Tải bản đầy đủ - 0trang
- Trên đáy lò được chất 1 lớp vơi 1,5-2% trọng lượng liệu (1,5-2 tấn) rải đều mặt đáy. Mục
đích của lớp vôi này là giảm bớt sự va đập của liệu rơi từ trên xuống và đồng thời tạo xỉ
sớm để khử bớt P.
- Chất khoảng ¼ số liệu là loại cục nhỏ vào nấu luyện, sau đó dàn đều ra lò, tiếp chất cục
liệu vừa.
- Khi số liệu điền đầy ½ nồi lò thì chất liệu cục to vào chính giữa 3 điện cực, trên cùng chất
một lớp liệu cục nhỏ, rồi thơng điện phóng hồ quang.
- Theo tình nóng đỏ liệu mà chất tiếp tục và tăng cơng suất lò, khi nhiệt độ lò 1000°C thì
chất hết liệu tiến hành nấu chảy liệu nhanh.
Chất liệu theo phương pháp trên xuống, ta dùng thùng chứa liệu có đáy tự động đóng, mở.
Liệu được chất vào thùng liệu, kích thước thùng liệu tùy vào dung lượng lò, sau đó nâng và
di chuyển nắp lò để tạo khoảng trống phía trên, mở đáy thùng chất liệu để liệu rơi vào lò.
CHƯƠNG 3: CƠNG NGHỆ NẤU LUYỆN THÉP
TRONG LỊ HỒ QUANG
3.1 GIAI ĐOẠN NẤU CHẢY:
Giai đoạn này bắt đầu từ khi chất liệu xong đến khi liệu chảy lỏng hoàn toàn. Đây là phương
pháp nấu lại, thép không bị bẩn nhiều bởi P,S, vì vậy giai đoạn nấu chảy chiếm 70% tổng thời
gian luyện một mẻ thép. Đây là giai đoạn quyết định năng suất lò và suất tiêu hao điện năng.
3.1.1 Trình tự tiến hành:
Sau khi nạp liệu xong, điện cực được hạ xuống và thông điện vào. Hồ quang phát ra có nhiệt độ
rất cao (3000-4000°C) và làm chảy liệu. Q trình nung chảy liệu có thể chia làm 4 thời kỳ:
NHĨM 11- ĐỒ ÁN MƠN HỌC
38
a. Thời kỳ 1: phát hồ quang ban đầu, thời gian giữ 5-10 phút. Liệu còn đang nguội khơng
thuận lợi với đặc tính phát xạ nhiệt của điện trở hồ quang, hồ quang khơng ổn định, ảnh
hưởng đến tường lò và nắp lò. Vì vậy thời kỳ này sử dụng 25-30% cơng suất điện định
mức, duy trì nguồn hồ quang ổn định. Thời kỳ này nhiệt hồ quang chỉ có nhiệm vụ nung
nóng tường, nắp lò và một phần kim loại rắn.
b. Thời kỳ 2: sau 20 phút liệu dưới chân điện cực đã chảy tạo thành 3 hố có đường kính lớn
hơn đường kính điện cực 40%, tăng cơng suất điện 40-50% công suất điện định mức, 3
điện cực được hạ dần xuống dưới, hồ quang phát mạnh hơn, dài hơn, ngọn lửa hồ quang
chìm trong khối liệu rắn.
c. Thời kỳ 3: là thời kỳ quyết định, sau 30-40 phút tăng tối đa công suất điện để rút ngắn
thời gian nấu chảy, ngọn lửa hồ quang hoàn toàn bị liệu rắn xung quanh hố che kín, do đó
bể kim loại lỏng trong lò tăng nhanh. Trong thời kỳ này, hồ quang phát ra tiếng kêu êm,
lửa và khói nâu sẫm sau đó lửa chuyển sang màu nâu nhạt.
d. Thời kỳ 4: sau hơn 1 giờ liệu đã bị chảy gần 99%, còn lại những cục chưa chảy quanh
nồi lò, do đó phải hạ thấp cơng suất điện trong lò là 50% cơng suất điện định mức, nâng 3
điện cực lên, đảo liệu chưa chảy ra giữa lò bằng bộ phận cơ điện dịch chuyển lò. Hồ
quang phát ra êm, lửa và khói trắng nhưng ngọn lửa không dâng cao như ở thời kỳ 3.
Cuối thời kỳ nấu chảy thường thấy xỉ trào lên cửa lò, điều đó chứng tỏ xỉ hình thành tốt và với số
lượng lớn. Lúc này nếu xỉ không chảy ra khỏi lò thì có thể nhìn bằng mắt qua cửa lò để phán
đốn tình hình xỉ tốt hay xấu rồi quyết định cho thêm chất tạo xỉ hoặc cào xỉ và tạo xỉ mới.
