Nghiên ứu công nghệ khử sâu phốt pho và lưu huỳnh trong thép chế tạo vỏ liều đạn

52 Trang 11 MỞ ĐẦUThép là loại vật liệu quan trọng nhất cho các ngành công nghiệp chế tạo, xây dựng, giao thông, điện, quốc phòng...bởi chúng có nhiều ưu điểm nổi bật về sản xuất, công

B GIÁO D Ộ ỤC VÀ ĐÀO TẠ O

-

BÙI THẾ HIỂN

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ KHỬ SÂU PHỐT PHO VÀ LƯU HUỲNH

TRONG THÉP CHẾ TẠO VỎ LIỀU ĐẠN.

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THU T Ậ

K THU T V T LI U Ỹ Ậ Ậ Ệ

Hà N ộ i – 201 8

B GIÁO D Ộ ỤC VÀ ĐÀO TẠ O

-

BÙI THẾ HIỂN

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ KHỬ SÂU PHỐT PHO VÀ LƯU HUỲNH

TRONG THÉP CHẾ TẠO VỎ LIỀU ĐẠN.

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THU T Ậ

K THU T V T LI U Ỹ Ậ Ậ Ệ

GIÁO VIÊN HƯỚ NG DẪN:

PGS.TS NGUYỄN SƠN LÂM

Hà N - ộ i 201 8

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan bản luận văn này là công trình nghiên cứu của tôi Các kết quả nghiên cứu trong bản luận văn này hoàn toàn trung thực và chưa từng được công

bố ở công trình hoặc cơ sở nào khác dưới dạng luận văn

Người cam đoan

Bùi Thế Hi n ể

LỜI CẢM ƠN

Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo, PGS TS Nguyễn Sơn Lâm, người đã trực tiếp định hướng đề tài và tận tình hướng dẫn em hoàn thành luận văn này

Em xin chân thành cảm ơn tập thể cán bộ phòng Công nghệ Vật liệu - Viện Công nghệ Tổng cục Công nghiệp quốc phòng đã động viên, khích lệ em hoàn thành - luận văn này

Xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo bộ môn Kỹ thuật gang thép cùng các thầy cô giáo Viện Khoa học và Kỹ thuật vật liệu, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

đã chỉ dạy em suốt những năm học tại trường và tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp em hoàn thành luận văn

Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới những người thân trong gia đình đã động viên và khích lệ em về mọi mặt

Em xin chân thành cảm ơn!

Học viên Bùi Thế Hiển

DANH MỤC CÁC BẢNG

B ng 1.1 Thành ph n hóa hả ầ ọc thép 10ΠC theo ГOCT 1050-2013 (% khối lượng) 4

B ng 1.2 Thành ph n hóa h c thép v u AK-630 c a Nga (%) [3] 4 ả ầ ọ ỏliề ủ

B ng 2.1 Giá tr mS trong thép l ng và gang l ng các t°C khác nhau [4] 12 ả ị ỏ ỏ ở

B ng 2.2 Yêu c u TPHH cả ầ ủa vậ ệt li u thép 10 C làm phôi v Π ỏliều đạn 30mm (%) 28

B ng 2 3 Yêu cả ầu cơ tính của vậ ệt li u thép 10 ПС làm phôi v ỏliều đạn 30mm 28

B ng 3 1 Thành ph n hóa h c thép ph u 08K n u luy n thép 10ả ầ ọ ếliệ Π để ấ ệ C 32

B ng 3.2 Thành ph n hóa h c gang thả ầ ọ ỏi GĐT7 theo (TCVN 2361:1989) 32

B ng 3.3 Thành ph n hóa h c FeMn75 32 ả ầ ọ

B ng 3.4 Thành ph n hóa h c FeSi75 33 ả ầ ọ

B ng 3 5 Thành ph n phả ầ ối liệu n u luy n lò h quang 1,5 t n 34 ấ ệ ồ ấ

Bảng 4.1 Hàm lượng phốt pho trong thép 10 ПС khi nấu luy n h quang 49 ệ ồ

Bảng 4 2 Hàm lượng lưu huỳnh trong thép 10 ПС khi nấu luy n h quang 50 ệ ồ

Bảng 4.3 Hàm lượng lưu huỳnh trong thép 10 ПС khi tinh luyện plasma 51

Bảng 4.4 Hàm lượng P trong thép 10 ПС khi nấu luyện trong lò h quang sau nhi u ồ ề

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 2.1 Giản đồ trạng thái Fe-FeS 7

Hình 2.2 Sơ đồ ề v nguyên nhân của sự “bở nóng” 7

Hình 2.3 Ảnh hưởng của lưu huỳnh đến cơ tính của thép v i 0,09%C 8 ớ Hình 2.4 Ảnh hưởng c a photpho đủ ến cơ tính thép 0,13%C 8

Hình 2.5 Ảnh hưởng c a nguyên t ủ ốthứ ba đối với hệ ố s hoạ ột đ của lưu huỳnh 12

Hình 2.6 Quan hệ ữ gi a (MnO) trong x ỉ có độ bazơ 1,19 với LS 13

Hình 2.7 Ảnh hưởng cùa (FeO) trong x ỉ tính bazơ đế ỷn t l phân b ệ ố lưu huỳnh 13

Hình 2.8 Quan hệ ữa (FeO), độ bazơ vớ gi i tỉ ệ l (S)/(P) 14

Hình 2.9 Quan hệ ữ gi a LogKP với số đả ủ o c a nhiệ ột đ tuyệ ốt đ i 18

Hình 2.10 Quan hệ ữ gi a P2O5/[P] 2vớ ội đ bazơ và (FeO) trong xỉ 19

Hình 2.11 Quan hệ giữa hệ số phân bố (P2O5)/[P]2với độ bazơ và lượng (FeO) 20

Hình 2.12 Quan hệ giữa hệ số (P2O5)/[P]2với với lượng (CaO) và (FeO) 20

Hình 2.13 Đường bi u di n ch s kh photpho 21 ể ễ ỉ ố ử Hình 2.14 Quan hệ ữ gi a chỉ ố s kh photpho v i đ ử ớ ộ bazơ của xỉ và v i lư ng (FeO) 22 ớ ợ Hình 2.15 Quan hệ ữ gi a chỉ ố s kh photpho v i đ ử ớ ộ bazơ của xỉ và v i lư ng (FeO) 23 ớ ợ Hình 2.16 Quan h giệ ữa chỉ ố s kh photpho và nhiử ệ ột đ 24

Hình 2.17 Quan h giệ ữa lượng P trong thép với lượng x ỉ khi lượng P trong m ẻ liệu khác nhau (CaO/SiO2=1,8, (FeO)=15%) 25

Hình 2.18 Sơ đồ lò h quang n u luyện thép 26 ồ ấ Hình 2.19 Sơ đồ lò trung t n plasma 27 ầ Hình 3.1 Lò hồ quang 1,5T t i Z127 29 ạ Hình 3.2 Lò trung tần plasma 1,25 t n t i Z127 30 ấ ạ Hình 3.3 Máy quang ph SPECTROLAB 30 ổ Hình 3.4 Máy kéo nén HW2-1000KN 31

