FAST CONTROLLING OF FEO IN SECONDARY METALLURGY AND PROCESS ADVANTAGES

Abstract

In this study, the FeO content of slag in liquid steel and the oxygen levels in liquid steel were examined in a reference facility with a 100-ton capacity electric arc furnace, where secondary metallurgy processes are carried out in the ladle furnace. In the steel production process, one of the most critical parameters that must be continuously monitored in both liquid steel and slag is the amount of dissolved oxygen. Based on the measurements and analyses conducted, the aim was to enhance the efficiency and economic viability of the secondary metallurgy process, and the obtained data were evaluated. The study determined that high FeO content leads to increased alloy consumption due to oxidation losses, resulting in significant economic losses. On the other hand, it was observed that lower FeO levels contribute to a reduction in undesirable oxygen levels in liquid steel. Additionally, since lower FeO levels reduce the oxygen content in steel, a cleaner microstructure and improved mechanical properties in the final product were observed. It was also found that an increase in FeO content raises the oxygen content in liquid steel, thereby increasing oxidation tendency and steel contamination. Based on the findings, recommendations for optimizing slag management in steel production were presented. The clean liquid steel and improved mechanical properties achieved by a controlled FeO follow-up increase production efficiency, reduce costs and improve the performance of the final product. Low oxygen and inclusion content minimize defects during casting, enhance machinability, and improve weldability. Additionally, they contribute to the development of critical mechanical properties such as strength, toughness, and fatigue resistance, resulting in more durable and long-lasting materials. These factors elevate steel production quality, offering both economic and technical advantages.

Keywords

• Oxygen
• steel cleaning
• ladle furnace
• feo

İKİNCİL METALURJİ PROSESİNDE FEO'NUN HIZLI KONTROLÜ VE PROSES AVANTAJLARI

Abstract

Bu çalışmada, 100 ton kapasiteli elektrik ark ocaklı bir referans tesiste, ikincil metalurji süreçlerinin yürütüldüğü pota ocağında, sıvı çelikteki cürufun FeO içeriği ve sıvı çeliğin oksijen seviyeleri incelenmiştir. Çelik üretim prosesinde, hem sıvı çelikte hem de cürufta sürekli olarak izlenmesi gereken en kritik parametrelerden biri çözünmüş oksijen miktarıdır. Yapılan ölçümler ve analizler sonucunda, ikincil metalurji prosesinin daha verimli ve ekonomik hale getirilmesi amaçlanmış ve elde edilen veriler değerlendirilmiştir. FeO içeriğinin yüksek olması durumunda meydana gelen alaşım yanmaları nedeniyle artan alaşım tüketiminin önemli ekonomik kayıplara yol açtığı belirlenmiştir. Öte yandan, düşük FeO seviyelerinin sıvı çelikte istenmeyen oksijen seviyelerinin azalmasına katkı sağladığı görülmüştür. Ayrıca düşük FeO seviyesinde çeliğin oksijen içeriği azaldığı için, daha temiz bir yapı ve nihai üründe daha iyi mekanik özellikler gözlemlenmiştir. FeO seviyesindeki artışın, sıvı çeliğin oksijen içeriğini de yükselterek oksitlenme eğilimini ve çelik kirliliğini artırdığı tespit edilmiştir. Elde edilen bulgular doğrultusunda, çelik üretiminde cüruf yönetiminin optimizasyonuna yönelik öneriler sunulmuştur. Temiz bir sıvı çelik ve iyileştirilmiş mekanik özellikler, üretim verimliliğini artırırken maliyetleri düşürmekte ve nihai ürün performansını iyileştirmektedir. Düşük oksijen ve inklüzyon içeriği, döküm sırasında kusurların azalmasını sağlamakta, işlenebilirliği artırmakta ve kaynaklanabilirliği iyileştirmektedir. Ayrıca, çeliğin mukavemet, tokluk ve yorulma dayanımı gibi kritik mekanik özelliklerini geliştirerek daha uzun ömürlü ve dayanıklı malzemeler elde edilmesine katkı sağlamaktadır. Bu faktörler, çelik üretiminde kaliteyi yükselterek hem ekonomik hem de teknik avantajlar sunmaktadır.

Keywords

• Oksijen
• çelik temizliği
• pota ocağı
• FeO

References

1. Agnihotri, A., Gupta, M., Singh, P. K., Singh, D., Tippannavar, S. S., Tuli, S. K., & Rawat, C. P. (2018). Effect of foamy slag in electric arc furnace on energy efficiency. 7th International Congress on Science and Technology of Steelmaking, Italy.
2. André, Luiz (2019). Vasconcellos da costa e silva, the effects of non-metallic inclusions on properties relevant to the performance of steel in structural and mechanical applications, J.Mater Res Technology, Vol. 8, No. 2, pp. 2408–2422.
3. Arato, Tokuda, M., & Ohtani, M. (1982). Tetsu-To-Hagane, No. 15, pp. 2263-70.
4. Birat, J. P. (2016). Steel cleanliness and environmental metallurgy. Metallurgical Research & Technology, 113, 201.
5. Camisani-Calzolari, F. R., Craig, I. K., & Pistorius, P. C. (2003). A review on causes of surface defects in continuous casting. IFAC New Technologies for Automation of Metallurgical Industry, Shanghai, P.R. China. Elsevier IFAC Publications.
6. Chen, X. et al. (2016). Effect of Slag Composition on MgAl₂O₄ Spinel Inclusions in Al-Killed Steels. Metallurgical Research.
7. Deng, Z., & Zhu, M. (2014). Deoxidation mechanism of Al-killed steel during industrial refining process. ISIJ International, 54, 1498–1506.
8. Fruehan, R. J. (1998). The Making, Shaping and Treating of Steel, 11th Edition, Steelmaking and Refining Volume, The AISE Steel Foundation, USA, 141-144, 152-153, 155-157.