Trong giai đoạn này, nguồn nhiệt hồ quang phát ra rất lớn (6000-7000°C) nên các nguyên tố
trong vùng hồ quang bay hơi mãnh liệt. Để hạn chế tổn thất do bay hơi, chúng ta không chất các
nguyên tố hợp kim dưới 3 điện cực, tạo xỉ sớm.
Khi nóng chảy liệu, ta thổi oxy khi hồ quang tạm ổn định, khi đó oxy sẽ cắt được những liệu lớn
làm chúng chảy nhanh, đồng thời oxy hóa Si, Mn, Cr,C, Fe…Tổn hao do oxy hóa silic là rất lớn,
lò hồ quang thì lượng Si có khi đạt 90-100%, C>0,3% tổn hao do oxy nhiều nhưng còn phụ
thuộc vào hàm lượng Si trong kim loại, tổn hao do oxy hóa sắt do chất lượng thép phế do vậy
cần quan tâm chất lượng nguyên liệu vào lò.
Dưới tác dụng mạnh của nhiệt hồ quang nóng chảy, lượng khí hút vào rất lớn, các khí H 2, N2 hòa
tan vào kim loại lỏng với hàm lượng rất lớn. Giảm sự hấp phụ khí vào kim loại lỏng cần tạo xỉ
sớm và thổi oxy.
Tạo xỉ sớm có ý nghĩa quan trọng đối với việc phát hồ quang ổn định, tăng nhiệt độ kim loại,
giảm sự bay hơi các nguyên tố và hấp phụ khí vào kim loại lỏng, nhất là tạo điều kiện thuận lợi
khử photpho. Ở giai đoạn này, xỉ được hình thành do Si, Mn, Fe bị oxy hóa thành các oxyt vào
xỉ. Thành phần xỉ này không hợp với lò kiềm tính, dễ ăn mòn nồi lò và khơng có khả năng khử P.
Vì vậy lượng vơi lót ở lớp đáy lò khi chất liệu có vai trò tạo xỉ sớm, tăng độ bazo của xỉ đạt 2,22,7.
Thành phần xỉ ở thời kỳ này như sau: 30-40%CaO,15-25%SiO 2, 5-10%MgO, 2-10%MnO, 35%Al2O3, 12-20%(FeO+Fe2O3), 0,7-1,2%P2O5, 0,1-0,2%S
3.1.2 Khử Photpho:
Quá trình oxy hóa khử P:
2 [P] + 5 (FeO) = (P2O5) + 5 [Fe] , ΔH<0
4 (CaO) + (P2O5) = (4CaO.P2O5)
2[P] + 5 (FeO) + 4(CaO) = (4CaO.P2O5) + 5 [Fe]
NHÓM 11- ĐỒ ÁN MÔN HỌC
39
Hệ số phân bố của P là:
Điều kiện cơ bản để tiến hành khử P được tốt là:
-
Mơi trường oxy hóa, hàm lượng FeO trong xỉ cao (15-20%).
Độ bazo và hoạt độ của CaO trong xỉ phải cao ( B=2÷3)
Nhiệt độ của xỉ phải tương đối thấp (1250-1300°C)
Tạo xỉ nhanh, độ sệt của xỉ phải thấp (tăng độ chảy lỗng ta có thể dùng samốt và huỳnh
thạch , đạt 5-8%).
Khống chế lượng xỉ 3-4%trọng lượng liệu nạp vào lò, cào 60-70% xỉ ra khỏi lò khử bớt P,
tạo xỉ mới nhiều lần.
Thời kỳ này có thể khử ≥ 50% [P] trong kim loại.
Kết thúc quá trình này, ta lấy mẫu thử đi phân tích và chuẩn bị cho giai đoạn oxy hóa.
3.1.3 Biện pháp rút ngắn thời gian nấu chảy:
- Đưa công suất điện vào nấu luyện theo chế độ điện cao hoặc siêu công suất, điện áp hồ
-
quang lớn (Uhv>700 V), chùm hồ quang dài, tăng tốc độ nấu chảy liệu, giảm đáng kể thời
gian nóng chảy. Cần cách điện tốt giữa các cực, các thanh nối và giữa 3 pha, cải tạo biến
áp lò thích hợp theo từng chế độ sử dụng, tăng cường làm nguội máy biến áp lò tích cực.
Thổi oxy ngun chất vào kim loại lỏng sau khi liệu đã được nung chảy từ ½ đến 2/3
tổng số mẻ nấu, áp suất thổi từ 10-20 atm. Khi thổi oxy vào lò ta được thuận lợi: trước
hết, dòng oxy sẽ cắt nhỏ những cục liệu cồng kềnh làm chúng nóng chảy nhanh, thứ 2 là
các nguyên tố trong liệu như P, Si, C…khi bị oxy hóa sẽ tạo ra một lượng nhiệt lớn góp
phần vào việc nấu chảy liệu. Dùng oxy nguyên chất ta có thể rút ngắn thời gian nấu chảy
từ 10-12 phút, tiết kiệm 80-100 kWh/tấn thép, tiết kiệm điện năng.
