ĐỒ ÁN THIẾT KẾ LÒ ĐIỆN HỒ QUANG XOAY CHIỀU NẤU THÉP BCT38 SẢN LƯỢNG 60 TẤN MẺ

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH
KHOA : CƠNG NGHỆ VẬT LIỆU
 LỚP: VL11KL 

ĐỀ TÀI :ĐỒ

ÁN THIẾT KẾ LÒ ĐIỆN HỒ
QUANG XOAY CHIỀU
NẤU THÉP BCT38 SẢN LƯỢNG 60 TẤN/MẺ .

GVHD: Ths NGUYỄN DUY THÔNG
SVTH: NGUYỄN TRỌNG CHÁNH
NGUYỄN TRUNG KIÊN

V1100351
V1101704

Thành phố Hồ Chí Minh ngày 15 tháng 11 năm 2014


Mục lục
Lời mở đầu....................................................................................................................................... 3
CHƯƠNG I: TÍNH TỐN THỂ NỒI LỊ VÀ THIẾT KẾ LỊ ....................................................... 4
I.TÍNH TỐN CÁC KÍCH THƯỚC NỒI LỊ SẢN LƯỢNG 150 TẤN: .................................. 4
1.Hình dạng nồi lị:.................................................................................................................. 4
2.Các kích thước nồi lị : ......................................................................................................... 5
3.Các kích thước của khơng gian nấu chảy:............................................................................ 5
II. VẬT LIỆU XÂY LÒ HỒ QUANG: ....................................................................................... 6
1. Yêu cầu cơ bản của lớp lót lị:............................................................................................. 6
2. Vật liệu tạo lớp lót: ............................................................................................................. 7
3. Xây lò hồ quang bazo: ........................................................................................................ 9

4. Thiết bị lò: ........................................................................................................................... 9
5. Thiết bị điện: ..................................................................................................................... 12
CHƯƠNG II. TÍNH TỐN PHỐI LIỆU NẤU THÉP BCT38 ,60 TẤN/MẺ ............................... 15
I.TÍNH TỐN PHỐI LIỆU:...................................................................................................... 15
1.Tính tốn phối liệu chính: .................................................................................................. 15
2.Tính tốn xỉ: ....................................................................................................................... 17
II.CƠNG TÁC CHUẦN BỊ: ...................................................................................................... 20
1. Kiểm tra thiết bị: ............................................................................................................... 20
2. Chất liệu: ........................................................................................................................... 20
CHƯƠNG III.CƠNG NGHỆ NẤU LUYỆN THÉP TRONG LỊ HỒ QUANG BAZƠ............... 21
I. CÔNG TÁC CHUẨN BỊ: ...................................................................................................... 21
II.CÔNG NGHỆ NẤU LUYỆ: ................................................................................................. 22
1.Giai đoạn nấu chảy:............................................................................................................ 22
2.Giai đoạn oxy hóa: ............................................................................................................. 25
3.Giai đoạn hồn ngun: ..................................................................................................... 27
4.Hợp kim hóa thép: .............................................................................................................. 27
CHƯƠNG IV.CHẾ ĐỘ ĐIỆN VÀ CHẾ ĐỘ NHIỆT TRONG LÒ .............................................. 36
I.CHẾ ĐỘ NHIỆT: .................................................................................................................... 36
II.CHẾ ĐỘ ĐIỆN: ..................................................................................................................... 37
III. BIỆN PHÁP RÚT NGẮN THỜI GIAN NẤU LUYỆN VÀ TĂNG NĂNG SUẤT: ......... 37
CHƯƠNG V. NHỮNG SỰ CỐ XẢY RA TRONG QUÁ TRÌNH NẤU LUYỆN ....................... 39
I.SỰ CỐ THƯỜNG GẶP Ở GIAI ĐOẠN NẤU CHẢY: ......................................................... 39
II.NẤU RA MÁC THÉP KHÔNG ĐÚNG TỈ LỆ CÁC NGUYÊN TỐ: .................................. 39
CHƯƠNG VI.MÔI TRƯỜNG VÀ AN TỒN LAO ĐỘNG. ...................................................... 40
I.CƠNG TÁC BẢO VỆ MƠI TRƯỜNG: ................................................................................. 40
II.CƠNG TÁC AN TỒN LAO ĐỘNG: ................................................................................. 40
CHƯƠNG VII.KẾT LUẬN VÀ NHẬN XÉT............................................................................... 41
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................................. 42

-2-

Lời mở đầu
Thép và gang là những vật liệu chủ yếu và chiếm sản lượng lớn trong sản xuất, đời sống con
người lâu nay. Hiện nay thế giới nói chung cũng như Việt Nam nói riêng đang và đã phát triển
đồng thời cải tiến ngành công nghiệp sản xuất thép, gang. Do yêu cầu sản lượng rất lớn các sản
phẩm sắt thép xây dựng chất lượng tốt của ngành xây dựng địi hỏi phải sản xuất thép ở lị có
dung lượng lớn (50-100 tấn),(100-400 tấn) hoặc hơn thế nữa.Vì vậy nấu thép trong các lị thổi
khơng khí, lị Besmer, lị Mactin,…không thể đáp ứng được sản xuất sản lượng lớn, công nghệ
nấu lạc hậu thời gian nấu quá dài (từ vài tiếng đến 1 ngày).
Thép BCT38 là thép cacbon kết cấu thường được sử dụng trong xây dựng: thép tấm, thép
vằn, thép cn….
Phương pháp luyện thép trong lị hồ quang điện là 1 công nghệ mới và hiện đại. Để luyện
thép và hợp kim trong lò, người ta tận dụng điện năng biến thành nhiệt năng dưới dạng hồ quang.
Thường sử dụng lò điện hồ quang xoay chiều (AC-EAF), lò hồ quang một chiều (DC-EAF) để
sản xuất thép cacbon chất lượng, thép hợp kim thấp,trung bình và cao với sản lượng lớn. Đặc
điểm nổi bật của lò hồ quang:
- Tập trung được lượng nhiệt lớn để nung chảy kim loại nhanh đặc biệt là các kim loại khó
chảy như vofram, molipden,…
- Lị có nhiệt độ cao ≥1700° C nên tạo điều kiện hòa tan các nguyên tố hợp kim nhiều trong
thép, thỏa mãn đầy đủ các phản ứng luyện kim (oxy hóa, khử), tăng tốc độ phản ứng hóa
học, thúc đẩy các q trình xảy ra nhanh chóng và triệt để.
- Dễ dàng nâng nhiệt độ cho bể kim loại, điều chỉnh chính xác thành phần hóa học của thép
lỏng và xỉ.
- Đảm bảo cháy hao của các nguyên tố hợp kim rất thấp, giảm hàm lượng photpho và lưu
huỳnh rất thấp (P,S < 0,02%).
- Giá thành thép lò điện cịn cao vì tiêu tốn điện năng và điện cực lớn.
Vì vậy cần phải:
- Chọn và tính tốn hợp lý liệu thép, đảm bảo ít phospho và lưu huỳnh, kích thước liệu phải
phù hợp với dung lượng lò và phương pháp chất liệu vào lò đảm bảo vận hành lò tốt.

- Sử dụng và khống chế chế độ điện một cách tối ưu trong quá trình nấu thép, đảm bảo thời
gian nấu một mẻ thép thấp nhất, năng suất lò cao nhất.
- Áp dụng triệt đề các biện pháp cường hóa trong giai đoạn nấu chảy, oxy hóa và hồn
ngun.
- Áp dụng các công nghệ mới như thổi oxy, nung liệu trước, tạo xỉ bọt,… khử bỏ tạp chất và
các khí có hại trong thép một cách triệt để.
Được sự hướng dẫn của thầy và sự giúp đỡ của các bạn cùng thực hiện đồ án này, đồng thời
chúng em cũng có tham khảo một số tài liệu tham khảo và với những kiến thức tiếp thu được
trên lớp để hồn thành tốt đồ án mơn. Mong thầy và các bạn góp ý kiến đóng góp để bài làm
hồn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn thầy và các bạn!

