PHƯƠNG PHÁP TINH LUYỆN THÉP NGOÀI LÒ

Luyện thép ngày nay đã quá phổ biến không chỉ trong gia công cơ khí mà còn được ứng dụng nhiều trong đời sống. Vậy để hiểu rõ hơn về vấn đề trên, Văn Thái xin mời các bạn cùng tìm hiểu thông qua bài viết sau đây nhé !

Sáng chế đề cập đến phương pháp tinh luyện thép ngoài lò hay còn gọi là luyện kim ngoài lò có sử dụng chất khử tổng hợp từ vôi, huỳnh thạch, đất hiếm, đất đèn, silicocanxi (SiCa),v.v.. được thực hiện trong gầu rót nhằm sản xuất ra các mác thép và hợp kim đạt chất lượng cao thoả mãn những yêu cầu làm việc trong điều kiện khắc nghiệt của các thiết bị và chi tiết như bi nghiền, răng gầu xúc, lưỡi cắt máy ủi, tấm lót máy nghiền, đầu búa,v.v.. Do khử sâu được tạp chất có hại nên các tính chất của kim loại được cải thiện như nâng cao khả năng chịu mài mòn và độ dai chịu va đập,v.v.. do đó giám sự cố và nâng cao tuổi thọ của thiết bị và chi tiết. Chất khử được phối liệu theo những thành phần phù hợp với yêu cầu khử, kim loại lóng được nung nóng quá nhiệt từ 20 đến 30oc, thời gian khử xấp xỉ 8 phút, chất lượng thép được nâng cao, các nguyên liệu sẵn có trong nước nên rất chủ động và tiết kiệm.

