Giáo trình Lý thuyết các quá trình luyện kim - Chương 7

Chia sẻ: Little Duck | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:20

Thêm vào BST

Báo xấu

235
lượt xem 92
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Chương 7 Phương pháp tinh luyện bằng điện xỉ 7.1. Khái quát Phương pháp luyện lại bằng tinh luyện điện xỉ (Electro Slag Refining - ESR) là một trong những phương pháp luyện kim tiên tiến. Kim loại được tinh luyện chủ yếu là thép hợp kim đặc biệt, đôi khi cũng được ứng dụng để tinh luyện các kim loại màu. Công nghệ này được nghiên cứu đầu tiên tại Viện Hàn điện Kiep và Viện Hàn điện Patôn (Liên Xô cũ). So với các công nghệ tinh luyện khác, phương pháp điện xỉ có nhiều tác dụng nổi...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Lý thuyết các quá trình luyện kim - Chương 7

Ch¬ng 7 Ph¬ng ph¸p tinh luyÖn b»ng ®iÖn xØ 7.1. Kh¸i qu¸t Ph¬ng ph¸p luyÖn l¹i b»ng tinh luyÖn ®iÖn xØ (Electro Slag Refining - ESR) lµ mét trong nh÷ng ph¬ng ph¸p luyÖn kim tiªn tiÕn. Kim lo¹i ®îc tinh luyÖn chñ yÕu lµ thÐp hîp kim ®Æc biÖt, ®«i khi còng ®îc øng dông ®Ó tinh luyÖn c¸c kim lo¹i mµu. C«ng nghÖ nµy ®îc nghiªn cøu ®Çu tiªn t¹i ViÖn Hµn ®iÖn Kiep vµ ViÖn Hµn ®iÖn Pat«n (Liªn X« cò). So víi c¸c c«ng nghÖ tinh luyÖn kh¸c, ph¬ng ph¸p ®iÖn xØ cã nhiÒu t¸c dông næi bËt nh sau: - T¸c dông lµm s¹ch kim lo¹i. Qu¸ tr×nh c«ng nghÖ ®iÖn xØ bao gåm 3 c«ng ®o¹n: nãng ch¶y, rãt ®óc vµ kÕt tinh cña kim lo¹i láng ®Òu diÔn ra trong b×nh kÕt tinh. Nh vËy kim lo¹i láng kh«ng hÒ tiÕp xóc víi kh«ng khÝ vµ vËt liÖu chÞu löa nªn tr¸nh ®îc sù nhiÔm bÈn. - T¸c dông läc röa cña xØ. C¶ kim lo¹i ®îc tinh luyÖn vµ xØ ®Òu ë nhiÖt ®é t¬ng ®èi cao nªn c¸c ph¶n øng luyÖn kim ®îc xóc tiÕn nhanh. Sau khi kim lo¹i nãng ch¶y, tõng giät h×nh thµnh sÏ r¬i xuèng xuyªn qua líp xØ vµo bÓ kim lo¹i láng. DiÖn tÝch tiÕp xóc gi÷a thÐp láng vµ xØ láng cã thÓ lªn tíi 300m2/tÊn. Ph¶n øng luyÖn kim tiÕn hµnh rÊt triÖt ®Ó ®ång thêi l¹i do t¸c dông khuÊy trén cña lùc ®iÖn tõ lµm cho bÓ xØ bÞ khuÊy trén m·nh liÖt, kh«ng ngõng thay ®æi mÆt tiÕp xóc gi÷a thÐp-xØ, cêng ho¸ c¸c ph¶n øng tinh luyÖn t¨ng nhanh qu¸ tr×nh hÊp thô t¹p chÊt phi kim cña xØ vµ lo¹i bá c¸c thÓ khÝ cã h¹i ra khái thÐp. - T¸c dông kÕt tinh cìng bøc. ThÐp láng tinh luyÖn l¹i ®îc lµm nguéi rÊt nhanh trong thïng kÕt tinh, nªn tèc ®é kÕt tinh rÊt lín, c¶i thiÖn ®îc sù ph©n bè vÒ thµnh phÇn ho¸ häc còng nh thiªn tÝch vÒ tæ chøc kim t¬ng cña thái thÐp. - T¸c dông bï ngãt rÊt tèt. PhÝa trªn thái thÐp lu«n lu«n cã bÓ kim lo¹i láng vµ bÓ xØ nhiÖt ®é cao, tøc lµ cã mò gi÷ nhiÖt, kim lo¹i láng phÝa trªn lu«n bï vµo lâm co do kim lo¹i phÝa díi kÕt tinh co ngãt. Nh vËy hoµn