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Trọng Chánh
Nguyễn Trung Kiên

-3-


CHƯƠNG I: TÍNH TỐN THỂ NỒI LỊ VÀ THIẾT KẾ
LỊ
I.TÍNH TỐN CÁC KÍCH THƯỚC NỒI LỊ SẢN LƯỢNG 60 TẤN:
1.Hình dạng nồi lị:
1

H3
6

0

H2

H1
b

45

a

100

h2 H

0

h1
d
D
D kg
Hình 1: Hình dạng và kích thước khơng gian lị hồ quang
Hình dạng tối ưu của lị là hình nón cụt và một phần đáy hình chỏm cầu, góc
nghiêng của phần cơn là 45° so với phương ngang tạo điều kiện thuận lợi cho việc vá lị
và giúp cho nồi lị giữ ngun được hình dạng trong quá trình nấu luyện.Với hình dạng
này thì bảo đảm cho kim loại nóng chảy nhanh vì kim loại lỏng được tích lại trong phần
chỏm cầu.
Thể tích kim loại lỏng trong nồi lị:
Vkl = V0 × gkl = 0.145 × 60 = 8,7(m3)
- V0 là thể tích riêng của kim loại lỏng ( thép có V0 = 0.145 m3/tấn)
- gkl = 60 (tấn)

Thể tích xỉ là:
Vxỉ = VOxỉ × gxỉ
-4-


V0xỉ là thể tích riêng của xỉ ( 0.33 m3/tấn)
Trong lượng giai đoạn oxy hóa, mẻ nấu trong lị hồ quang có lượng xỉ lớn nhất, nó
bằng khoảng 15% thể tích kim loại.
- Để an tồn ta tính lượng xỉ lớn nhất vào giai đoạn oxy hóa:
Vxỉ = 0.15 × Vkl = 0.15 × 8.7 = 1,305 (m3)
Vậy thể tích nồi lò là: V = Vkl + Vxỉ = 8,7 + 1,305 = 10,005 (m3)
-

2.Các kích thước nồi lị :
Chiều cao cửa chất liệu cao hơn mức kim loại lỏng từ 75-80mm; chiều sâu nồi lị và
đường kính của nó phải tương ứng. Khi thể tích nồi lị xác định, chiều sâu nồi lị càng bé
thì bề mặt kim loại tiếp xúc với xỉ càng lớn, đường kính khơng gian lị, đường kính vỏ lị
tăng do đó bề mặt tỏa nhiệt của lò tăng lên gây tiêu tốn nhiều điện năng.
Ta xác định kích thước nồi lị trên cơ sở chọn 1 kích thước làm chuẩn là tổng chiều
sâu nồi lị.
- Đường kính nồi lị: D = 5 × H
- Chiều sâu phần chỏm cầu: h1 = 0,2 × H
- Chiều sâu phần hình nón: h2 = 0,8 × H
Vì vậy Vnồi lị = Vnón cụt + Vchỏm cầu
Với R = ½ D = 2,5H, r = ½ d = ½ (D – 2h2) = 1,7H
Thế vào ta có Vnồi lị = 12,1 × H3 (m3)
=> H = 0,938 (m) = 938 mm
- Đường kính nồi lị: D = 5 × H = 5 × 938 = 4690 mm
- Chiều sâu phần chỏm cầu: h1 = 0,2 × H = 0,2 × 938 = 187,6 mm
- Chiều sâu phần hình nón: h2 = 0,8 × H = 0,8 × 938= 750,4 mm

- Bán kính nồi lị : R = D/2 = 4690/2 = 2345 mm
- Bán kính chỏm cầu : r = 1,7 × H = 1,7 × 938 = 1594,6 mm
- Đường kính chỏm cầu : d = D – 2h2 = 2 × r = 2 × 1594,6 = 3189,2 mm
3.Các kích thước của khơng gian nấu chảy:
Để xỉ không tiếp xúc làm hỏng lớp gạch xây của tường lò, chân tường lò phải cao
hơn mức cửa nạp liệu từ 100-200 mm (chọn 100 mm).
- Đường kính của không gian nấu chảy là:
Dkg = D + 2. 100 = 4690 + 200 = 4890 mm
Khi xác định chiều cao không gian nấu chảy H1 từ ngưỡng cửa liệu đến chân nắp
lò cần chú ý các điểm sau: H1 mà tăng thì tuổi thọ nắp lị tăng theo do xa ngọn lửa hồ
quang, đồng thời nấu luyện được liệu nhẹ, người ta thường cho nắp lò xa bề mặt kim loại
vì sẽ giảm được thời gian dừng lị để tu sửa và cải thiện được một số chỉ tiêu kinh tế - kỹ
thuật. Nhưng nếu tăng quá thì mất nhiệt tăng. Do đó thường chọn H 1 = ( 0,4 ÷ 0,6) . D kg.
- Chọn : H1 = 0,4 . Dkg = 0,4 . 4890= 1956 mm
- Chiều cao của nắp lò : h3 = 0,15.( Dkg + 1000) = 0,15.( 4890 +1000) = 883,5 mm
- Chiều cao tính từ mặt kim loại đến nắp lị là :
H2 = H1 + h3 = 1956 + 883,5 = 2839,5 mm

-5-


- Đường kính nắp lị: D1 = Dkg + 2χ
- χ là độ nghiêng tường lò 10% so với chiều cao:
χ = (H1 – 100)/10 = 185,6 mm
 D1 = 4890 + 2 × 185,6= 5261,2 mm
- Chiều dày của lớp lót lị 60T là 400 mm.
- Đường kính của vỏ lị là : DT = Dkg + 2 × δ = 4890 + 2 × 400 = 5690 mm
- Vỏ lị dày 30mm nên đường kính ngồi của vỏ lị là: (với δvỏ lị =1/200 đường kính
vỏ lị)
DN = DT + 2 × δvỏ lị = 5690 + 2 × 30 = 5750 mm

- Chiều dày của đáy lò : δđáy lò = H = 883,5 mm. Ta chọn δđáy lị =900 mm.
Khi có đặt máy khấy trộn điện từ chiều dày lò giảm 10-15% để stato của máy gần kim
loại lỏng hơn làm gia tăng hiệu quả trộn.

II. VẬT LIỆU XÂY LÒ HỒ QUANG
1. Yêu cầu cơ bản của lớp lót lị
Buồng nấu luyện của lị điện được lót bằng vật liệu chịu lửa để tạo nên một bể chứa
kim loại nóng chảy và để giảm mất mát nhiệt cho môi trường xung quanh. Các phần chủ
yếu của lớp lót bao gồm: đáy, tường và nắp lị. Độ bền vững của lớp lót ảnh hưởng đáng
kể đến năng suất lị và chất lượng thép nấu luyện. Lớp lót lị cần có các u cầu sau:
- Nhiệt độ của vùng hồ quang điện lên đến hàng ngàn độ, vì vậy lớp lót cũng chịu
nhiệt độ rất lớn (gần 1700 0C) nên vật liệu chế tạo lớp lót phải có độ chịu nóng
cao. Độ chịu nóng là nhiệt độ tại đó một mẫu tiêu chuẩn bắt đầu biến dạng do
chính trọng lượng bản thân.
- Vật liệu chịu nóng cịn chịu ứng suất lớn nên yêu cầu có nhiệt độ biến mềm dưới tác
dụng của tải trọng cao.
- Có độ bền nén cao.
- Chịu được sự thay đổi nhiệt độ thường xuyên, do đó cần có độ ổn định nhiệt cao tức
là khả năng giữ được nguyên vẹn hình dáng và độ bền cơ khi nhiệt độ thay đổi đột
ngột.
- Cần có độ ổn định về mặt hóa học vì nó hay bị mòn do tiếp xúc thường xuyên với xỉ
lỏng, kim loại lỏng và khí nóng.
- Tuổi thọ lớp lót phụ thuộc đáng kể vào độ co giãn của vật liệu chịu lửa khi nguội đi
và khi nung nóng. Vì thê, khi xây lò cần chú ý chừa những mối giãn nở ở giữa các
viên gạch.
- Độ dẫn nhiệt thấp sẽ giúp cho việc giảm mất mát nhiệt và suất tiêu hao điện năng.
- Cần có độ dẫn điện thấp.

-6-

2. Vật liệu tạo lớp lót
Gạch đinát: là loại chịu lửa axit. Nguyên liệu chủ yếu để sản xuất gạch đinát là đá
thạch anh với hàm lượng SiO2 cao. Nhiệt độ bắt đầu biến dạng dưới ở tải trọng 16500C.
Độ chịu nóng 1710-17200C. Khối lượng riêng 2,34-2,38.
Thành phần hóa học:
SiO2
CaO
MgO
Al2O3
Fe2O3
93,2-95%
2,4-3%
0,80%
1,10-2,0%
0,75-1,10%
Nhiệt độ bắt đầu nóng chảy biến dạng dưới tải trọng của gạch đinát chỉ nhỏ hơn
nhiệt độ nóng chảy của nó 60-700C chứng tỏ nó có độ bền cơ cao. Đến 6000C thì độ ổn
định nhiệt của gạch đinát thấp do đó chỉ nung chậm chứ khơng thể nung nhanh. Nó
khơng tác dụng với xỉ axit nhưng bị xỉ bazơ bào mịn tường lị silicat dễ nóng chảy.
Ứng dụng của gạch đinát: Dùng rộng rãi làm nắp lò hồ quang axit và bazit do các
tính chất đặc biệt của nó; nhiệt độ bắt đầu biến dạng dưới tải trọng cao, hầu như xấp xỉ
nhiệt độ nóng chảy: ở t0 < 6000C nó có mức độ ổn định nhiệt cao.
Mannhêzit:
Bột manhêzit là vật liệu chịu lửa có tính bazơ. Bột manhêzit được dùng để đầm đáy lò và
tường lò của lò hồ quang bazit, để vá đáy lò và chân tường.
Gạch manhêzit: được sản xuất từ manhêzit bột đã thiêu. Thành phần hóa học như sau:
MgO
CaO
FeO

