MỤC LỤC Lời cảm ơn……………………………………………………………………………………… Đánh giá thầy………………………………………………………………………………….5 Lời mở đầu……………………………………………………………………………………… I Tổng quan…………………………………………………………………………….…………7 Lịch sử phát triển lò hồ quang…………………………………….…………………7 Đặc điểm phát triển lò hồ quang…………………………………………………… Phân loại………………………………………………………………………………….9 Cấu tạo nguyên lý hoạt động thiết bị……………………………………………10 II Tính tốn thiết kế lò hồ quang xoay chiều nấu thép sản lượng 100 tấn/ mẻ ……………… 11 Chương 1: Xác định kích thước lò……………………………………………………………….11 I.1 I.2 Xác định hình dạng lò……………………………………………………………11 Xác định kích thước hình học lò…………………………………………….11 I.2.1 Tính thể tích nồi lò………………………………………………………11 I.2.2 Tính kích thước nồi lò…………………………………… ……….12 I.3 Xác định độ dày đáy, tường nắp lò………………………………………… 13 I.3.1 Độ dày đáy lò……………………………………………………………… 13 I.3.2 Độ dày tường lò…………………………………………………………… 13 I.3.3 Độ dày nắp lò……………………………………………………………… 14 Chương 2: Tính tốn nhiệt………………………………………………………………… 15 2.1 Chọn vật liệu xây lò cách xây lò…………………………………………… 15 2.1.1 Chọn vật liệu xây lò……………………………………………………… 15 2.1.2 Cách xây lò……………………………………………………………… 16 2.2 Xác định nhiệt độ nhiệt độ vật liệu chịu lửa…………….……………… 17 2.2.1 Đặt vấn đề………………………………………………………………….17 2.2.2 Phân phối nhiệt thời kỳ nấu nhiệt……………………………….18 2.3 Tính nhiệt qua nắp, tường, đáy lò, qua cửa lò hệ thống làm nguội… 20 2.4 Tính tốn cân nhiệt……………………………………………………… 20 Chương 3: Tính thơng số điện……………………………………………………………….23 3.1 Tính cơng suất điện………………………………………………………………23 3.1.1 Thiết bị điện…………………………………………………………… 23 3.1.2 Tính tốn cơng suất điện……………………………………………… 25 3.1.2.1 Năng suất lò tính tốn máy biến áp………………………… 25 a Năng suất lò……………………………………………………25 b Cơng suất máy biến thế……………………………………… 26 c Các cấp điện thế……………………………………………….26 3.1.3 Tính điện cực phân bố điện cực………………………………………27 3.1.3.1 Tính tốn điện cực……………………………………………….27 a Đường kính điện cực………………………………….……….27 b Chiều dài điện cực…………………………………………….27 3.1.3.2 Sự phân bố điện cực……………………………………….…… 28 3.2 Đề suất chế độ công suất điện ……………………………………….…… …29 Chương 4: Tính tốn phối liệu………………………………………………………….… … 31 4.1 Chọn phương án nấu luyện…………………………………………….… … 31 4.2 Chọn tiêu kỹ thuật vật tư sử dụng………………………….… ……32 4.3 Tính tốn phối lieu mẻ nấu………………………………………….…… … 33 4.3.1 Xác định thành phần mẻ nấu……………………………….… ………33 4.3.2 Xác định thời lượng thời kỳ…………………………… ……… 33 4.3.3 Tính cháy hao nguyên tố qua thời kỳ: nấu chảy, oxi hóa, hồn ngun ……………………………………………………………………………………34 4.3.4 Tính hình thành xỉ, lượng tạo xỉ qua thời kỳ: nấu chảy, oxi hóa, hồn ngun …………………………………………………………………………… 36 4.4 Hợp kim hóa…………………………………………………………………… 43 Chương 5: Lập quy trình cơng nghệ…………………………………………………………… 46 5.1 Quy trình lò chất liệu…………………………………….… ………………46 5.1.1 Quy trình lò……………………………………………………………… 46 5.1.2 Chuẩn bị lò phối liệu nấu thép………………………………………….46 5.1.3 Nạp liệu cho lò…………………………………………………………… 47 5.2 Chế độ điện thao tác thời kỳ nấu chảy…………………………… 48 5.2.1 Chế độ điện……………………………………………………………… 48 5.2.2 Các thao tác thời kỳ nấu chảy……………………………….………48 5.3 Chế độ điện thao tác thời kỳ oxi hóa……………………….………52 5.3.1 Chế độ điện………………………………………………………….