Till innehåll på sidan
Till KTH:s startsida

Characterization of Impurities in Different Ferroalloys and Their Effects on the Inclusion Characteristics of Steels

Tid: To 2021-06-03 kl 10.00

Plats: Publikt via Zoom, KTH, (English)

Ämnesområde: Teknisk materialvetenskap

Respondent: Yong Wang , Processer, School of Industrial Engineering and Management (ITM)

Opponent: Professor Bart Blanpain, Dept. of Metallurgy and Materials Engineering, Katholieke Universiteit Leuven

Handledare: Professor Pär Jönsson, Materialvetenskap; Universitets lektor Andrey Karasev, Materialvetenskap

Exportera till kalender

Abstract

 Ferrolegeringar har blivit allt viktigare på grund av deras oumbärliga roll iståltillverkning. När prestandakraven för stålmaterial ökar är det nödvändigt att ha en störreförståelse för effekterna av föroreningar i ferrolegeringar på stålets renhet. Ferrolegeringenskvalitet kommer att direkt påverka stålets kvalitet. Detta är särskilt viktigt när ferrolegeringartillsätts i slutet av skänkmetallurgiprocessen. Målet med det här arbetet är att få kunskap omolika orenheter i ferrolegeringar som tillsätts i stålproduktionsprocessen och att studera hurorenheter i ferrolegeringar påverkar inneslutningar i stålet. Arbetet är indelat i fyra delar.

I den första delen har tidigare forskning om orenheter som finns i olika järnlegeringarsamt hur dessa orenheter kan påverka stålets renhet granskats. Tillämpningarna av olikaferrolegeringar och trender i deras produktion diskuterades. De möjliga skadligainneslutningarna i olika ferrolegeringar identifierades. Resultaten visade att: 1) MnO-, MnSoch MnO-SiO2-MnS-inneslutningar från FeMn- och SiMn-legeringar har en tillfälliginverkan på stålkvaliteten; 2) Effekten av spårämnen, såsom Al, Ca-innehåll, bör tas hänsyntill innan FeSi-legeringar tillsätts. Dessutom förekommer Al2O3-inneslutningar med ettrelativt högt Al-innehåll vanligen i FeTi, FeNb och FeV-legeringar på grund av derasproduktionsprocesser. Denna information bör utnyttjas i högre grad åt när dessaferrolegeringar tillsätts till stål; och 3) specifika legeringar innehållande REM-oxider,Cr(C,N), Cr-Mn-O, Al2O3, Al-Ti-O, TiS och Ti(C,N) har inte studerats tillräckligt för attderas inflytande på stålets renhet ska kunna bedömas. Effekten av stora SiO2-inneslutningari FeSi och FeMo-legeringar på stålets renhet är inte helt klarlagd.

I den andra delen utfördes bedömningar av förekomsten av föroreningar i 10 olikaferrolegeringar (FeSi, FeCr, FeMo, FeV, FeTi, FeNb, FeW, FeB, MnN, FeCrN) med hjälpav olika karakteriseringstekniker. Inneslutningarna i dessa ferrolegeringar bestod mestadelsav kiseldioxid eller aluminiumoxid; och/eller oxider av basämnena. Dessutom konstateradesatt, de största ämnesföroreningarna och inneslutningarna var nära relaterade tilltillverkningsvägen. Fördelarna och nackdelarna med olika metoder jämfördes ochdetekteringstekniken för inneslutningar av ferrolegeringar optimerades. Resultaten visade attden traditionella tvådimensionella metoden på en polerad yta inte alltid kan tillämpas förundersökning av inneslutningar i vissa specifika ferrolegeringar. Vidare visade sigundersökningarna av inneslutningar på metallytan efter elektrolytisk extraktion varafördelaktiga för upptäckt av större inneslutningar. Resultaten på både filmfiltret ochmetallytan bör grupperas för att erhålla en mer omfattande information om inneslutningarnasegenskaper. Bland dessa ferrolegeringar så konstaterades att FeCr och FeNb vara studeradei relativt mindre omfattning. Således, de valdes för vidare studier. 

 I den tredje delen studerades det tidiga smältbeteendet av FeNb-, HCFeCr- och LCFeCrlegeringar vid tillsats i flytande järn. Experimenten utfördes med hjälp av "flytandemetallsugningstekniken", i vilken ferrolegeringen sattes i kontakt med flytande järn under enbestämd tid innan provet släcktes. Därefter undersöktes mikrostrukturen och bildandet avinneslutningar i de erhållna proverna. Resultaten visade att den inbördes diffusionen mellanen fast ferrolegering och flytande järn bildade en reaktionszon. Den ursprungligaupplösningsmekanismen för en FeNb-legering i flytande järn föreslogs och det konstaterades  att mekanismen styrdes genom diffusion. TiOx-inneslutningarna i FeNb-legering reducerasdelvis eller fullständigt genom att reagera med Nb i reaktionszonen. De ursprungliga stabilainneslutningarna, såsom Al2O3 i FeNb-legeringar och MnCr2O4-inneslutningar i LCFeCrlegeringar, kan röra sig i denna zon och behålla sina ursprungliga former att utan förändras.Under samma förhållanden är smältningshastigheten för LCFeCr-legeringen snabbare än förHCFeCr-legeringen. Tillsatsen av FeNb och FeCr-legeringar i stål introducerar medsäkerthet inneslutningar i stål.

I den fjärde delen studerades inverkan av tillsatser av LCFeCr-legeringar påinneslutningarna i Ti-innehållande ferritiska rostfritt stål i laboratorieskala. Det visade sig attMnCr2O4-inneslutningarna i LCFeCr-legeringen kan reagera med TiN och upplöst Ti i Tiinnehållande stål under bildandetav inneslutningar i TiOx-Cr2O3-systemet. Dessutomstuderades hur slagg avlägsnar sådana inneslutningar. Resultaten visar att en tillsats av slaggkan modifiera de TiOx-rika inneslutningarna, men att Ti-halten i stålet minskade märkbart.Därför bör en lämplig mängd TiO2 tillsättas i slaggen för att få en låg Ti-förlust i stålsmältan,vilket bör studeras vidare. Därmed påverkar stålets sammansättning direkt beteendet hosinneslutningarna från ferrolegeringar i stål. 

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-294156