toµn cã thÓ lo¹i bá mét c¸ch cã hiÖu qu¶ lâm co vµ xèp thêng gÆp ë thái thÐp vµ ®é ®Æc ch¾c cña thái thÐp ®îc n©ng cao. - T¸c dông cña líp vá xØ. Gi÷a b Ò mÆt thái vµ b×nh vµ b×nh kÕt tinh cã mét líp xØ máng t¹o thµnh líp vá xØ bao quanh thái thÐp, lµm cho chÊt lîng bÒ mÆt cña thái nh½n bãng, ®ång thêi cã t¸c dông c¸ch nhiÖt lµm cho thái thÐp to¶ nhiÖt cã ®Þnh híng h×nh thµnh vïng tinh thÓ h×nh trô gÇn nh ®Þnh híng, c¶i thiÖn cÊu tróc vi m« cña thái thÐp. Nh÷ng u viÖt cña ph¬ng ph¸p luyÖn b»ng ®iÖn xØ: - ChÕ t¹o ®îc nh÷ng thái thÐp ®Æc ch¾c, kh«ng cã lâm co vµ rç xèp, nh÷ng thái thÐp nh vËy ®· cã träng lîng tíi 200 tÊn; - S¶n phÈm rÊt s¹ch, Ýt t¹p chÊt, t¹p chÊt l¹i nhá mÞn vµ ph©n bè ®ång ®Òu. - TÝnh ®ång nhÊt cña tæ chøc vµ thµnh phÇn ho¸ häc tèt; - Tr¸nh ®îc thiªn tÝch gi¶i vµ thiªn tÝch vïng; - HÖ sè thu håi kim lo¹i rÊt cao; - Khö s©u lu huúnh vµ c¸c t¹p chÊt phi kim kh¸c; - Gi÷ ®îc c¸c nguyªn tèt hîp kim, kÓ c¶ nh÷ng nguyªn tè dÔ bÞ oxy ho¸; - Cã kh¶ n¨ng hiÖu chØnh ®îc thµnh phÇn khi chän xØ thÝch hîp, nÕu thµnh phÇn ®iÖn cùc kh«ng ®óng nh thµnh phÇn x¸c ®Þnh; - Lµm t¨ng kh¶ n¨ng biÕn d¹ng vµ ®é dai va ®Ëp; - Nh÷ng tÝnh chÊt theo chiÒu ngang ®îc c¶i thiÖn rÊt m¹nh; - C¶i thiÖn nh÷ng tÝnh chÊt ë nhiÖt ®é cao; - C¶i thiÖn ®îc tÝnh hµn; - §Æt ®îc bÒ mÆt ph¼ng tr¬n, kh«ng cÇn gia c«ng bÒ mÆt tr¬c khi biÕn d¹ng nãng; - TÝnh chÊt biÕn d¹ng nãng tèt h¬n;
- Gi¶m ®îc ®é biÕn d¹ng mµ vÉn ®¹t ®îc tæ chøc x¸c ®Þnh ë t©m s¶n phÈm; - §iÒu kiÖn tíi h¹n khi ®óc rãt ®iÖn cùc Ýt h¬n so víi ®óc rãt thái c¸n; - KiÓm tra ®îc tèc ®é vµ híng ®«ng ®Æc; - KiÓm tra ®îc kÝch cì h¹t; - KiÓm tra ®îc kÝch cì c¸cbÝt, ®Æc biÖt ®èi víi thÐp giã; - Kh¶ n¨ng chÞu ¨n mßn t¨ng; - B¶o vÖ kim lo¹i láng kh«ng bÞ m«i trêng oxy ho¸. B¶ng 7.1. So s¸nh nh÷ng ®¹i lîng ®Æc trng cña tinh luyÖn ®iÖn xØ vµ tinh luyÖn hå quang ch©n kh«ng: Néi dung §iÖn xØ Hå quang ch©n kh«ng S < 0,002%; P < 0,003%; N < S: 0,004%; P: 0,011% - Khö S, P, N 0,0126% N: 0,0094% - ChÊt lîng bÒ mÆt - RÊt tèt - T¬ng ®èi kÐm - C¬ b¶n kh«ng xèp vµ kh«ng - Co ngãt - Cã xèp, cã lâm co co ngãt - Sù thiªn tÝch Crmax/ Crmin 1,91 1,93 - Mn max/ Mnmin 1,5 1,6 - Khö kÐm phô thuéc vµo - Khö - Tèt thµnh phÇn xØ vµ thÐp - Nguån ®iÖn - Xoay chiÒu, mét chiÒu - Mét chiÒu - ThiÕt bÞ - BiÕn ¸p, chØnh lu - ChØnh lu + ch©n kh«ng - Tiªu hao ®iÖn n¨ng Kwh/kg 12 0,6  1 - Cã thÓ ch©n kh«ng, ¸p suÊt - M«i trêng luyÖn - Ph¶i lµ ch©n kh«ng thÊp. - XØ - XØ - Kh«ng cÇn xØ - Nguyªn liÖu - §iÖn cùc tù hao - §iÖn cùc tù hao - HiÖu suÊt thu håi kim lo¹i - Cao h¬n - ThÊp h¬n - ChÊt lîng s¶n phÈm - T¬ng ®¬ng - T¬ng ®¬ng - Gi¸ thµnh s¶n phÈm - ThÊp h¬n - Cao h¬n - §Çu t - ThÊp h¬n - Cao h¬n Qua sù so s¸nh vµ ®¸nh gi¸ trªn ta thÊy, ph¬ng ph¸p tinh luyÖn ®iÖn xØ cã nhiÒu u ®iÓm h¬n. §Æc biÖt trong ®iÒu kiÖn ë níc ta ®Çu t c«ng nghÖ tinh luyÖn ch©n kh«ng cha cã, th× viÖc triÓn khai tinh luyÖn b»ng ®iÖn xØ hiÖn t¹i cã thuËn lîi h¬n. 7.2. C¬ së lý thuyÕt cña qu¸ tr×nh ®iÖn xØ 7.2.1. Nguyªn lý lµm viÖc cña c«ng nghÖ ®iÖn xØ