Mô tả về sáng chế, phát minh, giải pháp

Lĩnh vực kỹ thuật được đề cập
Sáng chế đề cập đến phương pháp và thiết bị luyện và tinh luyện các kim loại và hợp kim, nhằm đáp ứng các yêu cầu cao về cơ tính và các tính năng đặc biệt khác như độ cứng, độ chống mài mòn, độ bền, khả năng chống ăn mòn hóa chất, V.V..
Tình trạng kỹ thuật của sáng chế
Có rất nhiều phương pháp luyện kim ngoài lò do chúng có nhiều ưu điểm. Các phương pháp luyện kim ngoài lò đang thịnh hành và phát triển như phương pháp tinh luyện bằng chân không để khử sâu tạp chất khí, phương pháp xi tổng hợp đế khử sâu các tạp chất lưu huỳnh và phospho, phương pháp thổi khí trơ để khử sâu tạp chất phi kim loại, V.V..
Tuy nhiên các phương pháp luyện kim ngoài lò nêu trên còn có những hạn chế như đòi hỏi thiết bị phức tạp và đắt tiền, quá trình vận hành thiết bị rất tốn kém nên chi phí tinh luyện cao. Để khử sâu tạp chất, mẻ luyện thường bị kéo dài quá mức, gây tiêu hao lớn về điện năng. vật tư và thực tế chưa có loại thiết bị luyện kim cơ bản nào đáp ứng được các điều kiện khử tốt tạp chất trong lò.
Bản chất kỹ thuật của sáng chế
Sáng chế đề xuất phương pháp tinh luyện, thép và hợp kim nấu chảy trong lò điện. Thép sử dụng là loại thép hoặc hợp kim sẽ được tinh luyện để đạt yêu cầu về độ sạch cao, đáp ứng được các yêu cầu về độ cứng, độ bền, chịu ăn mòn và mài mòn. Phối liệu gồm kim loại cơ bản và một hệ xỉ thích hợp được nung nóng chảy đến nhiệt độ quá nhiệt; nghĩa là trên nhiệt độ nóng chảy của hỗn hợp. Sản phẩm nóng chảy này được rót ngay vào gầu chứa san bột khử nung nóng để tiết kiệm năng lượng một cách có hiệu quá mà không cần phái gia nhiệt thêm từ bên ngoài. Lúc này cả xỉ, kim loại và bột khử được trộn lẫn và xáo trộn vào nhau, phản ứng xẩy ra giữa chúng rất mạnh, do đó kim loại được khử sâu tạp chấtmột cách nhanh chóng. Như vậy, quá trình tinh luyện diễn ra ở trạng thái lỏng và rắn, đày là phương pháp vừa đơn giản vừa tiết kiệm và cũng là phương pháp dễ phổ cập đế tinh luyện các mác thép và hợp kim do thực tế sản xuất ở Việt Nam đòi hỏi. Xỉ có tác dụng vừa phản ứng với tạp chất đồng thời là lớp ngăn cản quá trình ôxy hóa kim loại vì ôxy không tiếp cận được với kim loại. Kim loại cần tinh luyện và các chất tạo xỉ được nấu luyện ở nhiệt độ khoảng 1580 -1600° C.
Để khắc phục một số nhược điểm của các giải pháp kỹ thuật đã biết, phương pháp này chỉ sử dụng lò nấu chảy kim loại và tiến hành quá trinh tinh luyện ngoài lò. Trong gầu, kim loại và chất khử tiếp xúc với nhau nhiều hơn gây xáo trộn và phản ứng xẩy ra mạnh hơn, làm cho thời gian tinh luyện được rút ngắn và tạp chất được khử sâu hơn, do đó chất lượng sản phẩm cũng tốt hơn, thiết bị kèm theo lại đơn giản và chi phí tinh luyện thấp.
Theo sáng chế này, trước hết phải nấu luyện kim loại cần tinh luyện trong lò điện (trung tần hoặc hồ quang) và tiếp đó kim loại lỏng được rót vào gầu tinh luyện, nơi chất khử, chất hợp kim hoa đã có sẵn và được nung nóng trước đế làm giảm tổn hao nhiệt cũng như loại trừ các tạp chất khí mới đưa vào. ở đây, chất khử và kim loại được xáo trộn mạnh, các phản ứng khử tạp chất xẩy ra mãnh liệt. Đồng thời, quá trình hợp kim hóa cũng xảy ra với mức độ cháy hao của các nguyên tố hợp kim ít nhất. Trong quá trình khử tạp chất, tách sản phẩm của phản ứng khử tạp chất ra khỏi kim loại, lý thuyết sức căng bề mặt và sự thấm ướt giữa kim loại, sản phẩm khử và xí đóng vai trò hết sức quan trọng.
Thông thường, các loại thép hợp kim thấp có độ bền cao, thép song pha, thép hợp kim đặc biệt,v.v.. được tinh luyện theo phương pháp này. Cốt lõi của phương pháp là phản ứng tinh luyện xẩy ra ớ nhiệt độ cao, chất khử được nghiền nhỏ và nung nóng trước, dòng chảy do rót kim loại từ trên xuống gây xáo trộn mạnh, tạp chất bị khử nhanh nổi lên trên và được loại ra, kim loại đã tinh luyện được tạo hình thành sản phẩm để xuất xưởng.
