Tinh luyện ngoài lò (ladle metallurgy, secondary metallurgy, off furnace treatment)

Chương TINH LUYỆN NGỒI LỊ (Ladle Metallurgy, Secondary Metallurgy, Off-furnace Treatment) TS NGUYỄN NGỌC HÀ Nội dung 5.1 Tổng quan 5.2 Tinh luyện xỉ tổng hợp 5.3 Thổi khí trơ 5.4 Thổi vật liệu dạng bột 5.5 Tinh luyện kết hợp thùng rót – lị 5.6 Tinh luyện chân không – ôxy 5.7 Thổi argon – ôxy 5.8 Thổi nước – ơxy 5.9 Các q trình kết hợp TS NGUYỄN NGỌC HÀ 5.1 Tổng quan • Các ngun cơng cơng nghệ thực bên ngồi thiết bị luyện kim gọi “tinh luyện lò” (Off-Furnace Treatment), “luyện kim thùng chứa” (Ladle Metallurgy), “tinh luyện thùng chứa” (Ladle Refining), “luyện kim thứ cấp” (Secondary Metallurgy) • Mục đích q trình luyện kim ngồi lị thực ngun công công nghệ định nhanh hơn, hiệu so với thực thiết bị luyện kim truyền thống TS NGUYỄN NGỌC HÀ 5.1 Tổng quan • Các vấn đề giải tinh luyện ngồi lị: - Đồng hố nhiệt độ thành phần kim loại lỏng - Hợp kim hoá khống chế thành phần kim loại - Khử ôxy, khử khí (hydrơ nitơ) - Biến tính khử tạp phi kim - Khử lưu huỳnh - Làm giảm hàm lượng nguyên tố không mong muốn - Khống chế nhiệt độ kim loại TS NGUYỄN NGỌC HÀ 5.1 Tổng quan • Các phương pháp tinh luyện ngồi lị đơn giản kết hợp nhiều phương pháp • Các phương pháp đơn giản bao gồm: - Khử khí cách chân khơng hố kim loại - Tinh luyện xỉ tổng hợp thùng rót - Thổi khí trơ - Thổi chất khử ơxy khử lưu huỳnh dạng bột vào kim loại lỏng TS NGUYỄN NGỌC HÀ 5.1 Tổng quan • Việc tinh luyện kim loại thực trong: - Thùng rót với cần nút rót thẳng đứng - Thùng rót với cấu rót loại van - Thùng rót chụp kín - Thùng rót trang bị phương tiện để thổi khí trơ hay hỗn hợp khí-bột từ đáy lên - Thùng trang bị nắp chụp; đưa điện cực vào nung kim loại - Thiết bị kiểu lị chuyển; kim loại thổi argon, ôxy nước TS NGUYỄN NGỌC HÀ 5.2 Tinh luyện xỉ tổng hợp 5.2.1 Mở đầu • Việc cường hố q trình luyện kim thường làm tăng suất, thường không nâng cao chất lượng kim loại • Trong thiết bị luyện kim cơng suất lớn, trình tinh luyện xảy chậm bề mặt tiếp xúc kim loại lỏng-xỉ lỏng nhỏ • Tinh luyện xỉ tổng hợp cho phép giải vấn đề nhờ bề mặt tiếp kim loại lỏng-xỉ lỏng lớn TS NGUYỄN NGỌC HÀ 5.2.1 Mở đầu • Có hướng tinh luyện kim loại xỉ tổng hợp chứng minh qua thực tiễn: Tinh luyện thép xỉ vôi chứa sắt để khử P Tinh luyện thép xỉ axit để khử ôxy tạp phi kim Tinh luyện thép xỉ CaO-Al2O3 để khử S ôxy Tinh luyện thép q trình rót khn đơng đặc để chuyển tạp chất lên bề mặt thỏi đúc • Hai hướng tinh luyện sau ứng dụng rộng rãi thực tiễn sản xuất TS NGUYỄN NGỌC HÀ 5.2.2 Đặc điểm • Q trình tương tác kim loại lỏng xỉ lỏng xảy mạnh mẽ • Kim loại lỏng lắng xuống đáy thùng rót, xỉ lên tạo thành màng chắn bảo vệ kim loại khỏi bị ơxy hố từ khí bên bề mặt xỉ • Kim loại tinh luyện tạp chất • Năng suất cao thời gian tinh luyện ngắn • Trang thiết bị tinh luyện đơn giản • Phù hợp với sản xuất lớn • Lớp lót thùng rót dễ bị bào mịn TS NGUYỄN NGỌC HÀ 5.2.3 Ngun lý • Các bước tinh luyện băng xỉ tổng hợp: - Nấu chảy xỉ có thành phần thích hợp lị - Cho xỉ vào thùng rót (đã nung sơ bộ) - Rót kim loại lỏng từ lị độ cao định vào thùng rót - Do nặng hơn, giọt kim loại lắng xuống, xỉ lên