Investigations on usability of materials containing organic compounds as a reducers for sintering and reduction of iron ores and iron-bearing waste

Zbadano przydatność odpadowych tworzyw sztucznych jako części reduktora węglowego w procesie redukcji rud żelaza oraz odpadów żelazonośnych. Do badań wykorzystano tworzywo sztuczne z plastykowych butelek PET oraz z organicznych pozostałości pochodzących ze strzępienia złomu samochodowego, tzw. ASR. Wykonano charakterystyki odpadów; analizy chemiczne, fizyczne, fazowe i termiczne. Z materiałów tych wykonano partię grudek i brykietów stanowiących materiał wyjściowy do badań procesów redukcji bezpośredniej z zastosowaniem reduktora węglowego z różnym udziałem ASR oraz PET. Grudki i brykiety z udziałem ASR poddano próbie redukcyjności statycznej (do 500oC) i dynamicznej (do 950oC) w urządzeniu do badań redukcyjności. Próby redukcji grudek z udziałem PET przeprowadzono w mikrofalowym piecu obrotowym - laboratoryjnym ATON HR-lab, wykorzystującym promieniowanie mikrofalowe do nagrzewania materiału od wewnątrz. Wyniki badań próbek grudek i brykietów zawierających koncentrat magnetytowy, reduktor węglowy oraz mieszanki węgla z ASR po procesie redukcji wskazały, że dodatek do reduktora węglowego (koksiku) do 20% pozostałości ASR sprzyja procesowi redukcji rud żelaza. Nie udało się zbadać wpływu częściowego zastąpienia reduktora węglowego materiałem PET, z powodu niewystarczającej mocy mikrofalowego nagrzewania w piecu obrotowym do redukcji rudy.The usability of waste plastics as a part of carbon reducer in the reduction process of iron ores and iron-bearing waste was investigated. The plastic PET bottles and organic automotive shredder residues (ASR) were used for investigations. The waste characteristics as well as chemical, physical, phase and thermal analyses were carried out. The materials were used to produce the batch of pellets and briquettes as a starting material for investigations on direct reduction processes using carbon reducer with different ASR and PET contents. The pellets and briquettes containing ASR were put to static (up to 500°C) and dynamic (up to 950°C) reduction test in the reduction test plant. The reduction tests of PET-containing pellets were carried in the laboratory microwave rotary furnace - ATON HR-lab, using the microwave radiation for heating the material from inside. The results of testing the pellets and briquettes containing magnetite concentrate, carbon reducer and mixtures of carbon and ASR after reduction revealed that the addition of up to 20% of ASR to carbon reducer (quick coke) created favourable conditions for iron ore reduction. The investigation on the impact of partial replacement of carbon reducer with PET has failed due to insufficient power of microwave heating in the rotary furnace for ore reduction

Badania laboratoryjne nad opracowaniem kompozytowych grudek do głębokiej rafinacji stali z wtrąceń niemetalicznych

The paper presents the laboratory research on the development of a new type of refining materials in the form of composite pellets for deep refining of steel from non-metallic inclusions, measured by the total oxygen content in steel below 10 ppm and the average size of non-metallic inclusions below 3 μm. The study included the development of a technology for pelletising materials selected for composite pellets, development of a technology for drying and hardening of pellets, making a batch of pellets and a series of laboratory heats using the produced pellets, assessment of the usefulness of composite pellets for industrial research, and development of assumptions for these tests.Przedstawiono badania laboratoryjne nad opracowaniem nowego rodzaju rafinacyjnych materiałów w postaci kompozytowych grudek do głębokiej rafinacji stali z wtrąceń niemetalicznych, mierzonej zawartością tlenu całkowitego w stali poniżej 10 ppm i średnią wielkością wtrąceń niemetalicznych, poniżej 3 µm. Opracowano technologię grudkowania materiałów dobranych na kompozytowe grudki, opracowano technologię suszenia i utwardzenia grudek, wykonano partię grudek oraz serię laboratoryjnych wytopów z wykorzystaniem wytworzonych grudek, dokonano oceny przydatności grudek kompozytowych do badań przemysłowych oraz opracowano założenia do tych badań

Rafinacja pozapiecowa ciekłej stali do ciągłego sekwencyjnego odlewania z przeznaczeniem na wyroby o dużej czystości tlenkowej