Al2O3
MnO
SiO2
86%
2%
5%
1,5%
0,8%
4%
0
0
Tính chịu lửa từ 1790-1800 C, nhiệt độ bắt đầu biến mềm là 1500 C. Gạch chịu
được tác dụng của xỉ bazơ nhưng bị xỉ axit ăn mòn. Gạch manhêzit hay bị nứt vỡ khi
nhiệt độ thay đổi đột ngột, độ dẫn nhiệt lại cao nên khơng thể xây ở chân tường và nắp lị.
Ứng dụng của gạch manhêzit: xây tường lị và đáy lị.
Crơm- manhêzit: Thành phần gồm MgO (40-45%), Cr2O3 (20-30%) loại này chịu
được sự thay đổi đột ngột về nhiệt độ, thường dùng xây chân tường lị, chỗ tháo thép xỉ.
Đơi khi người ta cịn dùng xây nắp lị vì tính chịu nhiệt cao.
Đơlơmit: cũng là loại vật liệu chịu lửa có tính bazơ, trong tự nhiên nó ở dạng
CaMg(CO2)2. Sau khi nung, thành phần của đôlômit là:
CaO
MgO
Fe2O3
SiO2
52-58%
35-38%
3%
0,6-2,8%
Ứng dụng: để xây tường, tu sửa đáy và chân tường.
Samốt: là loại vật liệu chịu lửa trung tính. Thành phần hóa học:

Al2O3+TiO2
SiO2
Fe2O3
CaO
MgO
35%
62%
2%
0,7%
0,3%
Gạch samốt có độ dẫn nhiệt thấp, độ dẫn điện thấp, ổn định nhiệt cao, độ chịu lửa
là 1670-1730 0C.
Ứng dụng: để xây máng rót thép, lớp lót thùng rót, làm vật liệu cách nhiệt cho đáy
và tường lị.
Ngồi các vật liệu trên người ta cịn sử dụng amiăng, gạch điatơmit, gạch samốt
nhẹ làm vật liệu cách nhiệt và hắc ín, nhựa than hay thủy tinh lỏng làm chất kết dính.
-7-


Các thể gạch xây: Để xây các thiết bị luyện thép, người ta sử dụng các thể gạch
chịu lửa và cách nhiệt sản xuất theo hình dạng và kích thước tiêu chuẩn hóa. Một số thể
gạch xây thơng dụng như sau:
- Gạch thẳng: Dùng để xây tường thẳng, đáy lò hoặc phối hợp với gạch vát xây vòm
và tường cong, kích thước phổ biến là 230×113×65.
- Gạch vát nằm: Dùng để xây tường cong hoặc vịm lị có chiều dày mỏng, kích thước
phổ biến là 230×113×65/55 hoặc 230×113×65/45.
- Gạch vát đứng: Dùng để xây tường cong hoặc vịm lị có chiều dày lớn, kích thước
phổ biến là 230×113×65/55 hoặc 230×113×65/45.
- Gạch chân vịm: Dùng để xây chắn vịm cong, kích thước phổ biến là
230×113×65/55 hoặc 230×113×135/56/37.

- Gạch vịm treo: Dùng để xây vịm lị phẳng bằng móc treo, kích thước phổ biến là
300×276×260/100/75/30.

Gạch thẳng

Gạch chân vịm

Gạch vát nằm

Gạch vát đứng

Gạch vòm cầu

Gạch vòm treo

Khi chọn gạch xây lò nên dùng các loại gạch tiêu chuẩn được chế tạo hàng loạt
hoặc dễ kiếm.

-8-


3. Xây lị hồ quang bazơ
Đáy lị: Đáy lị ln phải tiếp xúc với kim loại lỏng và xỉ lỏng. Do đó đáy lị cần
phải đủ bền và cách nhiệt tốt. Đáy lò gồm 3 lớp: lớp làm việc trên cùng được đầm chặt và
thiêu kết thành một khối duy nhất, lớp gạch đệm ở giữa và dưới cùng là lớp cách nhiệt.
Vỏ thép đáy lị có đục những lỗ có đường kính 10-25mm để thốt khí trong q trình
thiêu kết. Trên lớp vỏ này người ta đổ 1 lớp bột điatômit dày 50mm và đầm nhẹ, tiếp theo
ta lát gạch samốt nhẹ 1 lớp 65mm và thêm 1 lớp samốt dày 65mm, giữa các khe hở các
viên gạch được điền đầy bằng gạch. Sau đó xây lớp gạch manhêzit đầu tiên dày 65mm lát
vng góc với hướng cũ để lấp kín các khe hở. Tổng chiều dày của lớp gạch manhêzit là

540mm (gồm 3 lớp 65mm + 3 lớp 115mm), khe hở giữa các viên gạch được điền đầy
bằng bột manhezit nhỏ mịn và giữa các lớp liền nhau các viên gạch được xây lệch nhau 1
góc 45° để bít kín các khe hở. Trên cùng là lớp bột manhezit đầm dày 300mm, chất dính
của lớp bột này là nhựa than, hắc ín nung tới 50-60°C, trước khi tạo lớp đầm đầu tiên nên
nung nóng gạch manhezit bằng củi, có như vậy thì hỗn hợp đầm mới dính vào gạch nền.
Tường lị: Tường lị được xây bằng gạch manhêzit-crơmit chưa nung nóng có kích
thước lớn. Sau khi đầm đáy lị xong thì tiến hành xây tường lị. Trong lớp vỏ lò là lớp
amiăng tấm dán lại bằng thủy tinh lỏng, sau đó là lớp gạch samốt đặt sát vào các tấm này.
Để tăng độ bền vững của lớp cách nhiệt ta hàn vào phía trong vỏ lị những thanh thép góc
(30×30mm) đặt thẳng đứng. Lớp gạch chịu lửa phân bố như sau:
- Xây phần dưới tường bằng gạch crom-nanhezit có độ bền cơ học cao,chịu lửa tốt vì
phần này thường xuyên chịu tác động của kim loại lỏng và xỉ lỏng.
- Xây phần trên bằng gạch manhezit vì ln chịu sự bức xạ nhiệt hồ quang.
- Xây 2 lớp có độ dày tổng cộng 460mm , tường lị ln được vát 10% ở phần trên
tạo thuận lợi cho việc chất liệu, tránh được cháy mòn do tia hồ quang phát ra.
- Tổng cộng độ dày của tường lò là 600-700mm.
Nắp lò: Nắp lò điện hồ quang làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao, trong q
trình nấu, nắp lị là nơi tập trung nhiệt lương lớn, khói bụi nhiều. Gạch thường dùng xây
nắp lò là gạch alumin cao, gạch đinát, nhưng thông dụng nhất hiện nay để xây nắp lị
gạch manhêzit-crơm (65-70% MgO và 8-18% Cr2O3). Tuổi thọ nắp lị có khi lên đến 150200 mẻ mới hỏng. Người ta xây nắp lò trên một cái dưỡng kim loại, dưỡng này có độ lồi
bằng với độ lồi của nắp lị. Nắp lị có 5 lỗ ( 3 lỗ của điện cực, 1 lỗ thổi và 1 lỗ thốt khí
lị).

4. Thiết bị lị
Vỏ lị: Vỏ lị có đủ độ bền để có thể chịu được trọng lượng của kim loại và lớp lót,
đồng thời nó phải chịu được áp suất của lớp lót bị giãn nở khi nung nóng. Trong q trình
làm việc vỏ lị khơng được nung nóng q 100-1500C. Vỏ lò được hàn bằng thép tấm với
chiều dày 33mm đối với lị 120 tấn có đường kính lị là 6590 (chiều dày của vỏ lị bằng
1/200 dường kính lò).

-9-


Vỏ lị có dạng hình cơn-trụ, góc nghiêng của hình cơn là 6-23° và chiều cao của
đoạn hình cơn = 1/3-2/3 khoảng cách từ ngưỡng cửa lò đến chân nắp lò tạo thuận lợi cho
việc vá lò và tăng tuổi thọ của lị.
Ngồi ra, vỏ lị cịn có các gân tăng bền và có các vành đai để giữ nguyên hình
dạng của vỏ lị. Vành đai phía trên làm thành dạng rãnh chứa cát để tạo độ khít khi đậy
nắp lị.
Vỏ đáy lị làm dạng hình chỏm cầu đảm bảo có độ bền tối đa và lớp lót có trọng
lượng nhỏ nhất, nó được làm bằng thép khơng có từ tính để có thể lắp đặt thiết bị khấy
trộn bằng điện từ.
Vịng ơm điện cực: Các lỗ trống trên nắp lị để đặt điện cực thường có đường kính
lớn hơn của điện cực 50mm để tránh làm hư hỏng điện cực trong q trình nắp lị bị nung
nóng. Nhưng khí lị sẽ thốt ra qua chỗ này gây mất mát nhiệt, điện cực bị oxy hóa mạnh,
mật độ dịng điện tăng lên dẫn đến điện cực bị gãy.
Để tạo sự khít chặt giữa điện cực và nắp lị, ta sử dụng những vịng ơm điện cực.
Vịm ơm điện cực có nhiều loại như : đặt đứng trên nắp lò, ống xoắn ruột gà, đối trọng...
Bộ phận cặp điện cực: Bộ phận cặp điện cực dùng để dẫn điện đến điện cực và giữ
điện cực ở một độ cao nhất định. Bộ phận này bị nung nóng bởi khí nóng thốt ra từ khe
hở ở điện cực nên nó phải bền và mất mát nhiệt nhỏ nhất và phải giữ được điện cực
không bị rơi xuống trong khi nấu luyện.
Đầu cặp điện cực làm bằng thép, đồng thau hoặc đồng thanh.Phải cố gắng giảm
điện trở tiếp xúc giữa đầu cặp và điện cực nhằm giảm mất mát điện năng vì thế nó được
làm bằng thép khơng từ tính và được làm nguội bằng nước để giảm được sự oxy hóa và
giãn nở vì nhiệt, giữ được tiếp xúc chặt làm giảm điện trở tiếp xúc.
Bộ phận cơ khí nâng hạ điện cực: Mỗi điện cực phải có bộ phận nâng hạ riêng.
Đối với lò lớn ta dùng thiết bị điều chỉnh bằng thủy lực hay thiết bị bán dẫn tiristor silic
điều chỉnh điện cực lên xuống.
Bộ phận nâng hạ điện cực có 2 trụ lồng vào nhau được dùng nhiều nhất hiện nay.

