ĐỒ án THIẾT kế lò điện hồ QUANG nấu THÉP c70 sản LƯỢNG 95 tấn mẻ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA : CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU

ĐỒ ÁN NẤU LUYỆN KIM LOẠI VÀ HỢP KIM
LỚP: VL09KL – KHÓA: 2010-2015

TÊN ĐỀ TÀI:
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ LÒ ĐIỆN HỒ QUANG
NẤU THÉP C70 SẢN LƯỢNG 95
TẤN/MẺ
•

GIẢNG VIÊN : NGUYỄN

DUY THƠNG

• THÀNH VIÊN NHĨM :
• NGUYỄN BÁ THƠNG : V1003254
2) NGUYỄN DUY KHANG : V1001449


Mục lục
Lời mở đầu ................................................................................................................. - 4 CHƯƠNG 1: TÍNH TỐN THỂ NỒI LỊ VÀ THIẾT KẾ LỊ ........................................ - 4 I.TÍNH TỐN CÁC KÍCH THƯỚC NỒI LỊ SẢN LƯỢNG 80 TẤN: .............................. .
1.Hình dạng nồi lị: ................................................................................................... .
2.Các kích thước nồi lị : .......................................................................................... .
3.Các kích thước của khơng gian nấu chảy:............................................................. .
II. THIẾT KẾ LÒ VÀ CÁC BỘ PHẬN CỦA LỊ: ............................................................. .
1.Xây lị hồ quang: ................................................................................................... .
2. Thiết bị lò:............................................................................................................. .
3.Thiết bị điện:.......................................................................................................... .

CHƯƠNG 2: CHUẨN BỊ LỊ VÀ TÍNH TỐN PHỐI LIỆU NẤU THÉP .................... - 14 I.CHUẦN BỊ LỊ: ........................................................................................................... .
II.TÍNH TỐN PHỐI LIỆU NẤU THÉP TRONG LỊ HỒ QUANG DUNG LƯỢNG 95TẦN:
..................................................................................................................................... .
1.Tính tốn phối liệu chính: ...................................................................................... .
2.Kiểm tra thành phần các nguyên tố khác: .............................................................. .
III.TÍNH TỐN LƯỢNG XỈ TRONG MẺ: ...................................................................... .
1.Các chất tạo xỉ bazo: ............................................................................................. .
2. Tính tốn khối lượng xỉ: ........................................................................................ .
CHƯƠNG 3: CÔNG TÁC CHUẦN BỊ. ................................................................... - 21 1. Kiểm tra thiết bị: ................................................................................................... .
2. Chất liệu: .............................................................................................................. .
CHƯƠNG 4: CÔNG NGHỆ NẤU LUYỆN THÉP TRONG LÒ HỒ QUANG BAZIT .. - 21 I.GIAI ĐOẠN NẤU CHẢY: ............................................................................................ .
1.Trình tự tiến hành: ................................................................................................. .
2.Khử P: ................................................................................................................... .
3.Biện pháp rút ngắn thời gian nấu chảy: ................................................................. .
II.GIAI ĐOẠN OXY HÓA: ............................................................................................. .
1.Nhiệm vụ cơ bản của giai đoạn này là: .................................................................. .
2.Thực hiện quá trình: .............................................................................................. .
3.Oxy hóa P: ............................................................................................................ .
III.GIAI ĐOẠN HỒN NGUN: .................................................................................. .
1.Nhiệm vụ: .............................................................................................................. .
2.Thực hiện: ............................................................................................................. .
3.Khử oxy: ................................................................................................................ .
4.Khử lưu huỳnh: ..................................................................................................... .
5.Hợp kim hóa thép: ................................................................................................. .
CHƯƠNG 5: CHẾ ĐỘ ĐIỆN VÀ CHẾ ĐỘ NHIỆT TRONG LÒ ................................ - 33 I.CHẾ ĐỘ NHIỆT: ........................................................................................................ .
II.CHẾ ĐỘ ĐIỆN:.......................................................................................................... .
CHƯƠNG 6: BIỆN PHÁP RÚT NGẮN THỜI GIAN VÀ TĂNG NĂNG SUẤT……….- 35 -

CHƯƠNG 7: BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG…….……………………………………….- 36CHƯƠNG 8: NHỮNG SỰ CỐ CÓ THỂ XẢY RA VÀ CÁCH KHẮC PHỤC. ............ - 36 -

CHƯƠNG 9: CƠNG TÁC AN TỒN LAO ĐỘNG……………………………....- 37CHƯƠNG 10: KẾT LUẬN ....................................................................................... - 37 -

• LỜI CẢM ƠN :
• Để thực hiện

•
•

“ĐỒ ÁN MƠN HỌC” này, điều quan trọng nhất
để hồn thành nó là sự hướng dẫn ân cần và tận tình của thầy
NGUYỄN DUY THƠNG…Chúng em xin chân thành cãm ơn
thầy đã giúp đỡ chúng em hoàn thành được đồ án này.
Trong quá trình thực hiện đồ án,chúng em đã hình dung được rõ
hơn quy trình nấu ra một mẻ thép cũng như hình dung được
những kiến thức cần chuẩn bị kĩ của một người kĩ sư.
Tài liệu tham khảo là sách “KĨ THUẬT LÒ ĐIỆN LUYỆN THÉP
“ (tác giả Trần Văn Dy), “LUYỆN THÉP LÒ ĐIỆN” (tác giả
Phạm Phố - Phạm Huy Bình),một số tài liệu trên trang
www.tailieu.vn,một số kiến thức tra trên mạng và sổ tay tra cứu.