Steelmaking and secondary refining process technology of resulphurized liquid steel with low content of total oxygen, assigned for continuous casting of strands for rolled and forged products for automotive industry was developed. The influence of secondary steel refining parameters on total oxygen content as well as amount and morphology of non-metallic inclusions was examined. It was found, that content of total oxygen and amount of non-metallic inclusions in steel decrease as steel refining time in the ladle becomes longer, and the chemical composition of non-metallic inclusions in steel changes from modified calcium aluminates to spinel inclusion of CaOźAl2O3źMgO type. The total oxygen content in steel from continuous casting in four cast sequence ranged from 6 to 25 ppm, with percentage share of non-metallic inclusions from 0.09 to 0.30 per cent and equivalent diameter 0.78 to 1.59 µm.Opracowano technologię wytapiania i rafinacji pozapiecowej ciekłej stali z regulowaną zawartością siarki, z niską zawartością tlenu całkowitego, przeznaczoną do odlewania w sekwencji wlewków ciągłych na wyroby walcowane i kute dla przemysłu motoryzacyjnego. Zbadano wpływ parametrów technologicznych rafinacji pozapiecowej stali na zawartość tlenu całkowitego oraz na ilość i morfologię wtrąceń niemetalicznych. Stwierdzono, że zawartość tlenu całkowitego w stali oraz liczność wtrąceń niemetalicznych zmniejszają się w miarę wydłużania czasu rafinacji stali w kadzi, a skład chemiczny wtrąceń niemetalicznych zmienia się ze zmodyfikowanych glinianów wapnia we wtrącenia spinelowe typu CaOźAl2O3ź MgO. Zawartości tlenu całkowitego w stali odlewanej w cztero wytopowej sekwencji wynosiły od 6 do 25 ppm, przy procentowym udziale wtrąceń niemetalicznych - od 0,09 do 0,30 % i średnicy równoważnej od 0,78 do 1,59 µm

Innovative solutions in the technology for manufacturing large-size forgings from ultra-clean steels for power equipment

Przedstawiono trzy innowacyjne rozwiązania – rafinacji ciekłej stali we wlewnicy po odlaniu stali z zastosowaniem izotermicznej pokrywy i rafinacyjnej zasypki, syfonowego odlewania stali przez kształtkę kierunkową w kanale wlotowym do wlewnicy, służące zmniejszeniu lub wyeliminowaniu egzogenicznych wtrąceń niemetalicznych, pochodzących z procesu odlewania stali oraz odlewanie wlewków w komorze próżniowej z kadzi z zamknięciem suwakowym. Dzięki zastosowaniu tych rozwiązań znacznej poprawie uległa czystość stali, osiągając poziom wynoszący 0,06% mierzony udziałem powierzchniowym wtrąceń niemetalicznych, wielkość wtrąceń – mierzoną średnicą równoważną – mniejszą niż 4 μm oraz wskaźnik K4, mniejszy niż 10. Stworzyły one realne szanse produkcji ciężkich odkuwek na wały turbin wiatrowych, wodnych i parowych o coraz większej mocy dla nowoczesnej energetyki.Three innovative solutions are presented: refining of liquid steel in an ingot mould after casting of steel using an isothermal cover and refining casting powder; uphill casting of steel through a swirl blade in inlet channel to a mould directional brick, which is used for reduction or elimination of exogenous non-metallic inclusions from the steel casting process; and casting of ingots in a vacuum chamber from a ladle with slide gate. The use of these solutions has resulted in significant improvement of steel purity, reaching the level of 0.06% as measured by surface fraction of nonmetallic inclusions, size of inclusions – as measured by equivalent diameter – less than 4 μm, and K4 coefficient – less than 10. They have provided real chances of manufacturing heavy forgings for wind, water and steam turbine shafts with higher and higher power for the modern power industry

Innovative technology solutions for manufacturing heavy ultra-clean steel forgings for the oil and power industries to operate under extreme conditions