Hình 3.5 Máy đo độ ứ c ng FM-100 31

Hình 3.6 Kính hiển vi Axiovert 25 32

Hình 3.7 Gạt xỉ trong lò hồ quang 42

Hình 3.8 Rót thép nguyên liệu 42

Hình 3.9 Tinh luyện plasma 48 Hình 3.10 Đúc thỏi thép đúc 10ΠC 48 Hình 4.1 Ảnh hưởng c a nhiủ ệt độ ớ t i quá trình kh ử P thép 10 ПС trong nấu luy n h ệ ồquang 49 Hình 4.2 Ảnh hưởng c a nhiủ ệt độ ớ t i quá trình kh ử S thép 10 ПС trong nấu luy n h ệ ồquang 50 Hình 4.3 Ảnh hưởng c a nhiủ ệt độ ớ t i quá trình kh ử S thép 10 ПС trong tinh luyện plasma 52 Hình 4.4 S ph thu c cự ụ ộ ủa hàm lượng P trong thép 10 ПС và số ầ ạ l n t o x khi nỉ ấu luy n h quang 53 ệ ồHình 4.5 S ph thu c cự ụ ộ ủa hàm lượng S trong thép 10 ПС và số ầ ạ l n t o x khi nỉ ấu luy n h quang 54 ệ ồHình 4.6 S ph ự ụ thuộc của hàm lượng S trong thép 10 ПС và số ầ ạ l n t o x khi tinh ỉluy n plasma 55 ệHình 4.7 Phôi vỏ liều đạn pháo hải quân 30mm từ thép 10ΠC 57 Hình 4.8 Phôi thép 10 ΠC sau rèn 57 Hình 4.9 Bản v m u th kéo ch t o t phôi v liẽ ẫ ử ế ạ ừ ỏ ều đạn pháo h i quân 630 57 ảHình 4.10 Phôi vỏ liều sau chồn nguội 58 Hình 4.11 Đạn pháo h i quân 30mm qua các công đo n 58 ả ạ

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

DANH MỤC CÁC BẢNG iii

DANH MỤC HÌNH VẼ iv

M Ở ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN 2

1 T ng quan v tình hình n u luyổ ề ấ ện thép ch t o v liế ạ ỏ ều trong nước và qu c t ố ế 2

2 S c n thi t cự ầ ế ủa việc nghiên c u kh ứ ử sâu S,P đối với thép ch t o v u.ế ạ ỏliề 4

3 N i dung nghiên c u cộ ứ ủa luận văn. 5

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUY TẾ 6

2.1 Ảnh hưởng c a S,P tủ ới cơ tính của thép. 6

2.1.1 Ngu n gồ ốc của S, P trong thép. 6

2.1.2 Ảnh hưởng của S đến cơ tính của thép. 6

2.1.3 Ảnh hưởng của P đến cơ tính của thép. 8

2.2 S kh S, P trong quá trình n u luy n thép.ự ử ấ ệ 9

2.2.1 S kh ự ử lưu huỳnh trong quá trình n u luy n thép.ấ ệ 9

2.2.2 Nh ng yữ ế ố ảu t nh hưởng đến s kh ự ử lưu huỳnh trong thép. 11

2.2.3 S kh P trong quá trình n u luy n thép.ự ử ấ ệ 16

2.2.4 Nh ng yữ ế ố ảnh hưởng đếu t n s kh P trong thép.ự ử 17

2.3 Ưu và nhược điểm c a n u luy n trong lò h quang.ủ ấ ệ ồ 26

2.3.1 Ưu điểm c a n u luyệủ ấ n trong lò h quang.ồ 26

2.3.2 Nhược điểm c a n u luyệủ ấ n trong lò h quang.ồ 26

2.4 Ưu và nhược điểm c a n u luy n trong lò trung t n plasma.ủ ấ ệ ầ 27

2.4.1 Ưu điểm c a n u luyệủ ấ n trong lò trung t n plasma.ầ 27

2.4.2 Nhược điểm c a nấủ u luy n trong lò trung t n plasma.ệ ầ 28

2.5 Yêu c u c a thép làm v u.ầ ủ ỏliề 28

2.6 Phương pháp tiến hành nghiên c u th c nghi m c a luứ ự ệ ủ ận văn. 28

Chương 3 QUÁ TRÌNH NẤU LUYỆN THÉP 10ΠC LÀM VỎ LI U Đ N PHÁO Ề Ạ H I QUÂNẢ 29

3.1 Thiết bị nghiên c u.ứ 29

3.1.1 Thi t b n u luy n.ế ị ấ ệ 29

1.2 Thiết bị đo đạc ki m tra.ể 30

1.3 Nguyên vật liệu. 32

3.2 Tính toán phối liệu và chu n b u.ẩ ị liệ 33

3.3 Quá trình n u luyấ ện và đúc thỏi thép nguyên li u trong lò h quang 1,5 t n.ệ ồ ấ 34

3.4 Quá trình tinh luyện và đúc thỏi thép 10 C П trong lò plasma 1,25 tấn. 42

Chương 4 KẾT QU VÀ TH O LU N.Ả Ả Ậ 49

4.1 Ảnh hưởng c a nhiủ ệ ột đ ớ t i quá trình kh ử lưu huỳnh và ph t pho trong quá trình ố n u luy n thép 10ấ ệ ПС. 49

4.1.1 Ảnh hưởng c a nhiủ ệ ột đ ớ t i quá trình kh ử lưu huỳnh và ph t pho trong quá trình ố n u luyấ ện thép 10ПС trong lò hồ quang. 49

4.1.2 Ảnh hưởng c a nhiủ ệ ột đ ớ t i quá trình kh ử lưu huỳnh và ph t pho trong quá trình ố tinh luyện thép 10ПС trong lò trung tần plasma. 51

4.2 Ảnh hưởng của số ầ ạ l n t o x t i quá trình kh ỉ ớ ử lưu huỳnh và ph t pho trong quá ố trình nấu luy n thép 10ПС.ệ 52

4.2.1 Ảnh hưởng c a s l n t o x t i quá trình kh ủ ố ầ ạ ỉ ớ ử lưu huỳnh và phốt pho trong quá trình nấu luyện thép 10ПС trong lò hồ quang. 52 4.2.2 Ảnh hưởng c a s l n t o x t i quá trình kh ủ ố ầ ạ ỉ ớ ử lưu huỳnh và phốt pho trong quá

4.3 Kết quả quá trình n u luyấ ện và tinh luy n.ệ 55

KẾT LUẬN 59 TÀI LIỆU THAM KH OẢ 60

MỞ ĐẦU

Thép là loại vật liệu quan trọng nhất cho các ngành công nghiệp chế tạo, xây dựng, giao thông, điện, quốc phòng bởi chúng có nhiều ưu điểm nổi bật về sản xuất, công nghệ gia công, khả năng sử dụng và đáp ứng được đầy đủ các yêu cầu về tính năng cần thiết của các ngành công nghiệp trong nền kinh tế quốc dân Cho đến nay chưa có một loại vật liệu nào có thể thay thế hoàn toàn được thép, vì vậy chúng vẫn là vật liệu chủ chốt của thế kỷ 21 Không những thế, đối với một số sản phẩm trước đây

sử dụng vật liệu khác nhưng với sự tiến bộ trong công nghệ luyện thép cùng với giá thành rẻ của chúng, thép đã thành vật liệu thay thế như vỏ liều đạn con, đạn pháo các loại Thép chế tạo vỏ liều nằm trong nhóm thép dập nguội Vỏ liều đạn vỏ liều đạn 30mm Liên bang Nga chế tạo bằng thép 10ΠC

Theo tài liệu thiết kế vỏ liều của Liên bang Nga, thép được sử dụng chế tạo vỏ liều đạn pháo là mác thép thông dụng 10ΠC theo ГOCT 1050-2013 [3] Với các mác thép thông dụng này công nghệ chế tạo là nấu luyện trong lò hồ quang đúc thỏi thông - thường Tuy nhiên khi phân tích khảo sát mẫu vỏ liều của Liên bang Nga ta thấy rằng, thép chế tạo vỏ liều, vỏ đầu đạn pháo có chất lượng cao hơn thép thông thường thể hiện ở chỗ hàm lượng P, S thấp hơn hẳn so với mác thông dụng còn các thành phần khác không thay đổi Hàm lượng P, S của hai loại vật liệu đã phân tích rất thấp, điều này cho thấy chúng thuộc loại thép C có chất lượng rất cao (P, S ≤ 0,015%), đòi hỏi phải qua tinh luyện đặc biệt mới có thể đạt được

Chương TỔNG QUAN1

1 Tổng quan ề tình hình nấu luyện thép chế tạo vỏ liều trong nước và quốc tế.v

Công nghệ luyện thép là công nghệ khá ổn định có tính truyền thống, không có nhiều thay đổi nhanh chóng và khác biệt cơ bản giữa các cơ sở sản xuất và các quốc gia Sự khác biệt nằm ở các khâu tự động hóa, xử lý môi trường, tinh luyện, tối ưu nhiên liệu và nhân công cùng các chi phí khác…Trên thế giới người ta vẫn sử dụng các phương pháp luyện thép như dùng lò thổi ôxy, lò điện hồ quang, trung tần… và các biến thể hoặc cải tiến tùy thuộc vào sản lượng và điều kiện kỹ thuật riêng của nhà máy và thị trường Nhìn chung thì các mác thép này có yêu cầu kỹ thuật luyện tương đối khắt khe về các bon và tạp chất nên thường được sản xuất tại các cơ sở có các dây chuyền sản xuất thép hiện đại, có thể cho xuất xưởng nhiều loại thép có mác và hình khác nhau tùy thuộc vào nhu cầu của thị trường

Từ những năm 80 của thế kỷ 20, sản xuất thép trong nước được làm nhỏ lẻ ở các nhà máy cơ khí và ở mức độ tập trung hơn tại công ty Gang thép Thái Nguyên chủ yếu làm thép xây dựng và một phần nhỏ thép kết cấu Quy trình công nghệ phổ biến trong giai đoạn này là đúc thỏi gù sau đó biến dạng rèn, cán tạo phôi thép theo yêu cầu Đối với các yêu cầu đặc thù, nhu cầu thép có số lượng không lớn thường được nhập khẩu, không chế tạo trong nước

Nghiên cứu trong nước để chế tạo thép làm vũ khí chủ yếu làm thép hợp kim chế tạo nòng súng, pháo như:

- Nghiên cứu công nghệ nấu luyện & tinh luyện điện xỉ thép OXH3MΦA để chế tạo nòng súng SPG 9 của Viện Công nghệ/TCCNQP hoàn thành năm 2005, đã chế -tạo được 02 nòng súng, thử nghiệm đạt được yêu cầu đề ra Thành phần P, S sau tinh luyện điện xỉ điện xỉ P < 0,015%; S < 0,015%

- Chế tạo loạt “O” súng B41 được thực hiện tại nhà máy Z127/TCCNQP trên cơ

sở đề tài nghiên cứu nấu luyện, tinh luyện thép Kết quả đã chế tạo hoàn thiện 20 nòng súng, bắn thử nghiệm bền nòng đạt kết quả tốt

- Đề tài nhánh cấp BQP “ Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu và vỏ động cơ đạn ĐCT 29” mở mới năm 2014, vật liệu là thép 30X3MΦ đã được nghiên cứu chế -tạo, hàm lượng P, S khống chế < 0,015% Chế tạo sản phẩm, bước đầu đã có những kết quả khả quan

- Đề tài “Nghiên cứu công nghệ chế tạo thép làm nòng súng tiểu liên AKM và súng đại liên PKMS” Thuộc chương trình KC.NQ.06 mở mới năm 2013 Mác thép là OXH2MΦA, đã chế tạo sản phẩm, thử nghiệm bắn bền đạt kết quả tốt

Các loại thép này đều yêu cầu hàm lượng P, S thấp ≤ 0,015% Vấn đề khử P, S trong các mác thép này đạt được yêu cầu đề ra, tuy nhiên khử P,S với mỗi loại thép khác nhau cần có các nghiên cứu riêng Công nghệ chế tạo các loại thép này có các bước:

Nấu luyện chuẩn bị liệu trong lò hồ quang nấu chảy khử bỏ tạp chất trong - lò trung tần Plasma - tinh luyện điện xỉ - rèn

Tại Nga và một số quốc gia thuộc Liên Xô cũ các mác thép kết cấu các bon chất lượng cao (High quality structural carbon steel) 10ΠC khá phổ biến được dùng thay thế cho nhau trong hầu hết các nhu cầu sử dụng, nhiều trường hợp còn dùng cả mác 10

và 08KП Người ta sử dụng mác thép này để chế tạo các chi tiết có độ dẻo cao, làm việc ở nhiệt độ cao chẳng hạn ổ trục, quai, cánh quạt, vòng đệm và các chi tiết khác sau khi qua hóa nhiệt luyện để đạt yêu cầu về tính chống mài mòn và độ cứng bề mặt trong khi độ bền lõi không cần quá cao Trong quân sự có thể dùng để chế tạo vỏ liều,

vỏ đầu đạn pháo hải quân

Mác thép 10ΠC được sản xuất và chế tạo nhiều tại các tập đoàn sản xuất thép

và kim loại, chẳng hạn Tổ hợp công nghệ luyện kim “Индустриальный Металлургический Комплекс” ở Saint Peterburg, Công ty ООО "ЛЕНТАСТАЛЬ" tại Moskva, tập đoàn «Металлинвест» ở Novosibirsk, Tập đoàn

“Сталепромышленная компания” ở Yekaterinburg, công ty МАКСИМУМ” tại Zlatoust, Chelyabinsk Oblast, Nga, tại Dolgoprudny, Moskva Oblast…Thép sản xuất ra theo tiêu chuẩn của Liên Bang Nga ГОСТ 1050-2013, với nhiều loại sản phẩm có kích thước dao động trong khoảng rất rộng, trong đó phổ biến

“СТАЛЬ-là ở dạng thanh tiết diện tròn (đường kính từ 8÷350mm, chiều dài từ 2000÷6200mm), tấm dài (kích thước 4÷400mm х 20÷700mm (dày x rộng) với chiều dài 2000÷12000mm hoặc thanh tiết diện vuông có kích thước từ 12х12mm tới 600х600mm với chiều dài 2000÷12000mm) Cơ tính của thép tùy thuộc vào phương pháp xử lý nhiệt theo các tiêu chuẩn của Nga

Tại Mỹ đối với mác 10ΠC người ta dùng các mác thép tương đương như 1010,

1110, G10100, G10120 còn tại Bungary là 10ps, Ba Lan 10Y còn Cộng Hòa Séc

12021 và Đức St22, St23

Các mác thép theo tiêu chuẩn Mỹ cũng có tính phổ cập trên thế giới, một số tập đoàn nước ngoài khác Mỹ như Erdemir Group ở Thổ Nhĩ Kỳ, Unitedsteel Group ở Hồng Kông, Tianjin Dongmao Special Steel Metal Material Trade ở Thiên Tân, Trung Quốc, Saaj Steel Corporation ở Ấn Độ… cũng sản xuất và gia công các mác thép tương đương theo tiêu chuẩn Mỹ Tuy nhiên về tính chất thì thép theo tiêu chuẩn Nga

và Mỹ tương đương nhau, thậm chí trên nguyên tắc thép Nga 10ΠC có hàm lượng lưu huỳnh và phốt pho được yêu cầu khống chế khắt khe hơn

Công nghệ chế tạo thép làm vũ khí là bí mật của mỗi quốc gia, mỗi hãng sản xuất vũ khí Rất ít tài liệu công bố trong các lĩnh vực này, vì vậy việc tìm hiểu công nghệ chế tạo rất khó thực hiện

2 Sự cần thiết của việc nghiên cứu khử sâu S,P đối với thép chế tạo vỏ liều.

Thép chế tạo vỏ liều là loại thép C thấp, yêu cầu của thép chế tạo vỏ liều cần có

độ dẻo cao để dễ dàng gia công biến dạng lớn, đồng thời đủ bền trong quá trình bắn

Vì vậy yêu cầu độ sạch tạp chất của thép như hàm lượng P, S, tạp chất khí, tạp chất phi kim thấp

B ng 1.1 Thành ph n hóa hả ầ ọc thép 10ΠC theo ГOCT 1050-2013 (% khối lượng)

Hàm lượng P, S của hai loại vật liệu đã phân tích rất thấp, điều này cho thấy chúng thuộc loại thép C có chất lượng rất cao (P, S ≤ 0,015%), đòi hỏi phải qua tinh luyện đặc biệt mới có thể đạt được Từ đó luận văn về đề tài “Nghiên cứu công nghệkhử sâu phốt pho và lưu huỳnh trong thép chế tạo vỏ liều đạn” ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu tự sản xuất phôi thép làm vỏ liều đạn pháo hải quân trong nước

3 Nội dung nghiên cứu của luận văn.

Trên cơ sở ổ t ng quan tài li u và k t qu nghiên c u, ch th c a m t s tài ệ ế ả ứ ế ử ủ ộ ố đềnghiên c u v ứ ề thép được s dử ụng làm vũ khí trong công nghi p qu c phòng, luệ ố ận văn

s t p trung nghiên c u các n i dung chính sau:ẽ ậ ứ ộ

V ề lý thuyết:

- Nghiên cứ ảnh hưởu ng c a S, P tủ ới cơ tính của thép

- Nghiên cứ ự khửu s S,P trong quá trình n u luyấ ện thép

- Nghiên ứ ưu và nhược u c điểm c a n u luyủ ấ ện trong lò h quang và lò plasma ồNhững nghiên c u lý thuyứ ết này định hướng cho các nghiên c u th c nghi m sau: ứ ự ệ

Thự c nghi m: ệ

- Tính toán phối liệu và chu n b u n u luyẩ ịliệ để ấ ện thép 10ΠC

- Nghiên cứu quá trình n u luy n kh sâu ấ ệ ử S, P trong lò điện:

+ Nghiên c u nh ứ ả hưởng c a nhi t n u luy n t i và s l n t o x tinh luy n ủ ệ độ ấ ệ ớ ố ầ ạ ỉ ệquá trình khử ưu l huỳnh và ph t pho ố

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Ảnh hưởng của S,P tới cơ tính của thép.

2.1.1 Nguồn gốc của S, P trong thép.

Thép là sản phẩm của quá trình nấu luyện từ gang Gang là sản phẩm của quá trình hoàn nguyên sắt trong lò cao từ các nguyên liệu là quặng sắt, than cốc, phụ gia Những nguyên liệu này khi khai thác luôn chứa một hàm lượng lưu huỳnh và phốt pho nhất định Khi tiến hành hoàn nguyên sắt trong lò cao lưu huỳnh và phốt pho đồng thời cũng được hoàn nguyên và đi vào trong gang, từ đó đi vào trong thép Vì vậy, lưu huỳnh và phốt pho là tạp chất luôn tồn tại trong thép

Đối với thép 10П , nguyên liệu của mẻ nấu là thép phế liệu 08КП, gang và các Cloại fero nên lưu huỳnh, phốt pho đi vào thép chủ yếu từ những nguyên liệu này Theo ГОСТ 1050 88, thép 08КП chứa tối đa tới 0,035% lưu huỳnh, 0,- 03% photpho Gang ПЛ1 chứa tối đa 0, 5% lưu huỳnh; 0,0 015% photpho; các loại fero tới 0,03% lưu huỳnh; 0,03% photpho, đây là nguồn lưu huỳnh chính trong thép 10П Lượng lưu Chuỳnh này cần được xử lý trong toàn bộ quá trình nấu luyện Ngoài ra do là phế liệu của quá trình gia công nên thép phế liệu thường có một lớp dầu bám bên ngoài Lớp dầu này chứa rất nhiều lưu huỳnh, phốt pho Nếu không được đốt cháy hết trong quá trình sấy liệu, lượng lớn lưu huỳnh, phốt pho này sẽ đi vào trong thép và làm tăng hàm lượng lưu huỳnh, phốt pho trong thép

Bên cạnh đó, tường lò, thành gáo rót cũng có thể là nguồn đưa lưu huỳnh vào trong thép do tạp chất bị đọng lại từ các mẻ nấu trước Do đó trước khi nạp liệu cần vệ sinh sạch tường lò và thành gáo múc để tránh còn lại thép của mẻ nấu trước hay chất bẩn bám trên thành lò và thành gáo múc làm tăng hàm lượng lưu huỳnh trong mẻ nấu 2.1.2 Ảnh hưởng của S đến cơ tính của thép.

Lưu huỳnh tlà p ch t có h i trong n u luy n thép T h giạ ấ ạ ấ ệ ừ ệ ản đồ cân b ng Fe-ằFeS (Hình 1.1) có th ể thấy nhiệt độ chảy c a FeS là 1190 C nhiủ ° , ệt độ chảy ủc a chất cùng tinh t o thành b i Fe-FeS là 988ạ ở oC Trong s t l ng, Fe và FeS có th hoà tan vô ắ ỏ ể

h n vào nhau Song trong sạ ắt đặc, độ hoà tan c a FeS l i r t nh : 0,009 - 0,023% Vì ủ ạ ấ ỏ

vậy khi hàm lượng lưu huỳnh trong thép cao hơn 0,023% thì trong quá trình ngu i, do ộ

k t qu c a vi c k t tinh ch n l c, ch t cùng tinh nhiế ả ủ ệ ế ọ ọ ấ ệt độ chả thấy p s hoàn toàn tiẽ ết

ra và tập trung trên tinh gi i [4] ớ

Hình 2.1 Giản đồ trạng thái Fe-FeS

Khi nung thép t i nhiớ ệt độ trên cùng tinh, tinh gi i b ớ ị chảy và b phá v tị ỡ ạo thành hiện tượng “bở nóng” trong thép (xem hình 2.2) Vì v y, tr ậ ừ trường hợp đặc

biệt, trong bất kỳ loại thép nào cũng đều yêu c u h ầ ạthấp hàm lượng lưu huỳnh t i mớ ức

thấp nh ất

Hình 2.2 Sơ đồ ề v nguyên nhân của sự “bở nóng”

V ng thái t n t i c lềtrạ ồ ạ ủa ưu huỳnh trong thép có th là [FeS] ho c [S] ể ặ

Hình 2.3 Ảnh hưởng của lưu huỳnh đến cơ tính của thép v i 0,09%C ớ

2.1.3 Ảnh hưởng của P đến cơ tính của thép

Trong công ngh n u luy n th p, Photpho l m t t p ch t c hệ ấ ệ é à ộ ạ ấ ó ại Ở nhiệt độ cao

nó tan đến 1,2% trong thép lỏng nhưng trong điều ki n nhiệ ệt độ thường hàm lượng photpho tan trong s t gi m m nh xu ng 0,02-0,03%, còn l i tan trong ferit biên giắ ả ạ ố ạ ở ới

h t t o ra Feạ ạ 3P Fe3P c ng và giòn, n l m gi m m t c ch r rứ ó à ả ộ á õ ệt cơ tính c a thủ ép, đặc

bi t l ệ à độ dai va đậ Ở điềp u ki n nhiệ ệt độthấp thường sinh ra hi n ệ tượng b ngu i“ ở ộ ”

Độ thiên t ch c a P r t l n, ch k m S V v y, ní ủ ấ ớ ỉ é ì ậ ếu lượng P trong thép tăng sẽ à l m thành ph n h a h c c a th i thầ ó ọ ủ ỏ ép không đồng đều Ch i v i m t s m c th p c c ỉ đố ớ ộ ố á é ábon th p, c ấ ócông dụng đặc biệt, P mới có á t c d ng l nguyên t h p kim ụ à ố ợ

Hình 2.4 Ảnh hưởng của photpho đến cơ tính thép 0,13%C

2.2 Sự khử S, P trong quá trình nấu luyện thép.

2.2.1 Sự khử lưu huỳnh trong quá trình nấu luyện thép

Trong quá trình luy n thép, s kh lệ ự ử ưu huỳnh chủ ế y u thông qua x Vì vỉ ậy đầu tiên cần phải thảo lu n v s cân b ng c a lưu huỳnh giậ ề ự ằ ủ ữa xỉ và kim lo ại

Khi kim lo i chạ ứa ưu huỳl nh b x che ph , thì ị ỉ ủ lưu huỳnh trong kim lo i s ạ ẽkhu ch tán vào x theo ph n ng sau: ế ỉ ả ứ

[FeS] ↔ (FeS)

H ng s cân b ng là: ằ ố ằ

( ) [S]

S S

a FeS L

LS h s phân b clà ệ ố ố ủa lưu huỳnh giữa xỉ và kim lo ại

Theo định lu t phân ph i thì khi thành ph n và nhiậ ố ầ ệt độ hai pha c nh, Ls là ố đị

(CaO) + [S] → (CaS) + [O]

T nh ng h ng s cân b ng ừ ữ ằ ố ằ ởtrên có th ểthấy kh ả năng khử lưu huỳnh c a CaO ủ

m nh nh t, rạ ấ ồi đến MnO và MgO Th c ti n ch ng minh, CaO là thu c kh ự ễ ứ ố ử lưu huỳnhchủ ế y u trong quá trình luy n thép [4] ệ

Trong trường h p lò thợ ổi, đặc bi t lò th i oxy (lò L-D), ệ ổ lưu huỳnh có th b kh ể ị ử

b ỏ dưới dạng khí Phản ứng có th ể như sau:

[S] + [O2Ị {SO→ 2} ∆F = -51680+ 11,99T

[S] + 2[O] (SO→ 2) ∆F = +1180 + 13,13T

[S] + 2(FeO) {SO→ 2}+ 2[Fe] ∆F = +59180 - 11,87T

So sánh năng lượng t do c a ba lo i ph n ng trên có th th y ch có oxy ự ủ ạ ả ứ ể ấ ỉ ởpha khí m i có th oxy hoá ớ ể lưu huỳnh thành khí SO2 bay đi Trong phương pháp L-D, kho ng 15% ả lưu huỳnh ị b kh b theo phử ỏ ản ứng này Do đó, lưu huỳnh ch y u b kh ủ ế ị ử

b thông qua x ỏ ỉ

Theo học thuy t ion v x , ph n ng kh ế ề ỉ ả ứ ử lưu huỳnh có thể ết như sau: vi

[S] + (O2-) → [O] + (S2- )

2 2

[ ]

S S

[% ][% ]

S S

CaO MgO FeO SiO

O n L

−

= 

  + + −

2.2.2 Những yếu tố ảnh hưởng đến sự khử lưu huỳnh trong thép

Khi (SiO2) < 20 - 25%, KS tính bằng công th c trên có th ứ ể xem như một hằng

số Nhưng nếu theo h c thuyọ ết phân t v x , giá tr KS tính ra khi thay b ng s phân t ử ề ỉ ị ằ ố ửgam CaO t do chênh lự ệch nhau khoảng 60 l n [8] ầ

CaO, MgO, FeO trong x u có th ỉ đề ể tăng giá trị ủa c n O2 − , có l i cho s ợ ự khử lưu

hu nh SiOỳ 2 làm gi m giá tr ả ị n O2 − không có l i cho s kh ợ ự ử lưu huỳ FeO đốnh i với

ph n ng kh ả ứ ử lưu huỳnh có tác d ng kép M t mụ ộ ặt làm tăng n O2 −, mặt khác cũng làm tăng [%O] Điều đó chính là nguyên nhân tạo ra hiện tượng (FeO) ảnh hưởng không có qui luậ ốt đ i vớ i ( )

