Elektrolytiske manganflak for deoksidering av stålproduksjon: en praktisk veiledning for smeltebutikker

Direkte svar: Elektrolytiske manganflakkan delta i ståldeoksidering mens man øker manganinnholdet i smeltet stål. Imidlertid brukes de vanligvis ikke som det eneste dype deoksideringsmiddelet. I de fleste smelteverksteder brukes de sammen med silisium, aluminium eller andre deoksiderende elementer. Hovedverdien deres ligger i nøyaktig manganjustering med begrenset karbon, silisium, fosfor, svovel og andre uønskede tilsetninger.

Hvilken rolle spiller elektrolytiske manganflak i deoksidering av stål?

Etter å ha blitt tilsatt til smeltet stål, utfører elektrolytiske manganflak vanligvis tre funksjoner:

1. Deltar i deoksidering av smeltet stål

2.Justering av det endelige manganinnholdet

3.Endre formen som svovel finnes i stålet

Hvordan deltar elektrolytisk mangan i deoksidering av smeltet stål?

Etter at mangan kommer inn i det smeltede stålet, kan det reagere med oppløst oksygen:

Det genererte MnO kan komme inn i slagget eller kombineres med oksider som SiO2 og Al203 for å danne komplekse inneslutninger.

Imidlertid er mangan ikke et sterkt deoksiderende element. Sammenlignet med aluminium har mangan en begrenset evne til å redusere oppløst oksygen når det brukes alene. For stålkvaliteter som krever et lavt endelig oksygeninnhold, bruker smelteverkstedene vanligvis en av følgende tilnærminger:

• Kombinert deoksidasjon med mangan og silisium
• Dyp deoksidering med aluminium før manganjustering
• Avsluttende mangantrimming med elektrolytiske manganflak

Den praktiske verdien av elektrolytiske manganflak er derfor å delta i deoksidering mens man nøyaktig øker mangan, i stedet for å fullføre hele deoksidasjonsprosessen av seg selv.

Hvordan justerer elektrolytiske manganflak det endelige Mn-innholdet?

Mangansom ikke er oksidert, løses opp i det smeltede stålet og øker det endelige Mn-innholdet.

Når du beregner nødvendig tillegg, bør smelteverkstedet vurdere:

• Nåværende Mn-innhold i det smeltede stålet
• Mål Mn innholdsområde
• Faktisk renhet av de elektrolytiske manganflakene
• Oksidasjonstap av mangan
• Historisk utvinning av mangan
• Mn introdusert av ferromangan, silikonmangan og skrap
• Ytterligere raffinering og reoksidasjonstap

Elektrolytiske manganflak er spesielt nyttige for små sammensetningskorreksjoner under LF-raffinering eller andre stadier der målområdet for mangan er smalt.

Kan mangan fullføre stålavsvovling?

Mangan kan ikke erstatte slaggavsvovling.

Etter å ha kommet inn i smeltet stål, kan mangan kombineres med svovel for å danne MnS, noe som reduserer den skadelige effekten av FeS med lavt-smeltepunkt-på varme-arbeidsytelsen. Hovedfunksjonen er å endre formen til sulfider i stedet for å fjerne svovel direkte fra smeltet stål.

Faktisk avsvovling avhenger fortsatt av:

• Slagg basicitet
• Slaggoksidasjonsnivå
• Smeltet stål temperatur
• Slagg-stål omrøring
• Foredlingstid
• Slaggvolum og slagg-stål kontaktforhold

Mangan kan bidra til å kontrollere svovel og forbedre-varmarbeidsytelsen, men det kan ikke fullføre dyp avsvovling av seg selv.

Kan elektrolytiske manganflak brukes som eneste deoksideringsmiddel for stålfremstilling?

For produksjon som krever et lavt endelig oksygeninnhold, brukes vanligvis ikke elektrolytiske manganflak som eneste deoksideringsmiddel.

Hovedårsakene inkluderer:

• Mangan har svakere deoksiderende evne enn aluminium
• Høyt oppløst oksygen får mer mangan til å oksidere til MnO
• Oksiderende slagg kan ytterligere redusere utvinningen av mangan
• MnO kan bli en del av komplekse inneslutninger
• Etterfølgende reoksidasjon kan øke oksygeninnholdet igjen

Typen av deoksideringsmiddel, tilsetningssekvens, tilsetningsposisjon og slaggtilstand påvirker alle det endelige deoksidasjonsresultatet og inklusjonssammensetningen.

