Physicochemical Modelling of ESR Ingot Composition Changes / 
Fyzikálně-chemické modelování změn složení elektro-struskově přetavených ingotů

Ganna Stovpchenko^1,2, Liudmyla Lisova³, Lev Medovar²

¹Tianjin Heavy Industries Research and Development Co, Ltd, Tianjin, China, 300457
²The Ukrainian State University of Science and Technologies, Dnipro, Ukraine, 49010
³Z.I. Nekrasov Iron & Steel Institute NASU, Dnipro, Ukraine, 49107

Abstract

Electroslag remelting (ESR) is an essential technological step for producing the highest-quality steel and alloys. Today, ESR is seen as a tool to enhance ingot structure, homogeneity, and yield, rather than just refining metal from sulphur and non-metallic inclusions, since the electrode has already passed through refining and deep degassing during primary melting and ladle treatment. Nevertheless, fluoride-oxide slag is a crucial part of the process, and its interaction with metal occurs throughout the whole remelting duration. Though ESR slag contains stable oxides mainly, it can still oxidize key elements in steel and alloys, especially oxygen-active elements (aluminium, titanium, and silicon). Our perspective on the additive nature of the ESR process in a protective atmosphere led to a better understanding of the drastic growth of slag-to-metal mass ratios during remelting, giving the ability to make a prognosis of changes in slag and metal composition. Dividing the entire process into subsystems enables forecasting the composition at a specific point in the process, at a relevant height of the ESR ingot. The results of thermodynamic modelling are valuable for improving ESR technology and selecting the most suitable slag composition from the existing palette or customizing the slag for a specific alloy.

Keywords: electroslag remelting, thermodynamic modelling, dynamics, gas-slag-metal interaction

Abstrakt

Elektrostruskové přetavování (ESR) představuje klíčový technologický krok při výrobě ocelí a slitin nejvyšší kvality. V současnosti je ESR vnímáno spíše jako nástroj ke zlepšení struktury, homogenity a výtěžnosti ingotů než pouze jako proces rafinace kovu od síry a nekovových vměstků, jelikož elektroda již prošla rafinací a hloubkovým odplyněním během primárního tavení a pánvového zpracování. Fluoridovo-oxidová struska je nicméně klíčovou součástí procesu a její interakce s kovem probíhá po celou dobu přetavování. Ačkoli struska ESR obsahuje převážně stabilní oxidy, může stále docházet k oxidaci klíčových prvků v oceli a slitinách, zejména prvků s vysokou afinitou ke kyslíku (hliník, titan a křemík). Pohled na aditivní povahu procesu ESR v ochranné atmosféře vedl k lepšímu pochopení výrazného nárůstu poměru hmotnosti strusky ke kovu během přetavování, což umožňuje predikci změn ve složení strusky i kovu. Rozdělení celého procesu na subsystémy umožňuje předpovídat složení v konkrétním bodě procesu, odpovídajícím určité výšce ESR ingotu. Výsledky termodynamického modelování představují cenný nástroj pro zlepšení technologie ESR a pro výběr nejvhodnějšího složení strusky z dostupné palety, případně pro její optimalizaci pro konkrétní slitinu.

Klíčová slova: elektrostruskové přetavování, termodynamické modelování, dynamika, interakce plyn-struska-kov

Stáhnout článek