Sau khi nấu luyện đạt thành phần hóa học của mác thép yêu cầu, khâu tinh luyện thép lỏng để đạt yêu cầu về hàm lượng các tạp chất và khâu đúc phôi sau này cũng rất quan trọng.
Thép hợp kim dụng cụ chịu nhiệt mác SKD 62 là loại thép hợp kim cao với cấu trúc phức tạp: máctenxit, pherit và các loại cácbít phức hợp dạng M3C, M2C, M7C2 và M23C6. Vì vậy để tạo điều kiện tốt cho các khâu gia công sau này, yêu cầu thỏi đúc phải đáp ứng các yêu cầu sau:
- Không có rỗ xốp trong thỏi đúc.
- Các tạp chất như S, P phải nằm dưới giới hạn cho phép.
- Các tạp chất khí như N2, O2, H phải thấp hơn giới hạn cho phép. - Cấu trúc của thỏi đúc phải nhỏ mịn.
Để đảm bảo các yêu cầu trên, có nhiều công nghệ có thể áp dụng như đúc trong chân không, tinh luyện bằng lò thùng, … Tuy nhiên, trong điều kiện thực tế của Việt Nam, chúng tôi đã sử dụng công nghệ tinh luyện điện xỉ để tiến hành tinh luyện thép sau khi nấu tại lò trung tần và tạo phôi gia công áp lực sau này.
Tại Việt Nam, công nghệ điện xỉ được sử dụng trong ngành luyện kim đầu tiên tại Viện Luyện kim đen với công suất thiết bị đầu tiên là 100KVA. Đến nay đã có một số cơ sở sản xuất khác nghiên cứu áp dụng như nhà máy Cơ khí (Công ty Thép Miền Nam), Xí nghiệp Z45 (Bộ Quốc phòng).
Đề tài đã tiến hành tinh luyện thép bằng thiết bị điện xỉ có công suất 100KVA có các thông số chính sau:
- Công suất máy thiết kế: 100KVA - Dòng điện: 1500 A
- Điện áp: 50 V
- Đường kính điện cực: 60mm
- Đường kính thỏi đúc điện xỉ: 120mm
Hình 7: Ảnh chụp thiết bị tinh luyện điện xỉ.
Để đạt được các mục tiêu tinh luyện, chúng tôi đã chọn hệ xỉ AHF6 có thành phần các cấu tử như sau: 70% CaF2 + 30% Al2O3.
Quá trình tinh luyện điện xỉ được tiến hành như sau:
- Điều chỉnh thỏi điện cực vào trong hộp kết tinh sao cho tiếp xúc gần chạm vào tấm thép tiếp điện ở đáy hộp kết tinh.
- Đổ xỉ rắn (đã được nung nóng đỏ) với khối lượng 5% trọng lượng thỏi đúc của một lần tinh luyện vào trong hộp và tiến hành đóng điện để tạo hồ quang làm nóng chảy toàn bộ khối xỉ rắn đó.
- Dưới tác dụng của dòng điện, do bể xỉ có điện trở riêng lớn sẽ duy trì bể xỉ lỏng và bể xỉ nóng chảy đó sẽ làm nóng chảy điện cực thành từng giọt kim loại và sẽ tách khỏi đầu điện cực, đi qua bể xỉ lỏng rồi lắng xuống đáy hộp kết tinh tạo thành bể kim loại lỏng.
- Tại đây, dưới tác dụng của dòng nước làm nguội chạy quanh hộp kết tinh, bể kim loại lỏng sẽ kết tinh thành thỏi điện xỉ theo hướng từ dưới lên trên. Trong quá trình đi qua lớp xỉ lỏng, giọt kim loại lỏng sẽ được tinh luyện làm sạch các tạp chất. Do quá trình điện xỉ được tiến hành dưới lớp xỉ nên không có hiện tượng khí bên ngoài thâm nhập vào thỏi điện xỉ. Ngoài ra do quá trình kết tinh xảy ra với tốc độ lớn nên thỏi điện xỉ có cấu trúc nhỏ mịn, thuận lợi cho khâu gia công rèn sau này.
- Nhờ việc điều khiển tự động của chế độ dòng điện và điện áp mà phôi điện xỉ tự động đi xuống với một tốc độ phù hợp nhằm duy trì quá trình điện xỉ ổn định.
- Khi khối lượng thỏi đúc điện xỉ đạt yêu cầu, ta tiến hành giảm dần dòng điện để quá trình bù ngót cho thỏi đúc vẫn tiếp tục cho đến khi bề mặt trên của thỏi đúc phẳng thì ta tiến hành ngắt điện và kết thúc quá trình tinh luyện.
- Khi quá trình điện xỉ kết thúc, tiến hành tháo thỏi thép điện xỉ khỏi hộp kết tinh và đưa ngay toàn bộ thỏi điện xỉ vào đống cát đã được sấy nóng nhằm giảm ứng suất nhiệt xảy ra .
- Thực tế thí nghiệm, thời gian tiến hành tinh luyện một thỏi đúc điện xỉ kéo dài khoảng 45 phút cho thỏi có khối lượng 30 kg.
Thành phần hoá học của mẻ nấu thí nghiệm sau khi tinh luyện điện xỉ được nêu trong bảng 10.
Bảng 10: Thành phần hoá học của mẻ nấu thí nghiệm sau khi tinh luyện.
Thành phần hoá học của các nguyên tố (%)
STT C Mn Si Cr Mo W V S P