• Chúng em xin chân thành cảm ơn !


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.
Phương pháp luyện thép trong lò 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 : 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 phospho
và lưu huỳnh rất thấp (P,S < 0,02%).
• Giá thành thép lị điện cịn cao vì tiêu tốn điện năng và điện cực lớn.
Vì vậy cần phải:
• Chọn và tính tốn hợp lý phế thép, đảm bảo ít phospho và lưu huỳnh, kích thước
liệu phải phù hợp với dung lượng lị 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.
Tuy nhiên, đồ án chỉ giới hạn trong tính tốn lị và phối liệu, thiết kế lò và cách vận
hành của một nhóm sinh viên nên chỉ là một bài sơ khai khơng chun sâu vào lị hồ
quang. Vì vậy sẽ có nhiều thiếu sót, khơng đầy đủ...Hi vọng có những sai sót nào mong
thầy và các bạn góp ý kiến đóng góp để bài làm hồn thiện hơn.
Chúng em xin chân thành cãm ơn !

CHƯƠNG 1. TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ LÒ

I.TÍNH TỐN CÁC KÍCH THƯỚC NỒI LỊ SẢN LƯỢNG 95
TẤN:
1.Hình dạng nồi lị:

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 lò và giúp
cho nồi lị giữ ngun được hình dạng trong q 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 lò:
Vkl = V0 * gkl = 0,145 * 95 = 13,775 (m3)
Với V0 là thể tích riêng của kim loại lỏng ( thép có V0 = 0,145 m3/tấn)
Thể tích xỉ là:
Vxỉ = V0xỉ * gxỉ
Với V0xỉ là thể tích riêng của xỉ ( 0,33 m3/tấn)
Nếu dùng gang thì lượng xỉ phụ thuộc vào trọng lượng gang (gang : 15->20%/mẻ, xỉ: 9>10%).Để an tồn ta tính lượng xỉ lớn nhất vào giai đoạn oxy hóa:
Vxỉ = 0,15 *Vxỉ = 0,15 * 95 * 0,33 = 4,7 (m3)
Vậy thể tích nồi lị là: V = Vkl + Vxỉ = 13,8 + 4,7 = 18,5 (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 lị 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 thể tích nồi lị bằng thể tích hình nón cụt + thể tích hình chỏm cầu:
Πh2
V=

r2
2

2

(R + Rr + r ) + Πh1[

h12
+

]

3
2
6
Với R = ½ D, r = ½ (D – 2h2) = 1,7H
Thế vào ta có V = 12,1 H3 = 0,0968D3 (m3)
Vnồi lò = 12,1 * H3 =18,5 (m3) => Chiều sâu nồi lò H = 1,152 (m) = 1152 mm
• Đường kính nồi lị: D = 5 * H = 5* 1152 = 5760 mm
• Chiều sâu phần chỏm cầu: h1 = 0,2 * H = 0,2 * 1152 = 230,4 mm
• Chiều sâu phần hình nón: h2 = 0,8 * H = 0,8 * 1152 =921,6 mm
• Bán kính nồi lị : R = D/2 = 5760/2 =2880 mm
• Bán kính chỏm cầu : r = 1,7 * H = 1,7 * 1152= 1958,4 mm
• Đường kính chỏm cầu : d = D – 2 * h2 = 2 * r = 2 * 1958,4 =3916,8 mm

3.Các kích thước của khơng gian nấu chảy:
Để xỉ khơng tiếp xúc làm hỏng lớp gạch xây của tường lò, chân tường lò phải cao hơn mức cửa
nạp liệu từ 100-200 mm ( ta chọn 100 mm).
Đường kính của khơng gian nấu chảy là:
Dkg = D + 2* 100 = 5760 + 2*100 = 5960 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 – 0,45) * D kg.
Ta chọn : H1 = 0,6 * Dkg = 0,6 * 5960 = 3576 mm
Chiều cao của nắp lò : h3 = Dkg / 8 = 745 mm
Chiều cao tính từ mặt kim loại đến nắp lị là : H2 = H1 + h3 = 3576 + 745 = 4321 mm
Đường kính nắp lị: D1 = Dkg + 2*χ
Với χ là độ nghiêng tường lò 10% so với chiều cao:
χ = H1 -100 mm
10
= 347,6 mm


• D1 = 5960 + 2*347,6 = 6655,2 mm
Chiều dày của lớp lót lị 95T là 600mm.
Đường kính của vỏ lò là : DT = Dkg + 2* δtường = 5960 + 2* 600 = 7160 mm
Chiều rộng của lò : bc = (0,2 – 0,3) Dkg = 1192 – 1788 (mm). Ta chọn bc =1408 mm
Chiều cao cửa lò : hc = (0,7-0,8) bc = 986 – 1127 mm.Ta chọn hc = 1056mm
Vỏ lị dày 40mm nên đường kính ngồi của vỏ lị là: (với δvỏ lị = 1/250 – 1/200 đường kính vỏ
lị)
DN = DT + 2*δvỏ lị = 7160 + 2*30 = 7220 mm
Độ dày của nắp lò : 340 mm
Độ dày của tường lò : 520 - 620 mm

