The aim of the present work was to get an overview of the steel cleanness in tool steel. Plant trial studies of three steel grades were done with different focuses. Firstly the change of the inclusion characteristics during the vacuum degassing in the ladle was looked upon. The top slag composition was altered and sampling was made before and after vacuum degassing and the results showed that the top slag composition has an effect on the inclusion composition. Thermodynamic calculations indicated that the oxygen activity for the steel/inclusion was twice as large as that of the steel/top slag before vacuum degassing. However, after vacuum degassing the oxygen activity values were close. In order to study the inclusion characteristics during vacuum degassing the process was interrupted at five pre-determined time points for sampling. During vacuum the number of the smaller inclusions was decreased. However, for the larger inclusions (&gt;11.2µm) the number of inclusions had increased. Throughout the degassing process the inclusion composition was found to approach the top slag composition and at the end of the process only one type of inclusion composition was found. The removal of hydrogen, nitrogen and sulphur was studied. Samples were taken before and after vacuum degassing. It was found that the removal kinetics of hydrogen and nitrogen can be described with first-order reactions. When 10 minutes of vacuum degassing have passed, the removal of hydrogen and nitrogen is more or less finished for the studied steel grades. Two steel grades with similar process route and with only a few differences in steel composition were studied. The sum of FeO and MnO was found to be a clear indicator for when reoxidation had taken place. The results from oxygen activity calculations indicate that calculations of oxygen activities with multivalence slag species such as Fe and Cr requires measurements for validations to ensure that reliable results are obtained. / Syftet med denna studie var att få en överblick av verktygsståls renhet. Studier på tre olika stålsorter utfördes. Inneslutningsbilden under vakuumbehandling undersöktes. Resultaten är baserade på industriförsök likväl som termodynamiska beräkningar. Försöken gjordes på två olika stålsorter där toppslaggens sammansättning varierades och stål- och slaggprover tog ut före och efter vakuumbehandling. Proverna analyserades för att bestämma den kemiska sammansättningen på stål och slagg, men inneslutningsbilden undersöktes också. Med hjälp av termodynamiska beräkningar beräknades syreaktiviteten för jämvikterna stål/inneslutning och stål/toppslag. Beräkningarna jämfördes sinsemellan samt med uppmätt syreaktivitet från stålsmältan. Resultaten visar att toppslaggens sammansättning har en påverkan på inneslutningarnas sammansättning. Specifikt så fanns att när CaO-halten i toppslaggen ökar syns en ökning av CaO i inneslutningssammansättningen. De termodynamiska beräkningarna visar att syreaktiviten för jämvikten stål/inneslutning är dubbelt så stor som den för jämvikten stål/topplagg före vakuumbehandling. Dock är syreaktiviteterna för de olika jämvikterna lika efter vakuumbehandlingen. För att studera hur inneslutningsbilden utvecklas under vakuumbehandling avbröts vakuumbehandlingen vid fem förutbestämda tidpunkter. Vid varje avbrott av vakuumbehandlingen togs stål- och slaggprover som analyserades för att bestämma totalsyre, inneslutningsmängd och inneslutningssammansättning. Före vakuumbehandlingen var antalet inneslutningar stort, medan antalet små inneslutningar minskade under vakuumbehandlingen. Däremot konstaterades att antalet stora inneslutningarna (&gt;11.2μm) ökade under avgasningen. Vad beträffar inneslutningssammansättningen syntes en variation i analys före vakuumbehandlingen som sedan förändrades till att likna toppslaggens sammansättning under vakuumbehandlingstiden. I slutet av processen märktes endast en typ av inneslutningssammansättning i stålsmältan. Vad som också noterades var att efter ungefär 10 minuter av vakuumbehandling så hade inneslutningsantalet nått sitt minimumvärde. För att erhålla rent stål är väte-, kväve- och svavelreningen också av stor vikt under vakuumbehandlingen. Dessa tre element studerades genom att prover togs vid olika tillfällen i processen; före, under (vid fem olika förutbestämda tidpunkter) och efter vakuumbehandling. De kemiska sammansättningarna för stål- och slaggproverna användes för att beräkna väte-, kväve- och svavelreningarna. Beräkningarna visade att för väte och kväve så kan kinetiken beskrivas med en förstagradsekvation. Specifikt så gäller detta för stålsorten i studien, samt under förutsättningen att svavelhalten är lägre än 0,003 vikts-%. Dessutom så visade resultaten att väte- och kvävereningen är i stort sett klar för den studerade stålsorten efter 10 minuters vakuumbehandling. När det gäller svavel så kan en förstagradsekvation inte användas vid beräkningarna Istället uppvisar svavel en tendens att följa jämviktshalten av svavel genom hela avgasningsprocessen. Genom att kontrollera processen finns stora möjligheter att erhålla en bra renhet på stålet. Två stålsorter studerades i denna specifika studie, där de hade en liknande processväg samt endast ix några små skillnader i stålanalysen. Stål- och slaggprover samlades in och analyserades. Summan av FeO och MnO visade sig vara en klar indikation på när reoxidation har skett, men mängden "carry-over" slagg från ljusbågsugnen kunde inte predikteras med hjälp av någon specifik indikator. Dessutom så beräknades syreaktiviten och beräkningarna jämfördes sedan med uppmätt syre i stålet. Resultaten indikerar att beräkningar av syreaktivitet med toppslagger som innehåller multivalenselement, såsom Fe och Cr, kräver valideringar med mätningar för att trovärdiga predikteringar ska erhållas. / <p>QC 20160523</p>