[S]

Ngoài ra, n u ế lưu huỳnh t n t i trong x ồ ạ ỉ dướ ại d ng ion (S2-) thì có th c m cể ắ ực dương của điện c c m t chi u vào trong x ự ộ ề ỉ để điện phân ra lưu huỳ Do đó, cũng đạnh t

hi u qu khệ ả ử lưu huỳnh Đây là một vấn d ề đang được chú ý nghiên c u ứ

Khi nghiên c u s cân b ng cứ ự ằ ủa lưu huỳnh giữa kim lo i và x , ta th y thành ạ ỉ ấ

ph n kim lo i có ầ ạ ảnh hưởng r t l n t i s phân ph i cấ ớ ớ ự ố ủa lưu huỳnh Th c t ự ế chứng minh khi kim lo i ch a caạ ứ cbon cao thì dễ khử lưu huỳnh

Điều đó có thể gi i thích b ng hiả ằ ện tượng các nguyên t cacbon, silic, ốphotpho giảm độ hoà tan, tăng hệ ố s hoạ ột đ của lưu huỳnh

T hình 1.3 có th ừ ể thấy C, Si, P, Al là nh ng nguyên t ữ ố tăng hoạt độ ủa lưu c

hu nh trong kim ỳ loại Khi n ng c a nh ng nguyên t ồ độ ủ ữ ố đó trong kim loại càng cao,

h s hoệ ố ạt độ ủa lưu huỳnh c càng lớn

Hình 2.5 Ảnh hưởng c a nguyên t ủ ốthứ ba đối với hệ ố s hoạ ột đ của lưu huỳnh

N u trong kim loế ại đồng th i ch a nh ng nguyên t ờ ứ ữ ố đó càng có ảnh hưởng l n ớ

t i h s hoớ ệ ố ạt độ ủa lưu huỳnh Mangan m c dù có th h c ặ ể ạthấp h s hoệ ố ạt độ ủa lưu c

hu nh ỳ nhưng có ảnh hưởng không t t t i vi c kh ố ớ ệ ử lưu huỳnh Mn và S có th k t h p ể ế ợ

v i nhau thành MnS khá bớ ền, độ hòa tan trong kim lo i r t nh cho nên có th tạ ấ ỏ ể ách ra

kh i kim loỏ ại đi vào xỉ

Việc kh ử lưu huỳnh ch y u thông qua x , cho nên thành ph n x là nhân t có ủ ế ỉ ầ ỉ ốảnh hưởng ch y u ủ ế

(MnO) có ảnh hưởng t t t i s kh ố ớ ự ử lưu huỳnh, song ảnh hưởng không m nh ạ

T hình 2.6 có th ừ ểthấy mặc dù (MnO) làm tăng tỉ ệ l LS, song tăng không rõ rệt

Hình 2.6 Quan h gi a (MnO) trong x ệ ữ ỉ có độ bazơ 1,19 với LS

(MgO) có nh h ng không rõ ràng t i s ả ưở ớ ự khử lưu huỳnh ừ quan điể T m MgO

là m t chộ ất oxit tính bazơ thì MgO cũng có khả năng nhất định trong vi c kh ệ ử lưu

hu nh, song n u trong x ỳ ế ỉ bazơ chứa MgO cao, x bi n s t không có l i cho t t c các ỉ ế ệ ợ ấ ả

lo i phạ ả ứn ng khử, trong đó có phả ứn ng kh ử lưu huỳnh

Ảnh hưởng của (FeO) đố ớ ỉ ệi v i t l phân ph i ố lưu huỳnh xem trong hình 2.7

Hình 2.7 Ảnh hưởng cùa (FeO) trong x ỉ tính bazơ đế ỷ l phâ b n t ệ n ố lưu huỳnh

T hình v có th ừ ẽ ể thấy giảm lượng (FeO) có l i cho ph n ng kh ợ ả ứ ử lưu huỳnh Nhưng đố ớ ỉi v i x oxy hoá ảnh hưởng c a (FeO) còn khá ph c t p ủ ứ ạ

Trong hình 2.7 đường bi u di n t i ch 5% (FeO) có mể ễ ạ ỗ ột điểm th p nh t Khi ấ ấ

độ bazơ nhỏ hơn 2, tăng (FeO), sẽ làm cho t l phân b ỉ ệ ố lưu huỳnh tăng một ít

Gần đây người ta đã rút ra k t luế ận khi độ bazơ nhỏ hơn 2,4 thì (FeO) có lợi cho

vi c kh ệ ử lưu huỳ , khi độ bazơ lớnh n 2,4 thì không có l i cho s kh ợ ự ử lưu huỳnh (xem hình 2.8 )

Hình 2.8 Quan hệ ữa (FeO), độ bazơ vớ gi i tỉ ệ l (S)/(P)

Thực nghi m ch ng minh nhiệ ứ ệt độ càng cao, hi u qu kh ệ ả ử lưu huỳnh càng th p ấNhưng trong thự ếc t thì vi c kh ệ ử lưu huỳnh nhiở ệt độ cao có l i nh t Gi i thích s ợ ấ ả ựmâu thuẫn đó như sau:

H ng s cân b ng c a ph n ng kh ằ ố ằ ủ ả ứ ử lưu huỳnh:

S S

Nhiệt độ càng cao, LS càng giảm Song d i v i Lố ớ o, nhiệt độ càng cao, tốc độ

gi m càng nhanh Vì v y, nhiả ậ ệ ột đ càng cao, KS càng tăng

Herasymenko [4] chỉnh lý s u th c nghi m c a r t nhiố liệ ự ệ ủ ấ ều người đề ra phương trình cân bằng kh ử lưu huỳnh như sau:

2 2

[ ]

S S

O a lgK

Trong quá trình luy n thép khi t l phân b ệ ỉ ệ ố lưu huỳnh nhất định thì lượng lưu

hu nh ỳ dư trong kim loại ph ụthuộc vào lượng x ỉ (giả thiết không có s kh ự ử lưu huỳnh

ở ạ d ng khí và s tăng ự lưu huỳnh bởi khí lò) Phương trình cân bằng lưu huỳnh trong

m ẻliệu như sau:

Sm uẻ liệ - lượng lưu huỳnh trong m kim lo i, %; ẻ ạ

[S] - lượng lưu huỳnh trong kim loại, %;

(S) - lượng lưu huỳnh trong x , %; ỉ

M - trọng lượng kim loại trong nồi lò, kg;

