Den 7 Maj 2015 var jag inbjuden till Svenska Gjuteriföreningens

Den 7 Maj 2015 var jag inbjuden till Svenska Gjuteriföreningens

Den 7 Maj 2015 var jag inbjuden till Svenska Gjuteriföreningens konferens
i Jönköping för att mottaga ett av 2015 års stipendier i stiftelsen Sille'ns
innovationsfond inom området gjuteriteknik. Min ansökan gällde "fundament
för elektriska smältugnar". Samtidigt gav jag en kort information om
premisserna för patentansökan och den senaste tidens utveckling på
induktionssmältugnar och hur den påverkat dessa.
De nya möjligheter som öppnas lovade jag återkomma med i "Gjuteriet",
om möjlighet gives.
Ide'n till patentansökan dök upp 2012 i tidskriften Gjuteriet nr 1.
MEFOS SWEREA och SWECAST SWEREA redovisar där resultatet från ett
av delprojekten "Att utveckla en raffineringsteknik baserad på mekanisk
omröring för induktionsugnar då smältning i induktionsugnar medger endast
marginella möjligheter till raffinering av stålet".
"Bland de vanligen kvarstående "problematiska föroreningarna" kan nämnas
svavel, fosfor, mangan samt lösta gaser och inneslutningar."
"2012 ligger fokus på manganraffinering".
En god omröring erhålles med professor Bo Kallings skakmetod, som han
utvecklade vid Domnarvets Jernverk. Således, om en induktionsugn kunde
skakas löser man det aktuella problemet.
Princip och teori
Professor Kalling tog fasta på vad som sker när man skakar ett till 2/3
urdrucket grogglas då en s.k. "stående våg" bildas mot glasets vägg,
(u.s. pat. 2.875.036 feb. 24 1959).
Genom modellfösök och matematiska beräkningar har utretts vad som sker,
när en vätska på detta sätt bringas i rörelse i ett kärl. En utförlig beskrivning
av skakskänkens princip och teori har redovisats av Sven Eketorp , KTH
i Jka nr 8/1959.
Patentet SE 537140 c2 uppfinnare Henry Bark, Flen
Uppfinningen innefattar ett tippbart fundament för elektriska smältugnar,
skänkar, retortrar, behållare eller annat slag av kärl. Monteringen är enkel och för
underhåll kan reservobjekt inkopplas. Om fundamentet förses med excentrar
kopplade till exempelvis en smältugn, så fungerar den som en skakugn.
Fundamentet kan byggas vippbart kring sin mittaxel om det förses med
en motor med vriddon, kopplat i fundamentet. Tippas ugnen bakåt kan slagg
lätt dragas av.
Med en bottentömmande skänk placerad i ett fundament med tre excentrar
kan järn från masugnar och kupolugnar avsvavlas kontinuerligt.
I Gjuteriet nr 2 2015 propagerar Raul Carlsson SWEREA SWECAST AB
för ny tillväxtpotential med cirkulär ekonomi. Innebär exempelvis att istället
för köp av produktionsutrustning, serviceavtal kopplas till leasing av
utrustningen. Viktigt att då snabbt kunna byta ut objektet.
De senaste årens utveckling av induktionsugnarna ändrar de premisser, som
var rådande 2012, då ide'n att skaka ugnen var aktuell. SKF i Katrineholm
har installerat 12-tons ugnar som smälter 12 ton på mindre än 1 tim. De
uppfyller ställda miljökrav och har ergonometriskt anpassade arbetsplattformar.
Ändra en sådan ugn med utrustning med omröring eller skakning är ej
realistiskt. Om metallurgiska behandlingar eftersträvas får dessa ske i skänk
utanför ugnen, vilket förekommer.
Produktion med skakskänk vid A B Järnförädling i Hälleforsnäs på 1960-talet
Huvuddelen av produktionen utgjordes av värmebehandlat aducerjärn
duplexsmält i kupolugn-flamugn. Basjärn för segjärn samt grovt
aducerjärn smältes i induktionsugnar.
Kupolugnen smälte 10-12 ton/tim. och HF-ugnarna ca 1.5 ton/tim,
vilket var otillräckligt pga den ökade efterfrågan av segjärn.