…… 52 5.3.2 Các thao tác thời kỳ oxi hóa…………………………………………52 5.4 Chế độ điện thao tác thời kỳ hoàn nguyên…………………………54 5.4.1 Chế độ điện……………………………………………………………… 54 5.4.1 Các thao tác q trình hồn ngun…………………………………54 Chương 6: Giải cố xảy ra………………………………………………… 60 Tài liệu tham khảo……………………………………………………………………………….61 LỜI CẢM ƠN Để thực Đồ án Môn học này, em phải thao khảo sách Luyện thép Lò điện (tác giả Phạm Phố-Phạm Huy Bình) chủ yếu quan trọng hướng dẫn thầy giúp đỡ bạn lớp nhóm thực Em xin chân thành cảm ơn thầy bạn! ĐÁNH GIÁ CỦA THẦY: …………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… LỜI MỞ ĐẦU: Thép gang vật liệu chủ yếu chiếm sản lượng lớn sản xuất, đời sống người lâu nay.Hiện giới nói chung Việt Nam nói riêng phát triển đồng thời cải tiến ngành công nghiệp sản xuất thép, gang.Do yêu cầu sản lượng lớn sản phẩm sắt thép xây dựng chất lượng tốt ngành xây dựng đòi hỏi phải sản xuất thép lò có dung lượng lớn (50-100 tấn),(100-400 tấn) nữa.Vì nấu thép lò thổi khơng khí, lò Besmer, lò Mactin,…khơng thể đáp ứng sản xuất sản lượng lớn, công nghệ nấu lạc hậu thời gian nấu dài (từ vài tiếng đến ngày) Phương pháp luyện thép lò hồ quang điện công nghệ đại.Để luyện thép hợp kim lò, người ta tận dụng điện biến thành nhiệt dạng hồ quang.Thường sử dụng lò điện hồ quang xoay chiều (AC-EAF), lò hồ quang chiều (DC-EAF) để sản xuất thép cacbon chất lượng, thép hợp kim thấp,trung bình cao với sản lượng lớn Đặc điểm bật lò hồ quang: - Tập trung lượng nhiệt lớn để nung chảy kim loại nhanh đặc biệt kim loại khó chảy vofram, molipden,… - Lò có nhiệt độ cao >=1700° C nên tạo điều kiện hòa tan nguyên tố hợp kim nhiều thép, thỏa mãn đầy đủ phản ứng luyện kim (oxy hóa, khử), tăng tốc độ phản ứng hóa học, thúc đẩy q trình xảy nhanh chóng triệt để - Dễ dàng nâng nhiệt độ cho bể kim loại, điều chỉnh xác thành phần hóa học thép lỏng xỉ - Đảm bảo cháy hao nguyên tố hợp kim thấp, giảm hàm lượng phospho lưu huỳnh thấp (P,S < 0,02%) - Giá thành thép lò điện cao tiêu tốn điện điện cực lớn - Chọn tính tốn hợp lý phế thép, đảm bảo phospho lưu huỳnh, kích thước liệu phải phù hợp với dung lượng lò phương pháp chất liệu vào lò đảm bảo vận hành lò tốt Tuy nhiên, đồ án giới hạn tính tốn lò phối liệu, thiết kế lò cách vận hành sinh viên nên sơ khai khơng chun sâu vào lò hồ quang Vì có nhiều thiếu sót, khơng đầy đủ.Hi vọng có sai sót mong thầy bạn góp ý kiến đóng góp để làm hồn thiện I Tổng quan: Lịch sử phát triển lò hồ quang: Lò hồ quang loại lò điện sử dụng phổ biến giới nước ta việc nấu luyện thép Lịch sử phát triển lò hồ quang: Trên giới, lò điện xây dưng Pháp vào năm 1889 với dung lượng tấn/mẻ để nấu luyện thép hợp kim Đến năm 1900 Mỹ sử dụng loại lò điện hồ quang 10-60 tấn/ mẻ để nấu thép dụng cụ thép hợp kim Ở Tiệp Khắc sữ dụng lò hồ quang 20-30 tấn/mẻ để nấu loại thép cacbon thép hợp kim thấp Ngày người ta sử dụng phổ biến rộng rải lò hồ quang 100-400 tấn/mẻ dung lượng điện áp 35.000165.000 kVA Đặc biệp Mỹ chạy thường xuyên loại lò 360 tấn/ mẻ chế độ siêu công suất 160.000 kVA để sản xuất thép cacbon chất lượng, đảm bảo suất 100-120 thép/ Từ năm 1900 đến người ta thiết kế xây dựng loại lò hồ quang đại lò hồ quang chiều siêu cơng suất (150 tấn/ mẻ), lò hồ quang thân cột (Thụy Điển) có dung lượng lò 100-300 tấn/ mẻ Sản lượng thép lò hồ quang chiếm 80-90% tổng lượng thép lò điện Số lượng thép lại sản xuất từ lò cảm ứng cao tần,trung tần lò tần số cơng nghiệp Ở nước ta có nhiều nhà máy sử dụng lò hồ quang đặt biệt như: - Nhà máy luyện thép Lưu Xá ( công ty gang thép Thái Nguyện) - Nhà máy cán thép Gia sàng - Nhà máy khí ( cơng ty gang thép Thái Ngun) - Nhà máy luyện thép biên hòa (cơng ty thép Miền Nam) - Nhà máy thép Nhà Bè ( cộng ty thép Miền Nam) - Nhà máy thép Thủ Đức ( công ty thép MiềnNam) - Phân xưởng nhà máy khí ( cơng ty thép Miền Nam)… Nói chung sản xuất thép nước ta chủ yếu lò điện hồ quang Đặc điểm lò hồ quang (lò hồ quang xoay chiều ba điện cực) : Lò điện hồ quang chủ yêu tận dụng