Trong quá trình tinh luyện này nhiều khi còn bổ xung thêm một số chất trợ dung, một số xỉ; gầu kim loại có thể được khuấy trộn hoặc sục khí để tăng cường độ tinh luyện - như sục khí Ar, chất lượng của mác thép sẽ phụ thuộc nhiều vào cách thức tiến hành như việc khống chế nhiệt độ, sử dụng chất khử, liều lượng và quá trình điều chỉnh khối lượng. Các chất khử được sử dụng được cho vào gầu dưới dạng bột hoặc được nung chảy dưới dạng lỏng trước khi cho hợp kim vào; loại thép được sử dụng là loại chất lượng cao và chất khử được sử dụng trong phương pháp này là các ôxit, các loại khoáng vật và các loại hóa chất sẵn có ở trong nước như: huỳnh thạch, vôi, silicôcanxi (SiCa), đất hiếm, đất đèn, các loại hỗn hợp chất khử như vôi, huỳnh thạch, đất hiếm, tỷ lệ mỗi loại là 1/3 trọng lượng.
Mô tả chi tiết sáng chế
Phối liệu nấu luyện bao gồm các loại thép vụn sạch (được phân loại theo kích cỡ) các loại hợp kim cụ thể là hợp kim ferro; các chất trợ dưng, các chất phụ gia và các chất khử được sử dụng để tinh luyện hợp kim.
Để đảm bảo năng suất nấu luyện đạt hiệu quả cao, quy cách chất liệu và quy trình vận hành phải được tuân thủ nghiêm ngặt. Thép vụn có kích cỡ to được xếp trong vùng có nhiệt độ cao, các loại cục nhỏ và mỏng hơn được xếp trong vùng có nhiệt độ thấp - nguyên liệu xếp xong được kiểm tra chế độ vận hành trước khi đóng điện; theo chế độ nấu chảy (điện cực đại) khi liệu gần chảy hết lại tiếp tục nạp liệu mới,v.v.. quá trình tiếp tục tiếp diễn cứ như vậy cho đến khi thép vụn đã được định lượng cho mẻ nấu được nạp hết. Tiếp theo, đổ vôi lên mật thép lỏng để tạo xỉ. Trong trường hợp hệ xí khó hóa lỏng thì có thể được phép bổ sung thêm một lượng chất phụ gia cho vào từ từ cho đến lúc xỉ liệu loãng ra.
Quá trinh nấu chảy thép đạt nhiệt độ lỏng theo yêu cầu, kim loại lỏng bắt đầu được khử ôxy sơ bộ và hợp kim hóa theo thứ tự từ FeMn, FeSi, FeNi, FeCr,v.v.. trong điều kiện hợp kim ferro đã được nung đó. còn riêng FeTi thì được đưa vào gầu khi ra thép, sau khi đã khứ ôxy của thép lỏng bằng nhôm.
Chất khử hoặc hỗn hợp chất khử được nung sấy kỹ và cho vào đáy gầu. Thép cần tinh luyện được nung chảy đến nhiệt độ 1650oc, một lượng xí được cào bớt ra và thép cần tinh luyện được rót nhanh vào gầu. Nhờ độ cao từ khoảng l,2m trút xuống với dòng chảy mạnh, thép cũng như chất khử cùng ở trong một dòng rối, được xáo trộn mạnh, chất khử nhanh chóng phàn tán đổng đều trong toàn bộ mẻ luyện lỏng và vì thế các quá trình phản ứng ôxy hóa - khử diễn ra mãnh liệt và đan chen vào nhau, tiếp xúc với nhau. Sán phẩm khử của lưu huỳnh, phospho và các tạp chất đi vào xỉ và nổi lên trên bề mặt kim loại sẽ được tách ra. Đôi khi trong quá trình tinh luyện một lượng cácbon có thể được bổ sung vào tùy thuộc vào yêu cầu của mác thép. Sự sôi động của các phản ứng khử tạp chất diễn ra nhanh chóng thường kéo dài khoảng từ 6 đến 8 phút. Quá trình vận hành tinh luyện diễn ra giữa các pha trong gầu luyện.
Sản phẩm phản ứng khử tạp chất của hỗn hợp khử nói trên thấm ướt thép lỏng ít nhưng lại thấm ướt lớp xí bề mặt hoàn toàn nên điều kiện xỉ nổi lên và tách ra khỏi thép lỏng một cách thuận lợi. Đây chính là lý do vì sao phải tạo được một hỗn hợp chất khử sử dụng để tinh luyện mác thép hợp kim cao nói trên. Cơ chế của quá trình tinh luyện có thể bao gồm:
1. phản ứng diễn ra giữa bột khử, xỉ và kim loại nhằm loại tạp chất và tinh luyện kim loại;
2. phản ứng diễn ra giữa các tạp chất trong kim loại với kim loại và với nhau và chuyển vào xỉ do bị ôxy hóa - khử;
3. để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tinh luyện, yêu cầu xi phải dễ nóng chảy và bột chất khử cũng phải được nung trước. Xỉ thường dùng là hệ CaO - Al2O3 - CaF2, chất khử thường là hỗn hợp bột đất hiếm, đất đèn, huỳnh thạch,v.v.. Các chất hợp kim hóa thường tùy thuộc vào yêu cầu và tính chất của mác thép mà sử dụng, ví dụ FeMn, FeSi, FeNi, FeCr, FeTi,v.v..
Qua đây thấy rằng, trong quá trình tinh luyện kinh tế nhất là nguyên liệu, cụ thể là kim loại cơ bản và phối liệu phải được để ở gần nơi tiến hành tinh luyện trong gầu để vừa tận dụng nhiệt, thời gian và phương tiện vận chuyển thiết bị và các chi phí tốn kém khác. Thiết bị sử dụng để tiến hành luyện kim ngoài lò bao gồm:
a) lò nấu luyện là lò điện (trung tần hoặc hồ quang), thành lò được đầm bằng vữa manhezit. Sau mỗi mẻ nấu, lò được làm vệ sinh, cào sạch xỉ lò và kim loại, vá lại lò cẩn thận nếu bị sự cố hư hỏng trước khi tiến hành nạp liệu mẻ sau. Lò luyện kim này có thiết kế cơ cấu quay được bằng cơ khí dùng để nghiêng lò phục vụ cho việc tháo xỉ và ra thép được thuận lợi;