Trong q trình lắng, có tiếp xúc lớn, kim loại lỏng tinh luyện xỉ - Tháo nút xả đáy để rót kim loại - Làm thùng rót, chuẩn bị cho mẻ sau TS NGUYỄN NGỌC HÀ 5.3.2 Ngun lý • Khi thổi khí trơ vào kim loại lỏng, nhiều bọt khí hình thành xem bọt khí buồng chân khơng nhỏ • Khi thổi khí trơ, kim loại khuấy trộn mạnh mẽ ⇒ làm đồng thành phần tồn thể tích • Nếu tạo lớp xỉ thích hợp bề mặt kim loại lỏng thúc đẩy việc hấp thụ tạp phi kim thép vào xỉ • Khi nấu luyện thép cacbon thấp, việc thổi hỗn hợp khí trơ-ơxy làm dịch chuyển cân phản ứng O2 + 2C = 2CO sang phải TS NGUYỄN NGỌC HÀ 5.3.3 Một số vấn đề cơng nghệ • Có nhiều phương pháp thổi khí trơ vào thùng rót (hình 5.8) • Việc thổi ống sục dìm (e) an tồn thao tác, khơng cần thay đổi kết cấu lớp lót thùng có hạn chế ống thổi dùng lần • Phương pháp thổi phổ biến: khí thổi qua nút vật liệu chịu lửa xốp đặt đáy thùng Do thổi đồng thời qua số nút nên khí tạo hiệu tinh luyện mạnh TS NGUYỄN NGỌC HÀ Hình 5.8: Những cải tiến thùng rót phương pháp thổi khí trơ vào kim loại a)Thùng rót thiết kế cũ; b)Thùng rót với van cánh; c)Khí thổi qua đáy thùng; d)Khí thổi từ đáy vách thùng; e)Khí thổi qua ống sục dìm; f,g) thổi đáy vào thùng kín; h)Thổi đáy, thùng kín có cửa nạp liệu; i)Thổi đáy, thùng kín hút chân không TS NGUYỄN NGỌC HÀ 5.3.3 Một số vấn đề cơng nghệ • Lượng khí trơ tiêu hao 0,5-2,5 m3/tấn thép • Lượng nhiệt mát thổi dùng để nung khí trơ xạ từ bề mặt trộn lẫn mạnh mẽ kim loại xỉ • Bằng cách đậy kín nồi (chỉ chừa lỗ thổi, thốt), giảm mát nhiệt đồng thời giảm mức độ ơxy hố kim loại q trình thổi • Việc thổi khí trơ với lượng 0,5 m3/tấn hoàn toàn đủ để làm đồng thành phần nhiệt độ kim loại lỏng TS NGUYỄN NGỌC HÀ 5.3.3 Một số vấn đề cơng nghệ • Khi thổi đến 1,0 m3/tấn đủ tác dụng làm kim loại khỏi tạp phi kim • Việc thổi khí trơ thường thực với kim loại khử ơxy đủ sâu, khơng, xảy q trình ơxy hố cacbon hồn ngun tạp ơxit • Cũng kết hợp thổi khí trơ với tinh luyện chân khơng kim loại • Kết hợp thổi khí trơ tinh luyện xỉ tổng hợp làm tăng mạnh hiệu tinh luyện xỉ TS NGUYỄN NGỌC HÀ 5.4 Thổi vật liệu dạng bột 4.1 Mở đầu • Thổi vật liệu dạng bột vào kim loại lỏng phương pháp tinh luyện hiệu • Việc thổi bột vào kim loại bảo đảm tiếp xúc tốt kim loại chất rắn ⇒ nhanh chóng tạo thành giọt xỉ có thành phần mong muốn • Bản thân khí mang bột vào có hiệu tinh luyện định Khí mang mang tính ơxy hố (ơxy, khơng khí), tính hồn ngun (khí tự nhiên), trung tính (argon, nitơ) TS NGUYỄN NGỌC HÀ 5.4.2 Nguyên lý • Để khử phơtpho khỏi kim loại, hỗn hợp thổi ôxy với bột vôi, quặng sắt, huỳnh thạch • Để khử lưu huỳnh: thổi argon, bột vôi, huỳnh thạch • Cũng thổi vào kim loại khí trung tính hồn ngun, mang vật liệu có lượng tương tác cao (Ca, Mg …), vật liệu mà đưa vào kim loại lỏng phương pháp thông thường hại sức khoẻ cơng nhân (Pb, Se, Te …) • Bằng phương pháp tạo xỉ nhanh vật liệu tạo xỉ dạng bột TS NGUYỄN NGỌC HÀ 5.4.2 Ngun lý • Có thể thổi vật liệu dạng bột (cốc, graphit …) để cacbon hoá kim loại với mục đích: - Khống chế hàm lượng cacbon kim loại - Tăng cacbon cho kim loại đến mức cần thiết - Khử ơxy cho kim loại • Những thiết bị đại cho phép thổi vật liệu bột áp suất