VLIV ZPŮSOBU ODBĚRU VZORKU TEKUTÉ OCELI NA OBSAH KYSLÍKU INFLUENCE OF SAMPLING TO FINAL OXYGEN CONTENT

Transkript

1 VLIV ZPŮSOBU ODBĚRU VZORKU TEKUTÉ OCELI NA OBSAH KYSLÍKU INFLUENCE OF SAMPLING TO FINAL OXYGEN CONTENT Pavel Fila a), Martin Balcar a), Josef Svatoň a), Ludvík Martínek a), Václav Švábenský b) a) ŽĎAS, a.s., Žďár nad Sázavou, Česká republika b) Heraeus Elektro-Nite, Ostrava-Poruba, Česká republika Abstrakt Referát prezentuje výsledky porovnání dvou různých způsobů odběru vzorků určených pro stanovení obsahu kyslíku v oceli. Jedním z nich je klasický odběr tekuté oceli pomocí naběračky nalitím tekuté oceli do měděné kokilky a druhým je poloautomatický odběr vzorku pomocí sondy a pneumatické jednotky. Abstract This paper shows results of two ways sample collection which are designated for oxygen content determination in steel. One of them is a common way of sampling by spoon to copper mould. Second one is a half automatic way by using of disposable probe and pneumatic unit. 1. Úvod Stále rostoucí požadavky na kvalitu vyráběné oceli vyžadují nejen aplikaci nových technologických postupů výroby oceli, přesnější analytické metody a přesnější přístroje, ale v neposlední řadě i nové a spolehlivé postupy a metody odběru vzorků určených k daným analýzám. Tyto postupy musí zajistit to, aby analyzovaný parametr takového vzorku nebyl zkreslen okolními vlivy a výsledky jednotlivých měření mohly být srovnatelné. Při výrobě speciálních ocelí např. pro energetiku jsou často z důvodu vysokých požadavků na metalurgickou čistotu oceli, omezovány desoxidační přísady jako je Mn, Si, Al. Nejen v těchto případech je velmi důležité znát dosahované úrovně obsahů kyslíku v oceli (tavbová analýza), na základě kterých lze predikovat obsah kyslíku ve výsledném výrobku (výkovku). 2. Standardní vzorkovací metoda kokilka Standardní metodou odběru vzorku pro stanovení obsahu vodíku, kyslíku nebo dusíku v tavbě je odběr pomocí naběračky nalitím tekutého kovu do měděné kokilky s rozměry dle ČSN viz. Obr.1a, 1b. Obr.1a,1b Kokilka k odběru vzorku pro stanovení obsahu H 2, N 2, O 2 Fig.1a,1b Mould for H 2, N 2, O 2 sampling.

2 Po vyjmutí tyčinky o průměru cca 6mm a délce 100mm jsou v laboratoři z každé zkoušky připraveny minimálně dva vzorky o hmotnosti 1 až 3g k analýze. Nevýhodou této metody, a to především v případě odběru vzorků pro stanovení obsahu kyslíku, je ovlivnění tekutého kovu okolní atmosférou právě v okamžiku jeho přelévání z naběračky do kokilky. Zhoršující se kvalita povrchu kokilky v průběhu její životnosti má rovněž negativní vliv na výsledky analýz, přičemž se navíc zvyšuje pracnost při přípravě jednotlivých vzorků. Tato skutečnost byla ostatně prokázána již v roce 2000, bezprostředně po uvedení zařízení VD/VOD do rutinního provozu, v případě stanovování obsahu vodíku. Práce byly prováděny v úzké spolupráci s VUT Brno [1], [2]. Při porovnání obsahu stanoveného ze vzorku z kokilky přístrojem LECO a tavebně přístrojem HYDRIS se prokázalo, že při obsazích vodíku nižších jak 4ppm je možné očekávat (při souběžném měření), vyšší hodnoty naměřené HYDRISem než analyzátorem LECO. Při vyšším obsahu pak naopak. 3. Odběr vzorku vzorkovačem T.O.S. Nevýhody předchozího způsobu vzorkování řeší metoda T.O.S. (Total Oxygen Sampling). Princip metody spočívá v odběru vzorku pomocí jednorázové sondy a pneumatické jednotky. Vlastní odběr vzorku je realizován inertním plynem argonem, ponořením vzorkovače a nasátím tekutého kovu pod hladinou oceli viz. Obr. 2a, 2b. Obr.2a,2b T.O.S. Total Oxygen Sampler Fig.2a,2b T.O.S. Total Oxygen Sampler Vzorek odebraný přístrojem T.O.S. poskytuje v porovnání s klasickým způsobem následující výhody: - vzorek není kontaminován struskou ani jinými nečistotami - vzorek není zoxidován a neobsahuje dutiny - odběr je realizován inertním plynem - argonem - odběr není ovlivněn operátorem