Chiều dày của đáy lò : δđáy lò = H = 1152 mm. Ta chọn δđáy lò =1000 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. THIẾT KẾ LÒ VÀ CÁC BỘ PHẬN CỦA LỊ:

1.Xây lị hồ quang:
Lị điện hồ quang gồm có vỏ ngồi bằng thép chịu nhiệt, có độ dày 10-25mm.Bên trong vỏ có
xây lớp lót vật liệu cản nhiệt và gạch chịu lửa cao.Trên thân lò có nắp đậy kín cố định hay dịch
chuyển được khi chất liệu vào lò theo phương pháp trên xuống. Nắp lị khơng có vỏ bọc bằng
kim loại, nhưng để đảm bảo độ cứng và bền chắc ta làm một vành đai kim loại ơm kín chân vịm
nắp.

a.Vật liệu xây lị hồ quang:
Độ bền của lớp lót ảnh hưởng đáng kể đến năng suất lò và chất lượng thép nấu luyện. Các phần
chủ yếu của lớp lót bao gồm đáy, tường và nắp lị.
u cầu của lớp lót:


•
•
•
•
•
•
•

Chịu nhiệt độ rất lớn (gần 1700°C) nên vật liệu làm lớp lót phải có độ chịu nhiệt cao(là
nhiệt độ mà tại đó mẫu bắt đầu biến dạng do chính trong lượng bản thân).
Vật liệu còn chịu ứng suất lớn nên phải có độ biến mềm dưới tác dụng tải trọng cao.

Có độ bền nén cao
Chịu được sự thay đổi nhiệt độ thường xuyên, cần có độ ổn định nhiệt cao tức là khả
năng giữ nguyên vẹn hình dáng và độ bền cơ khi nhiệt độ thay đổi đột ngột.
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.
Khi xây lị cần chú ý chừa những mối giãn nở ở giữa các viên gạch vì có sự co giãn của
vật liệu chịu lửa khi bị nung nóng hay nguội đi.
Độ dẫn nhiệt, dẫn điện thấp để giảm mất mát nhiệt và suất tiêu hao điện năng

Gạch đinat: là loại vật liệu chịu lửa axit, nguyên liệu chủ yếu là đá thạch anh và hàm lượng SiO2
cao. Nhiệt độ bắt đầu biến mềm là 1650°C, độ chịu nóng 1710-1720°C. 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%
Gạch có độ bền cơ cao nhưng đến 600°C thì độ ổn định nhiệt của gạch đinat thấp nên nung
chậm. Nó khơng tác dụng với xỉ axit nhưng bị xỉ bazo bào mịn tường lị tạo silicat dễ nóng chảy.
Ứng dụng: làm nắp lị hồ quang axit.
Manhêzit :
• Bột Manhezit: là vật liệu chịu lửa có tính bazo, có được bằng cách nung Manhezit tư
nhiên. Thành phần hóa học:
MgO
CaO
SiO2

Al2O3 + Fe2O3
88-91,5%
≤3%
≤4%
3-5%
Thành phần hạt nhỏ mịn dùng để vá đáy lò, đầm đáy lị và tường lị hồ quang bazo.
• Gạch Manhezit: sản xuất từ Manhezit bột đã thiêu.Thành phần hóa học:
MgO
CaO
FeO
Al2O3
MnO
SiO2
86%
2%
5%
1,5%
0,8%
4%
Tính chịu lửa từ 1790-1800°C, nhiệt độ bắt đầu biến mềm là 1500°C. Gạch chịu được tác dụng
của xỉ bazo nhưng bị xỉ axit bào mòn. Gạch manhezit hay bị nứt vỡ khi nhiệt độ thay đổi thay
đổi đột ngột, độ dẫn nhiệt lại cao nên khơng thể xây tường lị và nắp lò.
Ứng dụng gạch manhezit: xây tường lò và đáy lò.
Crom-Manhezit : thành phần MgO (40-45%), Cr2O3 (20-30%) loại này chịu được sự thay đổi
đột ngột về nhiệt độ, dùng xây chân tường lị, chỗ tháo thép và xỉ, có thể 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 đơlơmit là:
CaO
MgO

Fe2O3
SiO2
52-58%
35-38%
3%
0,6-2,8%
Ứng dụng: xây tường,tu sửa đáy và chân tường.
Samốt :là loại vật liệu chịu lửa trung tính. Thành phần hóa học:
Al2O3
SiO2
Fe2O3
CaO
MgO
35%
62%
2%
0,7%
0,3%
Gạch có độ dẫn nhiệt, dẫn điện thấp, ổn định nhiệt độ cao, độ chịu lửa là 1670-1730°C.
Ứng dụng: xây máng rót thép, lớp lót thùng rót, làm vật liệu cách nhiệt cho đáy và tường lò.


