiska besparingar i kr/år antaget att 1000 charger per år minskas från 10 till 5 ton oxidiskt innehållande material. y x=mängd oxidiskt material inlastat (kg) 10000 5000 4000 3000 0 Beräknad mängd Si inlastad (kg) y = 0.0305x + 697.92 1003 850 820 789 698 Inlastad mängd CaO (kg) y = 0.0313x + 3084.8 3398 3241 3210 3179 3085 Slaggvikt (kg) y = 0.0892x + 5869.1 6761 6315 6226 6137 5869 Cr2O3-halt (%) y = 0.0007x + 1.9064 8.9 5.4 4.7 4.0 1.9 Mängd Cr2O3 i slagg (kg) 602 341 293 246 112 Mängd Cr i slagg (kg) 412 234 200 168 77 kwh för 79 ton tappat vid 1690 C y = (0.0102x + 393.4)*79 39137 35108 34302 33496 31079 tid (min) för 79 ton tappat vid 1690 C y = (2E-05x + 0.7275)*79 71 62 60 58 52 Stålutbyte (%) y = -0.0003x + 93.913 90.9 92.4 92.7 93.0 Tabell 3.4.1.1. Påverkan från oxidiskt inlastat material. 93.9 Mängd oxidiskt material inlastat (kg) 10000 5000 4000 3000 0 Beräknad mängd mindre Si inlastad (kg) 0 153 183 214 305 Inlastad mängd mindre CaO (kg) 0 157 188 219 313 Mindre slaggvikt (kg) 0 446 535 624 892 Lägre Cr2O3-halt procentenheter 0 4 4 5 7 Mängd mindre Cr2O3 i slagg (kg) 0 261 309 356 490 Mängd mindre Cr i slagg (kg) 0 178 212 244 335 kwh mindre för 79 ton tappat vid 1690 C 0 4029 4835 5641 8058 tid (min) mindre för 79 ton tappat vid 1690 C 0 10 11 13 19 Procentenheter större utbyte 0.00 1.50 1.80 2.10 Tabell 3.4.1.2. Skillnad med mindre mängd oxidiskt inlastat material. 3.00 25

Kapitel 3 - Resultat 4,000,000 kr mindre Summa för 5 ton mindre oxidiskt på 1000 charger 160 h mindre 450 ton slagg mindre 1200 ton mer stål ut Tabell 3.4.1.3. Möjliga besparingar med mindre oxidisk råvara. I figur 3.4.1.1 visas att en liten mängd CaO in ger ett högt utbyte av CaO och sliter mer på ugnen. Utbytet har beräknats genom att CaO-mängden i den tappade slaggen dividerats med mängden CaO som matats in i formerna kalk och dolomit. De charger med ett utbyte på 120 % lastades rent med kalken och dolomiten i säck istället för inblåsning vilket gav ett mycket högt slitage på ugnen. Övriga rent lastade charger visar inget slitage på ugnen (figur 3.4.1.2). För de flesta chargerna märktes dock ingen skillnad på ugnen då ugnens kondition är svår att bedöma genom att enbart se hur den ser ut från charge till charge. 130 120 Utbyte CaO Charger som slitit på ugn 110 Utbyte CaO (%) 100 90 80 70 60 50 40 2500 2700 2900 3100 3300 3500 3700 3900 Inlastad mängd CaO (kg) Figur 3.4.1.1. Påverkan på ugnsslitage och utbyte för CaO beroende av inlastade mängden CaO. 130 120 Utbyte CaO Charger som slitit på ugn 110 Utbyte CaO (%) 100 90 80 70 60 50 40 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 Inlastad mängd oxidiskt material (kg) Figur 3.4.1.2. Påverkan på ugnsslitage och utbyte för CaO beroende av inlastade mängden oxidiskt material. 26

Kapitel 3 - Resultat 3.5 Prognos av ingående material Oavsett mängden inlastat oxidiskt material är kolhalten i stålet svår att förutsäga (figur 3.5.1). I figuren visas att kolhalten i stålet inte blir lika högt som prognosen har visat. 100 90 Överensstämmelse med förutspådd C-halt (%) 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 Inlastad mängd oxidiskt material (kg) Figur 3.5.1. Säkerhet i prognoser för C-halten i stålet. För krom, nickel, fosfor, mangan och molybden visas i figurerna 3.5.2-3.5.4 samt figurer i bilaga 3 att en ökad mängd oxidiskt material ger större osäkerheter i prognoserna. För rent lastade charger stämmer de uppmätta halterna bra med prognoserna men de oxidiskt lastade får en större spridning i prognoserna för krom och nickel jämfört med de uppmätta halterna. Mangan, fosfor och molybden återfinns i lägre halter än vad prognosen visat då oxidiskt material lastats in. En av de rent lastade chargerna visar dock höga halter av nickel, krom och molybden jämfört med prognosen. 110 Överensstämmelse med förutspådd Cr-halt (%) 105 100 95 90 85 80 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 Inlastad mängd oxidiskt material (kg) Figur 3.5.2. Säkerhet i prognoser för Cr-halten i stålet. 27