1% C bị oxy hóa tăng nhiệt độ lên 3400C [C] + O2= CO2
1% C bị oxy hóa tăng nhiệt độ lên 1180C [C] + O2= CO
1% Si bị oxy hóa tăng nhiệt độ lên 2700C [Si] + O2 = SiO2
-
-
Gia nhiệt cho liệu 800-1000°C sau khi nạp liệu nóng đỏ kết hợp thổi oxy ngay làm giảm
thời gian nấu chảy 10%, tiêu hao điện năng giảm 15%. Nung liệu trước còn giảm được
q trình thủy phân dầu mở bẩn của liệu, giảm khí có hại trong kim loại lỏng. Rút ngắn
thời gian nấu chảy 25-30% nếu thổi phối hợp với khí thiên nhiên.
Ngồi ra có thể dùng gang lỏng làm phối liệu.
3.2 GIAI ĐOẠN OXY HÓA:
3.2.1 Nhiệm vụ cơ bản của giai đoạn này là:
Đưa trạng thái lỏng hoàn toàn và tạo mơi trường oxy hóa cao.
Khử P đến hàm lượng cho phép, hàm lượng (FeO), (CaO) cao và nhiệt độ tương đối thấp.
Giảm hàm lượng %C.
Oxy hóa Si, Mn, tách tạp chất phi kim và các khí N2, H2.
NHĨM 11- ĐỒ ÁN MƠN HỌC
40
-
Nung nóng kim loại đến nhiệt độ yêu cầu của mác thép, cao hơn nhiệt độ ra lò, làm đồng
đều nhiệt độ kim loại trong lò (1580-1600°C).
3.2.2 Thực hiện q trình:
Máy biến thế lò được sử dụng ở mức điện trung bình.
Cho vào lò quặng sắt (0,01%C cần 0,7-0,8 kg quặng cho 1 tấn kim loại) đã được nung nóng sau
10 phút, nghiêng lò 4-6° về phía cửa nạp liệu để tháo xỉ. Tháo khoảng 60-70% xỉ. Cho CaO vào
(1-1,5% lượng mẻ liệu,1,5-2,5 tấn).
Cho thêm quặng sắt vào nồi lò kim loại sẽ sơi mãnh liệt, xỉ sủi bọt và trào qua bên ngoài tạo xỉ
mới thường xuyên đồng thời giảm 1 phần nhỏ nhiệt độ của lò tạo điều kiện thuận lợi cho việc
khử P. Để nhiệt độ kim loại không bị giảm nhiều, đầu tiên người ta cào xỉ nhưng khơng cắt điện,
sau đó nâng điện cực lên rồi cào nhanh cho hết tất cả xỉ còn lại. Tháo xỉ thường xuyên và tháo
cho sạch để tránh P còn sót lại sẽ bị hồn nguyên trở lại vào kim loại. Độ bazo là 2,7-3, có độ
chảy lỗng thích hợp (dùng huỳnh thạch).
Khi lượng P thấp ( < mác thép), tiến hành thổi oxy vào bể kim loại tăng nhanh nhiệt độ cho kim
loại và tăng tốc độ oxy hóa cacbon.
Thường xuyên lấy mẫu phân tích thành phần các ngun tố trong thép lỏng.
a.Oxy hóa cacbon:
Việc oxy hóa C làm cho nồi lò sơi mãnh liệt tạo điều kiện cho việc khử khí, tạp chất, đồng đều
hóa thành phần và nhiệt độ kim loại, quan trọng nhất là giảm %C trong thép nhỏ hơn giới hạn
yêu cầu, tạo xỉ xốp.
Nồng độ FeO càng cao thì tốc độ khử C càng cao, để tăng nồng độ FeO bằng cách dùng quặng
sắt hoặc thổi oxy vào lò.
(Fe2O3) + [Fe] = 3 (FeO)
(Fe3O4) + [Fe] = 4 (FeO)
(FeO) → [FeO] + 28890 cal
[FeO] + [C] = [Fe] + [CO] ↑ , ∆H = -10980 cal
(FeO) + [C] = [Fe] + {CO} ↑, ∆H = 17910 cal
Do đó khi tăng nhiệt độ nồi lò kim loại thì sẽ thúc đẩy phản ứng oxy hóa C, độ nhớt của xỉ và
kim loại giảm tạo điều kiện tốt cho các khí Co thoát ra khỏi vùng phản ứng và oxyt sắt dễ khuếch
tán từ xỉ đến kim loại để tham gia phản ứng oxy hóa C.
b.Oxy hóa Photpho:
Phospho là 1 nguyên tố có hại, hàm lượng P cao trong thép sẽ làm gi ảm đ ộ dai va đ ập, đ ộ
bền, độ cứng còn làm tăng độ giòn nguội của thép, tăng thiên tích trong thép và khó khăn
cho việc đồng đều hóa thành phần kim loại khi nhiệt luyện.