3 - samotný odběr je plně automatizován - sonda je chráněna proti rozstřiku - sonda umožňuje jednoduché vyjmutí vzorku - kvalita vzorku zajišťuje jednoduchou a rychlou přípravu vzorků pro analýzu v laboratoři Obr.3 Řez vzorkovačem Fig.3 Sampler section Obr.4 Rozměry vzorku a jeho příprava Obr.4 Sample dimensions and it s preparation 4. Způsob porovnání obou metod odběru vzorku Pro praktické porovnání obou metod byla zvolena následující metodika. Bylo vybráno celkem 51 taveb uhlíkatých a nízkolegovaných jakostí ocelí s maximálním součtovým obsahem legujících prvků (Cr+Ni+Mo) do 3%. Z každé tavby byly odebrány dva vzorky klasicky do kokilky (před a po vakuovém zpracování) a rovněž dva vzorky pomocí přístroje T.O.S. (také před a po vakuovém zpracování). Celkem tedy 204 vzorků - čtyři vzorky z každé tavby. Analýzy byly prováděny na přístroji LECO TC600, a protože tento přístroj umožňuje současně analýzu obsahu O 2 i N 2, jsou v dalším hodnocení prezentovány výsledky obou analyzovaných plynů i když nás zajímal především obsah kyslíku. Ověřování správné funkce přístroje LECO TC600 a jeho nastavení je prováděno každý den před vlastními analýzami pomocí standardu. Odchylka standardu, v našem konkrétním případě u kyslíku 25 ± 5ppm a u dusíku 47 ± 4ppm pak byla vzata jako tolerance pro započtení dílčích výsledků na jednom vzorku do výsledného průměru. Z celkového počtu 204 vzorků, bylo k analýze do laboratoře dodáno vzorků 201. Z tohoto počtu bylo dále 15 vzorků vadných, které nebylo možné vyhodnotit (5x TOS, 10x kokilka). Při vlastních analýzách jednotlivých vzorků se u TOSu vyskytlo 29 případů, kdy byl rozptyl hodnot větší než tolerance uvedená na standardu. V případě kokilky se jednalo o 18 případů. Přesto byly, po vyloučení extrémně odchýlených hodnot, průměrné hodnoty spočteny. 5. Vyhodnocení odebraných vzorků V tabulce 1 jsou souhrnně uvedeny výsledky měření na jednotlivě odebraných vzorcích.

4 Tabulka 1 Souhrn výsledků analýzy O 2 a N 2 Table 1 Summary of results from analýse of O 2 a N 2 Kyslík obsah kyslíku před VD i po VD je při odběru vzorku do kokilky vždy v průměru o cca 10ppm vyšší směrodatná odchylka, která vyjadřuje do jisté míry rozptyl hodnot, je v případě odběru vzorku do kokilky rovněž větší Dusík obsah dusíku před VD i po VD je při odběru vzorku do kokilky v průměru o 3 až 5ppm vyšší směrodatná odchylka od průměrné hodnoty je pro obě metody srovnatelná Graficky je porovnání obou metod znázorněno následujícími dvěma grafy. V případě obou grafů nebyly rozlišovány výsledky před VD a po VD, ale pouze způsob odběru kokilka a T.O.S.. Graf 1 Obsah kyslíku Graph 1 Oxygen content

5 Graf 2 Obsah dusíku Graph 2 Nitrogen content 6. Závěr Z hodnocení a porovnání metod odběru vzorků je zřejmé, především v případě obsahu kyslíku, že vzorky odebrané klasickým způsobem do kokilky jsou v okamžiku odběru negativně ovlivněny okolní atmosférou. Tento negativní vliv se projeví nejen na vlastních hodnotách obsahu kyslíku, které jsou cca o 10 ppm vyšší, ale i na větším rozptylu výsledků, který je do jisté míry měřítkem kvality odebraného vzorku. Obsah dusíku je při odběru vzorku do kokilky také v průměru vyšší, asi o 3 až 5ppm než přístrojem T.O.S. Tento rozdíl však není při obsazích 50 až 100 ppm příliš významný. Dále podstatnou výhodou poloautomatického odběru vzorku je, že odběr není ovlivněn operátorem, probíhá standardně vždy za stejných podmínek a samotná příprava vzorků pro analýzu v laboratoři je jednoduchá a rychlá. Práce byla řešena v rámci programu EUREKA projektu E!3192 ENSTEEL a v rámci programu TANDEM projektu FT-TA 3/091 za finanční podpory Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy České republiky. Literatura [1] Šenberger, J. a kol.: Mikročistota a obsahy plynůdosažené na zařízení VD/VOD/VIC ve ŽĎAS, a.s., Sborník z konference: Zkušenosti se zaváděním sekundární metalurgie v elektroocelárně DME-ŽĎAS, a.s., Svratka 2000, s [2] Martínek, L., Šenberger, J.: První zkušenosti s provozováním zařízení VD ve ŽĎAS, a.s., Sborník z konference: Teorie a praxe výroby a zpracování oceli, Rožnov pod Radhoštěm 2000, s