lượng nhiệt chùm hồ quang phát điện cực kim loại chùa lò, có số đặc điểm sau: - Ưu điểm:  Biến điện thành hồ quang dó sử dụng lượng nhiệt hữu ích tối đa  Nhiệt độ ba điện cực đạt t 30000C dó nâng nhiệt độ thép lỏng lên t 16000C, thỏa mãn điều kiện kỹ thuật luyện mác thép hợp kim khác  Trong q trình nấu luyện lò tạo đươc mơ trường hồn ngun, mơi trường oxy hóa Có thể khống chế điểu khiển cách xác thành phần hóa học nhiệt độ thép lỏng Đảm bảo khử S, P tốt, khử tạp chất phi kim, tạp khí chất có hại cho chất lượng thép đến mức tối thiểu Đồng thời, khống chế cháy hao nguyên tố hợp kim đến mức cho phép Đảm bảo chất lượng thép xuất lò ( hệ số thu hồi 90%)  Kết cấu thiết bị tương đối đơn giản, chiếm diện tích mặt ít, vốn đầu tư xây dựng xưởng thấp thời gian xây dựng xưởng nhanh  Dễ áp dụng tự động hóa khí hóa q trình vận hành Dễ dàng tiến hành luyện thép mơi trường chân khơng Do đó, có khả nấu loại thép cacbon thép hợp kim có độ cao siêu - Nhược điểm:  Trong q trình phát hồ quang tạo mội trường khí ion hóa lò Do có khả hòa tan khí ( N2) thép lỏng làm giảm chất lượng sản phẩm đúc  Hồ quang nguồn điểm xạ nhiệt nhiệt phân bố khơng làm ảnh hưởng xấu đến trình nấu chảy liệu Làm tăng bay mạnh nguyên tố hợp kim như: mangan, wolfram…,phá hủy cục tường lò  Phối liệu sử dụng cho lò hồ quang chủ yếu thép phế liệu có thành phần tương đối ổn định, P S phải thấp Thép phế liệu nội nhà máy không đủ cung cấp cho lò, đa phần phải nhập ngoại tốn chi phí  Tiêu hao điện điện cực lớn Ở số nước chua chế tạo điện cực grafit, giá tiền điện cao Giá thép thảnh phẩm phụ thuộc lớn vào hai yếu tố ( chiếm 65-70% giá thành sản phẩm)… Phân loại: Lò hồ quang phân loại theo cấu tạo ứng dụng,lò hồ quang gồm ba loại: lò hồ quang gián tiếp, lò hồ quang trực tiếp lò hồ quang phủ kín 3.1 Lò hồ quang trực tiếp EAF ( electric arc furnace): - Theo cấu tạo mạch điện chia làm hai loại: lò hồ quang xoay chiều AC-EAF lò hồ quang chiều DC-EAF Lò hồ quang trực tiếp đươc sử dụng phổ biến giới nước ta 3.2 Lò hồ quang gián tiếp sử dụng hai điện cực grafic: - Loại sử dụng nguồn điện chiều nguồn điện hai chiều, hai điện cực nằm ngang xun qua hơng lò vào lò Nhiệt độ lò đạt khơng cao khoảng 1300-1350oC Do đó, loại lò thích hợp nấu hợp kim dể chảy đồng(Cu), chì(Pb), kẽm, thiếc… 3.3 Lò điện hồ quang phủ kín hay gọi lò ferro hợp kim: Điện áp vào lò phụ thuộc vào hợp kim Ferro nấu luyện Trong trình nấu, hồ quang phát ba điện cực tự thiêu kết, chùm hồ quang ngắn rộng bị chiềm sâu bể liệu dó liệu tiếp thu nhiệt hồ quang nhiệt trở liệu mà nóng chảy Q trình nấu Ferro trình liên tục kéo dài khoảng thời gian định Ferro hợp kim tháo ngồi qua cửa hơng lò theo định kì Cấu tạo nguyện lý thiết bị: 4.1 Cấu tạo chung lò hồ quang: Lò hồ quang gồm phận sau: - Buồng lò - Thiết bị nghiêng lò - Thiết bị hạ điện cực - Thiết bị điện: máy biến áp, mạng điện… 4.2 Nguyên lý hoạt động lò hồ quang: Lò hồ quang sử dụng nguồn nhiệt lửa hồ quang sinh điện cực kim loại nấu Khi nấu, điện cực cấp điện hạ xuống chạm vào mặt kim loại gây ngắn mạch, cường độ dòng điện tăng cao Sau nâng điện cực lên cách bề mặt kim loại nấu khoảng cách định Cường độ dòng điện cao sẻ làm phát sinh lửa hồ quang điện cực kim loại nấu, gọi hồ quang trực tiếp Nhiệt độ lửa hồ quang cao tập trung nên lượng nhiệt truyền cho kim loại lớn chủ yếu truyền nhiệt xạ Khi kim loại chảy lỏng,khoảng cách điện cực kim loại điều chỉnh thích hợp để lửa hồ quang cháy ổn định Việctạo xỉ sớm có ý nghĩa quan trọng việc phát hồ quang ổn định, tăng nhiệt độ kim loại, giảm bay nguyên tố hấp phụ khí vào kim loại lỏng, tạo điều kiện thuận lợi khử photpho