Kapitel 3 - Resultat 110 Överensstämmelse med förutspådd Ni-halt (%) 105 100 95 90 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 Inlastad mängd oxidiskt material (kg) Figur 3.5.3. Säkerhet i prognoser för Ni-halten i stålet. 120 Överensstämmelse med förutspådd P-halt (%) 100 80 60 40 20 0 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 Inlastad mängd oxidiskt material (kg) Figur 3.5.4 Säkerhet i prognoser för P-halten i stålet. 28

Kapitel 3 - Resultat 3.6 Analys av felkällor Skillnaden mellan mängd ingående material till ljusbågsugnen och mängd slagg och stål ut ur ugnen ligger i medel på 6625 kg med en standardavvikelse på 3242 kg vilket är ett utbyte på 92 % med en standardavvikelse på 3,84 procentenheter. Andelen CaO som återfinns i stoft och slagg är i medel 84.24 % av inmatad mängd CaO med en standardavvikelse på 16.13 procentenheter. Stoftet som lämnar ljusbågsugnen har antagits vara cirka 1 ton per charge vilket visats vara en rimlig stoftmängd enligt tidigare undersökningar 3 där även en ungefärlig sammansättning angivits. Det finns skillnader mellan stålvikten som noterats i AOD och den som uppmätts i undersökningen. I tabell 3.6.1 visas stålvikterna som beräknats på två olika sätt samt stålvikten som registrerats i AOD-konvertern. Stålvikt 1 har uppmätts genom att subtrahera skänkvikten innan smältan varit i skänken från skänkvikten med stål i och stålvikt 2 har uppmätts genom att subtrahera skänkvikten efter att skänken fyllts upp med smälta och tappats från skänkvikten med stål i skänken. För tre av chargerna stämmer stålvikten i AOD med antingen stålvikt 1 eller 2. Charge Stålsort Stålvikt 1 Stålvikt 2 Stålvikt i AOD 521738 3R12F1 74400 75100 75000 521750 6R35 70500 68500 69200 521766 2RD99 71700 71500 71700 521777 SAN28CU 70300 69300 70300 521778 4LR60 69600 69000 69100 521791 3RE41 69000 67800 67400 521792 3R12 67100 67600 69200 521822 8R40 71900 70900 70900 521849 3R60 70000 68400 68900 521864 4LR60 75900 75800 75300 Tabell 3.6.1. Stålvikter beräknade på två olika sätt samt stålvikten registrerad i AOD. I figur 3.6.1 visas standardavvikelserna för olika föreningar som återfinns i slaggen. Avvikelserna har uppskattats genom att variera mängden rusor, skollor, lastat material, kalk, dolomit och infodring som hamnar i ugnen. En slaggvikt på 5 ton, då det är en vanlig slaggvikt vid ljusbågsugnen, med en vanligt förekommande slaggsammansättning har antagits som bas för beräkningarna av avvikelserna. Mängderna av de olika föreningarna har sedan plottats med de avvikelser som undersökts. Avvikelserna för rusor och skollor har beräknats genom en uppskattning på maximalt 5 ton ingående rusor respektive skollor med en slaggmängd på 10 volyms-%. För den lastade råvaran har avvikelser i halter och uppmätta vikter uppskattats. Avvikelser för utbytet på kalk och dolomit har undersökts vilka visas i figuren. Material som kan komma från infodringen och slagg som fastnar på ugnsväggen har uppskattats och visas i kolumnen infodring. Som jämförelse visas även de felen som uppmätts vid provtagningen i skänkarna genom att tre slaggprover tagna efter varandra jämfördes. De största felen med avseende på SiO 2 -halten är fel i skänken och mängder av inlastat material. Största möjliga avvikelserna för Al 2 O 3 är felen som uppmätts i skänken. För CaO är de största felen mängden inlastad kalk och felen uppmätta i skänken. Påverkan på halten MgO är störst från inlastade skollor och MgO från infodringen i ugnen. 29

Kapitel 3 - Resultat Rusor Skollor Lastat Kalk Dolomit Infodring Uppmätta fel i skänk 2500 2000 Mängd (kg) 1500 1000 500 0 SiO2 Al2O3 CaO MgO Figur 3.6.1. Beräknade avvikelser i slaggen (kg) för olika kategorier. Säkerheten i den uppmätta basiciteten påverkas främst av förändringar i det inlastade materialet och osäkerheten i kalkutbytet (figur 3.6.2). Via avvikelser i det lastade materialet kan basiciteten variera mellan 1,3 och 1,9. På grund av osäkerheten i kalkutbytet kan basiciteten variera mellan 1,45 och 1,85 och det uppmätta felet i skänken ger att B2 kan variera mellan 1,5 och 1,75. 2 1.8 1.6 1.4 1.2 B2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 Rusor Skollor Lastat Kalk Dolomit Infodring Uppmätt fel i skänk Figur 3.6.2. Beräknade avvikelser i basiciteten för olika kategorier. 30