Hàm lượng P trong liệu phần lớn được khử trong giai đoạn n ấu ch ảy (50%), ở giai đo ạn
này ta cần khử P triệt để hơn, nhỏ hơn yêu cầu của mác thép.
Phản ứng P bị oxy hóa:
2 [P] + 5 (FeO) = (P2O5) + 5 [Fe] , ΔH<0
NHÓM 11- ĐỒ ÁN MÔN HỌC
41
4 (CaO) + (P2O5) = (4CaO.P2O5)
2[P] + 5 (FeO) + 4(CaO) = (4CaO.P2O5) + 5 [Fe]
Hệ số phân bố của P là:
Khi khử P, cần giảm hàm lượng (SiO2), tăng (CaO), (FeO) và giảm nhiệt độ (1450-1500°C), khử
ở giai đoạn cuối giai đoạn nấu chảy và đầu giai đoạn oxy hóa.
c.Oxy hóa Silic:
Si bị khử đầu tiên đến ~0,02% thì Mn bắt đầu oxy hóa
2 [FeO] +[Si] = (SiO2) +2[Fe], ∆H = -75790cal
Khi nhiệt độ kim loại thấp, phản ứng oxy hóa Si tiến hành thuận lợi, Si bị oxy hóa gần như hồn
tồn ở giai đoạn oxy hóa.
Hàm lượng (FeO) cao khi oxy hóa Si
(FeO) + (SiO2) = (FeO.SiO2)
Hợp chất này kết hợp với vôi tạo silicat bền vững và giải phóng FeO.
(FeO.SiO2) + (CaO) = (CaO.SiO2) + (FeO)
d.Oxy hóa Mangan:
Mn cháy 50% ở giai đoạn nấu chảy, giai đoạn oxy hóa còn khoảng 0,2%
[FeO] + [Mn] = (MnO) + [Fe] , ∆H = -28000 cal
Mức độ oxy Mn yếu hơn Si, oxy hóa Mn ở đầu giai đoạn oxy hóa, cuối giai đoạn oxy hóa, nhiệt
độ cao(1600°C), Mn có thể hồn ngun lại.
(MnO) +[C] = [Mn] +CO
(MnO) + [Fe]=[Mn] + (FeO)
e.Khử khí và tạp chất kim loại:
Trong giai đoạn sôi, kim loại bị khấy trộn, các bọt khí CO là trung tâm kết tụ các khí khác và các
tạp chất phi kim. Khí CO thốt ra mang theo các khí nitơ, hyđrơ và các tạp chất khác cùng nổi
lên xỉ.
f.Vấn đề sử dụng oxy nguyên chất trong giai đoạn oxy hóa:
So sánh phương pháp dùng oxy nguyên chất và quặng sắt:
Thổi oxy
Quặng sắt
- Phản ứng oxy hóa các nguyên tố
- Phản ứng oxy hóa xảy ra chậm hơn,
-
xảy ra nhanh. Ví dụ tốc độ oxy hóa
C là 1,5-2%/h đối với thép cacbon
cao(0,5-1%), 0,08%C/h đối với
thép cacbon thấp (0,1%C).
Nhiệt độ kim loại lỏng tăng nhanh
30°C-40°C/phút, nhờ đó mà kim
loại và xỉ có độ sệt thấp, cháy hao
NHĨM 11- ĐỒ ÁN MƠN HỌC
-
đối với thép cacbon thì tốc độ oxy
hóa trung bình là 0,3-0,5%C/h.
Nhiệt độ kim loại lỏng tăng chậm 56°C/phút.
Thời gian oxy hóa lâu.
Tăng lượng xỉ, tăng cường độ lao
42
các nguyên tố hợp kim ít.
- Năng suất lò tăng 20-30%, tiết kiệm
-
động của cơng nhân, tăng các tạp
chất bẩn.
điện năng 20-50kWh/tấn.
Kim loại sôi mãnh liệt, xáo trộn
kim loại đều khắp, giảm hàm lượng
khí, tạp phi kim, tăng chất lượng
thép.
Tuy vậy việc sử dụng oxy nguyên chất có các nhược điểm sau:
- Nhiệt độ kim loại tăng nhanh nên vấn đề khử P rất khó.
- Khống chế tốc độ cháy C rất khó, giảm hàm lượng C quá nhỏ.
- Dễ gây ra nổ, phun bắn kim loại lỏng.
g.Nâng cao nhiệt độ nồi lò kim loại:
Việc nâng cao nhiệt độ ở cuối giai đoạn oxy hóa có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng mẻ nấu.