9. Glitscher, W., & R. Maes. (2003). Instant Control of Metallurgical Slags in EAF & Ladle Utilizing an Electro-Chemical Sensor, PTD Proceedings, Iron and Steel Society, pg. 883.
10. Gündoğan, B. (2014). Slab Kalite Çeliklerin Üretim Sürecinde Deoksidasyon Malzemelerinin Kullanım Uygulamaları Ve Maliyete Etkisi. Yüksek lisans tezi, Karabük Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Karabük, Türkiye.
11. Kesgingöz, H., Yeldan, M., & Güçlü, U. (2020). Analysis of Turkey’s iron-steel industry in the world trade. Uluslararası Yönetim İktisat ve İşletme Dergisi, 16 (4), 271–284.
12. Liu, S., Fruehan, R.J., Morales, A., & Ozturk, B. (2001). Measurement of FeO activity and solubility of MgO in smelting slags. Metallurgical and Materials Transactions B, 32, 31–36.
13. Metals (2020). Inclusion Evolution and Control in IF Steel during RH Refining Process, Metals, 10 (528).
14. Michelic, S. et al. (2022). Formation of TiOₓ-Inclusions in High-Strength Steels: The Role of FeO and Reoxidation Sources. Steel Research International.
15. Nassaralla, C.L., Sarma, B., Morales, A.T., & Myers, J.C. (1994). Proc. E.T. Turkdogan Symp., Pittsburgh, PA, pp. 61-71.
16. Özaksoy, G. (2004). İkincil çelik üretiminde kükürt giderme ve çelik kalitesi. Yüksek lisans tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, Türkiye.
17. Özdemir, E. (2024). Sıvı Çelik Üretim Metalurjisinde Kalsiyum Elementinin Çelik İçerisinde Çözünürlüğünün Araştırılması. Yüksek lisans tezi, Mersin Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Mersin, Türkiye.
18. Park, J.M., & Lee, K.K. (1996). 79th Steelmaking Conf. Proc., ISS, Pittsburgh PA, Mar., pp. 1745-54.
19. Pokorny, J. & Pokorny, A. (1998). Inclusions non métalliques dans l’acier, Techniques de l’ingénieur, Référence M220, 10 juin.
20. Sağlar, B. (2022). Çelik Üretim Cüruflarında Mangan Oksit (Mno) Ve Demir (Iı) Oksit (Feo) Tayinlerinin Farklı Analiz Metotları İle Karşılaştırılması. Yüksek lisans tezi, Çukurova Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Adana, Türkiye.
21. Sarma, B., & Fruehan, R.J. (1997). 5th Int. Conf. on Molten Slags and Fluxes, Sydney, Australia, Jan, pp. 357-74.
22. Suito, H., & Inoue, R. (1996). Thermodynamics on Control of Inclusions Composition in Ultraclean Steels. ISIJ International, 36, 528.
23. Türkdoğan E. T. (1996). “Fundamentals of Steelmaking”, The Institute of Materials, USA, 25-26, 34-38, 40-45.
24. Yellishetty, M., Ranjith, P. G., & Tharumarajah, A. (2010). Iron ore and steel production trends and material flows in the world: Is this really sustainable?. Resources, Conservation and Recycling, 54(12), 1084–1094.
25. You, D., Michelic, S., & Bernhard, C. (2020). Modeling of Ladle Refining Process Considering Mixing and Chemical Reaction. Steel Research International, 1, 9.
26. Yuasa, G., Yajima, T., Ukai, A., & Ozawa, M. (1984). Refining practice and application of the ladle furnace (LF) process in Japan. Transactions ISIJ, 24, 1009–1017.
27. Wang, X.H., Jiang, M., Chen, B., & Li, H.B. (2012). Science China Technological Sciences, 55, 1863.
28. Wang, W., Zhang, L., Ren, Y., Luo, Y., & Sun, X. (2022). Effect of calcium treatment on non-metallic inclusions in steel during refining process. In 12th International Symposium on High-Temperature Metallurgical Processing (pp. 343–350).
29. Wang, J., Guo, B., Lyu, B. & Zhang, L. (2024). Thermodynamic modelling on the reaction between steel and slag. Journal of Materials Research and Technology, 32, 1761-1771.
30. Zhang, L. (2019). Non-metallic inclusions in steels: Fundamentals. Beijing: Metallurgical Industry Press.
31. Zhang, L., & Thomas, B. G. (2003). State of the art in evaluation and control of steel cleanliness. ISIJ International, 43(3), 271–291.
32. Zhang, L., & Thomas, B. G. (2006). State of the art in the control of inclusions during steel ingot casting. Metallurgical and Materials Transactions B, 37(5), 733–761.
33. Zhang, P., Li, G., Zhang, J., Huo, X., & Liu, Y. (2024). Effects of refining slag basicity and vacuum treatment on the cleanliness of bearing steel. Vacuum, 222, 112984.