Trụ ngoài rỗng ruột được gắn cố định vào vỏ lị, cịn trụ trong được lồng vào trong trụ
ngồi. Trụ ngồi có gắn chặt 4 hoặc 8 puly bên trong có nhiệm vụ dẫn động trụ trong lên
xuống theo hướng nhất định. Trụ trong gắn chặt xà ngang giữ điện cực, khi trụ trong di
chuyển lên xuống thì kéo theo điện cực cũng lên xuống theo.
Tốc độ nâng hạ điện cực phụ thuộc vào dung tích lị. Đối với lò lớn :
- Vlên = 1,0-1,5 m/phút
- Vxuống = 0,5-0,8 m/phút.
Bộ phận cơ khí nghiêng lị:
u cầu của bộ phận này là:
- Việc nghiêng lị phải êm, khơng va đập, có thể nghiêng 45° để rót kim loại vào
thùng rót và nghiêng 10-15° về phía cửa nạp liệ để tháo xỉ.
- Điều khiển tốc độ nghiêng một cách dễ dàng.
- Giảm bớt việc di chuyển thùng rót trong q trình rót.
- Đặt ở vị trí an tồn, khơng bị kim loại phun bắn.
- Khi tháo xỉ thì cơ cấu khơng bị xỉ phun bắn.
- 10 -


- Dùng cho lò lớn ta sử dụng bộ phận nghiêng lò đặt dưới đáy: gồm 2 hay 4 vành tựa,
và được lăn trên giá đỡ nằm ngang, đầu máng rót được đưa ra phía trước lị, 2 xy
lanh thủy lực được bắt vào nền và các thanh truyền của nó thì được lắp bản lề vào
các thành tựa.
Ưu điểm:
 Nghiêng lò vững chắc.
 Nghiêng lò êm, đều và tự động hồn tồn.
 Khơng ảnh hưởng đến khu vực làm việc của cơng nhân.
 Quay được lị có dung lượng lớn, khi nghiêng khơng làm lệch trọng tâm lị.
Nhược điểm:
 Hay bị rơi xỉ, kim loại lỏng lên động cơ.
 Thường xuyên bảo đảm sạch sẽ và khô ráo ở dưới khu vực đặt bộ phận cơ khí

nghiêng lị thì nó mới có thể hoạt động tốt.
 Trước khi lị chạy phải có người kiểm tra điện cẩn thận.
Bộ phận nạp liệu:
Để nạp liệu vào lị ở phía trên của lò ta dùng thùng nạp liệu. Đây là phương pháp
chủ yếu được dùng trong các lị hiện đại vì:
- Nạp liệu tốn ít thời gian nên lớp lót lị khơng bị nguội đi,giảm thời gian nấu luyện
ngắn, năng suất lò tăng.
- Khoảng không gian được sử dụng tốt hơn, sử dụng được 100% thể tích lị.
- Tùy theo phương pháp mở lò ta chiu các lò nạp liệu thành 3 loại:
- Nắp có thể nâng lên cách lị 250-300mm và có thể quay sang bên 1 góc 80-90° để
mở buồng lò ra. Loại này được dùng rộng rãi nhất.
- Nắp lị được treo bằng dây xích vào 1 giá đỡ phía trên. Khi cần nạp liệu thì nắp lị
được nâng lên và giá đỡ sẽ mang nắp lò di chuyển về phía máng rót.
- Nắp lị được treo trên giá đỡ, khi nạp liệu người ta nâng nắp lò lên và thân lị di
chuyển về phía cửa nạp liệu.
Ngồi các bộ phận cơ khí nói trên, lị hồ quang cịn có các bộ phận phụ khác như cơ
cấu nâng nắp lò, cơ cấu quay nắp lò, cơ cấu quay thân lị và bộ phận lọc sạch khí lị…
Gầu rót kim loại: Gầu rót hình trụ, cầu hoặc nón cụt rỗng, vỏ bằng thép, bên trong
xây hoặc đắp bằng vật liệu chịu lửa dùng để chứa, vận chuyển và rót kim loại lỏng vào
khuôn đúc khi chế tạo các sản phẩm đúc.
Có các kiểu: GR tay, GR miệng, GR đáy, GR kiểu ấm trà. GR nhỏ có cán dài do một
người điều khiển. Khi lượng kim loại lớn hơn, phải dùng GR hai người khiêng.
Thùng rót kim loại: Trong trường hợp đúc vật đúc lớn, phải dùng tới thùng rót. Vì
lượng kim loại chứa trong thùng khiển vô lăng để làm nghiêng thùng, nhờ vậy kim loại
lỏng sẽ chảy ra dễ dàng.
- 11 -


Một thùng rót có thể rót cho nhiều khn. Khi rót xong một khn, thùng rót được
chuyển sang vị trí rót mới nhờ những con lăn trượt trên ray treo. Vỏ GR và thùng rót

được làm bằng tơn, phía trong có trát vật liệu chịu lửa (GR) hoặc gạch chịu lửa (thùng
rót).
Để bảo vệ an tồn cho người thợ rót, khi rót phải đeo găng tay bằng amiăng, mắt có
đeo kính màu bảo hộ và chân phải đi giày đề phịng có nước gang (hoặc thép, vật liệu
kim loại khác,...) bắn toé vào người.
5. Thiết bị điện
Thiết bị điện của lị gồm có: mạch điện cường độ cao, các cầu loại dao, các thiết bị
điều chỉnh tự động điện cực, các dụng cụ đo điện, bảo vệ…
Mạch cường độ cao là bộ phận quan trọng nhất, quyết định giá trị và khả năng làm
việc của lò, đồng thời ảnh hưởng lớn đến quá trình sản xuất. Mạch cường độ cao bao
gồm: cầu dao cách ly, cầu dao công suất cao thế, máy biến áp lò, cuộn cảm kháng
(drossel), mạch ngắn và điện cực. Cầu dao cách ly để cách điện khi sữa chữa hoặc khi
kiểm tra thiết bị…; cầu dao cơng suất cao thế dùng để đóng mở mạch điện kể từ lúc bắt
đầu chạy lò nấu luyện thép, đặc biệt khi có sự cố về thiết bị (máy biến áp lò quá tải…).
Biến áp lò cung cấp nguồn điện chủ yếu cho lị, làm việc trong điều kiện nóng và
quá tải nên tăng cường làm nguội cho máy biến áp bằng dầu, khơng khí hay hơi nước
cưỡng bức. Cuộn dây sơ cấp của biến áp có nhiều đầu dây tự do nên có thể thay đổi điện
áp phù hợp với quá trình nấu luyện thép.
Cuộn cảm kháng điều chỉnh và ổn định nguồn hồ quang phát ra ban đầu.Nó có thể
nối ngồi máy biến áp hay nối cùng cuộn dây của máy biến áp với công suất 10,5-25%
công suất máy biến áp lò. Sau khi hồ quang ổn định thì cắt điện cuộn cảm kháng để tăng
cơng suất lị.
Mạch ngắn (mạch thứ cấp) gồm cuộn thứ cấp của biến áp, thanh đồng dẫn điện,
day cáp đồng mềm, ống đồng dẫn điện, kẹp điện cực, điện cực grafic. Để đảm bảo tổn
hao điện năng trên mạch ngắn ít nhất phải thiết kế đường dây dẫn điện từ cuộn dây thứ
cấp của biến áp đến điện cực grafic ngắn nhất; bố trí các pha hợp lý,các chỗ nối, kẹp điện
cực phải sít chặt, chất lượng điện tốt, điện trở suất nhỏ nhất và đường kính điện cực nhỏ
nhất. Mạch ngắn thường được nối nhiều cặp dây gọi là nối kép làm giảm tổn hao điện
năng.
Sơ đồ mạng điện và máy biến áp của lị hồ quang điện được trình bày trên hình 1.2. Dịng

điện cao thế từ đường dây (1) qua cầu dao cao thế (2), cầu dao đầu chính (3), cuộn cảm
(7), máy biến áp (9) tới điện cực (12) và sinh ra hồ quang từ điện cực tới kim loại (13).
Cầu dao (2) đóng mở thiết bị điện của lị khi cầu dao (3) mở. Cầu dao đầu chính (3) dùng
để đóng ngắt mạch điện. Để đảm bảo an tồn cho mạch điện của lị, người ta dùng hệ
thống đồng hồ đo và rơ le bảo vệ (6), khi dịng điện hay điện áp tăng q đột ngột nó có
khả năng tự động ngắt mạch. Cuộn cảm (7) của máy biến thế có khả năng tạo ra sức điện
động cảm ứng để biến lò hồ quang gián đoạn thành lò hồ quang liên tục. Cầu dao (8) ngắt
cuộn cảm khỏi mạch điện. Biến áp (9) chủ yếu dùng để đổi dòng điện hạ thế phù hợp với
từng giai đoạn nấu chảy.