Nếu khi tháo xỉ oxy hóa, kim loại có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ rót tạo điều kiện cho việc tiến
hành giai đoạn hồn ngun: xỉ mới được hình thành nhanh chóng, phản ứng khử oxy tiến hành
với tốc độ cao, khử S dễ dàng và các nguyên tố hợp kim nóng chảy ở thời gian ngắn.
3.3 GIAI ĐOẠN HỒN NGUN:
3.3.1 Nhiệm vụ:
Khử oxy từ các oxyt: FeO, MnO, SiO 2 ,… nhưng chủ yếu là khử oxy của FeO vì hàm
-
lượng FeO lớn, sự tồn tại của nó ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng thép.
Khử S tới giới hạn cho phép.
Khống chế thành phần và nhiệt độ kim loại theo quy định của mác thép cần nấu.
Tinh luyện và hợp kim hóa thép.
Khử các khí nitơ, hyđrơ trong thép.
3.3.2 Thực hiện:
Sau khi cào xỉ oxy hóa xong, giảm điện thế mức điện thế sử dụng. Lúc này kim loại rất
-
-
nóng, nhiệt bức xạ rất lớn nên cần đưa cơng suất nhiệt thấp vào lò. Trong giai đoạn này
đòi hỏi tia hồ quang phát ra phạm vi rộng, tia hồ quang ngắn, giữ nhiệt đều khắp bề mặt
kim loại để tạo điều kiện khử oxy tốt.
Để đảm bảo hoàn nguyên tốt, cho chất oxy hóa yếu vào lò trước, sau đó là loại trung bình
và cuối cùng là chất oxy hóa mạnh.Vậy khử oxy, ta cho FeMn vào trước để khử oxy sơ
bộ, sau đó cho C hoặc FeSi và cuối cùng cho Al để khử oxy triệt để.
Các phản ứng khử S thực chất xảy ra phản ứng song song với các phản ứng khử oxy
nhưng mức độ phụ thuộc vào khả năng khử oxy. Sau khi khử oxy gần xong thì cho chất
tạo xỉ như vơi, huỳnh thạch để tăng độ bazo và tính lỗng của xỉ, tạo điều kiện khử S
nhanh.
Sau khi khử oxy và S xong thì mới cho các ngun tố hợp kim vào lò theo thứ tự nhất
định.
Khử oxy phần cuối được tiến hành trước khi rót từ 3-5 phút, ngồi ra có thể khử oxy lần
cuối trong thùng rót.
NHĨM 11- ĐỒ ÁN MƠN HỌC
43
3.3.3 Khử oxy:
Trong quá trình nấu luyện, oxy tồn tại trong thép lỏng dưới dạng [FeO]. Trong giai đoạn oxy hóa
hàm lượng [FeO] có tác dụng quyết định q trình oxy hóa khử. Nhưng với thép thành phẩm thì
[FeO] có hại rất lớn làm giảm chất lượng thép, do đó giai đoạn hoàn nguyên phải giảm hàm
lượng oxy [FeO] tới mức thấp nhất.
Tác hại của oxy trong thép:
- Khi kết tinh trong khuôn, nhiệt độ kim loại giảm nhanh làm oxy từ dạng [FeO] tiết ra oxy
-
-
làm tăng oxy trong phần thép còn lỏng, làm mất cân bằng O 2- C, do đó sinh ra phản ứng
oxy hóa lại cacbon, tạo khí CO bay lên, dẫn tới thép thỏi bị rỗ cho nên cán thép bị giòn và
bị nứt.
Khi đơng đặc [FeO] cùng tích với [FeS], làm dung điểm chảy chỉ là 910°C, thấp hơn
cùng tích của [Fe] và [FeS] (985°C). Cùng tích [FeO] với [FeS] tạo thành màng mỏng
nằm ở biên giới hạt tinh thể. Khi nung lên để cán ra thành phẩm thì phơi bị nứt khơng
dùng được.
[FeO] phản ứng với các nguyên tố hợp kim Al, Ti, Si, Mn tạo ra các sản phẩm oxyt (tạp
chất phi kim) nằm lại trong thép lỏng, làm giảm tính chất cơ học của thép.
Các phương pháp khử oxy:
a.Phương pháp khử oxy lắng:
Chất khử oxy được cho trực tiếp vào kim loại lỏng, phản ứng khử oxy xảy ra ngay trong kim
loại. Quá trình khử oxy nhanh nhưng tạo ra các tạp chất phi kim loại ở lại trong thể tích kim
loại.Phương pháp dùng để khử oxy trong thép cacbon, thép kết cấu.
Trước tiên,cào hết xỉ oxy hóa, cho các cục FeMn75 và FeSi75 với tỉ lệ Mn/Si = 4÷7 vào thép
lỏng để khử oxy sơ bộ, dùng Al cục cho vào lò trước lúc ra thép 3-5 phút khử oxy triệt để (khử
kết thúc).Các kim loại, hợp kim này ngoài nhiệm vụ khử oxy triệt để còn hạn chế N 2 hòa tan vào
thép lỏng và làm hạt tinh thể nhỏ mịn khi kết tinh trong khuôn. Các oxyt kim loại MnO, Al 2O3,
FeO có tỉ trọng nhỏ sẽ nổi lên xỉ. Nhưng một số oxyt không nổi lên được nằm lại trong thép làm
ảnh hưởng đến chất lượng thép.