X - trọng lượng x trong n i lò, kg; ỉ ồ

C - trọng lượng m u kim lo i, kg; ẻliệ ạ

b - lượng x tính theo % kim lo ỉ ại;

d - lượng m u cháy hao, tính theo % m u kim lo ẻliệ ẻliệ ại

Trong quá trình luy n thép, m kim lo i không ng ng b oxy hóa, vì v y, trong ệ ẻ ạ ừ ị ậ

m t kho ng khộ ả ắc nào đó, trọng lượng thép l ng c ng vỏ ộ ới lượng cháy hao b ng tr ng ằ ọlượng m kim lo i Vì v y: ẻ ạ ậ

100

d C

Do lượng lưu huỳnh trong nồi lò tương đối nhỏ, lượng thép l ng và trỏ ọng lượng

x biỉ ến đổi cũng ít Để đơn giản hóa, có th gi ể ả thiết lượng kim lo i cháy hao d=0 ạ

= thay vào công thức trên ta được:

b L

2.2.3 Sự khử P trong quá trình nấu luyện thép.

Nghiên c u ph n ng oxy hứ ả ứ óa P, đầu tiên c n ph i hi u r d ng t n t i c a P ầ ả ể õ ạ ồ ạ ủtrong pha kim lo i D ng t n t i c ạ ạ ồ ạ ó thể à Fe3P, Fe l 2P v à P Song đa số khi nghiên cứu

ph n ng cân b ng vả ứ ằ ẫn thường d ng d ng P nguyên t ù ạ ử

Phả ứn ng oxy h a P ti n hó ế ành như sau:

2[P] + 5(FeO)→(P2O5) + 5[Fe]

2[P] + 8(FeO) (3FeO.P→ 2O5) + [Fe]

2 5 2

Phả ứn ng trên phát triển theo hướng t trái qua ph i và phát ra r t nhi u nhi t ừ ả ấ ề ệ

Ở nhi t đ cao, P2ệ ộ O5 ở trạng thái t do, ngay c photphat sự ả ắt cũng không bền, có th b ể ịhoàn nguyên b i các nguyên t ở ố Si và Mn… Thậm chí khi không có nh ng ch t hoàn ữ ấnguyên m nh k trên, sạ ể ắt có thể hoàn nguyên photpho

Vì v y, mu n kh photpho trong quá trình n u luy n thép ph i t o x ậ ố ử ấ ệ ả ạ ỉ có độbazơ cao Trong trường h p này, photpho b oxy hóa và kh b ợ ị ử ỏ theo phương trình sau:

2[P] +5(Feo)→(P2O5) + 5[Fe]

(P2O5) + 3(FeO) (3Feo P→ 2O5)

(3FeO P2O5) + 4(CaO) (4CaO P→ 2O5) + 3(FeO)

[ ] ( ) ( )

Ca P O Fe p

(CaO)4P2O5 + 2SiO2→2(CaO)2SiO2 + P2O5

Vì vậy, điều ki n c n thiệ ầ ết để kh photpho là s lư ng CaO trong x b o ử ố ợ ỉ đủ ảđảm để hình thành (CaO)4.P2O5, (CaO)2.SiO2 và các ch t hóa h p khác (ví d ấ ợ ụCaO.Fe2O3, CaO.Al2O3,…) nghĩa là xỉ ph i có m t ả ộ độ bazơ cần thi t [1] ế

2.2.4 Những yếu tố ảnh hưởng đến sự khử P trong thép.

Trong h ng s cân b ng c a ph n ng kh photpho, vì xem x là m t dung d ch ằ ố ằ ủ ả ứ ử ỉ ộ ị

lý tưởng cho nên a(CaO)=N(CaO), a(FeO)=N(FeO),

4 2 5 (Ca P O )

a t l ỉ ệ thuận với

2 5 (P O )

N Nồng độcác nguyên t trong thép l ng r t th p, có th ố ỏ ấ ấ ể xem như dung dịch vô cùng loãng: a[P]=[%P], a[Fe]=1 Vì v y h ng s ậ ằ ốcân bằng trên có th viể ết như sau:

2 5 ( ) '

P O P

FeO CaO

N K

CaO

N K

=

71667

Quan hệ ữ gi a hằng s cân b ng và nhi t đ xem hình 2.9 ố ằ ệ ộ

Hình 2.9 Quan hệ ữ gi a LogKP với số đả ủ o c a nhiệ ột đ tuyệ ốt đ i

Ngoài h ng s cân b ng c a ph n ng kh photpho tính theo x là m t dung ằ ố ằ ủ ả ứ ử ỉ ộ

dịch lý tưởng, còn có th dung h s hoể ệ ố ạt động đính chính sai số ữ gi a hoạt độ và n ng ồ

Trong kim lo i, nạ ồng độ ủ c a photpho r t th p, photpho trong thép có th xem ấ ấ ể

m t dung d ch vô cùng loãng Vì v y, hoộ ị ậ ạt độ ủ c a photpho có th ểxem như bằng n ng ồ

độ ủ c a nó, H s hoệ ố ạt độ ủ c a FeO, CaO, P2O5 là hàm s nố ồng độ ủ c a nh ng chữ ất đó,

đồng th i có quan h v i SiO2 trong x , vì v y: ờ ệ ớ ỉ ậ

2 5

2 5 2

[ ]

P O f CaO FeO SiO PO T

P =

Trên cơ sở ủ c a nh ng k t qu nghiên c u, l p quan h gi a ữ ế ả ứ ậ ệ ữ 2 5

m c dù tặ ạo được xỉ độ bazơ cao, cũng không thể có tác dụ ng kh ử photpho được

Quan sát ảnh hưởng của (CaO) và (FeO) đố ớ ựi v i s kh photpho có th ử ểthấ ỉy t

s (CaO) và (FeO) không th ố ểchọn tu ý (xem hình 2.11 ỳ )

Hình 2.11 Quan hệ giữa hệ số phân bố (P2O5)/[P] 2với độ bazơ và lượng (FeO)

P tăng khi (FeO) tăng Nhưng đối

v i x ớ ỉ đã có nồng độ (FeO) nhất định thì h s phân phệ ố ối 2 5

Hình 2.13 bi u di n ch s kh photpho b ng nhau c a h x ba nguyên Trong ể ễ ỉ ố ử ằ ủ ệ ỉhình có m t s ộ ố đường bi u di n ch s kh photpho b ng nhau và m t s ể ễ ỉ ố ử ằ ộ ố điểm thực nghiệm

lần Nghĩa là sự tăng nồng độ (FeO) ch trong m t gi i h n nhỉ ộ ớ ạ ất định m i có l i cho ớ ợ

vi c kh photpho trong kim lo i Ch s kh photpho ch có th t t i giá tr cệ ử ạ ỉ ố ử ỉ ể đạ ớ ị ực đại khi t s (FeO) và (CaO) thích h p nh ỉ ố ợ ất

Hình 2.14 biểu th quan h ị ệ tương tự giữa độ bazơ và lượng (FeO) v i ch s ớ ỉ ố

kh photpho Có th ử ể thấy, khi dùng (CaO) để nâng cao độ bazơ của x t i m t tr s ỉ ớ ộ ị ố

cho vi c kh ệ ử photpho Khi độ bazơ đã xác định thì ch s kh photpho ch ỉ ố ử ỉ tăng khi lượng (FeO) tăng