- 12 -


1

2
5

3

6

W

W

W

4

7
8

10

Hình 1.2. Sơ đồ thiết bị điện
của lị hồ quang:
1/ Đường dây cao thế.
2/ Cầu dao cao thế.
3/ Cầu dao đầu chính.
4/ Bộ phận đo dịng.
5/ Bộ phận đo áp máy biến áp.
6/ Đồng hồ đo và rơ le bảo vệ.
7/ Cuộn cảm.
8/ Cầu dao đầu cuộn cảm.
9/ Máy biến áp.
10/ Cầu dao đổi điện áp.
11/ Đồng hồ đo, thiết bị bảo vệ
và tự động điều chỉnh điện cực.
12/ Điện cực.
13/ Kim loại.

9

W

W

W

11

12

13

Điện cực: Điện cực là bộ phận quan trọng nhất dùng để dẫn dịng dịng điện đến
khoảng khơng gian nấu luyện của lò hồ quang, chất lượng điện cực và phương pháp cấp
điện cho nó rất quan trọng vì một phần đáng kể điện năng cung cấp bị mất mát ở điện cực
và các điện trở tiếp xúc, chi phí điện cực chiếm đến 10% tổng giá thành sản xuất.
Điện cực có những yêu cầu cơ bản như sau:
 Điện trớ suất của điện cực càng nhỏ càng tốt để giảm mất mát điện năng.
 Vật liệu làm điện cực khơng được q xốp vì nó có thể làm cho điện cực đang
nóng bị oxy hóa quá mức do khí quyển.
 Điện cực phải có đủ độ bền để chịu được trọng lượng của bản thân, không bị gãy
trong q trình nghiêng lị để rót thép và chịu được va đập khi sụt liệu trong quá
trình nấu luyện.
 Đảm bảo hình dáng hình học để có tiếp xúc tốt giữa điện cực và đồ cặp điện cực.
 Có hai loại điện cực thường dùng là điện cực than và graphit. Điện cực graphit có
ưu điểm hơn điện cực than.

- 13 -


Bảng : So sánh tính chất điện cực graphit và điện cực than
Tính chất
Điện cực than
Điện cực graphit
2
Điện trở suất [Ω.mm /m]

40-60
8-12
Nhiệt độ bắt đầu bị oxy hóa [0C]
400-500
600
Thành phần tro [%]
5-7
0,2-1,2
3
Khối lượng riêng [g/cm ]
1,9-2
2,1-2,3
Độ xốp
20~25
27~32
2
Độ bền nén [kg/cm ]
150~300
150-350
0
Độ dẫn nhiệt ở 1000 C (dọc theo
50
100
chiều dài điện cực) [Kcal/m.h.0C]
Trong q trình nấu luyện thép, điện cực ln luôn bị cháy hao. Mức độ cháy hao
phụ thuộc chế độ cung cấp điện, dung lượng lị và cơng nghệ nấu, đặt biệt là thời gian
nấu luyện, thời gian nấu luyện càng kéo dài thì cháy hao điện cực càng lớn (cháy hao 1,22 kg/tấn).
Đường kính điện cực:

Trong đó:

I – dòng điện dây dẫn (Ampere)
l – điện trở suất của điện cực ở 5000C (với điện cực grafit thì = 10Ω.mm2/m)
K – hệ số (với điện cực grafit thì K=2,1 W/cm2)
Lị 60 tấn ta có P = 35 MVA
Thế vào ta có :

Chọn đường kính điện cực là 610mm.
Các biện pháp để giảm tiêu hao điện cực:
 Phủ một lớp bảo vệ trên bề mặt điện cực.
 Làm nguội điện cực bằng hộp nước.
 Làm nguội điện cực bằng màu nước trực tiếp quanh điện cực.

- 14 -


CHƯƠNG II. TÍNH TỐN PHỐI LIỆU NẤU THÉP
I.TÍNH TỐN PHỐI LIỆU NẤU THÉP TRONG LÒ HỒ QUANG
DUNG LƯỢNG 60 TẦN:
Mác thép cần nấu là BCT38 với mẻ nấu 60 tấn.
Nguyên tố
C
Si
Mn

P

S

Cr,Ni,Cu
<0,3

BCT38(%)

0,14-0,22

0,12– 0,3

0,4-0,65

0,04

0,05

BCT38(kg)

84 - 132

72 - 180

240 - 390

24

30

Bảng 2.1: Thành phần mác thép BCT38 với mẻ nấu 60 tấn.
Thành phần của nguyên liệu
Loại nguyên Thành phần (%)
liệu
C

Si
Mn
P
S
Cr,Ni,Cu
BCT38
0,18
0,21
0,53
0,04
0,05
<0,3
Gang
3,2
2
0,5
0,5
0,11
FeSi75
75
0,7
0,05
0,04
FeMn75
7
2
76
0,38
0,03
Than cốc

89
0.05
1
Bảng 2.2: Thành phần của một số ngun liệu.
1.Tính tốn phối liệu chính:
Gọi x là % của thép BCT38 trong mẻ liệu.
y là % của lượng than cốc.
Ta tính lượng phối liệu dựa vào %C trong nguyên liệu và mác thép cần nấu.
%Ctính tốn = %Cmác thép + (0.3 ÷ 0.4) = 0,18 + 0,35 = 0,53% (318 kg)
Ta có hệ phương trình:
x + y+ 3 = 100
0,18x + 3 × 3,2 + 89y = 0,53 × 100
Giải phương trình ta được : x = 96,71% , y = 0,29%
Khối lượng mẻ liệu là 60 tấn.
Vậy khối lượng thép BCT38 là : mt = 96,71% × 60 = 58026 (kg)
Khối lượng than cốc là : m g = 0,29% × 60 = 174 (kg)
Khối lượng gang: 3% × 60 = 1800 kg
Từ thành phần của nguyên liệu đầu vào, ta tính được % các nguyên tố:
Si (%) = 2% × 1800 + 0,21% × 58026 = 158 kg (0,26%).
Mn (%) = 0,5% × 1800 + 0,53% × 58026 = 317 kg (0,53%).
P (%) = 0,5% × 1800 + 0,04% × 58026 + 0,05% × 174 = 32kg (0,053%).
S (%) = 0,11% × 1800 + 0,05% × 58026 + 1% ×174 = 33 kg (0,055%).

- 15 -


 Cháy hao các nguyên tố qua các thời kỳ:
Nấu chảy (%)
Fe
2-5

Mn
50
Si
50-70
Cr
5-10
P
50-60
S
W
Mo
Al
Ni
C cốc
C điện cực

Oxi-hóa (%)
5-10
10-15
50-80( nếu thổi oxi)
10-20
30-40
10-15
50
100
30-40
20-30

Hồn ngun (%)

75-80
5-8
85
=<2

Bảng 2.3. Tình hình cháy hao của các nguyên tố qua các thời kỳ.
 Sự cháy hao của các nguyên tố được chọn như bảng sau:
Nấu chảy (%)
Oxi hóa (%)
Mn
50
12
Si
60
65
S
12
P
55
35
C cốc
40
Bảng 2.4: Các thông số cháy hao được chon.
Sau cháy hao bao gồm cả nấu, chảy oxy, hóa hồn ngun:
%Mn = 317 × 0.5 × 0,88 = 139 kg (thiếu 300 - 139 = 161 kg)
%Si = 158 × 0,4 × 0,35 = 22 kg (thiếu 180- 22 = 158 kg).
%S = 33 × 0,88 × 0,2 = 6 kg (0,01%) => đạt yêu cầu.
%P = 32 × 0,45 × 0,65= 9 kg (0,015%) => đạt yêu cầu.
%C = 0,60 × 318 = 191kg (0,318%) => đạt yêu cầu.

Hoàn nguyên (%)
80
-

Tính theo trọng lượng kim loại đầu vào thì:
 Feromangan: 13-15kg/tấn  khối lượng FeroMangan = 0,013 × 60 = 0.78 tấn.
Với lượng FeroMangan trên thì 50% khử khí (cho vào trong giai đoạn khử khí ở thời kì
oxi hóa) và 50% hợp kim hóa.
Vậy Fero dùng cho khử khí là:
Fero = 0,5 × 780kg = 390kg  khối lượng Mn = 390 × 0,76 = 296kg
Do được cho vào trong thời kì oxi hóa. Nên sau kết thúc q trình luyện lượng Mn là:
Mn = 296kg × 0,88 = 260kg.
Do thiếu 161 kg nên lượng Mn không cần bổ sung.
- 16 -


Ta có lượng FeroMn dùng cho hợp kim hóa là 390 kg (lượng này có thể dùng để thêm
vào trong thời kì Oxi hóa để đảm bảo thành phần MnO trong xỉ)
 FeroSilic: 4-10kg/tấn khối lượng FeroSilic = 0,005 × 60 = 0,3 tấn
Tương tự FeroSilic cũng dùng để khử khí 50% (cho vào trong giai đoạn khử khí ở
thời kì oxi hóa) và hợp kim hóa 50%.
Lượng dùng để khử khí là: 0,5 × 300 kg = 150kg (được cho vào từ giai đoạn Oxi-hóa)
 Lượng Si là: 150 kg × 0,75 = 113kg.
Lượng dùng hợp kim hóa: 0,5×300kg = 150kg (cho vào trong giai đoạn hoàn nguyên)
 Lượng Si: 150 kg × 0,75 = 113 kg.
2 Tính tốn xỉ.
- Lượng FeroMn75 và FeroSi75 cho vào thời kì Oxi hóa lần lượt là 390kg và 150kg.
- Với FeroMn75 thì có 2% Si và FeroSi75 thì có 0.7%Mn.
- Nên lượng Mn là: 390×0,76 + 150×0,7% = 298kg (chỉ cháy hao trong giai đoạn Oxi
hóa).