Hvorfor bruke elektrolytiske manganflak i stedet for ferromangan?

Ferromangan og silikonmangan er fortsatt egnet for stor-tilsetning av mangan i konvensjonelle stålkvaliteter. Elektrolytiske manganflak er mer egnet når oppsamling av karbon, silisium og urenheter må kontrolleres nærmere.

Elektrolytiske manganflak er mer egnet når:

• Karboninnholdet i stålet bør ikke øke nevneverdig
• Overflødig oppsamling av silisium bør unngås
• Fosfor, svovel, selen eller andre urenheter er strengt begrenset
• Det endelige Mn-området er smalt
• Sammensetningstrimming er nødvendig under det senere raffineringsstadiet
• Konvensjonell ferromangan kan ikke oppfylle den målsatte kjemiske sammensetningen

Når en vanlig stålkvalitet bare krever en stor tilsetning av mangan og tåler elementene som introduseres av ferromangan, er det kanskje ikke økonomisk nødvendig å erstatte all ferromangan med elektrolytiske manganflak.

Når bør elektrolytiske manganflak legges til smeltet stål?

Det er ingen fast tilleggstid som gjelder for hvert stålverk. Det faktiske stadiet bør bestemmes i henhold til stålkvalitet, oksygeninnhold av smeltet stål, slaggtilstand og tilgjengelig produksjonsutstyr.

Tilsetning av elektrolytiske manganflak under tapping

Under tapping kan stålstrømmen bidra til å smelte og spre de elektrolytiske manganflakene, noe som gjør dette stadiet egnet for relativt store manganjusteringer.

De viktigste driftsrisikoene inkluderer:

• Høyt oksygeninnhold av smeltet stål kan øke mangantapet
• Overflødig omformer eller slagg fra elektrisk ovn kan forårsake reoksidasjon av mangan
• Flak som lander på slaggoverflaten kan oksidere før de kommer inn i det smeltede stålet
• Tidlig tilsetning øker kontakttiden med oksiderende slagg

Slaggkontroll, tilsetningsposisjon og initialt oksygeninnhold bør derfor kontrolleres før elektrolytisk mangan tilsettes under tapping.

Tilsetning av elektrolytiske manganflak under LF-raffinering

LF-raffinering er vanligvis mer egnet for presis Mn-justering, spesielt etter at den foreløpige deoksideringen er fullført.

De viktigste fordelene inkluderer:

• Tilsetningsmengden kan beregnes fra prøvetakingsresultater
• Oksygenaktivitet i smeltet stål er vanligvis lavere enn ved tidlig tapping
• Argonrøring støtter smelting og homogenisering
• Mangangjenvinning er lettere å stabilisere
• Det endelige komposisjonsområdet er lettere å kontrollere

Tilstrekkelig smelte- og røretid bør gis før en ny prøve tas for å bekrefte sammensetningen.

Små elektrolytiske mangantrimtilsetninger før kontinuerlig støping

For stålkvaliteter med et smalt slutt-Mn-område kan det gjøres en liten korreksjon før kontinuerlig støping.

Men å legge til for sent kan føre til:

• Ufullstendig smelting av de elektrolytiske manganflakene
• Lokalisert høy Mn-konsentrasjon
• Utilstrekkelig homogeniseringstid
• Urepresentative prøvetakingsresultater
• Redusert utvinning på grunn av reoksidasjon

Jo nærmere tilsetningen er kontinuerlig støping, desto mer nøye bør mengden, røretiden og gjeninspeksjonsprosedyren kontrolleres.

Hvordan beregnes den nødvendige elektrolytiske mangantilsetningen?

Det planlagte tillegget kan estimeres ved hjelp av en masse-balanseberegning:

For eksempel:

• Vekt smeltet stål: 50 tonn
• Nåværende Mn: 0,30 %
• Mål Mn: 0,50 %
• Nødvendig Mn-økning: 0,20 %
• Elektrolytisk manganrenhet: 99,7 %
• Forventet mangangjenvinning: 95 %

Det teoretiske planlagte tillegget er ca. 106 kg.