7.1. S¬ ®å thiÕt bÞ tinh luyÖn ®iÖn xØ a - S¬ ®å nguyªn lý b - S¬ ®å m¹ch ®iÖn 1 Gi¸ ®ì ®iÖn cùc XL §iÖn trë c¶m øng 2 §iÖn cùc RL §iÖn trë d©y dÉn 3 Thïng kÕt tinh RS §iÖn trë cña xØ láng 4 XØ láng 5 Kim lo¹i láng 6 Líp vá xØ 7 Khe hë kh«ng khÝ 8 Thái thÐp ®«ng ®Æc 9 C¸ch ®iÖn 10 TÊm ®¸y 11 Nguån ®iÖn * Gi¶i thÝch: - Thïng kÕt tinh ®îc chÕ t¹o b»ng ®ång, cã thÓ cè ®Þnh hoÆc di ®éng vµ ®îc lµm nguéi b»ng níc. - TÊm ®¸y ®îc lµm nguéi b»ng níc. - GÝa ®ì ®iÖn cùc cã thÓ chuyÓn ®éng theo ph¬ng th¼ng ®øng. - Nguån ®iÖn - cã thÓ lµ xoay chiÒu hoÆc mét chiÒu, biÕn ¸p cao dßng cã thÓ ®iÒu chØnh ®îc. - §iÖn cùc tù hao (thái thÐp cÇn tinh luyÖn) ®îc m¾c nèi tiÕp víi xØ láng, kim lo¹i ®«ng ®Æc vµ tÊm ®¸y cña b×nh kÕt tinh ®Ó trë vÒ nguån, t¹o thµnh mét m¹ch ®iÖn kÝn. Dßng ®iÖn truyÒn qua xØ láng cã ®iÖn trë lín, n¨ng lîng ®iÖn biÕn thµnh nhiÖt n¨ng theo ®Þnh luËt Jule-Lentz, n©ng nhiÖt ®é xØ ®Õn 1800-20000C. Lîng nhiÖt to¶ ra Q cã thÓ ®îc tÝnh to¸n theo c«ng thøc:
Q = 0 ,24 I2RSt (Calo) I : Cêng ®é dßng ®iÖn. RS : §iÖn trë xØ. t : Thêi gian. Tõ c«ng thøc nµy ta thÊy lîng nhiÖt to¶ ra phô thuéc vµo dßng ®iÖn vµ ®iÖn trë cña xØ. Trong qu¸ tr×nh ®iÖn xØ, theo ®Þnh luËt ¤m ta cã gi¸ trÞ cña dßng ®iÖn t¨ng khi t¨ng ®iÖn ¸p trong vïng xØ vµ khi gi¶m ®iÖn trë cña xØ. US I RS US : §iÖn ¸p xØ C¸c ®¹i lîng (I, US, RS) liªn hÖ chÆt chÏ víi nhau, sù thay ®æi cña mét ®¹i lîng kÐo theo sù thay ®æi cña hai ®¹i lîng kia, vïng xØ ®îc coi nh mét hÖ thèng riªng biÖt. Lîng nhiÖt nµy lµm nãng ch¶y xØ vµ ®iÖn cùc tù hao (~ 40%) vµ gi÷ cho kim lo¹i ë tr¹ng th¸i nãng ch¶y vµ qu¸ nhiÖt tríc khi bÞ lµm nguéi vµ kÕt tinh cìng bøc. PhÇn lín nhiÖt mÊt ra ngoµi theo níc lµm nguéi qua b×nh kÕt tinh vµ tÊm ®¸y (~50%), mét phÇn tÝch tr÷ ë thái kim lo¹i míi h×nh thµnh (~9%). Tiªu hao ®iÖn n¨ng phô thuéc vµo tõng trêng hîp cô thÓ vµ dao ®éng tõ 1.000-2.000 Kwh/tÊn s¶n phÈm. 7.2.2. Hµnh vi cña c¸c nguyªn tè tro ng ®iÖn xØ - Hµnh vi cña oxy: - Trong qu¸ tr×nh luyÖn thÐp b»ng ®iÖn xØ, xØ ®ãng mét vai trß quan träng. Nh÷ng t¹p chÊt phi kim lo¹i tån t¹i trong thÐp ®îc xØ hÊp thô vµ hoµ tan, th«ng qua ph¶n øng luyÖn kim x¶y ra ë bÒ mÆt biªn giíi gi÷a xØ vµ kim lo¹i. BÒ mÆt biªn giíi lín, xØ ®îc qu¸ nhiÖt vµ khuÊy trén m¹nh, ®é sÖt thÊp, sù c©n b»ng nhiÖt hÇu nh hoµn toµn, ®ã lµ nh÷ng ®iÒu kiÖn thuËn lîi ®Ó khö s©u t¹p chÊt cña thÐp láng. ë ®iÒu kiÖn b×nh thêng tinh luyÖn ®iÖn xØ ®îc tiÕn hµnh trong m«i trêng kh«ng khÝ víi ®iÖn cùc tù hao vµ thïng kÕt tinh chøa kim lo¹i láng vµ xØ nãng ch¶y. Nguån cung cÊp oxy bao gåm: - ¤xy cña kh«ng khÝ th©m nhËp qua xØ. - Líp vá «xit trªn ®iÖn cùc tù hao. - Sù oxy ho¸ ®iÖn cùc trong qu¸ tr×nh nÊu. - ¤xy trong kim lo¹i tinh luyÖn. C¬ chÕ truyÒn oxy vµo kim lo¹i láng th«ng qua oxy ho¸ bÒ mÆt ®iÖn cùc tù hao nh sau: 2 Fe + 3/2 {O2} = (Fe2O3) (Fe2O3) + Fe = 3 (FeO) Theo ®Þnh luËt ph©n bè mét phÇn FeO ®i vµo xØ, mét phÇn ®i vµo kim lo¹i thùc hiÖn oxy ho¸ c¸c nguyªn tè trong kim lo¹i. - Nguån cung cÊp oxy tõ kh«ng khÝ tíi kim lo¹i: {O2} = 2 (O)hp (O)hp + 2 (FeO) = (Fe2O3) (Fe2O3) + Fe = 3 (FeO) Theo thuyÕt ion {O} ⇋ (O)hp (O)hp + 2 (Fe2+) + 3 (O-2) = 2 (FeO2-) FeO2- sinh ra trªn bÒ mÆt xØ, khuyÕch t¸n vµo mÆt ph©n pha xØ - kim lo¹i vµ bÞ Fe hoµn nguyªn: 2 (Fe2-) + Fe = 3 (Fe2+) + 4 (O2-) 2+ 2- Fe vµ O sinh ra mét phÇn ®i vµo kim lo¹i theo ph¶n øng: (Fe2+) + (O-2)  Fe + O
Mét phÇn kh¸c khuyÕch t¸n lªn mÆt biªn giíi xØ vµ khÝ lß. - Tõ ®©y ta thÊy FeO cã t¸c dông trung gian víi viÖc truyÒn oxy vµo kim lo¹i. - §Ó h¹n chÕ viÖc truyÒn oxy vµo kim lo¹i cÇn ph¶i: chÕ t¹o ®iÖn cùc cã bÒ mÆt s¹ch, dïng khÝ tr¬ b¶o vÖ (Ar) hoÆc dïng líp s¬n b¶o vÖ. Ngoµi ra oxy cßn ®i vµo kim lo¹i do xØ Èm hay h¬i níc theo ph¶n øng: {H2O} + (O2-) = 2 (OH-) Trªn bÒ mÆt xØ vµ kim lo¹i x¶y ra ph¶n øng sau: 2 (OH-) + Fe = (Fe2+) + 2 (O2-) + 2H 2 (Fe2+) + 2 (O2-) = 2 Fe + 2 O 2 (OH-) + (Fe2+) = Fe + 2 [O] + 2H Do vËy, khi ®ã H2 còng x©m nhËp vµo kim lo¹i. - Qu¸ tr×nh oxy ho¸ c¸c nguyªn tè trong ®iÖn xØ tu©n theo lý thuyÕt nhiÖt ®éng häc cña ph¶n øng oxy ho¸ khö. Møc ®é oxy ho¸ phô thuéc vµo ®é bÒn nhiÖt ®éng cña c¸c «xit hay phô thuéc vµo n¨ng lîng tù do cña c¸c ph¶n øng t¹o thµnh «xit. ¤xy tõ c¸c nguån kh¸c nhau ®îc truyÒn vµo kim lo¹i vµ x¶y ra ph¶n øng gi÷a c¸c pha khÝ-xØ-kim lo¹i. NÕu trong xØ cã nh÷ng «xi kÐm bÒn v÷ng h¬n c¸c «xit trong kim lo¹i th× c¸c nguyªn tè trong kim lo¹i sÏ bÞ oxy ho¸ t¹o thµnh c¸c «xit míi bÒn v÷ng h¬n. - Kh¶ n¨ng oxy ho¸ cña xØ t¨ng khi t¨ng ®é kiÒm cña xØ. - Kh¶ n ¨ng bÞ oxy ho¸ cña c¸c nguyªn tè cßn phô thuéc vµo ho¹t ®é cña oxy trong kim lo¹i. V× vËy khi xem xÐt sù oxy ho¸ c¸c nguyªn tè trong ®iÖn xØ ph¶i dùa vµo sù æn ®Þnh nhiÖt ®éng cña c¸c «xit, ¶nh hëng cña nhiÖt ®é, thµnh phÇn xØ vµ ®Æc biÖt lµ ®é baz¬ cña xØ. Do cã sù hÊp thô oxy trong qu¸ tr×nh tinh luyÖn ®iÖn xØ nªn cÇn ph¶i tÝnh ®Õn sù ch¸y hao c¸c nguyªn tè cã ¸i lùc víi oxy. Ch¸y hao c¸c nguyªn tè, % §é baz¬ cña xØ (%CaO/ %SiO2) H×nh 7.2. Quan hÖ gi÷a sù ch¸y hao c¸c nguyªn tè C, Si vµ Mn vµ ®é kiÒm cña x Ø.