Ở giai đoạn này, xỉ hình thành Si,Mn,Fe bị oxy hóa thành oxyt vào xỉ Thành phần xỉ khơng hợp với lò kiềm tính, dễ ăn mòn nồi lò khơng có khả khử P Vì lượng vơi lót lớp đáy lò chất liệu có vai trò tạo xỉ sớm, tăng độ bazo xỉ đạt 2,2-2,7 Để giảm bay nguyên tố ta không chất cácnguyên tố hợp kim ba điện cực cần tạo xỉ xớm trình nấu chảy  Quá trình oxy hốcác ngun tố: Trong q trình nấu chảy liệu ngồi q trình bay có q trình oxy hóa nguyên tố có lực mạnh cới oxy Si…, ngun tố khơng bị bị oxy hóa tổn thất qua trình bay Các ngun tố dễ bị oxy hóa tổn thất oxy hóa hồn tồn Nguồn cung cấp oxy cho q trình oxy hóa oxt sắt, vảy rèn, vảy cán nóng, quặng sắt đưa vào, khí lò thổi khí oxy ngun chất Si nguyên tố có lực mạnh với oxy nên bị oxy hóa 50 �70% đơi oxy hóa hồn tồn 100% Sản phầm oxy hóa SiO2 gặp CaO tạo thành hợp chất vũng chắt ổn định tạo xỉ SiO2+CaO=(2CaO.SiO2) Khi nấu thép hợp kim silic (Si>1%) tổn thất oxy hóa Si 50 �70%, thơng thường nấu xong Si lại vết ( 0,02 �0,05) Mg 30 �50%, C bị oxy hóa tổn thất 10 �30%  Sự hấp thụ khí kim loại Liệu lò nấu chảy, phần kim loại lỏng chưa có lớp xỉ che kín sẻ tiếp xúc trực tiếp với khơng khí lò Độ hòa tan khí kim loại lỏng sẻ tăng theo nhiệt độ Đặt biệt nhiệt độ cao lò hồ quang khí H2 N2 bị ion hóa mạnh hòa tan vào kim loại lỏng dạng nguyên tử Để giảm hòa tan khí vào kim loại lỏng cần tạo xỉ sớm Ngồi q trình nấu chảy thổi khí Oxy vào để tăng trình nấu chảy tăng khử khí  Q trình tạo xỉ khử phot Trong thời kỳ nấu chảy xỉ tạo xớm có ý nghĩa quan trọng việc phát hồ quang ổn định, tăng nhiệt độ kim loai, giảm bay ngun tố, giảm hòa tan khí, tạo điều kiện thuận lợi cho việc khử P Trong giai đoạn , xỉ hình thành từ việc oxy háo nguyên tố Si, Mn, Al, Fe tạo thành oxt SiO2, FeO, MnO, Al2O3 Với thành phần xỉ khơng thích hợp cho nồi lò kiềm tính (dễ bị ăn mòn) đặc biệt khơng có lợi cho khữ P Vì cần tăng lượng vơi vào lò ( tăng độ kiềm lên �2% khối lượng mẻ nấu) Tiếp theo tăng độ bazo CaO B  2,5 SiO2 xỉ lên 2,2 �2,7( ) Hệ số phân bố P có lợi cho việc khự P Lp  ( P2O5 )  P  K P (FeO)3 (CaO) Từ công thức ta thấy tính kiềm tính oxy hóa xỉ ảnh hưởng đến việckhử P Thực nghiệm thực tế sản xuất cho thấy xỉ có độ bazo từ 2,3 �3 (FeO)=15 � 20% khử P tốt Phản ứng oxy hóa P phát nhiệt mạnh, nhiệt độ lò thấp hiệu khử P cao giảm dần nhiệt độ lò tăng lên Khi Lp tăng lên P từ kim loại vào xỉ tăng lên Nhưng lượng xỉ lớn làm giảm tính lưu động xỉ làm sấu qua trình khử P Vì nên giữ lượng xỉ �4% trọng lượng xỉ nạp vào lò Đồng thời vào phản ứng P khử tốt P cách tháo 60 �70% tạo xỉ nghiên lò xỉ tự chảy để khử bớt P Thao tác thời kỳ nấu chảy có thề khử gần 50% P Thành phần xỉ khử tốt P Sau chảy hàm lượng C, CaO % 1,14 0,36 Thành phần hóa học % SiO2 MgO Al2O3 MnO 45,56 26,44 13,82 3,72 5,74 36,20 23,06 10,28 5,14 10,16  Biện pháp rút ngắn thời gian nấu chảy: FeO Fe2O3 P2O5 3,54 10,85 0,93 3,72 0,25 0,58 CaO SiO2  P2O5 1,70 1,53 Để tăng hiệu sản xuất, tiết kiệm tiêu hao điện phải áp dụng biện pháp cụ thể sau: Đối với lò nhỏ nên dùng ống kim loại có đường kính 7÷10 mm thổi oxy qua cửa thao tác, lò trung bình hay lớn nên dùng vòi phun thổi từ nắp lò xuống thổi bên hơng lò Kết thổi oxy vào lò giai đoạn nấu chảy: - Thời gian nóng chảy liệu thấp 20÷30 phút - Mỗi thép tiết kiệm 80÷100 kWh Phun nhiên liệu oxy tăng trình nòng chảy liệu Sử dụng khí thiên nhiên oxy để thổi vào lò cung cấp them nguồn nhiệt thứ hai để tiết kiệm điện Đưa công suất điện vào nấu luyện theo chế độ điện cao 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 cực, nối pha, cải tạo biến áp lò thích hợp theo chế độ sử dụng, tăng cường làm nguội máy