Uppokaariuunin panoksen sähkönjohtavuus. Anne Hietava (os Heikkilä) Prosessimetallurgian tutkimusyksikkö

Transkriptio

1 Uppokaariuunin panoksen sähkönjohtavuus Anne Hietava (os Heikkilä) Prosessimetallurgian tutkimusyksikkö

2 Mitä on FeCr ja miten sitä valmistetaan? Ferrokromi on metalliseos, joka sisältää pääasiassa rautaa ja kromia. Kromipitoisuus voi vaihdella (40-70%). Epäpuhtauksia: hiili, pii ja fosfori. Ferrokromin käyttökohde on ruostumaton teräs. Valmistusprosessi esimerkiksi: Valmistetaan kromimalmista, joka murskataan ja rikastetaan pala- ja hienorikasteeksi. Hienorikasteeseen lisätään bentoniittiä ja koksia ja laitetaan pelletointirumpuun. Saadut pelletit sintrataan sintrausuunissa. Sulatusuuniin (uppokaariuuniin) panostetaan kromiittipellettejä, kvartsiittia, koksia ja palarikastetta. Panos sulatetaan käyttäen sähköä. Samalla syntyvä häkäkaasu käytetään hyväksi tehtaalla. Sulatusuunista ferrokromi lasketaan senkkaan ja muodostunut kuona poistetaan. Sula siirretään terässulatolle ja käsitellään ferrokromikonvertterissa. Ferrokromisula ja sula valokaariuunista (kierrätysteräs ja muut raaka-aineet) sekoitetaan ja siirretään AOD (Argon-Oxygen-Decarburisation)-konvertteriin ja sitten senkka-asemalle, jossa lopulliset käsittelyt ennen valua. Käsittelyjen jälkeen ruostumattomalla teräksellä haluttu koostumus. Sula siirretään jatkuvavalukoneelle, jossa valun aikana teräs jäähdytetään ja katkaistaan aihioiksi. Aihiot siirretään kuumavalssaamolle.

3 Uppokaariuuni Panos: koksi, kromiittipelletti, kvartsiitti ja palarikaste Koksi Pelletti Katso kuva uppokaariuunista Teräskirjasta s.43.

4 Uppokaariuuni Kolme elektrodia. Sähkönjohtavuus pieni yläosassa ja suuri alaosassa. Jotta panos ei lämpene yläosassa ja aiheuta ongelmia, esim. sula osaksi Rauta ja kromi pelkistyvät ja lopputulos sula (kuona + ferrokromi).

5 Sähkönjohtavuus Työssä käytetään termejä kapasitanssi ja suhteellinen permittiivisyys. Kapasitanssi (C) on suure, joka kertoo systeemiin varastoituneen sähkövarauksen systeemin osien välisen sähköisen potentiaalieron suhteen. Levykondensaattorin kapasitanssi riippuu sen levyjen pinta-alasta (A), levyjen välisestä etäisyydestä d (m) sekä niiden välissä olevan eristemateriaalin suhteellisesta permittiivisyydestä ɛ : C = ɛ ɛ, josta saadaan ɛ =. ɛ ɛ on tyhjiön permittiivisyys eli F/m. Materiaalin eristevakio eli dielektrisyysvakio eli suhteellinen permittiivisyys ɛ ilmoittaa kuinka monikertaiseksi kondensaattorin kapasitanssi kasvaa ilmaeristeiseen kondensaattoriin verrattuna, jos sen levyjen väli täytetään kyseisellä aineella.

6 Väitöstyö Koostuu viidestä osajulkaisusta (kaksi konferenssijulkaisua ja kolme lehtiartikkelia). Koksin tekstuuri vaikutus sähkönjohtavuuteen. Koksia käsiteltiin kahdella eri tavalla (lämpökäsittelyllä 950 oc ja CO/CO2 kaasulla). Toisin kuin CO/CO2 kaasut, lämpökäsittely vaikutti koksin grafitoitumisasteeseen ja siten sähkönjohtavuuteen. Kromiittipelletin pelkistysasteen vaikutus sähkönjohtavuuteen. Pelletejä pelkistettiin eri pelkistysasteisiin (1500oC, CO atmosfääri). Huoneenlämpötilassa, 3mm siivu. Suurempi pelkistysaste, pienempi suhteellinen permittiivisyys. Rikin vaikutus atmosfäärissä kromiittipelletteihin. Neljä eri atmosfääriä (0%, 0.1%, 0.3% ja 0.5%) rikkiä. Rikillä näyttäisi olevan vaikutusta pellettien sähköiseen käyttäytymiseen. Korvataan koksi puuhiilellä kromiittipelleteissä. Vaikutuksia tutkittiin kylmälujuuteen, sintrausprosessiin ja sähkönjohtavuuteen. Mahdollinen korvausprosentti 50%.

7 Väitöstyö Heikkilä A, Pussinen J, Mattila O & Fabritius T (2013) Effect of coke s texture on electrical behavior. The Thirteenth International Ferroalloys Congress (INFACON XIII), Almaty, Kazakhstan. Heikkilä A, Pussinen J, Mattila O & Fabritius T (2015) About electrical properties of chromite pellets - effect of reduction degree. Steel research int. 86 (2): Heikkilä A, Raiskio J & Fabritius T (2015) Effect of sulphur at reducing atmosphere on the chromite pellet properties. The Fourteenth International Ferroalloys Congress (INFACON XIV), Kiev, Ukraine. Heikkilä A, Sakaranaho M, Raiskio J, Heikkinen E-P & Fabritius T (2017) Sulfur containing atmosphere s effect on chromite pellets structure and conductivity during reduction in SAF. Steel research int. 88 (7) Sakaranaho M, Heikkilä A, Suopajärvi H, Päätalo M & Fabritius T (2017) Charcoal use in chromite pellets - effect on sintering process, pellet properties, and electrical conductivity. Steel research int. 87.