No description available.

During the steelmaking process samples are taken from the liquid steel, mainly to assess the chemical composition of the steel. Recently, methods for rapid determination of inclusion characteristics (size and composition) have progressed to the level where they can be implemented in process control. Inclusions in steel can have either good or detrimental effects depending on their characteristics (size, number, composition and morphology). Thereby, by determination of the inclusion characteristics during the steelmaking process it is possible to steer the inclusion characteristics in order to increase the quality of the steel. However, in order to successfully implement these methods it is critical that the samples taken from the liquid steel represent the inclusion characteristics in the liquid steel at the sampling moment.   The purpose of this study is to investigate the changes in inclusion characteristics during the liquid steel sampling process. Experimental studies were carried out at steel plants to measure filling velocity and solidification rate in real industrial samples. The sampling conditions for three sample geometries and two slag protection types were determined. Furthermore, the dispersion of the total oxygen content in the samples was evaluated as a function of sample geometry and type of slag protection. In addition, the effects of cooling rate as well as oxygen and sulfur content on the inclusion characteristics were investigated in laboratory and industrial samples. Possibilities to separate primary (existing in the liquid steel at sampling moment) and secondary (formed during cooling and solidification) inclusions depending on size and composition were investigated. Finally, in order to evaluate the homogeneity and representative of the industrial samples the dispersion of inclusion characteristics in different zones and layers of the samples were investigated.   It was concluded that the type of slag protection has a significant effect on the filling velocity and the sampling repeatability. Furthermore, that the thickness of the samples is the main controlling factor for the solidification rate. It was shown that top slag can contaminate the samples. Therefore, the choice of slag protection type is critical to obtain representative samples. It was shown that the cooling rate has a significant effect on the number of secondary precipitated inclusions. However, the number of primary inclusions was almost constant and independent on the cooling rate. In most cases it is possible to roughly separate the secondary and primary oxide inclusions based on the particle size distributions. However, in high-sulfur steels a significant amount of sulfides precipitate heterogeneously during cooling and solidification. This makes separation of secondary and primary inclusions very difficult. Moreover, the secondary sulfides which precipitate heterogeneously significantly change the characteristics (size, composition and morphology) of primary inclusions. The study revealed that both secondary and primary inclusions are heterogeneously dispersed in the industrial samples. In general, the middle zone of the surface layer is recommended for investigation of primary inclusions. / QC 20101112

QC 20101221