- Lượng Mn bị cháy hao là: 298×0,12 = 36kg cộng với lượng Mn (có sẵn trong liệu)
bị cháy hao qua thời kì nấu chảy và oxi hóa là 178 kg vậy ta có tổng lượng Mn
cháy hao là: 178 + 36 = 214 kg.
- Lượng Si là: 150 × 0,75 + 390 × 2% = 120 kg (chỉ cháy hao trong giai đoạn Oxi
hóa)
- Lượng Si bị cháy hao là: 120× 0,65 = 78 kg cộng với lượng Si (có sẵn trong liệu) bị
cháy hao qua thời kì nấu chảy và oxi hóa là 136 kg vậy ta có tổng lượng Si cháy
hao là: 78+136 = 214 kg.
Ta cần tính khối lượng của từng nguyên tố ở mỗi thời kì, để từ đó biết được sự cháy hao
các nguyên tố. Dựa vào bảng 2.3 ta có thể tính được lượng xỉ ta đang có, từ đó có thể suy
ra lượng xỉ cần thêm là bao nhiêu.
- Lượng Fe thép vụn và gang được cho vào từ đầu.
- Vậy khối lượng Fe: 58,026 × 0,99 + 1800 × 0,94 = 59,137 kg.
- Thời kỳ Nấu chảy sắt bị cháy hao 3% và thời kì oxi hóa cháy hao 7%.
- Vậy lượng sắt bị cháy hao: 59,137 – 59,137×0,97×0,93 = 5790 kg.
Ngyên tố
Bay hơi
Vào xỉ
Fe
90%
10%
Si
50%
50%
Mn
20%
80%
P
100%
Ti

100%
Cr
20%
80%
S
15%
85%
Ni
1,5%
Bảng 2.5: Tỉ lệ vào xỉ và cháy hao của các nguyên tố bị cháy hao.

- 17 -


Bảng sau đây thể hiện khối lượng của các nguyên tố bị cháy hao đi vào xỉ cũng như bay
hơi (chỉ tính cho giai đoạn nấu chảy và giai đoạn oxi hóa).
Nguyên tố
Lượng bị cháy hao (kg)
Vào xỉ (kg)
Bay hơi (kg)

Fe
Si
Mn
P
S

5,790
579
5211

214
107
107
214
171
43
23
23
27
23
4
Bảng 2.6: Khôi lượng các nguyên tố chat hao đi vào xỉ.
Lượng xỉ đã có: 579 + 107 + 171 + 23 + 23 = 903 kg.
Theo tính tốn thì lượng P sau khi thời kì oxi hóa vẫn thấp hơn %P quy định của Mac
thép là 0,04 – 0,02= 0.02 nên trong giai cuối giai đoạn nóng chảy ta không cần phải
tạo xỉ để khử P. Vậy ta chỉ cần tạo xỉ trong giai đoạn oxi hóa để đảm bảo một số yếu tố
cơng nghệ, theo tính tốn thì thể tích xỉ vào thời điểm này bẳng 15% thể tích kim loại.
Lượng xỉ phải có: Vxỉ = V0xi × gxỉ = 0,330 × gxỉ = 1305  gxỉ = 3955 kg.
Lượng phải bù thêm là: 3955 – 903 = 3052 kg.
Thành phần hóa học
Xỉ bazơ
Chọn Khối lượng cần (kg) Lượng
Bổ sung
có ( kg) (kg)
SiO2
12-16%
13%
514
107
407

CaO
40 ÷ 50% 45%
1779,8
0
1779,8
MgO
7 ÷ 10%
7%
276,9
0
276,9
Al2O3
1-2%
2%
79,1
0
79,1
MnO
5-7%
6%
273
171
102
FeO + Fe2O3
20-30%
27%
1068
579
489
B = (CaO + MgO)/SiO2

4
Al2O3 sẽ tạo thành trong quá trình thêm Al. Với lượng 0.5-1.5kg/tấn, đủ để đảm bảo
thành phần Al2O3 trong xỉ. Lượng MnO cần bổ sung là 22.6kg thật ra cũng nằm trong dao
động của các thông số đã chọn nên cũng không cần bổ sung thêm.
CaF
Vật Liệu
SiO2 Fe2O3 Al2O3 CaO MgO MnO
S
P
CaCO3 FeO
2

Vôi
Huỳnh thạch
Manhezit
Tro điện cực
Gạch Đinat
Samot
Quặng Fe
Vảy cán
Than cốc

2,3
3,6
3
46
94
62
3,8
1,75

51

2,2
1,5
2
18
1,1
2
81,2
35,57
7

0,8
0,2
1
26
1,6
35
1,2
0,62
35

91,3
1
10
2,5
0,7
0,2
1,4
5

3,3
92
0,8
0,3
0,2
0,62
-

1
0,7
1,43
-

94,2
-

0,1
-

0,1
-

Bảng 2.4. Phần trăm các oxit trong chất tạo xỉ.
- 18 -

0,5
-

12,6

58,6
-


Căn cứ vào bảng 2.4 ta có thể tính được lượng các chất cho thêm vào để tạo xỉ.
Để bổ sung SiO2 ta sẽ cho gạch Đi-nát.
- Cần thêm 407 kg SiO2, vậy khối lượng gạch Đi-nát = 407 × (100/94) = 433 kg
Để bổ sung CaO ta sẽ cho Vôi.
- Cần bổ sung 1779,8kg CaO, vậy khối lượng Vôi = 1779,8 × (100/91,3) = 1949kg
Để bổ sung (FeO+Fe2O3) ta sẽ cho vẩy cán và quặng Fe.
- Lượng quặng và vẩy cán thêm vào tình hình xỉ, ở đây chọn tỉ lệ là 50-50 nhưng vẫn
có thể thay đổi tùy vào tình hình của xỉ.
- Cần thêm 489 (FeO+Fe2O3), để đơn giản cho q trình tính %FeO và % Fe2O3 ở
trên bảng tao nhập lại thành một. Vậy lượng vẩy cán=489×0,5×(100/94,17)=
260kg; lượng quặng Fe = 489×0,5× (100/93,8) = 261kg.
Để bổ sung MgO ta sẽ dùng gạch Manhezit.
- Cần thêm 276.9kg MgO, vậy khối lượng gạch Manhezit = 76,9×(100/92) = 301kg.
- Tính lại lượng oxit:
SiO2 =433×0,94+2,3% ×1949 + 3%×301 + 3,8%×261 + 1,75%×260+107=582 kg.
CaO = 1949×0,913+ 1%×301 + 2,5%×433 + 0,2%×261 + 1,4%×260 = 1797 kg.
MgO = 301×92% + 3,3%×1949 + 0,8%×433 + 0,2%×261+ 0,62%×260 = 347 kg.
 B = (CaO + MgO)/SiO2 = 3,7 (hợp lý).
Nếu tình hình tạo xỉ mà thấy quá sệt ta có thể bổ sung 0.13% khối lượng của liệu.
Sau khi kết thúc quá trình luyện, thành phần của các nguyên tố (một cách tương đối):
Nguyên tố
Khối lượng (kg)
% nguyên tố
% mác BCT38
Fe
53000

~98,5%
Mn
300
~0,56%
0,4-0,65
Si
177
~0,33%
0,12– 0,3
P
10
~0,019%
0,04
S
6
~0,011%
0,05
C
318
~0,590%
0,14-0,22%
Tổng lượng
53,811
Bảng 2.6:Thành phần các nguyên tố sau khi tinh luyện.
Từ bảng trên có thể thấy các nguyên tố đều đạt tiêu chuẩn của Mac thép, ngoại trừ C. Ta
khử sụng phương pháp khử C bằng cách thổi khí Oxi lượng vừa đủ để mac thếp đạt yêu
cầu.
IV.CÔNG TÁC CHUẦN BỊ:
1. Kiểm tra thiết bị:
- Kiểm tra khả năng làm việc và an tồn thiết bị.

- Đầm lị, xây máng rót, kiểm tra khn rót, đắp thùng rót ,…
- Kiểm tra điện, cầu dao,….
- Kiểm tra nồi lị.
- Sấy lị và thùng rót.

