Bài báo trình bày một số kết quả nghiên cứu hành vi tái ôxy hóa thép lỏng. Thí nghiệm xác định mức độ cháy hao các nguyên tố khi thép lỏng tiếp xúc với môi trường không khí đã được tiến hành trong lò điện cảm ứng trung tần dung tích 10 kg tại Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội.

Study on reoxidation behavior of liquid steel

Bùi Anh Hòa, Nguyễn Sơn Lâm
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Tóm tắt

   Các kết quả về sự cháy hao các nguyên tố (C, Si, Mn, Al), phân bố tạp chất phi kim cho thấy ảnh hưởng của vấn đề tái ôxy hóa thép lỏng đến chất lượng thép là không thể bỏ qua và cần phải được nghiên cứu một cách hệ thống.

Abstract

   In this paper the reoxidation behavior of liquid steel is presented. In order to determine loss of the elements (C, Si, Mn, Al) due to reoxidation, experiments of exposing liquid steel in the atmosphere have been conducted using a medium-frequency induction furnace with 10 kg capacity at the Hanoi University of Technology (HUT). Reduction of alloying element content and non-metallic inclusions distribution showed that the influence of liquid steel reoxi- dation on the steel quality is significant and must be investigated systematically.

1. Đặt vấn đề

   Thực tế và lý thuyết đã chứng minh rằng độ sạch của thép càng cao thì tính năng và cơ tính của thép càng tốt, tuổi thọ sử dụng càng cao, mang lại hiệu quả kinh tế cao [1,2]. Để sản xuất thép sạch, trước hết phải biết các yêu cầu về tính năng của thép cần sử dụng, sau đó là xá định các khiếm khuyết trong quá trình sản xuất; như vậy mới có thể khống chế chúng trong từng khâu của quá trình sản xuất. Khi hội nhập toàn cầu hóa, chúng ta không thể không nghiên cứu công nghệ sản xuất thép sạch để, nâng cao dần chất lượng thép hiện đang sản xuất ở các nhà máy trong nước. Rõ ràng, việc sản xuất thép có chất lượng cao là mục tiêu phấn đấu của các cơ sở sản xuất trong nước, để đáp ứng nhu cầu thị trường, do đó đã đến lúc phải quan tâm tới vấn đề chống tái ôxy hóa thép lỏng. Chất lượng thép hiện nay không thể nâng cao, mặc dù chúng đã được tinh luyện (trong lò hoặc ngoài lò) và làm sạch, vì các tạp chất mới hình thành phần lớn vẫn nằm lại trong sản phẩm thép [3,4]. Chỉ có quan tâm tới toàn bộ quá trình sản xuất thép mới nâng cao được chất lượng thép và hiệu quả kinh tế trong sản xuất.

   Tái ôxy hóa (hay còn gọi là ôxy hóa lần hai) được định nghĩa là sự tăng tổng hàm lượng ôxy trong thép lỏng do phản ứng của sắt (Fe) và các nguyên tố hợp kim khác (Mn, Si, Al, …) với ôxy trong không khí hoặc với các ôxyt từ xỉ hoặc từ các chất khác bị dòng thép cuốn vào. Tái ôxy hóa không những làm giảm chất lượng của phôi thép mà còn làm cháy hao các nguyên tố hợp kim trong thép, đặc biệt là các nguyên tố hợp kim vi lượng (V, Ti, B, …) có giá thành cao và có ái lực hóa học mạnh với ôxy. Việc cháy hao các nguyên tố hợp kim làm giảm các tính chất của thép, đồng thời làm giảm hiệu suất thu hồi các nguyên tố hợp kim này. Ngoài ra, hiện tượng tái ôxy thép lỏng còn là nguyên nhân chủ yếu gây nên tắc miệng rót thùng trung gian trong quá trình đúc liên tục [5].

   Bài báo này đề cập đến một trong những nguyên nhân gây ra tái ôxy hóa, đó là khi bề mặt thép lỏng tiếp xúc trực tiếp với không khí. Các kết quả thí nghiệm được phân tích và đánh giá nhằm làm sáng tỏ nội dung trên.

2. Thực nghiệm

   Các thí nghiệm được thực hiện tại Phòng thí nghiệm Công nghệ luyện kim, Bộ môn Kỹ thuật gang thép, nhằm nghiên cứu sự giảm hàm lượng các nguyên tố có ái lực hóa học với ôxy khi có sự tiếp xúc giữa bề mặt thép lỏng và không khí xung quanh, tức là sự cháy hao các nguyên tố do hiện tượng tái ôxy hóa thép lỏng. Các số liệu được phân tích và kiểm tra trên các thiết bị của trường Đại học Bách khoa Hà Nội và một số đơn vị khác. Lò điện cảm ứng trung tần dung tích 10 kg được sử dụng để nấu luyện thép, các mẫu thép được lấy theo từng điều kiện nghiên cứu cụ thể, và sau đó được phân tích thành phần hóa học. Một số mẫu thép trước và sau khi bị tái ôxy hóa được kiểm tra bằng kính hiển vi quang học sự khác nhau về hình thái và sự phân bố của tạp chất. Quy trình thí nghiệm được tiến hành theo sơ đồ trong hình 1.

Hình A

Hình 1. Sơ đồ quy trình thí nghiệm

3. Kết quả và thảo luận

3.1. Mức độ cháy hao các nguyên tố khi thép lỏng tiếp xúc với không khí

   Sau khi nấu chảy thép phế (loại có C trung bình và thấp) trong lò điện cảm ứng trung tần dung tích 10 kg, tiến hành khử ôxy bằng Al, vớt sạch xỉ che phủ trên bề mặt thép lỏng trong lò, rồi lấy mẫu lần thứ nhất. Duy trì công suất điện rất nhỏ, giữ thép lỏng tiếp xúc với không khí trên bề mặt ở nhiệt độ 1600°C, lấy mẫu định kỳ theo thời gian. Nhiệt độ thép lỏng được xác định bằng hỏa quang kế kỹ thuật số do Trung Quốc sản xuất. Thành phần hóa học của các mẫu thép được phân tích trên máy quang phổ phát xạ. Kết quả sự giảm hàm lượng C theo thời gian bề mặt thép lỏng tiếp xúc với không khí xung quanh được nêu trong bảng 1 và biểu diễn trong hình 2.

Hình 2

Hình 2. Sự giảm hàm lượng C theo thời gian thép lỏng tiếp xúc với không khí.

Mẫu TN Thời gian (phút)
0 5 10 15 20
N-1
N-2
N-3
0,301
0,098
0,077
0,203
0,055
0,040
0,098
0,045
0,038
0,053
0,020
0,015
0,010
0,001
0,005

Bảng 1. Hàm lượng C(%) giảm theo thời gian thép lỏng tiếp xúc với không khí

Bình luận

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>