Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
The role of process control on the steel cleanliness
Uddeholms AB.
(English)Manuscript (preprint) (Other academic)
Abstract [en]

The possibilities of obtaining a good process control in order to reach a good cleanliness of the steel were studied based on plant trials. Steel and slag samples were taken from two steel grades with a slightly different composition, but with similar processing conditions. Thereafter, the chemical compositions of the steel and slag samples were determined. The results show that the sum of the FeO and MnO was found to be a clear indicator for when reoxidation had taken place. No conclusive indicator was found to predict the extent of slag carry-over from the electric arc furnace. However, most of the variation in deoxidation seem to originate from the accuracy of the slag raking. Steel grades with low amounts of deoxidisers such as C and Si naturally were found to result in higher oxygen contents at the start of deoxidation. Furthermore, calculations of oxygen activities in the steel melt were made and the results were compared to measurements with varying results. Overall, the results indicate that calculation of oxygen activities with multivalence slag species such as Fe and Cr requires additional measurements to obtain accurate results.

Keyword [en]
ladle, deslagging, oxygen activity, cleanness, sulphur, stirring
National Category
Metallurgy and Metallic Materials
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-187367OAI: oai:DiVA.org:kth-187367DiVA: diva2:929975
Note

QC 20160523

Available from: 2016-05-20 Created: 2016-05-20 Last updated: 2016-05-23Bibliographically approved
In thesis
1. The Effect of Ladle Treatment on Steel Cleanness in Tool Steels
Open this publication in new window or tab >>The Effect of Ladle Treatment on Steel Cleanness in Tool Steels
2016 (English)Doctoral thesis, comprehensive summary (Other academic)
Abstract [en]

The aim of the present work was to get an overview of the steel cleanness in tool steel. Plant trial studies of three steel grades were done with different focuses.

Firstly the change of the inclusion characteristics during the vacuum degassing in the ladle was looked upon. The top slag composition was altered and sampling was made before and after vacuum degassing and the results showed that the top slag composition has an effect on the inclusion composition. Thermodynamic calculations indicated that the oxygen activity for the steel/inclusion was twice as large as that of the steel/top slag before vacuum degassing. However, after vacuum degassing the oxygen activity values were close.

In order to study the inclusion characteristics during vacuum degassing the process was interrupted at five pre-determined time points for sampling. During vacuum the number of the smaller inclusions was decreased. However, for the larger inclusions (>11.2µm) the number of inclusions had increased. Throughout the degassing process the inclusion composition was found to approach the top slag composition and at the end of the process only one type of inclusion composition was found.

The removal of hydrogen, nitrogen and sulphur was studied. Samples were taken before and after vacuum degassing. It was found that the removal kinetics of hydrogen and nitrogen can be described with first-order reactions. When 10 minutes of vacuum degassing have passed, the removal of hydrogen and nitrogen is more or less finished for the studied steel grades.

Two steel grades with similar process route and with only a few differences in steel composition were studied. The sum of FeO and MnO was found to be a clear indicator for when reoxidation had taken place. The results from oxygen activity calculations indicate that calculations of oxygen activities with multivalence slag species such as Fe and Cr requires measurements for validations to ensure that reliable results are obtained.

Abstract [sv]

Syftet med denna studie var att få en överblick av verktygsståls renhet. Studier på tre olika stålsorter utfördes.

Inneslutningsbilden under vakuumbehandling undersöktes. Resultaten är baserade på industriförsök likväl som termodynamiska beräkningar. Försöken gjordes på två olika stålsorter där toppslaggens sammansättning varierades och stål- och slaggprover tog ut före och efter vakuumbehandling. Proverna analyserades för att bestämma den kemiska sammansättningen på stål och slagg, men inneslutningsbilden undersöktes också. Med hjälp av termodynamiska beräkningar beräknades syreaktiviteten för jämvikterna stål/inneslutning och stål/toppslag. Beräkningarna jämfördes sinsemellan samt med uppmätt syreaktivitet från stålsmältan. Resultaten visar att toppslaggens sammansättning har en påverkan på inneslutningarnas sammansättning. Specifikt så fanns att när CaO-halten i toppslaggen ökar syns en ökning av CaO i inneslutningssammansättningen. De termodynamiska beräkningarna visar att syreaktiviten för jämvikten stål/inneslutning är dubbelt så stor som den för jämvikten stål/topplagg före vakuumbehandling. Dock är syreaktiviteterna för de olika jämvikterna lika efter vakuumbehandlingen.