- Hµnh vi cña: C, Mn, Si (FeO) + Si = (SiO2) + 2 Fe (FeO) + Mn  (MnO) + Fe (FeO) + C  (CO) + Fe - C¸c ph¶n øng nµy phô thuéc tû lÖ CaO/ SiO2 (H×nh 7.2) - T¨ng hµm lîng Al2O3 trong xØ lµm gi¶m sù ch¸y hao Si. - Sù ch¸y hao Si, Mn, C chØ lu ý khi hµm lîng SiO2 trong xØ cao. - Hµnh vi cña Al, Ti: Nh÷ng nguyªn tè cã ¸i lùc víi O2 nh Al, Ti cã thÓ bÞ oxy ho¸ ngay c¶ khi cã tån t¹i «xit Ýt bÒn v÷ng trong xØ (nh FeO, MnO, SiO2). Sù ch¸y hao tiÕp c¸c nguyªn tè nµy x¶y ra do qu¸ tr×nh oxy ho¸ th«ng thêng khi nÊu luyÖn. - §Ó tr¸nh sù oxy ho¸ ta tiÕn hµnh khö oxy liªn tôc cho xØ, sö dông ®iÖn cùc s¹ch, nÊu trong m«i trêng khÝ b¶o vÖ. - §èi víi nh÷ng nguyªn tè kh¸c cã ¸i lùc víi oxy còng cã thÓ rót ra nh÷ng nhËn xÐt t¬ng tù vµ khi tÝnh to¸n ho¹t tÝnh ho¸ häc c¸c nguyªn tè ph¶n øng víi oxy cã thÓ s¾p xÕp theo thø tù gi¶m dÇn sau ®©y: La, Ca, Ce, U, Zn, Ba, Al, Mg, Ti, Si, B, V, Mn, Nb, Cr, Fe, W, Co, Sn, Pb, Zn, Ni, Cu. - Hµnh vi lu huúnh: S lµ t¹p chÊt cã h¹i nhÊt, nã ¶nh hëng xÊu ®Õn tÊt c¶ c¸c tÝnh chÊt cña thÐp. §iÒu kiÖn khö S lµ: - XØ cã ®é kiÒm cao. - Kim lo¹i vµ xØ cã nhiÖt ®é cao. - Hµm lîng FeO trong xØ thÊp. Trong ®iÒu kiÖn ®iÖn xØ, nhiÖt ®é cña xØ cao h¬n ®¸ng kÓ so víi c¸c ph¬ng ph¸p luyÖn thÐp kh¸c. XØ lµm viÖc ë ®é qu¸ nhiÖt tõ 4006000C, nhiÖt ®é trung b×nh cña xØ trong qu¸ tr×nh tinh luyÖn ®¹t 1.800 -2.000 0C, rÊt thuËn lîi cho ph¶n øng khö S. MÆt kh¸c bÒ mÆt tiÕp xóc gi÷a kim lo¹i vµ xØ rÊt lín, tíi 300m2/tÊn kim lo¹i láng, trong khi ®ã gi¸ trÞ nµy ë lß ®iÖn hå quang chØ cã 0,3 -0,4m2/tÊn. V× vËy kh¶ n¨ng khö S do thµnh phÇn xØ quyÕt ®Þnh. Lý thuyÕt vµ thùc tÕ cho thÊy hiÖu qu¶ khö S trong ®iÖn xØ ®¹t tõ 60 80%, tuú thuéc vµo c¸c th«ng sè c«ng nghÖ kh¸c nhau. Sau ®iÖn xØ hµm lîng S trong thÐp cã thÓ ®¹t tíi 0,0070,003%. C¬ chÕ ph¶n øng khö S phô thuéc vµo qu¸ tr×nh ph¶n øng ho¸ häc vµ ph¶n øng ®iÖn ph©n. C¸c ph¶n øng ho¸ häc: Cã 2 lo¹i ph¶n øng, khèng chÕ hµm lîng lu huúnh trong qu¸ tr×nh ®iÖn xØ - ph¶n øng gi÷a xØ vµ kim lo¹i vµ ph¶n øng gi÷a khÝ vµ xØ: a) Ph¶n øng gi÷a xØ vµ kim lo¹i. S + (O2-)  (S2-) + O; b) Ph¶n øng gi÷a khÝ vµ xØ {S2-} + 3/2 {O2}  {SO2} + (O2-) Chóng ta h·y xem xÐt ph¶n øng "a" a( S 2 ) .a0 K a S  a( O 2 ) Tõ ®©y: a( S 2  ) a(O 2 ) K a S  aO  §èi víi dung dÞch láng vµ khi gi¸ trÞ N(S 2-) vµ N S kh«ng lín, ph¬ng tr×nh nµy cã thÓ biÓu diÔn nh sau: (S2-)/S = h »ng sè x N(O2-)/NO ë ®©y:
(S2-)/S: HÖ sè ph©n bè; (S2-) : Hµm lîng lu huúnh trong xØ, % (vÒ träng lîng); S: Hµm lîng lu huúnh trong kim lo¹i, % (vÒ träng lîng); N(O2-),NS2-: Nång ®é mol cña ion O2- vµ S2- trong xØ; NO, N S: Nång ®é mol cña nguyªn tö O vµ S trong kim lo¹i. P{ SO 2 } .a ( O 2 ) K P 3 / 2{O 2 } .a ( S 2 ) T¬ng tù nh vËy trong ph¶n øng "b": Tõ ®©y Ph¬ng tr×nh nµy cã thÓ biÓu diÔn nh sau: P 3 / 2{ O 2 } P{ SO 2 } K a ( S 2 ) a ( O 2 ) {S}/ (S) = h»ng sè x P3/2{O}/ N(O2-) ë ®©y: {S}: Hµm lîng lu huúnh trong pha kh Ý, % (vÒ träng lîng); (S) : Hµm lîng lu huúnh trong xØ, % (vÒ träng lîng); P{O2}: ¸p suÊt h¬i cña oxy trong pha khÝ; N(O2-): Nång ®é phÇn mol cña ion O2- trong xØ. Tõ ph¬ng tr×nh "a" cã thÓ thÊy r»ng viÖc chuyÓn dÞch lu huúnh tõ kim lo¹i vµo xØ x¶y ra khi ®é kiÒm xØ lín N(O2-) vµ hµm lîng oxy trong kim lo¹i thÊp. §èi víi xØ cã chøa lîng Al2O3 vµ SiO2 tèi thiÓu, th× nång ®é phÇn mol cña N(O2-) tØ lÖ thuËn víi nång ®é ®¸ v«i N(CaO). Gi¸ trÞ hÖ sè ph©n bè cao (cã nghÜa lµ viÖc khö lu huúnh khái kim lo¹i tèt) ®¹t ®îc khi hµm lîng lu huúnh cao, hµm lîng SiO2 vµ c¸c «xit s¾t trong xØ thÊp. Ph¬ng tr×nh "a" còng chØ ra r»ng viÖc chuyÓn lu huúnh tõ xØ vµo trong pha khÝ ®¶m b¶o ¸p suÊt h¬i oxy trong khÝ quyÓn P{O2} cao vµ ®é kiÒm cña xØ N(O2-) thÊp. NhiÒu kÕt qu¶ nghiªn cøu ®· chØ ra r»ng phÇn lín lu huúnh ®îc khö khái kim lo¹i vµ t¹o thµnh pha khÝ khi tinh luyÖn ®iÖn xØ trong khÝ quyÓn. Khi sö dông khÝ arg«n b¶o vÖ th× viÖc khö lu huúnh khái kim lo¹i kh«ng ®¸ng kÓ. Do vËy ph¶n øng gi÷a pha khÝ vµ xØ quan träng h¬n ph¶n øng gi÷a xØ vµ kim lo¹i. §Ó ®¶m b¶o viÖc khö lu huúnh mét c¸ch tèi u trong ®iÖn xØ cÇn thiÕt ph¶i tu©n thñ c¸c yªu cÇu:  Ph¶n øng gi÷a xØ vµ kim lo¹i: - yªu cÇu ®é kiÒm cña xØ cao vµ hµm lîng oxy trong kim lo¹i thÊp.  Ph¶n øng gi÷a khÝ vµ xØ: - y ªu cÇu ®é kiÒm cña xØ thÊp vµ ¸p suÊt cña oxy trong pha khÝ cao. Nh vËy, ®Ó khö lu huúnh tèt khi luyÖn l¹i trong kh«ng khÝ, yªu cÇu ®é kiÒm cña xØ trung b×nh hoÆc cao vµ hµm lîng oxy trong xØ thÊp. ViÖc khö lu huúnh cÇn ph¶i tho¶ m·n nh÷ng hµm lîng CaO vµ MgO trong xØ lín, hµm lîng SiO2 vµ «xit s¾t trong xØ thÊp, ®iÖn cùc cÇn ph¶i ®îc lµm s¹ch s¬ bé khái c¸c vÈy s¾t ®Ó lµm gi¶m hµm lîng «xit s¸t trong xØ. Ngîc l¹i ®Ó gi÷ lu huúnh trong kim lo¹i, cÇn ph¶i tiÕn hµnh luyÖn l¹i trong m«i trêng khÝ arg«n vµ ®a thªm lu huúnh vµo trong xØ ë d¹ng sunfÝt can xi víi sè lîng cÇn thiÕt ®Ó ®¹t ®îc c©n b»ng víi hµm lîng lu huúnh tron kim lo¹i. C¸c ph¶n øng ®iÖn ph©n: ViÖc luyÖn l¹i b»ng tinh luyÖn ®iÖn xØ cã thÓ ®îc thùc hiÖn víi viÖc sö dông dßng ®iÖn mét chiÒu hay xoay chiÒu. Chóng ta h·y xem xÐt viÖc sö dông dßng ®iÖn mét chiÒu víi ®iÖn cùc lµ Katèt (-) t¹i biªn giíi ph©n pha gi÷a kim lo¹i vµ xØ sÏ x¶y ra ph¶n øng: S + 2 e  (S2-)
