Investigation of Thermodynamics and Kinetics of Nitrogen Behavior in Steel Melts for Improved Nitrogen Control in the AOD Process when Producing Nitrogen-Alloyed Stainless Steels

Julkaisun otsikon käännös: Tutkimus typen käyttäytymisen termodynamiikasta ja kinetiikasta terässulissa typen hallinnan parantamiseksi AOD-prosessissa typpiseostettujen ruostumattomien terästen valmistuksessa

Jyrki Pitkälä

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

Abstrakti

Ruostumaton teräs on kehittyneen yhteiskuntamme peruspilari, jota ilman nykyinen elämäntapamme olisi mahdotonta. Ruostumaton teräs sisältää useita eri seosaineita, joista kromi on korroosionkeston kannalta keskeisin. Myös nikkelillä, molybdeenilla ja mangaanilla on vaikutuksensa ruostumattomien terästen korroosionkestoon, mekaanisiin ominaisuuksiin, työstettävyyteen ja käytettävyyteen. Typen rooli teräksessä on kahtalainen. Ferriittisissä teräksissä typpi on haitallinen epäpuhtaus, kun taas austeniittisissa ja duplex-teräksissä se on hyödyllinen seosaine. Typpi stabiloi austeniittista mikrorakennetta, vähentää nikkelin seostustarvetta ja parantaa niin mekaanisia kuin korroosio-ominaisuuksia. Typen rooli ja tavoitellut pitoisuusalueet vaihtelevat kuitenkin teräslajin mukaan ja hyvinkin pienet pitoisuusmuutokset voivat olla merkittäviä. Ruostumattoman teräksen valmistuksessa AOD prosessilla on keskeinen rooli typen pitoisuuden hallinnassa. Tämän työn tavoitteena oli kehittää malleja AOD-konvertterin typen hallinnan parantamiseksi, minkä vuoksi kaikki kokeet ja mittaukset tehtiin teollisessa AOD-konvertterissa. Aluksi tutkittiin eri seosaineiden ja lämpötilan vaikutusta typen tasapainoliukoisuuteen yhden baarin typpipaineessa, mikä johti uuden matemaattisen kaavan kehittämiseen. Seuraavaksi selvitettiin, miten sulan teräksen typpipitoisuutta voidaan kontrolloida muuntamalla typen osapainetta Ar-N2 prosessikaasuissa ja soveltaen näin Sievertsin lakia käytännön prosessiin. Teräksen typpitavoitteen saavuttamiseksi on myös tärkeää ymmärtää typpipitoisuuden muutoksen kinetiikkaan vaikuttavat tekijät, joita selvitettiin tutkimalla sekä typen absorptiota että desorptiota, eli typettämistä ja typen poistamista, useilla koesarjoilla. Työn tuloksena kehitettyjä termodynaamis-kineettisiä malleja testattiin laajalla teräksen koostumusalueella ja typpipitoisuusalueella 0.150 – 0.400 %. Tulokset osoittivat, että typpipitoisuus voidaan näillä malleilla ennustaa hyvin tarkasti. Tämän työn tuloksena syntyneet typpipitoisuutta ennustavat yhtälöt voidaan integroida tuotantoprosessin ohjausmalleihin, jolloin tavoitellun typpitason saavuttaminen on entistä tarkempaa. Näin parannetaan AOD konvertterin tuottavuutta typpiseosteisia teräslajeja valmistettaessa. Lisäksi voidaan alentaa kustannuksia ja laatuhäviöitä jatkopuhallusten harventuessa.
Julkaisun otsikon käännösTutkimus typen käyttäytymisen termodynamiikasta ja kinetiikasta terässulissa typen hallinnan parantamiseksi AOD-prosessissa typpiseostettujen ruostumattomien terästen valmistuksessa
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja
  • Jokilaakso, Ari, Vastuuprofessori
  • Holappa, Lauri, Ohjaaja
Kustantaja
Painoksen ISBN978-952-64-1710-3
Sähköinen ISBN978-952-64-1711-0
TilaJulkaistu - 2024
OKM-julkaisutyyppiG5 Artikkeliväitöskirja

Tutkimusalat

  • typen hallinta
  • typetys
  • typen poisto
  • termodynamiikka
  • kinetiikka
  • liukoisuus
  • AOD konvertteri
  • ruostumattoman teräksen valmistus
  • Sievertsin laki

Sormenjälki

Sukella tutkimusaiheisiin 'Tutkimus typen käyttäytymisen termodynamiikasta ja kinetiikasta terässulissa typen hallinnan parantamiseksi AOD-prosessissa typpiseostettujen ruostumattomien terästen valmistuksessa'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

Siteeraa tätä