Efter besök Domnarvet och licensköp av Stora Kopparbergs AB anskaffades
en skakanordning från Gesellschaft für Hüttenwerksanlagen m.b.h. Düsseldorf.
Bilaga 1, fig.1, 2.
Därmed löstes problemet med den höga svavelhalten (0,12 %) från
kupolugnen. Dessutom erhölls en snabb uppkolning från 2,7 till 3,9 %kol.
Produktionsresultat med 700 kg skakskänk
I tabell nr 1, bilaga 2 redovisas det genomsnittliga resultatet från de första 1.000
skakningarna. 100 konsekutiva skakningar visar att medelvärdet av
avsvavlingen är 95 % ± 4 % och en 1 % -ig uppkolning ger 74 % utbyte ± 8 %
räknat på totala kolmängden i både kalciumkarbiden och grafiten.
Skakningar utförda under de första 4 månaderna 1963 visade i stort sett
samma resultat.
Försök med korta skaktider
Med en speciell provtagningsteknik togs prov varje minut under pågående
skakning. Praktiskt taget full uppkolning och fullständig avsvavling
uppnåddes efter ett par minuters skakning, se tab. III, IV och fig. 3 i bilaga 2.
Erfarenheter
För uppkolning provades olika typer av grafit samt koksgrus. Bästa resultat
erhölls med 0 – 0,5 mm grafitsvarvspån (krav på låg svavelhalt).
Koksgrus fungerade, men när skakningen började uppstod en kraftig
gasutveckling orsakat av fukt. Efter en tids användning bildades det i höjd
med vågens topp, tjocka avsättningar av järn och slagg. Orsaken kan vara
koksaskans sammansättning.
För avsvavling användes 0,1 – 1 mm gjuterikarbid. 0,5 – 1 mm är att
rekommendera. Den fina fraktionen följer med luftströmmen ur skänken
vid tillsättandet och urtappning och var ett miljöproblem.
Kalk fordrar längre skaktid och det är svårt att hålla den torr, samt bildades
lågor och rök vid reaktion med kol, dessutom kräver kalkanvändning mer värme.
Inlegering av FeSi-legeringar och FeMn var inga problem. Från början
rekommenderades att tillsätta glas eller kryolit, men var inte till någon
fördel, tvärtom.
Vid vårt besök i Domnarvet demonstrerades hur man höll temperaturen
uppe genom att blåsa syrgas på badytan.
I Hälleforsnäsa förvärmdes skakskänkarna med gasolbrännare eller med
smält järn.
Temperaturförluster uppstår vid ihällning, skakning och överhällning.
Återuppvärmning i induktionsugnen var obligatoriskt.
Slitage i 3-tonsskänken följdes upp. Den höll för 491 skakningar under tiden
19/1 -62 till 5/3 -63 då totalt 1.100 ton passerat igenom skänken.
Slaggbildning under skakning var aldrig något problem. Med ett litet lock
på skänken förhindrades lufttillträde och med närvaron av grafit var det en icke
oxiderande atmosfär i skänken. Någon "seg" slagg erhölls ej.
Kalciumsulfiden är amorf, solid och grynig.
Två skänkar finns kvar och skakanordningen ligger i malpåse.
Kan enkelt skruvas bort.
Bo Kallings skakskänksmetod till heders igen?
Problemet är värmeförlusten. Kan detta lösas, föreligger nya möjligheter på
det metallurgiska området. En tänkbar lösning är en hybridskänk med en
konisk överdel som håller den stående vågen på plats och en underdel med
en värmekälla. Ett alternativ är en liten induktor, som skall tåla att skänken
tömmes helt, rensas ur och fylles på nytt. Vid korta stopp värmas med gasol
och vid längre, fyllas med "sump".
Ett annat alternativ är att montera en skakskänks överdel på en liten
induktionsugn. Ett alternativ som är mycket lockande och ligger inom
möjligheternas gräns (om någon ugnstillverkare ser potentialen).
Tegelinfodring borde prövas med tanke på de goda driftresultaten vid
A B Järnförädling i Hälleforsnäs.
Enligt muntlig uppgift från en ugnstillverkare borde uppvärmningen med
tegelinfodring fungera lika bra som instampad och sintrad kvartsitmassa.
Måste dock verifieras i en mindre ugn.
Möjligheter med en hybridskänk
Vid A B Järnförädling i Hälleforsnäs har avsvavling, uppkolning och inlegering
av de vanligaste ferrolegeringarna redovisats, även segjärnsbehandling
med de vanligaste magnesiumlegeringarna har utförts.
I det följande redovisas olika behandlingar med skakskänk utförda
under 1960-talet. I samtliga fall har det behandlade järnet temperaturjusterats
genom syrgasblåsning.
Problemet med skakskänken är således temperaturförlusten.
Erfarenheter med 5-tons skakskänk
Stora Kopparbergs Bergslag A B, pat. 207603
Förfarande för framställning av fosforfattigt tackjärn ur en fosforhaltig
tackjärnssmälta.
Slaggbildare:
Kalk < 4 mm
Färskningsmedel: Magnetitslig < 3 mm
Reduktionsmedel: Koks < 20 mm
Syre:
90 mm³/ton
Försök II
Före
Efter
Kg järn
Temp.
C%
Si %
Mn %
P%
1.388
1.200 °C
3,93
0,68
0,53
0,837
1.433
1.270 °C
3,73
0,02
0,052
Ex. 1 – 7 Japanska uppfinnare. Patentspecifikation 1.011.897 London
Skakskänk för 5 ton, diam. 1,1 m, excentr. 90 mm, baddjup 0,7 m,
rotation 55 – 60 varv/min.
Ex. 1 Avsvavling:
Järn: 5 ton tackjärn
CaC2 6 kg/ton
Efter skak. 10 min.
Temp.förlust
C%
Si %
Mn %
S%
3,20
1,85
0,36
0,012
20 °C
3,17
1,85
0,36
0,122
Ex. 2 Uppkolning och legering
järn: 5 ton tackjärn
C%
Si %
Mn %
S%
2,70 + 39 kg grafit
0,22 + 80 kg 75 % Fe Si
0,04 + 43 kg FeMn
0,02
Efter skak. 5 min.
3,45
1,37
0,72
0,018
Ex. 3 Oxidation av fosfor
Tillsatser
Järn
5 ton tackjärn
Temp
C%
1.330 °C
4,45
Si %
Mn %
P%
S%
0,17
0,10
0,30
0,042
Efter skakning
4.800 kg
150 kg järnsand
150 kg bränd kalk
15 kg fluorspad
15 kg soda
syrgas 13 Nm³ /T
Behandlingstid 3,3 min./ton
Utbyte 96 %
Defosforiseringsgrad 95 %
1.398 °C
3,90
0,01
0,077
0,015
0,018
Ex. 4 Oxidation av Si, Ti och V och uppgradering av kisel och mangan
Ex. 5 Oxidation av krom till 0,06 %
Ex. 6 Oxidation av kol till 0,01 %
Ex. 7 Avsvavling, defosforisering och uppgradering kisel och mangan
Ex. 8 Sätt att framställa rostfritt krom- eller nickelstål, vid vilket sätt en charge
smältes i en smältugn och från denna tappas i en skakskänk
Uppfinnare T. Akita, M. Imatomi och H. Shinde.
Se PRV utläggningsskrift nr 300831 13V 1968
"Ett ändamål med föreliggande uppfinning är därför att åstadkomma ett sätt
att på kort tid framställa rostfritt stål med ytterst högt kromutbyte och
en hög avsvavlingshastighet."
"Ett annat ändamål med uppfinningen är att en stor mängd kromit användes."
Sammanfattning
I de redovisade exemplen är syrgasblåsning ett måste för att hålla uppe
temperaturen. Med en hybridskänk monterad i ett fundament med excentrar
kan de flesta operationer utföras utan syrgasblåsning och det behandlade
järnet levereras till gjutplats eller varmhållningsugn.
Slutord
Det har under 3 år varit en omständlig resa med PRV, som även fördröjde
möjligheten att söka utländskt patent.
Utan hjälp av sonen Anders, med utskrivning och it-support, har resan
inte varit möjlig.