Ngồi các vật liệu trên, người ta cịn dùng amiăng, gạch điamốt làm vật liệu cách nhiệt và hắc ín,
nhựa than, nhựa thủy tinh lỏng làm chất kết dính.

b.Xây lị hồ quang bazo:
Đáy lị: đáy lị ln phải tiếp xúc với kim loại lỏng và xỉ lỏng. Do đó đáy lò cần phải đủ độ bền
để chống được va đập mạnh của quá trình chất liệu rắn từ trên xuống, cách nhiệt tốt, chịu lửa
cao,giữ nhiệt tốt, chịu được quá trình sơi thép lỏng, chống tẩm thực của xỉ lỏng. Xây đáy lò- lò
điện hồ quang bazo cần xây đúng kỹ thuật và có độ dày phù hợp với dung lượng lò.

Độ dày của đáy là 1000mm , được xây gồm 3 lớp: lớp làm việc trên cùng được đầm chặt và thiêu
kết thành 1 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.
Tường lị:
Sau khi xây xong đáy lị thì tiến hành xây tường lị, xây từ trong ra tâm lò và xây từ chân tường
phía dưới lên trên. Sát vỏ thép là lớp amiăng tấm dán lại bằng thủy tinh lỏng, sau đó là lớp gạch
samốt đặt sát các lớp này dày 20mm, tiếp theo xây hoặc đầm lớp gạch dày 120mm. Để tăng độ
bền vững của lớp cách nhiệt này, ta hàn vào phía trong vỏ lị những thanh thép góc (30x30mm)
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: làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao, áp suất lớn, là nơi tập trung lượng nhiệt quá lớn
(>1700°C), khói bụi nóng nhiều. Do đó phải chọn loại gạch vừa có độ chịu nhiệt cao vừa bền
nhiệt, bền cơ học khơng bị vênh uốn congtrong q trình nấu luyện hay thao tác nâng hạ quay
nắp lò , đồng thời phải tiến hành xây đúng kỹ thuật, chắc chắn.

Các bước xây nắp lị:
• Đặt vành nắp lị lên nền cát có độ vịm giống như độ cong của nắp lị.
• Xác định chính xác của 3 lỗ điện cực , các tâm của lỗ tạo thành 1 tam giác đều ở chính
giữa khung vành đai nắp lị.
• Xây 3 lỗ điện cực có đường kính 600-1000mm trước, xây gân nắp lị , xây nắp lị từ ngồi
vào trong cứ xây xong 3-4 viên gạch thì lót 1 tấm tơm dày 1-1,5mm, các viên gạch được
xây dựng đứng và chèn chặt các viên gạch xây có độ dày 400mm.
• Xây xong đem đi nung sấy cẩn thận.
Nắp lò được nâng lên và quay 1 góc 60°hay 120° để chất liệu vào lị. Gạch để xây nắp lò là gạch
manhezit-cromit (65-70% MgO , 8-18% Cr2O3). Nắp lị cịn có 2 lỗ nữa lỗ thổi và lỗ thốt khí.

2. Thiết bị lị:
a. Vỏ lị:
Vỏ lị phải có đủ độ bền chịu được trong lượng của kim loại và lớp lót, đồng thời nó phải chịu
được áp suất của lớp lót bị giãn nở khi nung nóng.
Vỏ lị thường được hàn bằng thép tấm với chiều dày 40mm cho dung tích lị lớn 150T có đường
kính vỏ lị là 7750mm ( chiều dày vỏ lị =1/200 đường kính vỏ lị).
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 lị và tăng tuổi
thọ của lị.
Ngồi ra, vỏ lị cịn có các gân tăng bền và có các vành đai để giữ ngun 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.
b.Vịng ơm điện cực:
Các lỗ trống trên nắp lò đặt điện cực thường có đường kính lớn hơn đường kính của điện cực từ
40-50mm tránh làm hư hỏng điện cực khi nung nóng. Nhưng khí lị sẽ thốt ra qua chỗ này gây
mất mát nhiệt, điện cực bị oxy hóa mạnh, mật độ dòng 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...

c.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.
d. 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 lò, còn 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 lị lớn :
Vlên = 1,0-1,5 m/phút
Vxuống = 0,5-0,8 m/phút.
e. 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.
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 lị vững chắc.
• Nghiêng lị 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.
f. Bộ phận nạp liệu:
Để nạp liệu vào lị ở phía trên của lị 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 lị tăng.
• Khoảng không gian được sử dụng tốt hơn, sử dụng được 100% thể tích lị.
Tùy theo phương pháp mở lị ta chiu các lị 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 lị 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 lị 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 lò và bộ phận lọc sạch khí lị…


3.GẦU RÓT VÀ THÙNG RÓT KIM LOẠI:

- 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.
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, vv.)
bắn toé vào người.