Kapitel 3 - Resultat Halt % Halt % Halt % Halt % Medel Stdev SiO2 26 24 24 25 24.75 0.96 Al2O3 5.6 4.4 4.4 4.5 4.73 0.59 FeO 2.5 3 2.5 2 2.50 0.41 MnO 3.1 3.2 3.2 3.2 3.18 0.05 CaO 45 42 44 46 44.25 1.71 MgO 7.4 7.2 7.5 7.8 7.48 0.25 P2O5 0.03 0.01 0.01 0.01 0.02 0.01 V2O5 0.22 0.26 0.27 0.25 0.25 0.02 TiO2 4.4 4.5 4.6 4.8 4.58 0.17 Cr2O3 6.4 7.8 7.9 6.5 7.15 0.81 B2 1.73 1.75 1.83 1.84 1.79 0.06 Summa 100.65 96.37 98.38 100.06 98.87 1.92 Tabell 3.6.2. Sammansättningar och avvikelser för samma slaggprov uppdelat i fyra delar. I tabell 3.6.2 visas sammansättningen för slaggprovet som delades upp i fyra delar. Variationen är stor även då samma slagg analyserats. Summan av halterna blir sällan 100 % och basiciteten varierar mellan 1,73 och 1,84. 31

Kapitel 4 - Diskussion 4 DISKUSSION Resultaten i föregående kapitel diskuteras nedan. 4.1 Styrning av basiciteten Kisel, kalk och dolomit har matats in i proportioner som gör att den teoretiskt beräknade basiciteten hamnar mellan 1,4 och 2,3 för de undersökta chargerna (figur 3.1.1). Basiciteten styrs därmed inte mot 1,7 i dagsläget. För stålsorten 4LR60 har basiciteten styrts mot mellan 1,46 och 1,94 vilket visar att basiciteten inte kontrolleras till något speciellt värde inom en stålsort. Figur 3.1.3 visar att basiciteten styrs av mängden kisel in. Mängden inmatad CaO ligger kring 3300 kg oavsett hur mycket kisel som lastats vilket ger en stor spridning i beräknad basicitet. I figur 3.1.1 visas att en beräknad basicitetet mindre än 1,65 och större än 2,2 har gett stora avvikelser från 1,7 för basiciteten som uppmätts i skänken. Vid en jämförelse med standardavvikelserna i figur 3.1.2 kan det ses att samma områden har stora standardavvikelser för de tre proven som analyserats. Det finns därmed en risk att mycket låga eller höga basiciteter ger en större osäkerhet i undersökningen av sammansättningen av slaggen. Låglegerat stål ska inte innehålla särskilt mycket krom och den uppmätta kromoxiden i slaggen i figur 3.2.1 bör komma från stål som ligger kvar sedan tidigare charger och slagg som fastnat på ugnsväggen från charger innan de låglegerade. För att få en låg kromoxidhalt i slaggen för ståltyperna Duplex, Kromstål, Rostfritt 18:8 och Rostfritt 18:8 Mo krävs höga halter av kisel och kol i stålet vilket stämmer bra överens med undersökningarna av McCoy och Langerberg 1 (figur 3.2.1 och 3.2.2). Figurer i bilaga 1 visar att då en låg halt kromoxid uppmätts är också järnoxidhalten och manganoxidhalten i slaggen låg och CaO- samt SiO 2 -halten är hög (figur 3.2.3 och 3.2.4). En låg kromoxidhalt skulle ge att en mindre mängd krom, järn och mangan förloras till slaggen. Sambanden med kromoxid ger att slaggen ska vara väl reducerad och kisel samt kol i stålet förhindrar oxidationen av krom till Cr 2 O 3. För basiciteterna B2 och B4 kan inget samband med kromoxidhalten ses (figur 3.2.5 och figur i bilaga 1). Inom de olika stålgrupperna finns många olika stålsorter som lastats med olika råvaror och olika mängder kisel behövs då för att hålla kromet i stålet. När för lite kisel lastats in blir också kromoxidhalten hög oberoende av vilken mängd kalk och dolomit som blåsts in vilket kan tyda på att kromoxidhalten påverkas starkare av kisel- och kolhalten än av basiciteterna. För att kunna visa något samband mellan kromoxidhalten och basiciteten bör flera charger lastas likadant med enbart varierande mängd CaO in. 32