Ảnh hưởng tỉ lệ Mn/Si đến hàm lượng tạp chất trong thép lỏng
Tỉ lệ Mn/Si
3,5
4,5
6,0
7,0
Tổng tạp chất
oxyt, %
0,0172
0,0146
0,0119
0,0116
Ảnh hưởng thứ tự cho ferro hợp kim tới lượng tạp chất oxyt:
Thao tác cho
chất khử vào lò
Thành phần tạp chất %
Tổng lượng tạp
chất, %
SiO2
FeO
MnO
Cho
FeMn
trước, FeSi sau
37,20
7,55
55,25
0,0149
Cho FeSi trước,
FeMn sau.
54,16
16,76
29,05
0,0268
NHĨM 11- ĐỒ ÁN MƠN HỌC
44
Thao tác cho chất Lượng [O] trước khi Lượng tạp chất phi Lượng [O] trong
khử vào lò
bị khử , %
kim loại trong thép, thép thành phẩm, %
%
FeSi FeMn
0,021-0,025
0,0254-0,0292
0,012-0,013
FeMn FeSi
0,019-0,024
0,0173-0,0217
0,007-0,009
Nếu tỉ lệ Mn/Si <4 thì tổng lượng tạp chất trong thép > 0,0172÷0,0185%, hàm lượng SiO 2 trong
thép cao, còn hàm lượng MnO trong thép thấp.Ở nhiệt độ 1600°C SiO 2 vẫn còn ở thể rắn, kích
thước bé nên dễ nằm trong thép lỏng làm tăng hợp chất SiO2 trong thép.
Nếu tỉ lệ Mn/Si > 7 tạo nhiều Mn, SiO2 lại ít, sau khi khử oxy xong, trong thép lỏng còn quá dư
MnO. Ở nhiệt độ > 1550°C MnO bị phân ly thành [Mn] + [O], [Mn] hòa tan vào thép còn [O] +
[C] →CO↑ do đó hàm lượng Mn trong thép vượt quá giới hạn cho phép, còn C lại giảm quá giới
hạn của mác thép. Mặc khác khả năng khử oxy của Mn yếu nên hàm lượng oxy trong thép vẫn
cao.
Thứ tự cho ferro cũng ảnh hưởng đến tạp chất trong thép, dựa vào bản trên ta nên cho FeMn vào
trước sẽ giảm được lượng tạp chất.
[Mn] +[FeO] = MnO + [Fe]
[FeO] + [Si] = SiO2 + [Fe]
MnO + SiO2 = MnO.SiO2
MnO.SiO2 là tạp chất bền, nhẹ, lỏng nên nổi lên xỉ hoàn toàn, giảm hàm lượng tạp chất.
Nhiệt độ càng cao thì khả năng khử oxy của Mn, Si càng giảm.
Nhiệt độ nóng chảy và tỉ trong 20C của 1 số oxyt và hợp chất của chúng:
Tên oxyt
Nhiệt độ nóng chảy [C]
Tỉ trọng ở 20C
Al2O3
2050
4,00
MnO
1785
5,40
SiO2
1710
2,40
FeO.SiO2
1178
-
MnO.SiO2
1270
-
FeO
1371
-
2FeO.SiO2
1205
-
3Al2O3.SiO2
1810
-
NHĨM 11- ĐỒ ÁN MÔN HỌC
45
xAl2O3.yMnO
1520
-
TiO2
1560
4,20
Cr2O3
2700-2950
5,75
NiO
1960
Dùng Al để khử oxy: Al là một chất khử oxy mạnh hơn Mn, Si, C, ta đưa Al vào cuối giai đoạn
hồn ngun hoặc cho vào thùng rót để khử oxy triệt để, điều chỉnh độ hạt tinh thể đều, làm cho
thép kết tinh được nhỏ mịn và chắc. Mức độ khử oxy của Al cũng tùy thuộc vào lượng Al đưa
vào lò.
Nếu lượng Al đưa vào < 0,02% ta có phản ứng:
4[O] +2[Fe] + [Al] = (FeO.Al2O3)
Nếu lượng Al đưa vào ≥ 0,02%:
3[FeO] + 2[Al] = 3[Fe] +Al2O3
3[MnO] + 2[Al] = 3[Mn] + Al2O3
(Cr2O3) + 2[Al] = 2[Cr] + Al2O3
Khả năng khử oxy của Al: 2[Al] + 3[O] = Al2O3
lgK = - 47200/T + 12,52
Vì vậy, nhiệt độ càng cao thì khả năng khử oxy của Al kém, Al hòa tan vào thép lỏng rất ít và hầu
như bị oxy hóa hồn tồn.