Przedstawiono szereg innowacyjnych rozwiązań w metalurgii stali przeznaczonej na wlewki do kucia o dużej masie. Obejmują one: rafinację ciekłej stali we wlewnicy po odlaniu stali z zastosowaniem izotermicznej pokrywy i rafinacyjnej zasypki; syfonowe odlewanie stali przez kształtkę kierunkową w kanale wlotowym do wlewnicy; antyerozyjną powłokę materiałów ogniotrwałych syfonowego układu odlewania stali, odlewanie wlewków ciężkich w komorze próżniowej z kadzi z zamknięciem suwakowym oraz odlewanie wlewków do kucia o różnej masie i geometrii do jednej uniwersalnej wlewnicy. Rozwiązania te są unikalne w skali światowej i służą zmniejszeniu ilości i wielkości wtrąceń niemetalicznych w stali, wyeliminowaniu egzogenicznych wtrąceń niemetalicznych, pochodzących z procesu odlewania stali oraz optymalizacji procesu przeróbki plastycznej wlewków dla wyeliminowania rzadzizn. Dzięki zastosowaniu tych rozwiązań znacznej poprawie uległa czystość stali, spełniając wymagania odbiorców odkuwek o dużej masie dla przemysłu energetycznego (wały turbin wiatrowych, gazowych i wodnych, itp.) oraz wydobywczego ropy naftowej i gazu ziemnego (łączniki rurociągów i inne akcesoria), przeznaczonych do pracy w ekstremalnych warunkach niskich temperatur i dużych głębokości. Średnia wartość wskaźnika K4 (S+O) dla odkuwek z wlewków odlanych z zastosowaniem innowacyjnych rozwiązań wyniosła 3,9 przy wymaganej przez odbiorców odkuwek średniej wartości K4 (S+O) < 10. Praca przedstawia wyniki trzech projektów realizowanych w ramach konkursów Initech i Innotech.A number of innovative solutions in metallurgy of steel for heavy forging ingots are presented. They include: refining of liquid steel in an ingot mould after casting of steel using an isothermal cover and refining casting powder; uphill casting of steel through a directional brick in inlet channel to a mould; erosion-proof coating on refractory materials of the system for uphill casting of steel; casting of heavy ingots in a vacuum chamber from a ladle with slide gate; and casting of forging ingots with different weights and geometries into a single universal mould. These are worldwide unique solutions used to reduce the amount and size of non-metallic inclusions in steel, eliminate exogenous non-metallic inclusions from the steel casting process and optimise the plastic working of ingots to eliminate microshrinkages. With these solutions, the purity of steel has been signifi cantly improved, thus meeting the requirements of buyers of heavy forgings for the power industry (shafts of wind, gas and water turbines, etc.) and the oil and natural gas extraction industry (pipeline connectors and other accessories) to be operated under extreme low-temperature and high-depth conditions. The average value of K4 (S+O) index for forgings from ingots cast using the innovative solutions was 3.9, while the average value of K4 (S+O) required by forging buyers is < 10. This paper presents the results of three projects carried out under Initech and Innotech competitions

Investigation of liquid steel decarburisation process in a ladle using blowing with argon and a mixture of oxygen and argon

Przedstawiono koncepcję i instalacje doświadczalne do odwęglania stali w kadzi o dużej pojemności (50 t) z przedmuchiwaniem kąpieli argonem przez hybrydową kształtkę gazoprzepuszczalną w dnie oraz w kadzi o małej pojemności (1 t) z wdmuchiwaniem do ciekłego metalu mieszaniny tlen - argon lancą od góry. Przeprowadzone na tych instalacjach próby doświadczalne wykazały dla pierwszej instalacji zmniejszenie zawartości węgla poniżej 0,02% i fosforu poniżej 0,003%, a w drugiej instalacji, możliwość elastycznego odwęglania kąpieli do zawartości węgla mniejszej niż 0,03%. Przedstawiono technologiczne scenariusze zastosowania zbadanych sposobów odwęglania stali w kadzi.The article presents the concept and experimental installations for decarburisation of steel in a large capacity ladle (50 t) with blowing the bath with argon through a gas-permeable hybrid fitting and in a small capacity ladle (1 t) with injection of an oxygen – argon mixture with a lance into liquid metal from above. For the first installation, the experimental tests showed a reduction in the carbon content below 0.02% and phosphorus below 0.003%, and in the second installation – the possibility of flexible decarburisation of the bath to a carbon content of less than 0.03%. Technological scenarios of the use of the investigated decarburisation methods of steel in a ladle are presented in the article