För att studera hur inneslutningsbilden utvecklas under vakuumbehandling avbröts vakuumbehandlingen vid fem förutbestämda tidpunkter. Vid varje avbrott av vakuumbehandlingen togs stål- och slaggprover som analyserades för att bestämma totalsyre, inneslutningsmängd och inneslutningssammansättning. Före vakuumbehandlingen var antalet inneslutningar stort, medan antalet små inneslutningar minskade under vakuumbehandlingen. Däremot konstaterades att antalet stora inneslutningarna (>11.2μm) ökade under avgasningen. Vad beträffar inneslutningssammansättningen syntes en variation i analys före vakuumbehandlingen som sedan förändrades till att likna toppslaggens sammansättning under vakuumbehandlingstiden. I slutet av processen märktes endast en typ av inneslutningssammansättning i stålsmältan. Vad som också noterades var att efter ungefär 10 minuter av vakuumbehandling så hade inneslutningsantalet nått sitt minimumvärde.

För att erhålla rent stål är väte-, kväve- och svavelreningen också av stor vikt under vakuumbehandlingen. Dessa tre element studerades genom att prover togs vid olika tillfällen i processen; före, under (vid fem olika förutbestämda tidpunkter) och efter vakuumbehandling. De kemiska sammansättningarna för stål- och slaggproverna användes för att beräkna väte-, kväve- och svavelreningarna. Beräkningarna visade att för väte och kväve så kan kinetiken beskrivas med en förstagradsekvation. Specifikt så gäller detta för stålsorten i studien, samt under förutsättningen att svavelhalten är lägre än 0,003 vikts-%. Dessutom så visade resultaten att väte- och kvävereningen är i stort sett klar för den studerade stålsorten efter 10 minuters vakuumbehandling. När det gäller svavel så kan en förstagradsekvation inte användas vid beräkningarna Istället uppvisar svavel en tendens att följa jämviktshalten av svavel genom hela avgasningsprocessen.

Genom att kontrollera processen finns stora möjligheter att erhålla en bra renhet på stålet. Två stålsorter studerades i denna specifika studie, där de hade en liknande processväg samt endast ix

några små skillnader i stålanalysen. Stål- och slaggprover samlades in och analyserades. Summan av FeO och MnO visade sig vara en klar indikation på när reoxidation har skett, men mängden "carry-over" slagg från ljusbågsugnen kunde inte predikteras med hjälp av någon specifik indikator. Dessutom så beräknades syreaktiviten och beräkningarna jämfördes sedan med uppmätt syre i stålet. Resultaten indikerar att beräkningar av syreaktivitet med toppslagger som innehåller multivalenselement, såsom Fe och Cr, kräver valideringar med mätningar för att trovärdiga predikteringar ska erhållas.

Place, publisher, year, edition, pages
KTH Royal Institute of Technology, 2016. 51 p.
Keyword
oxygen activity, inclusion characteristics, vacuum degassing, desulphurization, slag, ladle, hydrogen, nitrogen, deslagging
National Category
Metallurgy and Metallic Materials
Research subject
Materials Science and Engineering
Identifiers
urn:nbn:se:kth:diva-187368 (URN)978-91-7595-951-1 (ISBN)
Public defence
2016-06-10, B3, Brinellvägen 23, Stockholm, 10:00 (English)
Opponent
Supervisors
Note

QC 20160523

Available from: 2016-05-23 Created: 2016-05-20 Last updated: 2016-06-09Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(499 kB)107 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 499 kBChecksum SHA-512
92b896ad665d20621e8dabcf525fb9a0db71ea49db3483a1bdecc5db896accf1b654a5545de2ca31adf248a0a5f9f30fbd2b9d6532a3f38d6853bed6a96f3949
Type fulltextMimetype application/pdf

Search in DiVA

By author/editor
Steneholm, KarinJönsson, Pär G.
Metallurgy and Metallic Materials

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 107 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 79 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf