Nguyên lý lò

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA- ĐHQG TP.HCM
1

Giảng viên:Ths. Nguyễn Đăng Khoa

LỊ LUYEN KIM PLASMA

Tiểu luận: Ngun lý lị cơng nghiệp

LỊ LUYỆN KIM PLASMA
SV thực hiện:
ĐỖ NGUYỄN QUỲNH NGÂN
LÊ THỊ THANH TUYỀN

MSSV:
1512119
1513908


Nội dung
1. Sơ lược về công nghệ plasma:

2. Cấu tạo thiết bị lị luyện FFB.
3. Ngun lí hoạt động.
4. Một số loại lò plasma.

4.1 Lò phát 2 đầu của Đức
4.2 Lị Plasma hồ quang của Liên Xơ
4.3 Lị plasma cảm ứng của Nhật

5. Công nghệ luyện kim.

5.1 Một số vấn đề cơng nghệ đối với lị luyện Plasma
5.2 Nấu luyện
5.3 Các q trình hóa học

Tài liệu tham khảo.

LỊ LUYEN KIM PLASMA

1.1 lịch sử
1.2 Khái niệm
1.3 Ứng dụng

2


1. GIỚI THIỆU CHUNG

LỊ LUYEN KIM PLASMA

1.1 Lịch sử hình thành.
- Plasma đã được nghiên cứu từ những
thập niên 1920 bởi nhà hóa học Irwing
Langmuri.
- Từ thập niên 1970, plasma được ứng
dụng nhiều trong kĩ thuật: khắc vi mạch
điện tử, phun phủ, cắt kim loại,đốt rác
nấu luyện kim loại.
- 1980 lị plasma được sử dụng rộng rãi
ở các nước cơng nghiệp phát triển

3


1. GIỚI THIỆU CHUNG

LÒ LUYEN KIM PLASMA

1.2 Khái niệm.
- Plasma là trạng thái thứ tư của vật chất, trong đó các
chất bị ion hóa mạnh. Đại bộ phận phân tử hay nguyên
tử chỉ còn lại hạt nhân; các electron chuyển động tương
đối tự do giữa các hạt.
- Có 2 loại plasma nguội và plasma nóng.
- Plasma nhiệt độ cao: có mức độ ion hố hồn tồn,
nhiệt độ đạt đến vài trăm ngàn K
- Plasma nhiệt độ thấp: được sử dụng trong luyện kim,
có mức độ ion hố khoảng 1%, nhiệt độ có thể đạt đến
vài chục ngàn K
Điều kiện cơ bản để hình thành plasma:
- Nguồn năng lượng
- Các phần tử khí

4


1. GIỚI THIỆU CHUNG

5
LÒ LUYEN KIM PLASMA

1.3 Ứng dụng plasma trong luyện kim
• Nấu luyện các mác thép được hợp kim
hoá bằng nitơ với hàm lượng cao nhưng
vẫn bảo đảm sít chặt
• Nấu luyện các hợp kim cacbon thấp, ít
ơxy và hydrơ
• Tinh luyện tạp phi kim khỏi thép khi kết
hợp với xỉ
• Nấu lại các kim loại và hợp kim quý do
bảo đảm độ sạch cao và cháy hao ít
• Argon là khí plasma phổ biến và cũng
được sử dụng nhiều nhất trong luyện kim
plasma


1. GIỚI THIỆU CHUNG
6
LÒ LUYEN KIM PLASMA

Ưu điểm của việc sử dụng plasma:
Luyện được các KL-HK có nhiệt độ nóng chảy cao.
Năng lượng tiêu thụ tương đối thấp vào khoảng 0.437 kWh/kg 0.761 kWh/kg (đối với nhôm).
Giảm đáng kể mức độ cháy hao các nguyên tố nhờ vào việc giảm
tác động của q trình oxy hóa  Tiết kiệm chi phí nguyên liệu.
Khử sâu các tạp chất (khí, phi kim).
Đảm bảo thành phần hợp kim.
Nâng cao chất lượng thỏi đúc.
Khả năng đạt được trạng thái ổn định của dịng khí ion với nhiệt
độ cao.

Giảm đáng kể mức độ ô nhiễm môi trường.


1. GIỚI THIỆU CHUNG

7
LÒ LUYEN KIM PLASMA


2. CẤU TẠO

LỊ LUYEN KIM PLASMA

 Hệ thống cấp khí của lị.
• Để giữ trạng thái plasma ổn định
có chiều dài 280mm trong buồng
đốt cần có sự tiêu thụ lớn khí Ar
(16m3/h) . Do đó lị được chế tạo
với 2 nguồn cấp khí gas song
phương.
• Argon là khí plasma phổ biến
dùng trong luyện kim, thường sẽ
được sử dụng hỗn hợp với các
loại khí khác để tăng cường năng
lượng.
• Khí argon phải đảm bảo độ sạch

8

2. CẤU TẠO

9
LÒ LUYEN KIM PLASMA

 Thiết bị phát plasma (plasmatron).
• Plasmatron có 2 dạng : loại có ống anod và loại có anod là vật cần
nung.