biến áp lò tích cực Dùng cấu quay thân lò để tạo nên hố liệu thay hố bình thường Quá trình quay tiến hành sau: trước bắt đầu nấu luyện, quay lò đạt góc 40° so với vị trí Sau mẻ nấu tiến hành 30-40 phút hố tạo thành mẻ liệu , nâng điện cực lên khỏi mặt liệu đỉnh lò đoạn 150-200mm thân lò quay 80° theo chiều ngược với chiều quay ban đầu, đỉnh lò điện cực lại hạ xuống đưa điện vào Sau 35 phút, điện cực lại tạo nên hố mới, người ta lại nâng điện cực đỉnh lò, quay thân lò 40° chiều quay lần đầu (nghĩa lò trở lại vị trí bình thường) Hạ điện cực đỉnh lò, đưa điện vào Kết liệu hình thành hố nhiệt độ phân bố tương đối đồng đều, liệu rắn xung quanh dòng chảy lỏng nên khơng cần đẩy chúng vào nồi lò kim loại lỏng Thổi oxy nguyên chất vào kim loại lỏng sau liệu nung chảy từ ½ đến 2/3 tổng số mẻ nấu, áp suất thổi từ 10-20 atm Khi thổi oxy vào lò ta thuận lợi: trước hết, dòng oxy cắt nhỏ cục liệu cồng kềnh làm chúng nóng chảy nhanh, thứ nguyên tố liệu P, Si, C…khi bị oxy hóa tạo lượng nhiệt lớn góp phần vào việc nấu chảy liệu Dùng oxy nguyên chất ta rút ngắn thời gian nấu chảy từ 10-12 phút, tiết kiệm 80-100 kWh/tấn thép, tiết kiệm điện Gia nhiệt cho liệu 800-1000°C sau nạp liệu nóng đỏ kết hợp thổi oxy làm giảm thời gian nấu chảy 10%, tiêu hao điện giảm 15% Nung liệu trước giảm q trình thủy phân dầu mỡ bẩn liệu, giảm khí có hại kim loại lỏng Rút ngắn thời gian nấu chảy 25-30% thổi phối hợp với khí thiên nhiên 5.3 Chế độ điện thao tác thời kỳ oxy hóa: 5.3.1 Chế độ điện: Cường độ dòng điện: I=49583A Chế độ điện áp: 5.3.2 Các thao tác thời kỳ oxy hóa: Trong giai đoạn xảy phản ứng oxy hóa nguyên tố C, P, S, Mn, Si… Đồng thời tiến hành khử khí tạp chất phi kim Do phản ứng oxy hóa tỏa nhiệt nên cơng suất lúc khơng cần lớn cần khoảng 50% công suất lớn Trong giai đoạn Si bị khử đầu tiên, Si bị khử khoảng 0,02% Mn bắt đấu bị khử Sau giai đoạn oxy hóa Mn bị đốt cháy 50%, sau giai đoạn oxy hóa tiếp tục bị đốt cháy lại khoảng 0,2% Đễ khử P tốt độ kiềm (B) phải cao, hàm lượng FeO cao nhiệt độ thấp Khi khử S độ kiềm phải cao hàm lượng FeO thấp tốt nhiệt độ phải cao  C  ,  P  đạt yêu cầu  S  giai đoạn  S  để cần cho giai đoạn quan tâm cuối giai đoạn cần phải xác định Trong giai đoạn oxy hóa cần đảm bảo Đễ thực oxy hóa có biện pháp: Cho vào lò quặng sắt vào lò nhiệt độ định, oxit sắt Fe2O3 trở thành FeO, tăng gián tiếp nồng độ FeO cung cấp cho mẻ kiêm loại Ưu điểm phương pháp tạo nồng độ FeO cao, tức khả oxy hóa xỉ lớn Nhưng quặng sắt phân ly thu nhiệt nên hạ thấp nhiệt độ kim loại lỏng lò, làm giảm trình khử Cacbon, quặng sắt mang theo chất khí có hại, tạp chất vào kim loại lỏng Phương pháp thổi oxy vào bể kim loại, tốc độ khử cacbon nhanh tạo điều kiện thuận lợi cho loại bỏ tạp chất khí có hại tạp chất phi kim, rút ngắn thời gian oxy hóa giảm tiêu tốn điện đáng kể Nhưng thổi oxy trực tiếp vào lò thu lượng FeO xỉ thấp Nhiệt độ kim loại lỏng lại tăng lên không thuận lợi cho việc oxy hóa P, lại thuận lợi cho qúa trình khử S Vì nước ta thực q trình oxy hóa tổng hợp: cho quặng sắt vào, tăng tốc độ khử P, hàm lượng P đạt giá trị thấp định tiến hành thổi oxy vào lò để khử khí tăng nhiệt độ cho thép lỏng, đồng thời tăng trình khử S Mục đích q trình oxy hóa khử P,khử khí thể khử tạp chất kim loại, sau tiến hành khử cacbon đến giới hạng cho phép Thông thường nấu thép lò hồ quang dùng điện cực grafic, điện cực grafic bị ăn mòn vào kim loại lỏng cacbon xỉ hoàn nguyên vào kim loại lỏng nên hàm lượng cacbon kim loại lỏng cao mức ban đầu Do q trình hồn ngun lượng cacbon khử xuống mức định mức hàm lượng cacbon mác thép  Oxy hóa P:phần lớn hàm lượng