4.Thiết bị điện:
Thiết bị điện của lò gồm mạch điện cường độ cao, các loại cầu dao,các thiết bị điều chỉnh tự
động điện cực, các dụng cụ đo điện, bảo vệ…
• Mạch điện cường độ cao là bộ phận quyết định giá trị và khả năng làm việc của lị, ảnh
hường đến q trình sản xuất. Nó bao gồm cầu dao cách ly, cầu dao công suất cao thế
(chịu ứng lực cao), máy biến áp lị, cuộn cảm kháng, mạch ngắn và điện cực.
• Biến áp lò cung cấp nguồn điện chủ yếu cho lò, làm việc trong điều kiện nóng và quá tải
nên tăng cường làm nguội cho máy biến áp bằng dầu, không 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 cong suất 10,5-25% công

suất máy biến áp lị. 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.
Điện cực: là bộ phận rất quan trọng, vừa đóng vai trị dẫn điện vừa là nguồn điểm phóng điện
tử tạo ra chùm hồ quang để cung cấp nhiệt năng cho q trình nấu luyện thép.
So sánh tính chất vật lý của các điện cực
TT Các tính chất
Điện cực than
Điện cực grafit
2
1
Điện trở suất (ρ),Ω mm /m
40-50
6-14
2
Nhiệt độ oxy hóa bề mặt, °C
450-500
>600


Hàm lượng tro trong điện cực, %
5-7
0,20-0,30
3
Trọng lượng riêng, g/cm

• Thực
1,9-2,0
2,10-2,23
• Biểu kiến
1,50
1,70
5
Độ xốp, %
20-25
27-32
2
6
Độ bền nén, kg/cm
200-450
150-350
7
Độ dẫn nhiệt, kcal/m.h.°C
13
113
Trong q trình nấu luyện thép, điện cực ln ln 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 1,2-2 kg/tấn).
Đường kính điện cực : d đc = 2*√(I2/∏*∆i) = 600mm
Chiều dài của điện cực là 5000mm.
3
4


CHƯƠNG 2. CHUẨN BỊ LỊ VÀ TÍNH TỐN PHỐI
LIỆU NẤU THÉP

I.CHUẦN BỊ LỊ:
Trong q trình nấu luyện thì lớp lót của lò bị ăn mòn bởi xỉ lỏng và kim loại lỏng ở nhiệt
độ và hoạt tính cao, đáy lị bị phá hỏng khi nạp liệu cục lớn hay bị quá nung do điện cực quá
gần đáy. Vì vậy trước khi nấu luyện cần phải làm sạch lò và vá lị cẩn thận.
u cầu khi vá lị:
• Cạo sạch xỉ và thép còn đọng lại trong lò. Nếu xỉ trộn lẫn với vật liệu vá lò sẽ giảm độ
chịu lửa của đáy lị, đáy lị bị nóng làm giảm dung lượng lò, giảm năng suất lò. Kim loại
còn lại trong lị sẽ khó khống chế thành phần của mẻ nấu kế tiếp, kim loại nóng chảy sẽ
làm bong lớp lót, hàm lượng manhezit trong xỉ sẽ tăng lên.
• Khi lị hở thì kim loại và xỉ đơng rắn rất nhanh nên phải làm sạch lò càng nhanh càng tốt,
tranh thủ vá lị lúc nhiệt độ cịn cao (700-900°C)
• Vá đúng chỗ, những nơi bị bào mịn sâu thì vừa vá vừa nện chặt. Lớp vá không được dày
quá, tối đa là 30mm.
• Sau khi vá xong, dùng sẻn san bằng lớp vá, làm cho đáy lị có hình dáng như cũ.
Ngun vật liệu vá lị:
• Bột manhezit, chứa 90% MgO, cỡ hạt 0,8-1,5mm dùng để vá đáy lò và chân tường ở chỗ
hư hỏng nhỏ.


•

Khi cần vá ở những chỗ hư hỏng lớn thì dùng hỗn hợp bột manhezit và 5-10% nhựa
đường hay thủy tinh lỏng hoặc bột đôlômit trộn với nước thủy tinh.
Dụng cụ vá lị:
Đối với lị lớn, ta dùng máy khí nén, đĩa quay để nén các vật liệu vá lò vào chỗ cần vá. Lò được
mở nắp, hạ bunke chứa vật liệu vá lị vào lịng lị, đáy bunke có 1 đĩa quay, vật liệu vá lò rơi
xuống đĩa và được ném vào tường bên của lị.

II.TÍNH TỐN PHỐI LIỆU NẤU THÉP TRONG LÒ HỒ QUANG
DUNG LƯỢNG 95 TẦN:

Mác thép cần nấu là 70C với mẻ nấu 95 tấn.

Nguyên
tố
70C

C

Si

(0,67-0,75)

Mn

P

S

0,5-0,8

<0,03

<0,03

(0,17-0,37)

Ni
<0,25

Cr

<0,25

Có nhiều phương án chọn nguyên liệu. Ở đây ta chọn nguyên liệu là thép Sắt thép vụn và
gang. Ngoài ra nếu cần ta dùng fero Crom, fero mangan và than cốc khi thiếu Si, Mn, hay C.