- 19 -


2. Chất liệu:
Thời gian chất liệu và nấu chảy mẻ liệu thường chiếm 50-70% tổng thời gian nấu
luyện 1 mẻ thép, do vậy cần có giải pháp giảm thời gian chất liệu và phân bố liệu sao cho
có mật độ lớn nhất, liệu khó chảy nhất nằm ở sát tường lị.Thao tác nạp liệu ảnh hưởng
đến q trình nóng chảy liệu, cháy hao các nguyên tố hợp kim và tuổi thọ của lò.Nguyên
tắc khi chất liệu là :
- Tốc độ nạp nhanh đều.
- Liệu phải được xếp sít chặt và chất được nhiều nhất.
- Phân bố các cỡ liệu hợp lý trong lị, các liệu lớn và khó chảy nên đưa vào vùng nhiệt
độ cao.
- Duy trì ổn định, bảo đảm an tồn khơng làm gãy điện cực trong q trình nấu.
- Cố gắng nạp liệu 1÷2 lần, sử dụng nạp liệu trên xuống.
Khi mở nắp lò, nhiệt độ từ 1500°C giảm xuống cịn 800 ÷ 900°C. Nhiệt lượng mất đi
đó trong giai đoạn nấu chảy phải bổ sung bằng nguồn nhiệt hồ quang, do đó tổn hao điện
năng nhiều, kéo dài thời gian nấu chảy,năng suất lị khơng cao.Nạp liệu khít chặt đảm bảo
dẫn điện, nhiệt tốt, phối hợp chặt chẽ giữa các loại liệu cục to, cục vừa và nhỏ một cách
hợp lý.
Loại liệu
Khối lượng/cục liệu (kg) % liệu trong mẻ liệu
Liệu loại nhỏ
<10kg
40%

Liệu loại trung bình
10÷25 kg
45%
Liệu cục to
25÷150 kg
15%
Q trình chất liệu có thể chia làm 2 đợt:
- Chất khoảng 60% liệu gồm thép, vôi, MgO, gỉ sắt.
- Khi liệu đã chảy hết thì chất tiếp đợt 2 là số thép còn lại,gang và các chất trợ dung
tạo xỉ.
Trình tự chất liệu như sau:
- Trên đáy lị được chất 1 lớp vơi 1,5-2% trọng lượng liệu (2-3 tấn) rải đều mặt đáy.
Mục đích của lớp vơi này là giảm bớt sư va đập của liệu rơi từ trên xuống và đồng
thời tạo xỉ sớm để khử bớt P.
- Chất khoảng ¼ số liệu là loại cục nhỏ vào nấu luyện, sau đó dàn đều ra lị, tiếp chất
cục liệu vừa.
- Khi số liệu điền đầy ½ nồi lị thì chất liệu cục to vào chính giữa 3 điện cực, trên cùng
chất một lớp liệu cục nhỏ, rồi thơng điện phóng hồ quang.
- Theo tình nóng đỏ liệu mà chất tiếp tục và tăng cơng suất lị, khi nhiệt độ lị 1000°C
thì chất hết liệu tiến hành nấu chảy liệu nhanh.

- 20 -


CHƯƠNG 3: CƠNG NGHỆ NẤU LUYỆN THÉP TRONG
LỊ HỒ QUANG BAZƠ
I. CÔNG TÁC CHUẨN BỊ







Kiểm tra thiết bị:
Kiểm tra khả năng làm việc và an tồn thiết bị.
Đầm lị, xây máng rót, kiểm tra khn rót, đắp thùng rót ,…
Kiểm tra điện, cầu dao,….
Kiểm tra nồi lò.
Sấy lò và thùng rót.

Chất liệu:
Thời gian chất liệu và nấu chảy mẻ liệu thường chiếm 50-70% tổng thời gian nấu
luyện 1 mẻ thép, do vậy cần có giải pháp giảm thời gian chất liệu và phân bố liệu sao cho
có mật độ lớn nhất, liệu khó chảy nhất nằm ở sát tường lị.
Thao tác nạp liệu ảnh hưởng đến q trình nóng chảy liệu, cháy hao các nguyên tố
hợp kim và tuổi thọ của lò.
Nguyên tắc khi chất liệu là :
 Tốc độ nạp nhanh đều.
 Liệu phải được xếp sít chặt và chất được nhiều nhất.
 Phân bố các cỡ liệu hợp lý trong lị, các liệu lớn và loại liệu khó chảy nên đưa vào
vùng nhiệt độ cao.
 Duy trì chúng được ổn định, bảo đảm an tồn khơng làm gãy điện cực trong q
trình nấu.
 Cố gắng nạp liệu 1÷2 lần, sử dụng nạp liệu trên xuống.
Khi mở nắp lò, nhiệt độ từ 1500°C giảm xuống cịn 800 ÷ 900°C. Nhiệt lượng mất
đi đó trong giai đoạn nấu chảy phải bổ sung bằng nguồn nhiệt hồ quang, do đó tổn hao
điện năng nhiều, kéo dài thời gian nấu chảy,năng suất lị khơng cao.
Nạp liệu khít chặt đảm bảo dẫn điện, nhiệt tốt, phối hợp chặt chẽ giữa các loại liệu
cục to, cục vừa và nhỏ một cách hợp lý.
Loại liệu

Liệu loại nhỏ
Liệu loại trung bình
Liệu cục to

Khối lượng/cục liệu (kg)
Liệu trong mẻ liệu (%)
<10kg
40%
10÷25 kg
45%
25÷150 kg
15%
Bảng 3.1. Tỉ lệ các loại liệu trong một mẻ nấu.

Q trình chất liệu có thể chia làm 2 đợt:
 Chất khoảng 60% liệu gồm thép, vôi, MgO, gỉ sắt.
 Khi liệu đã chảy hết thì chất tiếp đợt 2 là số thép cịn lại,gang và các chất trợ dung
tạo xỉ.

- 21 -


Trình tự chất liệu như sau:
 Trên đáy lị được chất 1 lớp vôi 1,5-2% trọng lượng liệu (1-1,5 tấn) rải đều mặt đáy.
Mục đích của lớp vơi này là giảm bớt sư va đập của liệu rơi từ trên xuống và đồng
thời tạo xỉ sớm để khử bớt P.
 Chất khoảng 1/4 số liệu là loại cục nhỏ vào nấu luyện, sau đó dàn đều ra lị, tiếp
chất cục liệu vừa.
 Khi số liệu điền đầy 1/2 nồi lò thì chất liệu cục to vào chính giữa 3 điện cực, trên
cùng chất một lớp liệu cục nhỏ, rồi thông điện phóng hồ quang.

 Theo tình nóng đỏ liệu mà chất tiếp tục và tăng cơng suất lị, khi nhiệt độ lị 1000°C
thì chất hết liệu tiến hành nấu chảy liệu nhanh.
 Chất liệu theo phương pháp trên xuống, ta dùng thùng chứa liệu có đáy tự động
đóng, mở. Liệu được chất vào thùng liệu, kích thước thùng liệu tùy vào dung
lượng lị, sau đó nâng và di chuyển nắp lị để tạo khoảng trống phía trên, mở đáy
thùng chất liệu để liệu rơi vào lị.

II. CƠNG NGHỆ NẤU LUYỆN
Sơ đơ cơng xuất điên
%PW


Nấu chảy

Oxy hóa

Hồn ngun

1. Giai đoạn nấu chảy
Giai đoạn này bắt đầu từ khi chất liệu xong đến khi liệu chảy lỏng hoàn toàn. Đây
là phương pháp nấu lại, thép khơng bị bẩn nhiều bởi P,S, vì vậy giai đoạn nấu chảy chiếm
70% tổng thời gian luyện một mẻ thép. Đây là giai đoạn quyết định năng suất lò và suất
tiêu hao điện năng.
- 22 -


Trình tự tiến hành:
Sau khi nạp liệu xong, điện cực được hạ xuống và thông điện vào. Hồ quang phát
ra có nhiệt độ rất cao (3000-4000°C) và làm chảy liệu. Q trình nung chảy liệu có thể
chia làm 4 thời kì:

 Thời kì 1: phát hồ quang ban đầu, thời gian giữ 5-10 phút. Liệu cịn đang nguội
khơng thuận lợi với đặc tính phát xạ nhiệt của điện trở hồ quang, hồ quang khơng
ổn định, ảnh hưởng đến tường lị và nắp lị. Vì vậy thời kì này sử dụng 25-30%
cơng suất điện định mức, duy trì nguồn hồ quang ổn định. Thời kì này nhiệt hồ
quang chỉ có nhiệm vụ nung nóng tường, nắp lị và một phần kim loại rắn.
 Thời kì 2: sau 20 phút liệu dưới chân điện cực đã chảy tạo thành 3 hố có đường
kính lớn hơn đường kính điện cực 40%, tăng cơng suất điện 40-50% công suất
điện định mức, 3 điện cực được hạ dần xuống dưới, hồ quang phát mạnh hơn, dài
hơn, ngọn lửa hồ quang chìm trong khối liệu rắn.
 Thời kì 3: là thời kì quyết định, sau 30-40 phút tăng tối đa công suất điện để rút
ngắn thời gian nấu chảy, ngon lửa hồ quang hoàn toàn bị liệu rắn xung quanh hố
che kín, do đó bể kim loại lỏng trong lị tăng nhanh.Trong thời kì này, hồ quang
phát ra tiếng kêu êm, lửa và khói nâu bốc nhiều lên đỉnh lị.
 Thời kì 4:sau hơn 1 giờ liệu đã bị chảy gần 99%, còn lại những cục chưa chảy
quanh nồi lị, do đó phải hạ thấp cơng suất điện trong lị là 50% cơng suất điện
định mức, nâng 3 điện cực lên, đảo liệu chưa chảy ra giữa lò bằng bộ phận cơ điện
dịch chuyển lò. Hồ quang phát ra êm, lửa và khói trắng nhưng ngọn lửa khơng
dâng cao như ở thời kì 3.
Trong giai đoạn này, nguồn nhiệt hồ quang phát ra rất lớn (6000-7000°C) nên các
nguyên tố trong vùng hồ quang bay hơi mãnh liệt. Để hạn chế tổn thất do bay hơi, chúng
ta không chất các nguyên tố hợp kim dưới 3 điện cực, tạo xỉ sớm.
Khi nóng chảy liệu, ta thổi oxy khi hồ quang tạm ổn định, khi đó oxy sẽ cắt được
những liệu lớn làm chúng chảy nhanh, đồng thời oxy hóa Si, Mn, Cr,C, Fe…Tổn hao do
oxy hóa silic là rất lớn, lị hồ quang thì lượng Si có khi đạt 90-100%,C>0,3% tổn hao do
oxy nhiều nhưng còn phụ thuộc vào hàm lượng Si trong kim loại, tổn hao do oxy hóa sắt
do chất lượng thép phế do vậy cần quan tâm chất lượng nguyên liệu vào lò.
Dưới tác dụng mạnh của nhiệt hồ quang nóng chảy, lượng khí hút vào rất lớn, các
khí H2, N2 hịa tan vào kim loại lỏng với hàm lượng rất lớn. Giảm sự hấp phụ khí vào kim
loại lỏng cần tạo xỉ sớm và thổi oxy.
Tạo xỉ sớm có ý nghĩa quan trọng đối với việc phát hồ quang ổn định, tăng nhiệt

