Foaming of Stainless Steel Slag in the Electric Arc Furnace

Slaggskumning är ett användbart verktyg för att optimera processen i en ljusbågsugn. Traditionell slaggskumning baseras på en tillsats av syrgas och kolpulver, vilket skapar och reducerar oxider i slaggen. När oxiderna reduceras bildas kolmonoxid och om gasgenereringen är tillräcklig kommer slaggen att expandera i volym och slutligen bilda ett skum. Skummet underlättar överföringen av energi från elektroderna, vilket möjliggör effektivare smältning samt skyddar infodringen mot slitage. Slagg från höglegerade och rostfria stålsorter uppvisar generellt en sämre skumning, vilket resulterar i att krom (Cr) i form av kromoxid (23) förloras till slaggen. För att minska förlusten av krom har försök att förbättra skumningen genomförts vid Alleima AB:s ljusbågsugn i Sandviken. Slagprover har analyserats med röntgenfluorescens (XRF) och försökskampanjerna har fokuserat på nyttjandet av kol- och syrgaslansarna, då slaggsammansättningen bedömdes vara gynnsam för skumning. Genom att begränsa mängden injicerad syrgas och justera förhållandet mellan kolpulver och syrgas till 1,5 uppnåddes en lägre halt 23 i slaggen. Minskningen av 23 var inte lika beroende av förhållandet mellan kol och syre om det inlastade materialets sammansättningen togs i beaktande. Dock konstaterades det att en minskad mängd syre och en ökad mängd kisel i skrotkorgarna var fördelaktigt för att nå låga nivåer av 23. Det observerades också att med mindre tillsatser av syrgas ökade ugnens elförbrukning, samt att 23 reducerades med mer än 20% under tappning. Avståndet mellan kolansen och slaggytan undersöktes även, men inga slutsatser kunde dras om dess effekt på reduceringen av 23. Studien har också belyst svårigheten att kvantifiera skumningen baserat på operatörernas uppskattningar. Avslutningsvis bör det även nämnas att föreliggande rapport är en reducerad version av den rapport som publicerats internt inom Alleima AB.Slag foaming is a useful tool to optimize the process in the electric arc furnace (EAF). Traditional slag foaming is based on the addition of oxygen gas and carbon powder, which creates and reduces oxides in the slag. When the oxides are reduced, carbon monoxide gas is created and if the gas generation is substantial, the slag will expand in volume and eventually create a foam. The foam facilitates the transfer of energy from the electrodes, allowing for more efficient melting as well as protecting the refractory lining from wear. Slag from high-alloy and stainless steel grades generally exhibits poor foaming, resulting in a loss of chromium (Cr) in the form of chromium oxide (23) to the slag after tapping. In ordet to reduce the loss of chromium attempts to improve slag foaming at Alleima AB have been carried out in production at their EAF in Sandviken. Slag samples have been analyzed using X-ray fluorescence (XRF). The experiments have focused on the utilisation of the carbon and oxygen lances, once the slag composition had been assesed and concluded favourable for slag foaming. By limiting the amount of blown oxygen and adjusting the ratio of carbon powder to oxygen gas to 1.5, a decrease in 23 levels of the slag was achieved. The reduction of 23 was not as dependent on the ratio if carbon and oxygen if the composition of the charged material was taken into account. However, it was concluded that a decreased amount of oxygen and an increased amount of silicon in the scrap baskets was noted to be beneficial for reaching low 23 levels. It was also observed that with less additions of oxygen gas, the furnace’s electricity consumption increased, and that 23 was reduced by more than 20% during tapping. The distance of the carbon lance to the slag surface was examined, but no conclusion could be drawn regarding its effect on the reduction of 23. The study have also highlighted the difficulty of quantifying foaming based on the operators estimations. It should also be mentioned that the following report is a reduced version of the report published internally within Alleima AB.i