Denne beregningen skal ikke behandles som et fast tillegg for hvert heat. Faktiske produksjonsjusteringer bør også vurdere:

• Innledende oksygeninnhold i det smeltede stålet
• FeO- og MnO-nivåer i slagget
• Addisjonsstadiet
• Smeltet stål temperatur
• Røretid
• Historiske gjenopprettingsdata
• Mn introdusert av andre materialer
• Påfølgende raffineringstid

Mål-Mn-økningen er differansen mellom målverdien og gjeldende målte verdi, ikke det totale Mn-innholdet i det ferdige stålet.

Hvilke faktorer reduserer utvinning av elektrolytisk mangan?

Mangangjenvinning er ikke en fast verdi. Merkbare svingninger kan forekomme mellom varme selv når samme stålkvalitet og elektrolytisk manganspesifikasjon brukes.

Når gjenvinningen forblir under forventningene, bør ikke smelteverkstedet umiddelbart øke tilsetningsmengden for hver varme.

Følgende punkter bør sjekkes først:

• Om slaggkontrollen er stabil
• Om slagg FeO er for høy
• Om flakene faktisk kommer inn i det smeltede stålet
• Hvorvidt tilsetningstidspunktet er passende
• Om temperaturen på smeltet stål er tilstrekkelig
• Hvorvidt omrøring og homogeniseringstid er tilstrekkelig

Hvordan påvirker elektrolytiske manganflak inneslutninger i stål?

Elektrolytiske manganflak danner MnO når de deltar i deoksidering. De skal derfor ikke beskrives som et materiale som automatisk reduserer alle inneslutninger.

Ulike deoksidasjonssystemer kan produsere:

• MnO-inneslutninger
• MnO-SiO₂-kompleksinneslutninger
• MnO-SiO₂-Al₂O₃-kompleksinneslutninger
• Komplekse inneslutninger assosiert med påfølgende MnS-utfelling

Under mangan-silisium kombinerte deoksidasjonsforhold kan inklusjonssammensetningen justeres ved å kontrollere Mn, Si, Al og slaggkjemi. Det endelige resultatet avhenger også av:

• Innledende oksygeninnhold i det smeltede stålet
• Addisjonssekvens av Mn, Si og Al
• Topp-slaggoksidasjonsnivå
• Smeltet stål temperatur
• Foredlingstid
• Omrøringsforhold
• Om reoksidasjon skjer

Inkluderingskontroll-ytelse bør ikke bare evalueres ut fra antall inkluderinger. Følgende faktorer bør også vurderes:

• Inkluderingssammensetning
• Inkluderingsstørrelse
• Inklusjonsmorfologi
• Fordeling i stålet
• Agglomerasjonsatferd
• Fare for tilstopping av dyse
• Effekter på støping, valsing og endelig stålytelse

Hvilke vanlige problemer oppstår ved bruk av elektrolytiske manganflak?

Hvorfor er utvinningen av elektrolytisk mangan lavere enn forventet?

Vanlige årsaker inkluderer høyt oppløst oksygen, overdreven overføring av oksiderende slagg, flak som er igjen på slagglaget, uegnet tilsetningstidspunkt og faktisk utvinning som er lavere enn verdien som ble brukt i beregningen.

Forbedringsarbeid bør fokusere på deoksideringspraksis, slaggkontroll og tilsetningsposisjon i stedet for bare å øke tilsetningsmengden.

Hvorfor smelter ikke elektrolytiske manganflak helt?

Vanlige årsaker inkluderer:

• Lav temperatur på smeltet stål
• Overdreven enkelt-batchtilsetning
• Utilstrekkelig røreintensitet
• Tilleggsposisjon langt fra eksponert smeltet stål
• Fuktighetsabsorpsjon eller kakedannelse
• Prøvetaking for tidlig etter tilsetning

Problemet kan reduseres ved å tilsette materialet i batcher, forbedre tilsetningsposisjonen, øke effektiv omrøring og tillate tilstrekkelig homogeniseringstid.

Hvorfor overskrider det endelige Mn-innholdet målet?