Thành phần của nguyên liệu
Loại
nguyên
liệu
Sắt thép
vụn
Gang
FeMn75
FeCr70
Ni

C

Si

Thành phần (%)
Mn
P
S

0,28

0,2

0,45

0,04(<0,05) 0,04(<0,05) -

-

3,9
3
0,04
-

2,7
2
1
-

0,9
75
-

0,2(<0,3)
-

70
-

0,03(<0,05)
-

Ni

98%

Cr

1.Tính tốn phối liệu chính:
Gọi x: khối lượng sắt thép vụn
Y: khối lượng than
%Ctính tốn = %Cmác thép + 0,4 = 0,71 + 0,4 = 1,11 (%)

Suy ra: x = 79,8; y = 0,19;gang = 20
Bảng cháy hao các ngun tố
TK nấu chảy
Fe
2-5

TK oxi hóa
5-10

TK hồn nguyên
-


Mn
Si
Cr
P
S
W
Mo
Al

Ni

50
50-70
5-10
50-60
Than
cốc
Than
cực

C

10-15
50-80
10-20
30-40
10-15
50
100
-

75-80
5-8
85
>2
30-40

-

20-30

Một mẻ nấu khoảng 1 giờ
Thời kì nấu chảy
Nguyên
tố
Fe
C
Si
Mn
P
S

Lượng
trong kim
loại lỏng
92944,14
1067,98
303,62
531,15
53,25
26,46

Lượng
cháy hao

Lượng
vào xỉ

2323,6

0
182,17
265,58
29,29
0

232,36
0
91,09
212,46
11,71
0

Lượng
mất do
bay hơi
2091,24
0
91,08
53,12
17,58
0

Lượng còn lại
kg

%

90620,54
1067,98

121,45
265,57
23,96
26,46

98,371,16
1,16
0,13
0,29
0,026
0,029

Tổng lượng là 92125,96
Thời kì oxi hóa
Trong giai đoạn oxy hóa , với tốc độ khử 0,08%C/ phút, ta thổi oxy trong 6phút
Suy ra %C còn lại = 1,16 -0,48= 0,68
Nguyên tố
Fe
C
Si
Mn
P
S

Lượng
trong kim
loại lỏng
90620,54
1067,98
121,45

265,57
23,96
26,46

84713,65
c) Thời kì hồn ngun

Lượng
cháy hao

Lượng vào
xỉ

Lượng mất
do bay hơi

6796,54
0
78,94
33,2
8,39
3,31

3398,27
0
63,15
26,56
8,39
0

3398,27
0
15,79
6,64
0
3,31

Lượng cịn lại
Kg

%

83824
576,05
42,51
232,37
15,57
23,15

98,95
0,68
0,05
0,27
0,018
0,027


Lượng fero thêm vào để khử oxy
MFe-Si 75 =

kg

MFe- Mn =

kg

MFe- Cr=

kg

M Ni=

kg

Nguyên tố
Fe
C
Si
Mn
P
S
Cr
Ni

Lượng trong
kim loại lỏng
90888
620,78
285,29
635,65

17,93
23,54
190
190

Lượng cháy
hao
0
217,27
28,53
44,5
0
18,83

Lượng còn lại
kg
%
90888
98,21
403,51
0,44
256,76
0,28
591,15
0,64
17,93
0,019
4,71
0,005
190

0,21
190
0,21

92542,06 kg

III.TÍNH TỐN LƯỢNG XỈ TRONG MẺ:
Một trong những yếu tố ảnh hưởng đến q trình cơng nghệ, thời gian nấu và chất lượng mẻ
nấu là chế độ xỉ. Việc đảm bảo chế độ xỉ tối ưu bắt đầu bằng sự thiết lập các giá trị tối ưu của các
thông số cơ bản như độ bazo (B ),khối lượng xỉ, độ sệt của xỉ , hoạt độ của xỉ,..và đồng thời phải
đảm bảo mức khử P,S và tạp chất tới mức tối thiểu.

1.Các chất tạo xỉ bazo và thành phần trợ dung:
Trong luyện thép người ta thường dùng các trợ dung tạo xỉ kiềm tính như vơi và đá vơi
(CaCO3, CaO), huỳnh thạch ( CaF2), đôlômit (CaMg(CO3) ),..: chất tạo xỉ trung tính như samốt
(Al2O3 và SiO2) và 1 lượng chất tạo xỉ tính axit (cát thạch anh) để điều chỉnh tính chất xỉ.
Oxy hay quặng sắt (hay vảy Fe sinh ra trong cán, rèn) dùng để oxy hóa các nguyên tố S, P, Si,
Mn,..
Chất khử oxy là CaC2, fero silic, fero mangan, Si-Mn, Al, và 1 số nguyên tố đất hiếm.
Bảng thành phần trợ dung


Vật Liệu
Vơi
Huỳnh
thạch
Manhezit
Tro điện
cực
Gạch

Đinat
Samot
Quặng
Fe
Vảy cán
Than cốc

SiO2
2,3
3,6

Fe2O3 Al2O3 CaO
2,2
0,8
91,3
1,5
0,2
-

MgO
3,3
-

MnO
-

CaF2
94,2

S

0,1
-

P
-

CaCO3 FeO
0,5
-

3
46

2
18

1
26

1
10

92
-

1
-

-

-

-

-

-

94

1,1

1,6

2,5

0,8

-

-

-

-

-

-

62
3,8

2
81,2

35
1,2

0,7
0,2

0,3
0,2

0,7

-

-

0,1

-

12,6

1,75
51

35,57
7

0,62
35

1,4
5

0,62
-

1,43
-

-

-

-

-

58,6
-

2. Tính tốn khối lượng xỉ:
Thành phần bay hơi và vào xỉ của các nguyên tố:
Ngyên tố
Fe

Si
Mn
P
Ti
Cr
S
Ni

Bay hơi
90%
50%
20%
20%
15%
1,5%

Bảng thăng bằng các nguyên tố
Nguyên tố
Trong liệu
Vào xỉ (kg)
kim loại (kg)
Fe
C
Si
Mn
P
S

