JultikaUniversity of Oulu repository

Tässä diplomityössä tutkittiin Outokumpu Tornio Worksin valokaariuuni 2:lla tapahtuvaa spontaania CO/CO₂-kaasunmuodostusta, joka aiheuttaa ongelmia uunin kaadossa. Työn päätavoitteena oli löytää kaadon yhteydessä ajoittain tapahtuvan voimakkaan kaasunmuodostuksen juurisyy. Kaasunmuodostuksen suurin ongelma on kuonan hallitsematon kuohuminen senkan reunojen yli. Ylikuohuminen johtaa usein tuotannon katkokseen, koska senkkaa kuljettavan vaunun liikennöinti estyy kiskoille valuneen metallisulan ja kuonan vuoksi. Lisäksi kaadon aikana tapahtuva kuohunta pidentää uunin kaatoaikoja jatkuvasti useilla minuuteilla. Kaasunmuodostuksen oli havaittu riippuvan käytetystä kierrätysteräksestä, joten työssä selvitettiin kierrätysteräksen laadun yhteyttä sulatuksen ja uunin kaadon aikana tapahtuvaan voimakkaaseen kaasunmuodostukseen. Työssä tehtyjen tarkastelujen ja kokeiden perusteella kaadonaikaiseen kuohumiseen vaikuttaa eniten kierrätysteräksen seassa olevan hienoaineksen määrä, metallisulaan liuennut hiili, metallisulan ja kuonan lämpötilat sekä kuonan kyky pidättää kaasukuplia. Huonolaatuisissa kierrätysteräksissä on tyypillisesti runsaasti rautaoksidia sisältäviä hienoaineksia, jotka kykenevät muodostamaan hiilimonoksidia reagoidessaan metallisulaan liuenneen hiilen kanssa. Hienoainekset voivat säilyä uunin pohjalla reagoimatta sulatuksen loppuun asti. Metallisulaan liuenneen hiilen määrä vaikuttaa hiilen aktiivisuuteen metallisulassa ja siten kaasunmuodostusreaktioiden tasapainoon ja kaasunmuodostusnopeuteen. Sulatuksen päättäminen keskimääräistä korkeampiin lämpötiloihin tarkoittaa usein, että kaasunmuodostusreaktiot ovat ehtineet tapahtua jo uunissa ja kuohumisen ajava voima on poistunut ennen kaatoa. Lämpötilan kasvattaminen myös fluksaa kuonaa, jolloin se ei kykene pidättämään muodostuvia kaasukuplia yhtä hyvin.

This Master’s thesis is an insight into spontaneous formation of CO/CO₂ gas during electric arc furnace (EAF2) tapping in Outokumpu Tornio Works. Aim of this thesis was to find the principal cause for gas formation which is happening sporadically during tapping. Major hindrance caused by sudden gas formation is uncontrollable slag foaming in ladle. Overflowed slag and melt steel causes periodically breaks to steel production due to hindered movement of ladle transporting car. Additionally gas formation constantly prolongs tapping of furnace by several minutes. It has been determined that gas formation depends on the quality of used scrap. Based on examinations and research done in this study the major aspects affecting the spontaneous gas formation are fine material amount in used scrap, carbon content and temperature of steel melt, temperature and ability of slag to detain small gas bubbles. Low quality scraps typically contain great amount of iron oxide in form of fine powder. Iron oxide in batch will react with carbon dissolved in melt steel and form carbon monoxide and/or carbon dioxide as a result. It is believed that fine powdery material in bottom of the furnace can remain inert during melting. Activity of carbon in steel melt and therefore equilibrium and rate of gas forming reactions are influenced by carbon content of steel melt. Ending melting in higher melt temperatures usually tend to trigger spontaneous gas formation reactions while melt is still in furnace and the driving force of gas generating reactions are diminished before tapping. Temperature raise also fluxes slag so that its ability to sustain gas bubbles is lowered.