2. CẤU TẠO

LỊ LUYEN KIM PLASMA

 Lị plasma có nồi lị bằng gốm.
• Lị plasma có nồi lị bằng gốm
có cấu tạo gần giống lị hồ quang
thơng thường, nhưng phải được
làm kín thật tốt
• Plasmatron được cấp dịng khí
argon để tạo khí quyển trung tính
trong lị
• Anod bằng đồng có nước làm
nguội, được lắp đặt ở đáy lị
• Để khuấy trộn đồng đều kim loại
lỏng, lị có thể được trang bị thêm
cuộn cảm ứng

10

11

2. CẤU TẠO

LÒ LUYEN KIM PLASMA


2. CẤU TẠO
Đặc điểm.
Khả năng đạt được trạng thái ổn định của dịng khí ion với nhiệt độ cao
Có thể điều khiển mơi trường khí trong lị
Có thể xử lý vật liệu một cách đa dạng
Giảm đáng kể mức độ ô nhiễm môi trường
Giảm đáng kể mức độ cháy hao các nguyên tố
Giá thành mẻ luyện cao do sử dụng khí và tiêu tốn năng lượng cao
Nấu luyện các mác thép được hợp kim hoá bằng nitơ với hàm lượng cao
nhưng vẫn bảo đảm sít chặt
• Nấu luyện các hợp kim cacbon thấp, ít ơxy và hydrơ
• Tinh luyện tạp phi kim khỏi thép khi kết hợp với xỉ
• Nấu lại các kim loại và hợp kim quý do bảo đảm độ sạch cao và cháy
hao ít

LỊ LUYEN KIM PLASMA


•
•
•
•

•
•
•

12


3. NGUN LÍ HOẠT ĐỘNG

LỊ LUYEN KIM PLASMA

-

13


3. NGUN LÍ HOẠT ĐỘNG
14
LỊ LUYEN KIM PLASMA

• Kim loại cần tinh luyện được đưa vào lò qua một hệ thống dẫn
nạp. Khí Ar được đảm bảo độ sạch sẽ đi theo các van V1 và V2
vào buồng đốt. Anot (+) và catot (-) được cấp nguồn điện 1 chiều,
giữa hai cực (-) và (+) luồng khí Ar bị ion hóa biến đổi sang trạng
thái plasma sinh ra nhiệt lượng lớn làm kim loại nóng chảy xuống
bể chứa.
• Đầu ra của lò: là xỉ nổi lên và ra theo đường (slag), cịn kim loại
nóng chảy đổ vào khn thành phoi, khí thải thốt ra theo đường
(off gases) được lọc và thải ra mơi trường.
• Trong buồng đốt hệ thống làm mát có tác dụng làm giảm tốc độ

kết tinh của kim loại nóng chảy giúp cho q trình tách kim loại
tinh luyện ra khỏi tạp chất phi kim đạt hiệu quả cao. Trong quá
trình đốt nhiệt độ trên catot rất lớn, dịng nhiệt có thể đạt 160W


4. MỘT SỐ LOẠI LỊ PLASMA
15
LỊ LUYEN KIM PLASMA

4.1 Lị plasma đúc thép bán liên tục.
 Các plasmatron có thể di chuyển
được để hướng dịng plasma vào vị
trí mong muốn giúp cho thỏi đúc sít
chặt
 Có thể sử dụng liệu vụn để nấu
luyện
 Do áp suất trong buồng cao nên sự
bay hơi của các nguyên tố không
đáng kể
 Thỏi đúc được tinh luyện có cấu trúc
định hướng, khơng có vùng tinh thể
đẳng trục ở lõi, chất lượng bề mặt tốt


4. MỘT SỐ LOẠI LỊ PLASMA
4.2 Lị phát hai đầu của Đức.

LỊ LUYEN KIM PLASMA

- Có 2 loại: loại có ống anod và loại có anod là vật cần nung.

16


4. MỘT SỐ LOẠI LỊ PLASMA
LỊ LUYEN KIM PLASMA

17
4.2 Lị phát hai đầu của Đức.

Plasmatron có ống anod
• Plasmatron sử dụng dòng một chiều với catod là
một thanh điện cực ở giữa (thường làm bằng hợp
kim W-Th) và anod là ống bao quanh.
• Khi cho một luồng khí vào buồng plasmatron, nó sẽ
đưa tia hồ quang phát ra giữa anod và catod về
phía vật nung. Trong q trình này, khí bị ion hố
tạo thành dịng plasma nhiệt độ thấp.

Plasmatron có anod là vật cần nung
• Plasmatron loại này cũng sử dụng dòng một chiều
với catod là một thanh điện cực và anod là kim loại
cần tinh luyện
• Loại này hồ quang có mật độ dịng lớn hơn và chạy


4. MỘT SỐ LOẠI LỊ PLASMA
4.3 Lị plasma cảm ứng của Nhật.

18

LÒ LUYEN KIM PLASMA


4. MỘT SỐ LOẠI LỊ PLASMA
4.4 Lị plasma hồ quang của Liên Xơ củ.

19
LỊ LUYEN KIM PLASMA


5. CƠNG NGHỆ LUYỆN KIM

5.1 Một số vấn đề cơng nghệ trong luyện kim của lị plasma. 20
LỊ LUYEN KIM PLASMA

 Ổn định hồ quang plasma:
- sự chuyển động hỗn loạn trong ống
có xu hướng làm tắt plasma  ổn
định bằng hệ thống làm mát, bằng
thân ống, bằng cách thay đổi dịng
khí hoặc bằng từ trường bên ngồi
- Ổn định hồ quang plasma bằng
dịng khí là biện pháp đơn giản và
thường được sử dụng. Với biện
pháp này, một dịng khí lạnh được
đưa vào bao quanh hồ quang và có
thể điều chỉnh nó. Dịng khí có thể
thẳng hoặc xoắn