độ kim loại, giảm sự bay hơi các nguyên tố và hấp phụ khí vào kim loại lỏng, nhất là tạo
điều kiện thuận lợi khử photpho. Ở giai đoạn này, xỉ được hình thành do Si,Mn,Fe bị oxy
hóa thành các oxyt vào xỉ. Thành phần xỉ này khơng hợp với lị kiềm tính, dễ ăn mịn nồi
lị và khơng có khả năng khử P. Vì vậy lượng vơi lót ở lớp đáy lị khi chất liệu có vai trị
tạo xỉ sớm, tăng độ bazo của xỉ đạt 2,2-2,7.
Thành phần xỉ ở thời kì này như sau: 30-40%CaO, 15-25%SiO2, 5-10%MgO, 210%MnO, 3-5%Al2O3, 12-20%(FeO+Fe2O3), 0.7-1,2%P2O5, 0.1-0.2%S.
- 23 -


Khử P:
Q trình oxy hóa khử P:
2 [P] + 5 (FeO) = (P2O5) + 5 [Fe]
4 (CaO) + (P2O5) = (4CaO.P2O5)
2[P] + 5 (FeO) + 4(CaO) = (4CaO.P2O5) + 5 [Fe]
Hệ số phân bố của P là:
LP 

(P2O5 )

 P

2

 K P   FeO    CaO 
5

4

Điều kiện cơ bản để tiến hành khử P được tốt là:
 Mơi trường oxy hóa, hàm lượng FeO trong xỉ cao (15-20%).

 Độ bazo và hoạt độ của CaO trong xỉ phải cao ( B=2÷3).
 Nhiệt độ của xỉ phải tương đối thấp (1250-1300°C).
 Tạo xỉ nhanh, độ sệt của xỉ phải thấp ( tăng độ chảy lỗng ta có thể dùng samốt và
huỳnh thạch , đạt 5-8%).
 Khống chế lượng xỉ 3-4%trọng lượng liệu nạp vào lò, cào 60-70%xỉ ra khỏi lò khử
bớt P, tạo xỉ mới nhiều lần.
Thời kì này có thể khử ≥ 50% [P] trong kim loại.Kết thúc quá trình này, ta lấy mẫu
thử đi phân tích và chuẩn bị cho giai đoạn oxy hóa.
Biện pháp rút ngắn thời gian nấu chảy:
 Đưa công suất điện vào nấu luyện theo chế độ điện cao hoặc siêu công suất, điện áp
hồ quang lớn (Uhv>700 V), chùm hồ quang dài, tăng tốc độ nấu chảy liệu, giảm
đáng kể thời gian nóng chảy. Cần cách điện tốt giữa các cực, các thanh nối và giữa
3 pha, cải tạo biến áp lị thích hợp theo từng chế độ sử dụng, tăng cường làm nguội
máy biến áp lị tích cực.
 Có thể dùng cơ cấu quay thân lò để tạo nên 9 hố trong liệu thay vì 3 hố như bình
thường. Quá trình quay được tiến hành như sau: trước khi bắt đầu nấu luyện, quay
lị đạt góc 40° so với vị trí . Sau khi mẻ nấu được tiến hành được 30-40 phút thì 3
hố đã được tạo thành trong mẻ liệu , nâng điện cực lên khỏi mặt liệu đỉnh lò 1
đoạn 150-200mm và thân lò được quay 80° theo chiều ngược với chiều quay ban
đầu, đỉnh lò và điện cực lại được hạ xuống và đưa điện vào. Sau 35 phút, điện cực
lại tạo nên 3 hố mới, người ta lại nâng điện cực và đỉnh lò, quay thân lò 40° cùng
chiều quay lần đầu (nghĩa là lò trở lại vị trí bình thường). Hạ điện cực cùng đỉnh
lị, đưa điện vào. Kết quả là trong liệu hình thành 9 hố và nhiệt độ phân bố tương
đối đồng đều, liệu rắn ở xung quanh dòng chảy lỏng nên khơng cần đẩy chúng vào
nồi lị kim loại lỏng.
 Thổi oxy nguyên chất vào kim loại lỏng sau khi liệu đã được nung chảy từ ½ đến
2/3 tổng số mẻ nấu, áp suất thổi từ 10-20 atm. Khi thổi oxy vào lò ta được thuận
lợi: trước hết, dòng oxy sẽ cắt nhỏ những cục liệu cồng kềnh làm chúng nóng chảy
nhanh, thứ 2 là các nguyên tố trong liệu như P, Si, C…khi bị oxy hóa sẽ tạo ra một
lượng nhiệt lớn góp phần vào việc nấu chảy liệu. Dùng oxy nguyên chất ta có thể

- 24 -


rút ngắn thời gian nấu chảy từ 10-12 phút, tiết kiệm 80-100 kWh/tấn thép, tiết
kiệm điện năng.
 Gia nhiệt cho liệu 800-1000°C sau khi nạp liệu nóng đỏ kết hợp thổi oxy ngay làm
giảm thời gian nấu chảy 10%, tiêu hao điện năng giảm 15%. Nung liệu trước còn
giảm được quá trình thủy phân dầu mở bẩn của liệu, giảm khí có hại trong kim
loại lỏng. Rút ngắn thời gian nấu chảy 25-30% nếu thổi phối hợp với khí thiên
nhiên.
2. Giai đoạn oxy hóa
Nhiệm vụ cơ bản của giai đoạn này:
 Đưa trạng thái lỏng hồn tồn và tạo mơi trường oxy hóa cao.
 Khử P đến hàm lượng cho phép, hàm lượng (FeO), (CaO) cao và nhiệt độ tương đối
thấp.
 Giảm hàm lượng %C <0,21.
 Oxy hóa Si, Mn, tách tạp chất phi kim và các khí N2, H2.
 Nung nóng kim loại đến nhiệt độ yêu cầu của mác thép, cao hơn nhiệt độ ra lò, làm
đồng đều nhiệt độ kim loại trong lị (1580-1600°C).
Q trình thực hiện:
Máy biến thế lò được sử dụng ở mức điện trung bình.
Cho vào lị quặng sắt (0,01%C cần 0,7-0,8 kg quặng cho 1 tấn kim loại) đã được
nung nóng sau 10 phút, nghiêng lị 4-6° về phía cửa nạp liệu để tháo xỉ. Tháo khoảng 6070% xỉ. Cho CaO vào (1-1,5% lượng mẻ liệu,1,5-2,5 tấn).
Cho thêm quặng sắt vào nồi lò kim loại sẽ sôi mãnh liệt, xỉ sủi bọt và trào qua bên
ngoài tạo xỉ mới thường xuyên đồng thời giảm 1 phần nhỏ nhiệt độ của lò tao điều kiện
thuận lợi cho việc khử P. Tháo xỉ thường xuyên và tháo cho sạch để tránh P cịn sót lại sẽ
bị hoàn nguyên trở lại vào kim loại. Độ bazo là 2,7-3, có độ chảy lỗng thích hợp (dùng
huỳnh thạch).
Khi lượng P thấp ( < mác thép), tiến hành thổi oxy vào bể kim loại tăng nhanh
nhiệt độ cho kim loại và tăng tốc độ oxy hóa cacbon.

Thường xuyên lấy mẫu phân tích thành phần các nguyên tố trong thép lỏng.
Oxy hóa cacbon (C):
Việc oxy C làm cho nồi lị sơi mãnh liệt tạo điều kiện cho việc khử khí, tạp chất,
đồng đều hóa thành phần và nhiệt độ kim loại, quan trọng nhất là giảm %C trong thép
nhỏ hơn giới hạn yêu cầu.
Nồng độ FeO càng cao thì tốc độ khử C càng cao, để tăng nồng độ FeO bằng cách
dùng quặng sắt hoặc thổi oxy vào lò.
(Fe2O3) + [Fe] = 3 (FeO)
(Fe3O4) + [Fe] = 4 (FeO)
(FeO) → [FeO] + 28890 cal
[FeO] + [C] = [Fe] + [CO]↑ , ∆H = -10980cal
(FeO) + [C] = [Fe] + {CO}↑, ∆H = 17910 cal
- 25 -