Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật vật liệu: Nghiên cứu sử dụng cốt liệu xỉ lò điện trong bê tông xi măng

Do đó, việc nghiên cứu sử dụng chất thải rắn xỉ EAFs thay thế cốt liệu trong bê tông xi măng là vấn đề đặt ra ở các nước đang phát triển.. Trọng lượng riêng rời kg/m3 1482 1382 Tính bền

TỔNG QUAN

Nguồn gốc, phân loại xỉ thép

Công nghệ sản xuất thép chủ yếu bởi hai loại quy trình: lò BOF và điện hồ quang EAF Với lò BOF, quá trình sản xuất thép được chia làm hai giai đoạn: giai đoạn đầu để khử quặng sắt; giai đoạn tiếp theo là loại bỏ các oxít cũng như các hợp kim không cần thiết

Xỉ là một sản phẩm sinh ra đồng thời với tất cả các bước chế tạo thép Các loại xỉ có nguồn gốc từ quá trình sản xuất khác nhau thì khác nhau tùy thuộc vào quy trình chế tạo, cách điều chỉnh nguyên liệu thô hoặc cách làm nguội xỉ nóng chảy

Xỉ luyện thép được chia làm 3 loại:

 Xỉ thứ cấp (Ladle Slag)

Hình 1 1 Quy trình luyện thép [1]

1.1.3 Sự hình thành xỉ điện hồ quang - EAF

Mục đích của lò điện hồ quang EAF là nóng chảy thép phế liệu Xỉ điện hồ quang có thể được sử dụng trong mức kiểm soát để sản xuất thép phế liệu Tuy nhiên, nếu sử dụng 100% thép phế liệu thì chất lượng thép rất khó kiểm soát Vì vậy, xỉ điện – EAFs thường được sử dụng với số lượng ít trong quá trình sản xuất thép Do đó, một lượng xỉ điện – EAFs dư ra rất nhiều trong mỗi quá trình sản xuất thép Quá trình sản xuất thép được tóm tắt theo các phản ứng hóa học như sau:

Quá trình sản xuất thép trong lò EAF tạo ra xỉ thép như một sản phẩm phụ Các oxit hình thành xỉ nổi lên bề mặt thép Khi FeO tạo thành hoàn toàn, carbon được đưa vào và oxy hóa FeO thành CO, gây xủi bọt ở nhiệt độ trên 1600°C Thép lỏng nằm bên dưới, xỉ bọt nổi lên và được loại bỏ Mỗi tấn phôi thép sản xuất trong lò EAF tạo ra khoảng 120-150 kg xỉ.

Hình 1 2 Cấu tạo lò luyện thép [2] Hình 1 3 Tháo xỉ từ lò điện [2]

Tất cả xỉ được tạo ra từ các ngành công nghiệp thép và sản xuất thép có chứa một tỷ lệ phần trăm của CaO cùng với các tạp chất không mong muốn Tuy nhiên, các tính chất khoáng và cơ lý xỉ thép phụ thuộc vào tỷ lệ các thành phần hóa học chính trong xỉ thép và quá trình chế tạo thép Do đó, thành phần khoáng và đặc tính cơ học xỉ là khác nhau phụ thuộc cụ thể vào lò luyện thép (BOF, EAF) Xỉ BOF và xỉ EAF đều được hình thành trong quá trình hoạt động sản xuất thép cơ bản Vì vậy, các chất hóa học và thành phần khoáng vật của xỉ BOF và xỉ EAF tương tự nhau, thành phần hóa chính của xỉ là canxi oxit và oxit sắt, oxit silic

Thành phần hóa học của lò hồ quang điện (EAF) được tóm tắt trong bảng 1.1 Xỉ EAF có thành phần hóa học tương tự như của xỉ BOF nhưng sản xuất thép lò hồ quang điện cơ bản là một quá trình tái chế thép từ thép phế liệu Thành phần hóa học xỉ của lò hồ quang điện phụ thuộc đáng kể vào tính chất của thép tái chế

Xỉ lò EAF có thành phần hóa học khác biệt so với xỉ BOF, với độ ổn định kém và phổ biến các oxit như FeO (10-40%), CaO (22-60%), SiO2 (6-34%), Al2O3 và MgO (3-10%).

Hàm lượng FeO trong xỉ lò EAF tạo ra từ sản xuất thép không gỉ có thể thấp như 2% (Shen et al 2004) Cũng theo kết quả phân tích bảng 1.1 thì ngoài FeO thì trong xỉ cũng có thành phần Fe 2 O 3 và có độ biến động khá rộng từ 11 – 40% Đây là số lượng sắt bị oxy hóa mà không thể chuyển thành thép trong quá trình sắt nóng chảy và chuyển thành thép

Nguồn nguyên liệu khác nhau sẽ cho thành phần hóa khác nhau, từ đó sẽ dẫn đến tính chất cũng như thành phần khoáng khác nhau và sẽ cho tính chất cơ lý đặc trưng

Tính chất của xỉ EAF phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu tái chế tại từng địa điểm Để đánh giá và sử dụng xỉ EAF hiệu quả, cần khảo sát thành phần hóa học của nguồn xỉ cụ thể.

Bảng 1 1 Bảng thành phần hóa xỉ EAF tham khảo ở một số khu vực bang India-Mỹ [3]

Thành phần % oxit Khu vực tham khảo CaO SiO 2 Al 2 O 3 MgO FeO Fe 2 O 3 Fe tổng SO 3 MnO TiO 2 P 2 O 5 Cr 2 O 5 K 2 O CaO tự do Barra et al (2001) 29,49 16,11 7,56 4,96 - 32,56 - 0,63 4,53 0,78 0,55 1,42 0,13 -

Luxan et al (2000) 29,11 6,04 14,07 3,35 27,41 - - - 15,58 0,54 1,24 0,7 1,8 - Manso et al (2004 23-32 8-15 3,5-7 4,8-6,6 7-35 11-40 - - 2,5-4,5 - - - - 0-4,0 Miklos (2000) 30-40 10-20