b. gầu tinh luyện kim loại có kết cấu của những gầu rót đựng thép thông dụng: gầu được làm bằng vỏ thép vững chắc thành trong được lát sạch chịu lửa, tiếp đến đầm bằng vữa chịu nhiệt manhezit và tiến hành thiêu kết trước khi đưa gầu vào sử dụng. Gầu có dung tích phù hợp với lò và trước khi rót thép, gầu được nung đỏ. Gầu hoạt động nhờ một cầu trục tương ứng.
Ví dụ thực hiện sáng chế
Để có thể đạt được mác thép theo tính năng yêu cầu thì nguyên liệu phái được chọn lựa theo quy cách và tình trạng thuận lợi cho việc tiến hành tinh luyện. Tính năng của mác thép phải đạt được độ chịu mài mòn, chịu va đập. Thép được nấu chảy trong lò cảm ứng trung tần. Thép trước khi tinh luyện có chứa các tạp chất, các nguyên tố gây tác hại đến chất lượng mác thép, đó là các chất như lưu huỳnh, phospho,v.v.. làm giảm độ chịu mài mòn, độ dai chịu va đập, độ bền và các tính năng khác làm cho một phần sản phẩm thành phế phẩm đặc biệt là các phụ tùng thiết bị như răng gầu xúc, tấm lót máy nghiền, đầu búa, bi nghiêng.v.v.. Để nâng cao chất lượng mác thép đáp ứng các yêu cầu sử dụng nói trên, thép được tinh luyện ngoài lò để khử sâu tạp chất bằng các chất khử hoặc hỗn hợp chất khử thường ở dạng bột có kích cỡ khoảng 0,5 - 1mm hoặc dạng nóng chảy. Các chất khử thường là vôi, đất đèn, đất hiếm hoặc hỗn hợp của chúng theo tỷ lệ, mỗi loại khoảng 1/3 trọng lượng chất khử, tức là khoảng 6kg/tấn thép lổng và thời gian khử từ 6 đến 8phút.
Thành phần phối liệu gồm:
- Trọng lượng mẻ nấu 500kg - Trọng lượng thép vụn nạp lò đạt đầu 200kg - Vôi 50kg
Khi thép chảy gần xong nạp tiếp tục thép vụn cho đến hết (tổng cộng là 500kg). Trong quá trình vận hành chú ý phải kiểm tra nhiệt độ và quan sát quá trình chuyển hoá của xỉ. Khi mẻ liệu chảy hết, nhiệt độ thép lỏng đạt yêu cầu, lần lượt cho tiếp 18kg FeMn; 4kg FeSi; 5kg FeNi; 55kg FeCr đã nung đỏ và khuấy đều, tiếp theo cho khoảng 0,5kg Al vào và khuấy đều và cho 6kg FeTi đã nung sẵn vào gầu rót có nhiệt độ khoảng 1000°c. Cũng cho vào gầu 3kg hỗn hợp bột tinh luyện (bao gồm các loại vật liệu: 1kg vôi bột, 1kg CaC2 và 1kg đất hiếm). Tiếp tục kiểm tra nhiệt độ thép lỏng và quan sát xỉ đạt tiêu chuẩn yêu cầu, khi nhiệt độ thép lỏng khoảng 1650°c thì nghiêng lò cào bớt 1/2 lượng xỉ ra, tiếp theo nghiêng lò rót hết thép và xỉ lỏng vào gầu tinh luyện và toàn bộ mẻ liệu được khuấy trộn đều trong 3 phút sau đó để mẻ luyện lắng yên khoảng 5 phút mới được phép rót thép đúc vào khuôn sản phẩm.
So sánh thành phần thép trước và sau khi tinh luyện ngoài lò, tỷ lệ % trọng lượng. Trước tinh luyện
Sau tinh luyện c 1,2 1,2 Si 0,5 0,5 Mn 2,5 2,5 Cr 6,5 6,5 Ni 1,0 1,0 Ti
0,2 (do hợp kim hoá trong sầu) p 0,04 0,02 s 0,05 0,02
Kết luận và đánh giá kết quả: Nói chung, thành phần của thép hầu như không thay đổi so với trước khi tinh luyện; nhưng điểm nổi bật đáng chú ý là các tạp chất gây tác hại đến chất lượng thép là phospho và lưu huỳnh, trong đó lưu huỳnh chính là nguyên nhân số 1 làm giảm chất lượng thép cả về tính chất chống ăn mòn và các tính chất cơ - lý khác. Qua quá trình tinh luyện thép ngoài lò hiệu quả khử phospho đạt 50% và lưu huỳnh là 60%. Các chất khử và hỗn hợp chất khử trong phương pháp này như vôi, đất đèn. đất hiếm sẵn có trong nước có khả năng khử tạp chất tốt nên khá chủ động.

Bài viết trên đây là những chia sẻ của chúng tôi với mong muốn mang đến cho quý khách hàng những thông tin hữu ích nhất. Đồng thời, nếu quý khách hàng muốn tìm mua các sản phẩm về hợp kim, quý khách có thể liên hệ với chúng tôi thông qua các hình thức sau. Công ty Văn Thái chúng tôi chuyên cung cấp các linh kiện và tất cả các loại hợp kim theo yêu cầu của khách hàng để sản xuất dao phay gỗ, với mã hợp kim đa dạng như: YG6, YG6Z, YG8, YG3X, YG15C, YG20C, YG25C...

Lựa chọn Văn Thái và các sản phẩm do Văn Thái cung cấp quý khách sẽ vô cùng hài lòng vì chúng tôi có:

• Dịch vụ giao hàng nhanh
• Hậu mãi tốt
• Sản phẩm giá thành hợp lí, chủng loại đa dạng

Hãy nhấc máy lên và gọi ngay cho chúng tôi theo số hotline: 094 124 7183 hoặc email: linhkienvanthai@gmail.com