Mulige årsaker inkluderer:

• Det opprinnelige Mn-innholdet ble ikke trukket fra
• Mn introdusert av ferromangan, silikonmangan eller skrap ble ignorert
• Vekten av smeltet stål ble estimert feil
• En uegnet forventet gjenopprettingsverdi ble brukt
• Prøvetaking ble utført før full homogenisering
• Den analytiske prøven var ikke representativ

Beregningsgrunnlag, varmevekt og prøvetakingsprosedyre bør kontrolleres før det konkluderes med at det elektrolytiske manganproduktet forårsaket avviket.

Hvilke urenheter bør sjekkes i elektrolytiske manganflak?

Anskaffelsesspesifikasjoner bør ikke kun undersøke totalt Mn-innhold. Følgende elementer bør også kontrolleres:

• Karbon
• Svovel
• Fosfor
• Stryke
• Silisium
• Selen

Noen produksjonsveier for elektrolytisk mangan kan bruke selen-holdige tilsetningsstoffer. For selen-sensitive stålkvaliteter bør det maksimale Se-innholdet skrives inn i kjøpsspesifikasjonen, med batch-spesifikke testresultater som kreves.

Hva bør smeltebutikker sjekke når de kjøper elektrolytiske manganflak?

Den fysiske tilstanden til elektrolytiske manganflak er også viktig for -smelteverksdrift.

Alvorlig pulverisering, fuktighetsabsorpsjon, kakedannelse eller forurensning kan påvirke:

• Automatisk fôring
• Veienøyaktighet
• Smeltehastighet
• Tilleggstap
• Faktisk utvinning av mangan

Anskaffelsesspesifikasjoner bør derfor bekrefte kjemisk sammensetning, flakform, finstoffforhold, fuktighetsbestandig-emballasje og partiidentifikasjon.

Hvilke stålkvaliteter er egnet for elektrolytiske manganflak?

Elektrolytiske manganflak er mer egnet for:

• Nøyaktig justering av Mn-innhold av smeltet stål
• Begrenser ekstra karbon og silisium pickup
• Streng kontroll av fosfor, svovel, selen og andre urenheter
• Små komposisjonskorreksjoner under senere raffinering
• Produksjon av lav-karbonstål, lav-silisiumstål, rustfritt stål eller spesiallegert stål
• Stålkvaliteter der konvensjonell ferromangan ikke kan oppfylle målsammensetningsvinduet

Elektrolytiske manganflak er kanskje ikke det foretrukne alternativet når:

• Vanlige stålkvaliteter krever et stort mangantilsetning
• Stålet tåler karbon og jern introdusert av ferromangan
• Hovedmålet er lav-konvensjonell legering
• Deoksidering, slaggkontroll og utvinningskontroll er ikke stabile
• Hovedkravet er konvensjonell mangan-silisiumdeoksidasjon

Utvalget bør være basert på stål-kvalitetskrav, effektive mangankostnader, faktisk utvinning og vanskeligheten med å kontrollere den endelige sammensetningen.

Hvordan kan smeltebutikker stabilisere ytelsen til elektrolytisk mangan?

Smelteverk bør ikke bruke én empirisk gjenvinningsverdi for hver stålkvalitet og hvert tilsetningstrinn.

En mer pålitelig tilnærming er å registrere følgende data for hver varme:

• Vekt av smeltet stål
• Innledende Mn innhold
• Mål Mn innhold
• Faktisk tilsetning av elektrolytisk mangan
• Addisjonsstadiet
• Smeltet stål temperatur
• Røretid
• Slagg FeO eller annen oksidasjonsindikator
• Prøvetakingstid etter tilsetning
• Endelig Mn innhold
• Faktisk utvinning av mangan

Etter å ha akkumulert data fra flere oppløp, kan separate gjenopprettingsmodeller etableres for:

• Trykk på-stadietilføyelser
• LF-avgrensende tillegg
• Siste trimming før kontinuerlig støping
• Ulike stålkvaliteter
• Ulike elektrolytiske manganforsyninger

Denne tilnærmingen er mer effektiv for å redusere varme-til-svingninger i varmesammensetning enn å bare øke tilsetningsmengden.