Metalurgie vysoce čistých ocelí

Abstract

Dizertační práce uvádí nové možnosti ve výrobě ocelí a ocelových výkovků splňujících soudobé požadavky na mechanické vlastnosti dynamicky namáhaných rotačních částí energetických zařízení. K hlavním oblastem, kterým je věnována pozornost, patří technologie výroby oceli s využitím základních zařízení primární i sekundární metalurgie a proces odlévání ocelových ingotů s ohledem na výsledné užitné vlastnosti a se zaměřením na spojitosti mezi technologií výroby a dosaženou jakostní úrovní definovanou chemickou heterogenitou a čistotou oceli. Ověření možností dosažení nízké koncentrace nežádoucích prvků v oceli poukázalo na problematiku znečištění surovin pro tvorbu kovonosné vsázky při výrobě oceli na elektrické obloukové peci. Využití primárních zdrojů železa při přípravě kovové vsázky, poskytuje dobré předpoklady pro dosažení požadované chemické čistoty základní taveniny. V závislosti na podílu vybraných surovin ve vsázce je možná predikce chemické složení taveniny a strusky. Při respektování chemického složení taveniny na elektrické obloukové peci a řízení struskového režimu ve fázi oxidace, lze s vysokou provozní jistotou zabezpečit požadované chemické složení taveniny pro následné zpracování na zařízení sekundární metalurgie. Z hlediska zvýšení metalografické čistoty, resp. snížení podílu nekovových vměstků v oceli, významnou měrou přispívá konečná fáze dohotovení tavby po zpracování oceli ve vakuu. Doba a způsob dmýchání inertního plynu prokazatelně ovlivňuje koncentraci kyslíku a tedy i množství nekovových vměstků v oceli. Odlévání ingotů představuje proces, při kterém za určitých podmínek dochází k významnému zhoršení čistoty oceli nárůstem podílu exogenních nekovových vměstků. Ochrana licího proudu před sekundární oxidací kyslíkem obsaženým v atmosféře je tak významným technologickým prvkem při výrobě ocelí o vysoké čistotě. Numerické simulace potvrdily, že k významným faktorům s podstatným vlivem na intenzitu proudění kovu v kokile patří vnitřní průměr kanálků vtokové soustavy. Kontrola objemového průtoku resp. rychlosti kovu v ústí koncového kanálku při vstupu do kokily s využitím numerické simulace umožňuje predikci rizika znečištění odlévané oceli zanášením licích prášků do těla ingotu.

The dissertation thesis describes new possibilities in the steelmaking and forgings production of meeting present requirements imposed on the mechanical properties of the dynamically stressed parts of the power equipment. The main field, which is dealt with herein, includes steel making technology using the basic primary as well as secondary metallurgy equipment, and the process of casting of steel ingots with respect to the resultant usable properties and with a view to the link-up between the production technology and the achieved quality level defined by chemical heterogeneity and steel purity. The verification of the possibilities to achieve low concentrations of undesirable elements in the steel has pointed out problems concerning the impurification of raw materials for the preparation of a metallic charge in the production of steel in the electric arc furnace. The utilization of primary iron resources in the preparation of a metallic charge provides good prerequisites for achievement of the required chemical purity of the basic melt. Depending on the proportion of selected raw materials in a charge it is possible to predict the chemical composition of liquid metal and slag. It is possible, with high operating certainty, to ensure the required chemical composition of liquid metal for subsequent processing in the secondary metallurgy equipment, provided that the chemical composition of liquid metal in the EAF is respected and the slag regime in the phase of oxidation is controlled. In light of the improvement of metallographical purity or the reduction of a proportion of non-metallic inclusions in the steel, the main contribution is the final phase of finishing a heat after vacuum steel treatment. The time and method of inert gas blowing influence, in an obvious and provable manner, the concentration of oxygen as well as the amount of non-metallic inclusions in the steel. The casting of ingots is the process during which, under certain conditions, a considerable impairment of steel purity occurs due to an increased proportion of exogenous non-metallic inclusions. So the protection of the casting strand against secondary oxidation by oxygen contained in the atmosphere is a significant technological element in the production of steels of high purity. Numerical simulations have proved that the inside diameter of casting runners is the significant factor with influence on the intensity of the flow of liquid metal in a mould. Checking the flow rate of liquid metal in the mould enables to predict the risk of the impurification of cast steel due to casting powders.