P liệu khử trình nấu chảy Nếu hàm lượng P liệu cao yêu cầu P thép thấp trình oxy hóa cần tiến hành khử tiếp P Phản ứng oxy hóa p:  P  +5(FeO)=(P2O5)+5  Fe  P  +8(FeO)=(3FeO.P2O5)+5  Fe Xỉ có tính bazo:  P  +5(FeO)+4(CaO)=(4CaO.P2O5)+5  Fe  Khử cácbon: Khử cacbon động lực làm cho bể kim loại sơi giúp khử khí , tạp chất phi kim tốt Cải thiện việc trao đổi nhiệt kim loại, làm đồng thành phần kim loại nhiệt độ Cho nên khử cacbon biện pháp tinh luyện oxy hóa.Nó định lớn đến chất lượng sản lượng thép Khi cho quặng sắt vào lò có phản ứng phân giải sau: Fe2O3=2FeO+1/2O2 H =81.000kcal Phản ứng oxy hóa phản ứng khử cacbon  FeO  +  C  =  Fe +  CO H =23.500kcal Hai phản ứng thu nhiệt nên luyện thép quy định dùng quặng sắt khử cacbon nhiệt độ bể luyện đạt 1480-1520oC  Oxy hóa Si: [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 hồn tồn giai đoạn oxy hóa Hàm lượng (FeO) cao oxy hóa Si (FeO) + (SiO2) = (FeO.SiO2) Hợp chất kết hợp với vôi tạo silicat bền vững giải phóng FeO (FeO.SiO2) + (CaO) = (CaO.SiO2) +(FeO)  Oxy hóa Mn: [FeO] + [Mn] = (MnO) + [Fe] , ∆H = -28000 cal Mức độ oxy Mn yếu Si, oxy hóa Mn đầu giai đoạn oxy hóa, cuối giai đoạn oxy hóa, nhiệt độ cao(1600°C), Mn hồn ngun lại (MnO) +[C] = [Mn] +CO 5.4 Chế độ điện thao tác trình hồn ngun 5.4.1 Chế độ điện: Cường độ dòng điện: I=49583A Chế độ điện áp: 5.4.2 Các thao tác q trình hồn ngun: Giai đoạn hồn ngun nhât lò hồ quang có lò khác khơng có Mục đích giai đoạn khử đồng thời nhiệt độ thép lỏng  S  cần khử  O  hợp kim hóa,  Khử oxy: Trong q trình nấu luyện oxy tồn thép dạng  FeO  , giai đoạn  FeO  tác dụng định đến q trình oxy hóa,nhưng thép  FeO  có tác dụng xấu đến tính chất thép, giai đoạn oxy thành phẩm  FeO  đến mức thấp Khi nấu luyện thép lò hồ quang, hóa cần giảm hàm lượng oxy hóa hàm lượng thời kỳ oxy hóa oxy hòa tan vào thép lỏng 0,02-0,06% đúc thải oxy hòa tan vật đúc 0,003-0,01% Khi kết tính khuôn nhiệt độ giảm nhanh oxy từ dạng  FeO  tiết làm tăng hàm lượng oxy thép lỏng, làm cân O2-C,dẫn đến oxy hóa lại cacbon tạo thành khí CO Dẫn đến thép thoải bị rỗ cán thép bị dòn bị nứt Trong q trình đơng đặc FeO tích với FeS tạo hợp chất có dung tích chảy lỏng thấp 9100C nhỏ hợp chất tích Fe FeS 980oC Hợp chất tích FeO FeS tạo thành lớp màng biên giới hạt, nung lên để cán gây nứt phôi  FeO  kết hợp với chất Al, Ti, Mn, Si tạo thành hợp chất phi kim làm xấu tính chất thép Chất lượng thép thấp nên khơng sử dụng, lãng phí lớn cho sản xuất Vì cần tiến hành khử oxy triệt để đồng thời khử ln tạp chất phi kim có hại  Các phương pháp khử oxy thép lỏng: Thường có ba phương pháp khử oxy: khử lắng , khử khuyết tán khử tổng hợp Phương pháp khử lắng (chìm): - thường sử dụng q trình sản xuất lò điện Thường cho loại FeMn 75 FeSi75 vào khử oxy ban đầu (khử sơ bộ) sau cho nhơm cục vào lò trước lúc thép 5-6 phút đễ khử oxy triệt để( khử kết thúc) Sau khử oxy chất khử tạo loại oxit có tỷ trọng nhỏ, nhẹ, nhiệt độ nóng chảy thấp dễ dàng lên xỉ Các chất khử trực tiếp oxy nên tốc độ khử nhanh, thao tác đơn giản Tuy nhiên số trường hợp sản phẩm khử không lên nằm lại thép làm xấu tính thép  Thao tác tiến hành khử oxy: Sau cào hết xỉ oxy hóa cho vụn fero mangan, fero silic vào với khói lương tính tồn trước sau cho tỉ số Mn/Si=4-7 Với tỉ lượng cho phép khử oxy triệt để khử tạp chất phi kim thép đạt chất lượng mỹ mãn Khử oxy lần cuối tiến hành lò vào thời gian khoảng gần phút trước rót thép vào thùng rót, khử oxy thùng rót nhơm cục, Si-Ca hay FeTi Những kim loại, hợp kim khơng khử oxy mà hạn chế (N2) hoà tan vào thép lỏng, làm hạt nhỏ mịn kết tính tạo loại Nitrit cacbit có tác dụng biến