78598
815

557
432
57,5
30,5

3630,63
0
154,24
239,02
20,1
0

Vào xỉ
10%
50%
80%
100%
100%
80%
Bay hơi (kg)
5489,51
106,87
59,76
17,58
3,31

Khối lượng xỉ cần dùng trong mẻ nấu là: Gxỉ = 4,7/ 0,33 = 14,25 tấn
Lượng xỉ do liệu tạo ra: 3630,63 + 154,24 + 239,02 + 20,1 = 4,044 tấn
Lượng chất tạo xỉ cần thêm : 14,25– 4,044 = 10,995 = 10,21 tấn

Xỉ bazo là xỉ tốt nhất để khử P. Vì vậy ở đây ta tạo xỉ bazo cho lò hồ quang bazo.
Thành phần xỉ:
Thành phần hóa học
Xỉ bazo
SiO2
30 ÷ 35%
CaO
40 ÷ 45%
MgO
10 ÷ 14%
Al2O3
5 ÷ 10%
FeO
2÷3%
P2O5
0,1 ÷ 0,5%
S
0,6 ÷ 1%
B = (CaO + MgO)/SiO2 3
Lượng CaO cần dùng : 42,5%*14,25 = 6,05 tấn
Lượng MgO cần dùng là : 12%*14,25 = 1,71 tấn
Lượng nhôm oxit cần dùng: 7,5%*14,25= 1,07 tấn
Lượng Gạch Đinat cần bổ sung:(14,25*32,5% - 0,154)*100/94 = 4,63 tấn
Lượng FeO trong xỉ là: 3,63/56*(56 + 16) =4,67 tấn > 14,25*3% =0,43 tấn

CHƯƠNG 3. CÔNG TÁC CHUẨN BỊ
1. Kiểm tra thiết bị:
- Kiểm tra khả năng làm việc và an toàn 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.

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 lị.Ngun 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 cc trong quỏ trỡnh
nu.
ã C gng np liu 1ữ2 ln, 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 lò không 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)

<10kg
10÷25 kg
25÷150 kg

% liệu trong mẻ liệu
40%
45%
15%

Q trình chất liệu có thể chia làm 2 đợt:
• Chất khoảng 60% liệu gồm thép, vơi, 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 vôi 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.

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.

CHƯƠNG 4.CƠNG NGHỆ NẤU LUYỆN THÉP TRONG
LÒ HỒ QUANG BAZIT
I.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.

1.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 lam 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 lò, do đó phải hạ thấp cơng suất điện trong lị là 50%
công 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 H 2, 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, 2-10%MnO, 35%Al2O3, 12-20%(FeO+Fe2O3), 0,7-1,2%P2O5, 0,1-0,2%S

2.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:
(P2O5)
LP =

[P]2

= KP.(FeO)5.(CaO)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 phi cao ( B=2ữ3)
ã Nhit ca x phi tng 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 lị 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.

3.Biện pháp rút ngắn thời gian nấu chảy:
•

•

Đưa cơng 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 lị 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 dịng chảy lỏng nên khơng
cần đẩy chúng vào nồi lò 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 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.

II.GIAI ĐOẠN OXY HÓA:
1.Nhiệm vụ cơ bản của giai đoạn này là:
•
•
•
•
•

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).

2.Thực hiện q trình:
Máy biến thế lị 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 60-70% xỉ. Cho CaO
vào (1-1,5% lượng mẻ liệu,1,5-2,5 tấn).
Cho thêm quặng sắt vào nồi lị kim loại sẽ sơi 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 hồn ngun 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 xun lấy mẫu phân tích thành phần các nguyên tố trong thép lỏng.

Oxy hóa cacbon:
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
Do đó khi tăng nhiệt độ nồi lị kim loại thì sẽ thúc đẩy phản ứng oxy hoa C, độ nhớt của xỉ và
kim loại giảm tạo điều kiện tốt cho các khí Co thốt ra khỏi vùng phản ứng và oxyt sắt dễ khuếch
tán từ xỉ đến kim loại để tham gia phản ứng oxy hóa C.

3.Oxy hóa P:
Phospho là 1 nguyên tố có hại, hàm lượng P cao trong thép sẽ làm giảm độ dai va đập, độ bền,
độ cứng còn làm tăng độ giòn nguội của thép, tăng thiên tích trong thép và khó khăn cho việc
đồng đều hóa thành phần kim loại khi nhiệt luyện.
Hàm lượng P trong liệu phần lớn được khử trong giai đoạn nấu chảy, ở giai đoạn này ta cần khử
P triệt để hơn, nhỏ hơn yêu cầu của mac thép.
Phản ứng P bị oxy hóa:
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:
(P2O5)
LP =