Khử oxy bằng Al cần chú ý:
- Khi đưa lượng Al vào khử oxy quá ít thì lượng Al đó chẳng những khơng có tác dụng mà
-
còn lơi kéo thêm Fe mất vào xỉ nhiều.
Khơng được đưa Al vào quá dư vì sản phẩm của Al là Al 2O3 có kích thước nhỏ, đa số ở
lại trong thép lỏng làm tăng lượng tạp chất phi kim và làm giảm cơ tính của thép.
Thuốc khử oxy mạnh có thể hồn ngun các ngun tố khử oxy yếu khỏi chất oxit của
chúng, làm tăng tạp chất phi kim cho thép lỏng.
Lượng nhôm đưa vào là 900g/tấn.
b.Phương pháp khử khuếch tán:
Khử oxy bằng phương pháp khuếch tán là khử trên bề mặt giữa kim loại và xỉ, dùng than hoặc
cốc vụn, ferro silic, nhôm, silicô canxi ở dạng bột.Nguyên lý của phương pháp này dựa vào định
luật phân bố giữa hai pha xỉ và kim loại lỏng, ở nhiệt độ nhất định và độ bazo của xỉ nhất định, tỉ
số giữa nồng độ oxyt sắt trong xỉ và trong kim loại là một hằng số:
L = (FeO)/[FeO] = const
Vì vậy nếu giảm được tổng lượng FeO trong xỉ thì lượng oxy tương ứng sẽ đi từ kim loại vào xỉ,
ta có thể tạo xỉ với lượng FeO là ≤0,5% lượng oxy trong kim loại có thể giảm 0,005%.
NHĨM 11- ĐỒ ÁN MÔN HỌC
46
Muốn FeO trong kim loại khuếch tán vào xỉ nhiều thì điều kiện trước tiên là nâng cao nhiệt độ
kim loại lỏng, tăng bề mặt tiếp xúc giữa 2 pha xỉ và kim loại lỏng.
Khả năng khử oxy của cacbon: [C] + (FeO) = [Fe] + {CO}↑
Sản phẩm khử là CO nên trong thép rất ít tạp chất phi kim. Vì vậy lò điện có khả năng luyện
được các loại thép có chất lượng cao, hàm lượng tạp phi kim thấp, sự tăng nhiệt độ không ảnh
hưởng nhiều tới sự khử oxy của cacbon, cụ thể là khi nhiệt độ kim loại tăng 100°C thì lượng oxy
trong thép tăng lên 0,0012%.
Phương pháp này vừa đạt được mục đích khử oxy theo yêu cầu của mác thép đồng thời vừa tránh
được các oxyt nằm lại trong thép. Đây là phương pháp khử oxy và lưu huỳnh triệt để và chỉ thực
hiện duy nhất trong lò điện hồ quang.
Tuy nhiên khử oxy bằng phương pháp khuếch tán có một số nhược điểm:
- Thời gian khử quá lâu.
- Khi nhiệt độ không đổi, khả năng khử oxy của C kém Si, Al, do đó sau khi khử oxy bằng
-
C cần phải cho các chất khử oxy mạnh hơn để khử tiếp. Nếu khơng khi rót khn, oxy và
cacbon có thể tác dụng với nhau tạo bọt khí CO gây nên rỗ khí cho vật đúc.
Trong q trình khử, hàm lượng C của kim loại tăng lên, ảnh hưởng rất lớn đến thép, tốc
độ tăng hàm lượng C là 0,02-0,1%C/giờ.
Giải pháp: khử oxy bằng xỉ tổng hợp.
Căn cứ vào nguyên vật liệu tạo xỉ và chất khử oxy khác nhau mà phương pháp này chia ra:
phương pháp xỉ trắng và phương pháp xỉ cacbit.
Khử oxy dưới dạng xỉ trắng:
Điều kiện khử oxy bằng xỉ trắng tốt:
- Mặt tiếp xúc với kim loại phải lớn, nghĩa là phải tăng diện tích tiếp xúc giữa xỉ và các
-
chất khử oxy đưa vào.
Trước khi cho các chất khử oxy lên trên cần khuấy trộn kim loại lỏng, tăng tốc độ khuếch
tán của FeO và các tạp chất khác.
Lớp xỉ phải dày, tạo điều kiện thuận lợi để tiến hành phản ứng khử.
Nhiệt độ kim loại phải cao ( khoảng 1600°C) để tăng tốc độ khuếch tán và tăng phản ứng
khử oxy.
Quá trình tiến hành:
Sau khi cào xỉ oxy hóa, cho FeMn vào khử oxy sơ bộ, tạo xỉ mới thành phần chất tạo xỉ là vôi:
huỳnh thạch = 4: 1, lượng chất tạo xỉ so với lò lớn là 1-1,5% so với lượng thép chứa trong lò.