Những nghiên c u trên ch ng minh x có l i nh t cho ph n ng kh phôtpho ứ ở ứ ỉ ợ ấ ả ứ ử

là lo i x ạ ỉ có lượng (FeO) và (CaO) trong ph m vi nhở ạ ất định Điều này có th giể ải thích tho mãn bả ằng h c thuyếọ t ion v x ề ỉ

Theo quan điểm h c thuy t ion, ph n ng kh photpho có th vi t dư i d ng: ọ ế ả ứ ử ể ế ớ ạ2[P] + 5Fe2+ + 3Ca2+ + 8O2-→5[Fe] + 3Ca2+ +2PO43-

Hình 2.14 Quan hệ ữ gi a chỉ ố s kh photpho v i đ ử ớ ộ bazơ của xỉ và v i lư ng (FeO) ớ ợ

T ph n ng trên có th ừ ả ứ ể thấy mu n kh P kh i kim lo i, trong x nên có ion ố ử ỏ ạ ỉ

Fe2+nghĩa là nên có oxit sắt

N u không có cation Feế 2+ chuy n d ch vào kim loể ị ại để kh b ử ỏ điện t không ử

ng ng t p trung trên m ngoài kim lo i do s chuy n d ch c a Oừ ậ ặt ạ ự ể ị ủ 2- vào kim loại, nghĩa

là kh b hi u s ử ỏ ệ ố điện th gi a m t phân pha x - thép thì ph n ng kh photpho ế ữ ặ ỉ ả ứ ửkhông th ểtiến hành được

Chỉ có (FeO) không thôi, ph n ng kh ả ứ ử photpho cũng không thể ế ti n hành

mạnh được, đó là vì bán kính cation Fe2+ tương đối nh ( rỏ Fe2+ = 0,75A), do đó khảnăng tác dụng c a nó v i Oủ ớ 2- khá lớn, gây khó khăn cho việc chuyển d ch Oị 2- t x vào ừ ỉkim lo i và s oxy hoá photpho Còn (CaO) thì phân hoá cho ra cation Caạ ự 2+ khá l n (r ớCa2+=0,75A), nó k h p v i anion Oết ợ ớ 2- Vì v y mà trong x bao gi ậ ỉ ờ cũng nên có một hàm lượng FeO và CaO thích h p nh t ợ ấ

(SiO2) có tác h i rõ rạ ệt đố ới v i kh photpho, nó phá h y photphat canxi làm cho ử ủ

P có cơ hội hoàn nguyên vào kim lo i ạ

(Al2O3,) có l i cho ph n ng kh photpho vì nó có tác dợ ả ứ ử ụng thúc đẩy x sỉ ớm hình thành và tăng tính chảy loãng của xỉ

(MnO) có ảnh hưởng ph c tạ ớứ p t i phả ứn ng kh photpho, xem hình 2.15 ử

Hình 2.15 Quan hệ ữ gi a chỉ ố s kh photpho v i đ ử ớ ộ bazơ của xỉ và v i lư ng (FeO) ớ ợ

T hình v có th ừ ẽ ể thấy lượng (MnO) tăng, điểm cực đại trên đường bi u diể ễn quan h giệ ữa 2 5

2

[ ]

P O

P v i (FeO) h ớ ạthấp Khi nồng độ (MnO) là 1,5; 5,5 và 11%, giá tr ị

cực đạ ủi c a h s phân phệ ố ối tương ứng là 332, 274 và 228 Nhưng trong thự ế ảc t s n

xuất thường phát hi n nệ ồng độ (MnO) tăng làm cho hàm lượng [Р] hạ thấp Có th ể

nh n xét (MnO) có ậ ảnh hưởng t t t i ph n ng kh photpho là do tác d ng làm loãng ố ớ ả ứ ử ụ

2

100[ ]

CaO PO

Hình 2.16 Quan hệ ữ gi a chỉ ố s kh photpho và nhi t đ ử ệ ộ

T hình v có th ừ ẽ ể thấy, khi nhiệt độ ả gi m 100oC, với độ bazơ thấp cũng có thể

đạt mức độ kh ử photpho tương tự Nhưng ảnh hưởng c a nhiủ ệt độ không rõ rệt như ảnh hưởng c a (FeO) và (CaO) nhiủ Ở ệt độ cao, tốc độ oxy hoá C lớn, lượng (FeO) trong x gi m rõ rỉ ả ệt, đặc bi t là lệ ở ớp xỉ trự c ti p ti p xúc v i kim loế ế ớ ại, do đó phả ứn ng

kh photpho ti n hành r t ch m, th m chí không ti n hành ử ế ấ ậ ậ ế được Khi hàm lượng cacbon trong kim lo i gi m, ạ ả ảnh hưởng c a nhiủ ệt độ đố i v i ph n ng kh photpho ớ ả ứ ửtrong thép y u d n M t khác, nhiế ầ ặ ệt độ làm tăng quá trình hoà tan vôi trong xỉ làm cho tính ch y loãng c a x và s p xúc gi a x và thép tr nên t t, có l i cho ph n ng ả ủ ỉ ự tiế ữ ỉ ở ố ợ ả ứ

kh photpho Cho nên, nhiử ệt độ quá thấp cũng không có lợi cho quá trình kh ửphotpho

Hàm lượng photpho ban đầu trong m li u và s lư ng x ẻ ệ ố ợ ỉ cũng có ảnh hưởng

đố ới v i ph n ng kh ả ứ ử P Lượng oxit photpho trong x ỉ xác định theo công th c sau: ứ

Pgang - hàm lượng photpho trong gang;

[P] - hàm lượng photpho trong thép;

x - lượng x ỉ sinh ra đố ới v i m i 100kg thép; ỗ

{Pgang - [P]} - lượng photpho b ịkhử;

{Pgang - [P]}·2,29 - lượng (P2O5) hình thành đi vào xỉ

T công th c trên có th ừ ứ ểthấy, muốn hàm lượng photpho trong thép thấp, lượng photpho trong gang c n phầ ải thấp, lượng x c n phỉ ầ ải nhiều

Hình 2.17 bi u th quan h gi a ể ị ệ ữ lượng P trong thép với lượng P trong m u ẻ liệ

Hình 2.17 Quan hệ ữ gi a lư ng P trong thép v i lượợ ớ ng x ỉ khi lượng P trong m li u ẻ ệ

khác nhau (CaO/SiO2=1,8, (FeO)=15%) Tóm lại, hàm lượng cu i cùng c a P trong thép ph ố ủ ụ thuộc vào các y u t ế ố như sau:

[%P] = F(B,[%C], (FeO), Pgang, toC, Gx tháo ỉ )

Như vậy, đ ềi u kiện môi trường để kh ửP là [2]:

- Nhiệ ột đ th p ấ

- X ỉ có tính bazơ

- X ỉ oxi hóa (hàm lượng FeO cao)