áp suất thuỷ tĩnh kim loại 50-100 kPa, cho phép khí mang có lưu lượng thổi cực thấp (thể tích khơng lần so với vật liệu thổi) TS NGUYỄN NGỌC HÀ 5.4.3 Một số vấn đề công nghệ Khử S phương pháp CAB • Hình 5.9 trình bày sơ đồ nguyên lý thiết bị thổi vật liệu dạng bột theo phương pháp CAB (Calcium-argon-blowing) • Phương pháp thường sử dụng để chế tạo thép dùng kết cấu hàn chịu tải cao • Thép lỏng rót vào thùng; sau chụp kín thùng; thổi hỗn hợp Ca-Ar (hoặc Mg-Ar) vào Ca bay hơi, lên bọt khí Ar, kết hợp với lưu huỳnh thành CaS vào xỉ TS NGUYỄN NGỌC HÀ Hình 5.9: sơ đồ dây chuyền để thổi vật liệu chứa Ca vào kim loại: 1-thùng chụp; 2-ống thổi; 3-đế quay với ống dự phòng; 4-cấp bột; 5-bunker; 6-thu bụi; 7-đường ống cấp hỗn hợp khí-bột TS NGUYỄN NGỌC HÀ 5.4.3 Một số vấn đề công nghệ Thổi hỗn hợp CaCN2-khí nitơ • Được sử dụng để sản xuất mác thép đặc biệt chứa nitơ lưu huỳnh thấp • Trong trường hợp này, hỗn hợp chứa CaCN2-nitơ thổi vào thùng thép Khi thổi, thép bảo hồ nitơ thúc đẩy q trình cacbon hố, khử ơxy khử lưu huỳnh • Phương pháp tạo khả kiểm soát lượng nitơ đưa vào thép • Khi thổi hỗn hợp CaO+10%Mg-nitơ vào thép, hàm lượng nitơ thép tăng tương ứng với q trình khử ơxy S TS NGUYỄN NGỌC HÀ 5.5 Tinh luyện kết hợp thùng rót – lị 5.5.1 Mở đầu • Hiệu tinh luyện cao sử dụng phương pháp kết hợp • Thoạt tiên, ý tưởng thực cách thay thùng rót thơng thường thùng rót có nắp chịu nhiệt • Sau đó, thùng rót thay thiết bị phụ trợ • Trong thiết bị này, kim loại tinh luyện khỏi tạp chất, điều chỉnh thành phần, nâng nhiệt độ đến mức cần thiết rót vào thùng rót để đúc thỏi cấp vào thiết bị đúc liên tục TS NGUYỄN NGỌC HÀ 5.5.2 Một số công nghệ kết hợp Phương pháp ASEA-SKF • Thiết bị thùng chứa với nắp thay đặt lên xe gng • Kim loại nung điện cực graphit (đưa vào qua lỗ nắp vòm) khuấy trộn vòng cảm ứng đặt xung quanh thùng • Thơng thường, thùng có nắp: nắp chân khơng dùng khử khí kim loại nắp dùng để nung kim loại • Do khuấy trộn thời gian dài xỉ baz cao chân không, kim loại S khí • Hình 5.10, 5.11 trình bày sơ đồ lớp lót thiết bị q trình ASAE-SKF Firth Brown (Mỹ) Tải FULL (69 trang): https://bit.ly/32GFWtt Dự phòng: fb.com/TaiHo123doc.net TS NGUYỄN NGỌC HÀ Hình 5.10: Lớp lót thùng cho trình ASAESKF Firth Brown (Mỹ) 1-mức xỉ, gạch bazit 2-gạch alumin (4042% Al2O3) 3-gạch cao nhôm (8085% Al2O3) 4-gạch cao nhôm 5-van (60% Al2O3) Tải FULL (69 trang): https://bit.ly/32GFWtt Dự phòng: fb.com/TaiHo123doc.net TS NGUYỄN NGỌC HÀ Hình 5.11: tinh luyện theo trình ASEA-SKF a)nung kim loại; b)khử khí TS NGUYỄN NGỌC HÀ 3878970 ... bên thiết bị luyện kim gọi ? ?tinh luyện ngồi lị” (Off- Furnace Treatment), ? ?luyện kim thùng chứa” (Ladle Metallurgy), ? ?tinh luyện thùng chứa” (Ladle Refining), ? ?luyện kim thứ cấp” (Secondary Metallurgy)... hướng tinh luyện kim loại xỉ tổng hợp chứng minh qua thực tiễn: Tinh luyện thép xỉ vôi chứa sắt để khử P Tinh luyện thép xỉ axit để khử ôxy tạp phi kim Tinh luyện thép xỉ CaO-Al2O3 để khử S ơxy Tinh. ..Nội dung 5.1 Tổng quan 5.2 Tinh luyện xỉ tổng hợp 5.3 Thổi khí trơ 5.4 Thổi vật liệu dạng bột 5.5 Tinh luyện kết hợp thùng rót – lị 5.6 Tinh luyện chân khơng – ơxy 5.7 Thổi argon –