Khi hình thành lớp xỉ mỏng thì cho thêm hỗn hợp vôi: huỳnh thạch : bột cốc = 8 : 2 : 1, cụ thể là
1,5-2kg/tấn than, 3-5kg/tấn bột FeSi75 ( bột thanh và bột FeSi75 được trộn đều trước lúc cho vào
lò), chiếm 2-3% trọng lượng thép chứa trong lò. Cho hỗn hợp trên vào lò khoảng 3-4 lần, mỗi lần
phải rải đều trên mặt xỉ và bịt kín các khe hở của lò lại.
(FeO) + C = [Fe] + CO↑
2(FeO) + Si = 2[Fe] + SiO2
3 (FeO) + C + Si = 3[FeO] + SiO2 + CO↑
(MnO) +C = [Mn] + CO↑
NHÓM 11- ĐỒ ÁN MƠN HỌC
47
Chờ cho xỉ có màu xám trắng chứng tỏ lượng FeO trong xỉ đã thấp đi (1-1,5%), sau 5-10 phút
đảo khuấy kim loại và xỉ trong lò, tiếp đợt chất khử khác vào lò. Xem xét tình hình kim loại và
điều chỉnh % CaO và độ loãng của xỉ cho thích hợp ( CaO : CaF 2 : bột cốc : bột FeSi = 4 : 1 : 1 :
1
Khi cho hết đợt chất cuối cùng (15-20 phút sau) thì thấy xỉ có màu trắng hơn chứng tỏ FeO trong
xỉ rất thấp (0,9-1%), mặt xỉ lõm sâu, khi nhúng vào nước thì xỉ bị vỡ vụn thành bột màu trắng.
Sở dĩ như vậy vì trong xỉ có 2CaO.SiO2, ở 675°C nó có di chuyển biến thù hình β→γ và làm tăng
thể tích. Nếu màu xỉ trắng mà khi nhúng nước không bị vỡ vụn chứng tỏ trong xỉ nhiều Al 2O3,
cần điều chỉnh lại thành phần xỉ. Đôi khi xỉ có màu đen nhưng nhúng nước thì vỡ vụn chứng tỏ
trong xỉ có nhiều MgO.
Khử oxy dưới dạng cacbit:
Phương pháp chủ yếu dùng cacbon vào lò nhiều để tạo cacbit canxi CaC 2 là một chất khử rất
mạnh để khử oxy trên mặt xỉ.
Phản ứng tạo ra CaC2 là phản ứng thu nhiệt rất mạnh tạo cacbit canxi ở dưới 3 điện cực:
CaO + 3C = CaC2 + CO, H = 105305 cal
Nếu CaC2 gặp khơng khí ẩm sẽ bị phân hủy:
CaC2 + H2O = CaO + C2H2
Muồn tạo nhiều CaC2 và giữ lâu trong lò điện cần:
- Lượng cốc đưa vào lò nhiều, bột cốc phải khơ.
- Lò phải thật kín, nhất là trên 3 lỗ của 3 điện cực để giữ cho CaC2 không bị phân hủy.
- Nhiệt độ lò phải cao vì phản ứng tạo CaC2 là một phản ứng thu nhiệt lớn.
Trình tự tiến hành:
Sau khi tháo xỉ oxy hóa cho FeMn vào, sau đó cho hỗn hợp tạo xỉ vào.
Đợt 1: CaO : CaF2 : bột cốc = 4 : 1 : 1
Tổng lượng hỗn hợp 35% trọng lượng mẻ nấu, bột than 2kg/tấn.
Đợt 2: khi xỉ đã chảy lỏng hồn tồn thì cho tiếp hỗn hợp vào đợt 2 ( 23% lượng mẻ nấu,
bột cốc 35 kh/tấn)
CaO : CaF2 : bột cốc = 3:1:1,5
Sử dụng điện áp trung bình, dòng điện hồ quang lớn. CaC 2 nóng chảy và khuếch tán vào xỉ để
khử oxy rất mạnh:
3 (FeO) + CaC2 = 3[Fe] + CaO + 2CO
3(MnO) + CaC2 = 3[Mn] + CaO + 2CO
(Cr2O3) + CaC2 = 2[Cr] + CaO + 2CO
Song song với quá trình khử oxy thì tiến hành khử cả S:
[FeS] + [FeO] + (CaO) = (CaS) +(CaO) + [Fe]
Khi phản ứng trên xảy ra thì sau 5-10 phút xuất hiện khói đen ra ở cửa lò và nắp lò, sau 30-45
phút thì xuất hiện màu trắng, lúc đó là lúc kết túc quá trình khử oxy.Thời gian khử kéo dài 1-1,5h
tùy thuộc vào dung tích lò.
NHĨM 11- ĐỒ ÁN MÔN HỌC
48