tính AlN, TiC… Kết khử oxy phụ thuộc vào tỉ lệ Mn/Si thứ tự cho Feromangan fero silic vào lò Bảng ảnh hưởng tỉ lệ Mn/Si đến việc khử oxy thép lỏng: Tỷ lệ Mn/Si 3,5 4,5 6,0 7,0 Tổng tạp chất oxy, % 0,0172 0,0146 0,0119 0,0116 Bảng ảnh hưởng thứ tự cho fero hợp kim tới lượng tạp chất oxy: Thao tác cho chất khử vào lò Cho FeMn75 vào trước Cho FeSi75 vào trước Thành phần tạp chất,% SiO2 FeO 37,20 7,55 MnO 55,25 Tổng lượng tạp chất,% 0,0149 54,16 29,05 0,0268 16,76 - Phương pháp khử khuyết tán: Khử oxy phương pháp khuyếch tán dùng chất khử dạng bột FeSi75, bột than, bột SiCa v.v để khử oxy xỉ, phá vỡ cân phân bố hàm lượng oxy xỉ kim loại, làm cho oxy bể kim loại luôn khuyếch tán vào bể xỉ Khử oxy phương pháp khuếch tán khử bề mặt kim loại xỉ, dùng than cốc vụn, ferro silic, nhôm, silicô canxi dạng bột.Nguyên lý phương pháp dựa vào định luật phân bố hai pha xỉ kim loại lỏng, nhiệt độ định độ bazo xỉ định, tỉ số nồng độ oxyt sắt xỉ kim loại số: L = (FeO)/[FeO] = const Vì giảm tổng lượng FeO xỉ lượng oxy tương ứng từ kim loại vào xỉ, ta tạo xỉ với lượng FeO ≤0,5% lượng oxy kim loại giảm 0,005% Muốn FeO kim loại khuếch tán vào xỉ nhiều điều kiện trước tiên nâng cao nhiệt độ kim loại lỏng, tăng bề mặt tiếp xúc pha xỉ kim loại lỏng Khả khử oxy cacbon: [C] + (FeO) = [Fe] + {CO}↑ Sản phẩm khử CO nên thép tạp chất phi kim Vì lò điện có khả luyện loại thép có chất lượng cao, hàm lượng tạp phi kim thấp, tăng nhiệt độ không ảnh hưởng nhiều tới khử oxy cacbon, cụ thể nhiệt độ kim loại tăng 100°C lượng oxy thép tăng lên 0,0012% Phương pháp vừa đạt mục đích khử oxy theo yêu cầu mác thép đồng thời vừa tránh oxyt nằm lại thép Đây phương pháp khử oxy lưu huỳnh triệt để thực lò điện hồ quang Tuy nhiên khử oxy phương pháp khuếch tán có số nhược điểm: _Thời gian khử lâu _Khi nhiệt độ không đổi, khả khử oxy C Si, Al, sau khử oxy C cần phải cho chất khử oxy mạnh để khử tiếp Nếu khơng rót khn, oxy cacbon tác dụng với tạo bọt khí CO gây nên rỗ khí cho vật đúc _Trong trình khử, hàm lượng C kim loại tăng lên, ảnh hưởng lớn đến thép, tốc độ tăng hàm lượng C 0,02-0,1%C/giờ Căn vào nguyên vật liệu tạo xỉ chất khử oxy khác mà phương pháp chia ra: phương pháp xỉ trắng phương pháp xỉ cacbit Khử oxy dạng xỉ trắng: Điều kiện khử oxy xỉ trắng tốt: _Mặt tiếp xúc với kim loại phải lớn, nghĩa phải tăng diện tích tiếp xúc xỉ chất khử oxy đưa vào _Trước cho chất khử oxy lên cần khuấy trộn kim loại lỏng, tăng tốc độ khuếch tán FeO 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 tăng phản ứng khử oxy Quá trình tiến hành: Sau cào xỉ oxy hóa, cho FeMn vào khử oxy sơ bộ, tạo xỉ thành phần chất tạo xỉ vôi: huỳnh thạch = 4: 1, lượng chất tạo xỉ so với lò lớn 1-1,5% so với lượng thép chứa lò Khi hình thành lớp xỉ mỏng cho thêm hỗn hợp vơi: huỳnh thạch : bột cốc = : : 1, cụ thể 1,5-2kg/tấn than, 3-5kg/tấn bột FeSi75 ( bột bột FeSi75 trộn trước lúc cho vào lò), chiếm 2-3% trọng lượng thép chứa lò Cho hỗn hợp vào lò khoảng 3-4 lần, lần phải rải mặt xỉ bịt kín khe hở lò lại (FeO) + C = [Fe] + CO↑ 2(FeO) + Si = 2[Fe] + SiO2 (FeO) + C + Si = 3[FeO] + SiO2 + CO↑ (MnO) +C = [Mn] + CO↑ Chờ cho xỉ có màu xám trắng chứng tỏ lượng FeO xỉ thấp (1-1,5%), sau 5-10 phút đảo khuấy kim loại xỉ lò, tiếp đợt chất khử khác vào lò Xem xét tình hình kim loại điều chỉnh % CaO độ lỗng xỉ cho thích hợp ( CaO : CaF2 : bột cốc : bột FeSi = : : : Khi cho hết đợt chất cuối (15-20 phút sau) thấy xỉ có màu trắng chứng tỏ FeO xỉ thấp (0,9-1%), mặt xỉ lõm sâu, nhúng vào nước xỉ bị vỡ vụn thành bột màu trắng Sở dĩ xỉ có 2CaO.SiO2, 675°C có di chuyển biến thù hình β→γ làm tăng thể tích