2

= KP.(FeO)5.(CaO)4

[P]
Khi khử P, cần giảm hàm lượng (SiO2), tăng (CaO), (FeO) và giảm nhiệt độ (1450-1500°C), khử
ở giai đoạn cuối giai đoạn nấu chảy và đầu giai đoạn oxy hóa.
Oxy hóa Si:
2 [FeO] +[Si] = (SiO2) +2[Fe], ∆H = -75790cal
Khi nhiệt độ kim loại thấp, phản ứng oxy hóa Si tiến hành thuận lợi, Si bị oxy hóa gần như hồn
tồn ở giai đoạn oxy hóa.
Hàm lượng (FeO) cao khi oxy hóa Si
(FeO) + (SiO2) = (FeO.SiO2)
Hợp chất này kết hợp với vôi tạo silicat bền vững và giải phóng FeO.
(FeO.SiO2) + (CaO) = (CaO.SiO2) +(FeO)
Oxy hóa Mn:
[FeO] + [Mn] = (MnO) + [Fe] , ∆H = -28000 cal
Mức độ oxy Mn yếu hơn Si, oxy hóa Mn ở đầu giai đoạn oxy hóa, cuối giai đoạn oxy hóa, nhiệt
độ cao(1600°C), Mn có thể hồn nguyên lại.
(MnO) +[C] = [Mn] +CO

Khử khí và tạp chất kim loại:
Trong giai đoạn sôi, kim loại bị khấy trộn, các bọt khí CO là trung tâm kết tụ các khí khác và các
tạp chất phi kim. Khí CO thốt ra mang theo các khí nitơ, hyđrơ và các tạp chất khác cùng nổi
lên xỉ.

Vấn đề sử dụng oxy nguyên chất trong giai đoạn oxy hóa:
So sánh phương pháp dùng oxy nguyên chất và quặng sắt:
Thổi oxy
Quặng sắt
• Phản ứng oxy hóa các ngun tố

• Phản ứng oxy hóa xảy ra chậm hơn,
xảy ra nhanh. Ví dụ tốc độ oxy hóa
đối với thép cacbon thì tốc độ oxy
C là 1,5-2%/h đối với thép cacbon
hóa trung bình là 0,3-0,5%C/h.


•

•
•

cao(0,5-1%), 0,08%C/h đối với
thép cacbon thấp (0,1%C).
Nhiệt độ kim loại lỏng tăng nhanh
30°C-40°C/phút, nhờ đó mà kim
loại và xỉ có độ sệt thấp, cháy hao
các nguyên tố hợp kim ít.
Năng suất lị tăng 20-30%, tiết kiệm
điện năng 20-50kWh/tấn.
Kim loại sơi mãnh liệt, xáo trộn
kim loại đều khắp, giảm hàm lượng
khí, tạp phi kim, tăng chất lượng
thép.

•

Nhiệt độ kim loại lỏng tăng chậm 56°C/phút.

•

Thời gian oxy hóa lâu.

•

Tăng lượng xỉ, tăng cường độ lao
động của công nhân, tăng các tạp
chất bẩn.

Tuy vậy việc sử dụng oxy nguyên chất có các nhược điểm sau:
• Nhiệt độ kim loại tăng nhanh nên vấn đề khử P rất khó.
• Khống chế tốc độ cháy C rất khó, giảm hàm lượng C q nhỏ.
• Dễ gây ra nổ, phun bắn kim loại lỏng.

Nâng cao nhiệt độ nồi lò kim loại:
Việc nâng cao nhiệt độ ở cuối giai đoạn oxy hóa có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng mẻ nấu.
Nếu khi tháo xỉ oxy hóa, kim loại có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ rót tạo điều kiện cho việc tiến
hành giai đoạn hoàn nguyên: xỉ mới được hình thành nhanh chóng, phản ứng khử oxy tiến hành
với tốc độ cao, khử S dễ dàng và các nguyên tố hợp kim nóng chảy ở thời gian ngắn.

III.GIAI ĐOẠN HỒN NGUN:
1.Nhiệm vụ:
•
•
•
•
•

Khử oxy từ các oxyt: FeO. MnO, SiO2,…nhưng chủ yếu là khử oxy của FeO vì hàm
lượng FeO lớn, sự tồn tại của nó ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng thép.

Khử S tới giới hạn cho phép.
Khống chế thành phần và nhiệt độ kim loại theo quy định của mác thép cần nấu.
Tinh luyện và hợp kim hóa thép.
Khử các khí nitơ, hyđrơ trong thép.

2.Thực hiện:
•

•
•

Sau khi cào xỉ oxy hóa xong, giảm điện thế mức điện thế sử dụng. Lúc này kim loại rất
nóng, nhiệt bức xạ rất lớn nên cần đưa cơng suất nhiệt thấp vào lò. Trong giai đoạn này
đòi hỏi tia hồ quang phát ra phạm vi rộng, tia hồ quang ngắn, giữ nhiệt đều khắp bề mặt
kim loại để tạo điều kiện khử oxy tốt.
Để đảm bảo hoàn nguyên tốt, cho chất oxy yếu vào lị trước, sau đó là loại trung bình và
cuối cùng là chất oxy hóa mạnh.Vậy khử oxy, ta cho FeMn vào trước để khử oxy sơ bộ,
sau đó cho C hoặc FeSi và cuối cùng cho Al để khử oxy triệt để.
Các phản ứng khử S thực chất xảy ra phản ứng song song với các phản ứng khử oxy
nhưng mức độ phụ thuộc vào khả năng khử oxy. Sau khi khử oxy gần xong thì cho chất
tạo xỉ như vơi, huỳnh thạch để tăng độ bazo và tính lỗng của xỉ, tạo điều kiện khử S
nhanh.