Nếu màu xỉ trắng mà nhúng nước không bị vỡ vụn chứng tỏ xỉ nhiều Al2O3, cần điều chỉnh lại thành phần xỉ Đơi xỉ có màu đen nhúng nước vỡ vụn chứng tỏ xỉ có nhiều MgO Khử oxy dạng cacbit: Phương pháp chủ yếu dùng than để khử oxy cho thép cacbon chất lượng, thép hợp kim có hàm lượng cacbon cao trung bình Phản ứng tạo CaC2 phản ứng thu nhiệt mạnh tạo cacbit canxi điện cực: CaO + 3C = CaC2 + CO, H = 105305 cal Nếu CaC2 gặp khơng khí ẩm bị phân hủy: CaC2 + H2O = CaO + C2H2 Muồn tạo nhiều CaC2 giữ lâu lò điện cần: _Lượng cốc đưa vào lò nhiều, bột cốc phải khơ _Lò phải thật kín, lỗ điện cực để giữ cho CaC2 không bị phân hủy _Nhiệt độ lò phải cao phản ứng tạo CaC2 phản ứng thu nhiệt lớn Trình tự tiến hành: Sau tháo xỉ oxy hóa cho FeMn vào, sau cho hỗn hợp tạo xỉ vào Đợt 1: CaO : CaF2 : bột cốc = : : Tổng lượng hỗn hợp 35% trọng lượng mẻ nấu, bột than 2kg/tấn Đợt 2: xỉ chảy lỏng hồn tồn cho tiếp hỗn hợp vào đợt ( 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 CaC2 nóng chảy khuếch tán vào xỉ để khử oxy mạnh: (FeO) + CaC2 = 3[Fe] + CaO + 2CO 3(MnO) + CaC2 = 3[Mn] + CaO + 2CO (Cr2O3) + CaC2 = 2[Cr] + CaO + 2CO Song song với trình khử oxy tiến hành khử S: [FeS] + [FeO] + (CaO) = (CaS) +(CaO) + [Fe] Khi phản ứng xảy sau 5-10 phút xuất khói đen cửa lò nắp lò, sau 30-45 phút xuất màu trắng, lúc lúc kết túc trình khử oxy.Thời gian khử kéo dài 1-1,5h tùy thuộc vào dung tích lò _Để rút ngắn thời gian khử, ta thổi hỗn hợp khí Ar + bột CaC2 vào lò thời gian 1015 phút _Trong q trình khử oxy, hàm lượng CaC2 giảm, để trì hảm lượng CaC2 cao, nạp thêm bột cốc CaO CaF2 cần điều chỉnh độ sệt xỉ _Trước tháo xỉ, cho vào lò lượng nhỏ FeSi cho %Si kim loại 0,15% Ưu điểm khử oxy dùng xỉ cacbit: _Khử oxy triệt để _Chất khử dễ kiếm, rẻ tiền _Tạo điều kiện thuận lợi cho trình khử S _Sử dụng tốt lò hồ quang lớn Nhược điểm: _Năng lượng điện cần đưa vào lò lớn _Khử oxy khơng đồng : vùng điện cực khử oxy triệt để, vùng xung quanh lò CaC2 nên mức độ khử oxy _Làm tăng hàm lượng C thép, tốc độ tăng %C 0,1%/giờ, CaC2 thừa có khả nằm lại thép Do sau khử oxy dạng xỉ cacbit cần cho bột FeSi vào để tạo xỉ trắng, tránh tượng tăng C thép Thành phần hóa học độ bazo loại xỉ: Loại xỉ Thành phần hóa học xỉ,% CaO SiO2 MgO FeO Xỉ 50-60 trắng Xỉ 55-65 cacbit - MnO CaF2 CaS Al2O3 CaC2 1,5-3 Độ bazơ xỉ, B 3,5-4 2-4 4-4,5 10-12 6-10 1,0 0,4 5-10 1,5 8-10 8-10 0,5 < 0,2 8-12 1,5-2,5 2-3 khử oxy phương pháp khử tổng hợp: Để khắc phục phục nhược điểm hai phương pháp người ta sử dụng phương pháp khử oxy tổng hợp Vừa khử oxy triệt để vừa rút ngắn thời gian khử, tách tạp chất phi kim khỏi kim loại, làmcho kim loại không bị bẩn tạp chất lẫn vào Thao tác tiến hành khử: sau cào hết xỉ oxy hóa lần lược cho fero mangan, fero silic, Al, Si- Mn, Si-Ca… nghĩa vừa khử oxy xỉ vừa khử oxy kim loại lỏng Fero mangan, fero silic cho vào kim loại lỏng để khử oxy đó, Si-Mn dạng bột cho vào xỉ nhầm khử oxy xỉ Trước lúc tháo thép cho nhôm vào kim loại lỏng để khử oxy cuối lò điện Lượng nhôm đưa vào khử phụ thuộc vào %C kim loại mác thép yêu cầu Lượng nhôm sử dụng nấu thép cacbon thấp 0,8-1,5 kg Al/tấn Thép cacbon trung bình 0,5-0,8kg Al/tấn, thép cacbon cao 0,3-0,5kgAl/tấn Còn bột Si-Ca cho vào thùng rót trước lúc tháo thép.Lượng Si-Ca thường dùng 0,5-1kg/tấn Tóm lại dùng phương pháp khử oxy tổng hợp có kết quả: + Khử oxy kim loại cách triệt để + Khử S tương đối tốt + Khử tạp chất phi kim nhiều thép Khử  S : Trong q trình hồn ngun tiến hành khử oxy đồng thời khử S, cuối thời  FeO  kỳ nhiệt độ thép lỏng cao ổn định t �1600 C Do khử oxy triệt để nên lượng  FeO  kim loại xỉ đạt thấp