Ph¶n øng gi÷a xØ vµ kim lo¹i: S + (O2-)  (S2-) + O Trªn bÒ mÆt xØ-khÝ, S trong xØ ph¶n øng víi oxy trong kh«ng khÝ: (S2-) + 3/2 {O2} = {SO2} + (O2-) Do ®ã khi sö dông dßng ®iÖn mét chiÒu sù khö S chØ x¶y ra nÕu ®iÖn cùc tù hao lµ d¬ng, kh«ng x¶y ra khi ®iÖn cùc tù hao lµ ©m. Do vËy, viÖc khö lu huúnh tèt nhÊt lµ qu¸ tr×nh tinh luyÖn ®iÖn xØ víi dßng xoay chiÒu. VÒ kh¶ n¨ng khö S, c¸c hÖ xØ kh¸c nhau cã thÓ s¾p xÕp theo thø tù sau (víi møc ®é gi¶m dÇn) CaF2 - CaO; CaF2 - MgO; CaF2 - Al2O3; CaF2. - Hµnh vi cña Phèt pho: Khö P khi tinh luyÖn ®iÖn xØ lµ mét qu¸ tr×nh oxy ho¸, cã nghÜa lµ nã x¶y ra khi ®iÖn xØ còng nh khi nÊu luyÖn thÐp th«ng thêng: 2 P + 5 O + 3 (O2-)  2 (PO43-) a 2 ( PO 43 ) K a 2P .a 5O .a 3O 2   Do ®ã: a( PO 3 )  K .a 5 .a 3 4 ( O 2 ) O  aP  2 2 ë ®©y: K: H»ng sè b»ng; a: Ho¹t ®é; a(PO3-)/ aP: HÖ sè ph©n bè cña P gi÷a xØ vµ kim lo¹i. §iÒu kiÖn khö P lµ: - XØ baz¬, xØ cã tÝnh oxy ho¸, nhiÖt ®é thÊp. C¸c ®iÒu kiÖn nµy gÇn nh tr¸i ngîc víi ®iÒu kiÖn khö S trong ®iÖn xØ. - Trong ®iÖn xØ P kh«ng t¸ch ®îc ra ngoµi kh«ng khÝ nh ®èi víi S, v× vËy kh¶ n¨ng khö P khã kh¨n. MÆt kh¸c sù t¨ng nhiÖt ®é cña xØ cã thÓ dÉn tíi P hoµn nguyªn trë l¹i kim lo¹i. Nh vËy ®iÖn xØ kh«ng thuËn lîi cho viÖc khö P. Tuy nhiªn vÒ nguyªn t¾c, cã thÓ khö P khi ®a vµo xØ mét lîng oxit s¾t vµ duy tr× nhiÖt ®é qu¸ tr×nh kh«ng cao. GÇn ®©y nhiÒu kÕt qu¶ nghiªn cøu c«ng bè vÒ viÖc khö P thµnh c«ng khi sö dông xØ hÖ CaF2-BaO. - Hµnh vi cña H2: Qu¸ tr×nh ®iÖn xØ kh¸c víi qu¸ tr×nh nÊu luyÖn ë lß hå quang, hy®r« kh«ng ®îc khö bá. Tuy nhiªn cã thÓ thÊy r»ng khi sö dông ph¬ng ph¸p rung ®éng cã thÓ thóc ®Èy hy®r« nguyªn tö t¹o thµnh c¸c bät khÝ hy®r« ph©n tö mµ t¸ch khái hÖ thèng. NÕu khi ®iÖn xØ kh«ng sö dông c¸c biÖn ph¸p phßng ngõa, th× hµm lîng hy®r« trong kim lo¹i cã thÓ dÔ dµng lªn. ViÖc t¨ng hµm lîng hy®r« cã thÓ biÓu thÞ ë d¹ng rç tæ ong trong thái ®óc vµ ë d¹ng nøt. Hy®r« ®îc t¹o thµnh khi ph¶n øng cña níc s¾t nãng ch¶y: Fe + (H2O)  (FeO) + 2 H Nguyªn vËt liÖu th«, hçn hîp phoi víi vËt liÖu ph¸t nhiÖt, c¸c lç trong ®iÖn cùc tù hao, bÒ mÆt ®iÖc cùc, sù ngng tô, m«i trêng, sù rß rØ trong hép kÕt tinh vµ tÊm ®¸y, cã thÓ lµ nguån gèc sinh ra níc khi tiÕn hµnh ®iÖn xØ. Tõ nguyªn vËt liÖu th«ng thêng ®Ó t¹o ra xØ (CaF2, CaO, MgO, Al2O3), CaO lµ nguån ®a níc vµo nhiÒu nhÊt. Níc ph¶n øng víi CaO vµ dÔ dµng t¹o thµnh Ca(OH)2, thËm chÝ v«i míi nung còng cã thÓ chøa ®Õn gÇn 2% níc, th«ng thêng chøa kho¶ng 2,5 -3%. MÊt m¸t tæng khi nung (H2O+CO2) ®èi víi c¸c vËt liÖu kh¸c nhau cã thÓ ®¹t Ýt h¬n 0,2% (vÒ träng lîng) cßn th«ng thêng Ýt h¬n 0,1% (vÒ träng lîng). Níc cã thÓ ®îc khö khái xØ b»ng c¸ch nÊu ch¶y s¬ bé nã, níc khi nµy ®îc khö theo ph¶n øng:
(CaF2) + (H2O)  2 {HF} + (CaO) CÇn ph¶i cã c¸c biÖn ph¸p h÷u hiÖu ®Ó lo¹i bá c¸c nguån ®a níc vµo trong ®iÖn cùc, thïng kÕt tinh vµ c¸c nguyªn liÖu kh¸c trong qu¸ tr×nh tinh luyÖn ® iÖn xØ ®Ó gi¶m hµm lîng H trong thÐp. - Hµnh vi cña Cacbon: C¸c bon kh«ng bÞ khö khái kim lo¹i hoÆc hîp kim trong qu¸ tr×nh tinh luyÖn b»ng ®iÖn xØ. Tuy nhiªn khi cã mÆt Cacbon trong xØ, hµm lîng cña nã trong kim lo¹i cã thÓ t¨ng lªn. Cacbon trong xØ thêng tån t¹i ë d¹ng Cacbit vµ do c¸c qu¸ tr×nh chÕ t¹o xØ trong lß nåi graphit hoÆc lß ®iÖn hå quang t¹o nªn. Cacbon x©m nhËp vµo xØ cµng t¨ng khi hµm lîng CaO tù do trong xØ cµng cao. Nguyªn nh©n lµ do ph¶n øng t¹o Cacbit canxi ph¸t triÓn m¹nh: CaO + 3 C  CaC2 + CO NÕu kh«ng cã c¸c qu¸ tr×nh nãi trªn th× hµm lîng C trong thÐp tinh luyÖn ®iÖn xØ thay ®æi kh«ng ®¸ng kÓ. B¶ng 7.2. Sù thay ®æi hµm lîng Cacbon trong mét sè hîp kim kh¸c nhau sau ®iÖn xØ. Hµm lîng Cacbon (%) Lo¹i thÐp Trong ®iÖn Trong thái ®óc cùc Hîp kim bÒn nãng cã chøa NiCrMo 0,13 0,13 Hîp kim chÞu ¨n mßn cã chøa NiCr 0,080 0,093 ThÐp chÞu ¨n mßn 18/10 ®îc æn ®Þnh b»ng Ti 0,06 0,07 7.2.3. ¶nh hëng cña ®iÖn xØ ®Õn hµm lîng khÝ vµ t¹p chÊt phi kim trong thÐp  Hy®r«: - Hy® r« lµ mét t¹p chÊt cã h¹i t¹o nªn c¸c rç xèp trong kim lo¹i, ®é hoµ tan cña hy®r« trong thÐp gi¶m nhanh khi h¹ nhiÖt ®é. Hy®r« tho¸t ra víi lîng lín g©y ra c¸c vÕt nøt tÕ vi gäi lµ "®èm tr¾ng" trªn mÆt gÉy. C¸c khuyÕt tËt nµy thÓ hiÖn rÊt râ trªn bÒ mÆt cña thÐp c¸n, ®Æc biÖt trong thÐp hîp kim Cr-Ni. - Hµm lîng H2 trong thÐp phô thuéc vµo ®é hoµ tan cña nã trong kim lo¹i øng víi c¸c nhiÖt ®é kh¸c nhau vµ phô thuéc vµo ¸p suÊt riªng phÇn cña H2 trong kim lo¹i hoÆc lµ kh¶ n¨ng che phñ b¶o vÖ cña xØ. - Nguån cung cÊp H (xin xem môc ph¶n øng thuû ph©n...) - Kh¶ n¨ng khö H2 phô thuéc lín vµo thµnh phÇn cña xØ. XØ axit cã t¸c dông b¶o vÖ kim lo¹i khái sù x©m nhËp cña H2. Cßn xØ baz¬ thóc ®Èy x©m nhËp cña H2. - Trong phÇn díi cña thái ®óc hµm lîng H2 t¨ng, ®iÒu nµy liªn quan tíi viÖc ®a H2 vµo tõ xØ r¾n ban ®Çu. - PhÇn trªn cña thái hµm lùng H2 gi¶m xuèng thÊp h¬n hµm lîng ban ®Çu do xØ ®· ®îc nÊu ch¶y hoµn toµn, ®iÒu nµy ®· ®îc nhiÒu sè liÖu chøng minh (B¶ng 7.3). B¶ng 7.3. VÝ dô vÒ ¶nh hëng cña ®iÖn xØ ® Õn hµm lîng H2 trong thÐp vµ hîp kim. Hµm lîng H2, % % H so víi M¸c thÐp hîp kim Tríc ®iÖn xØ Sau ®iÖn xØ ban ®Çu 0,00036 0,00013 36,1 15X11M 0,00029 0,00023 79,3 0,00015 0,00012 80,0 1X16H2M 0,00210 0,00130 61,7 0X18H9 0,00113 0,00087 77,0 1X14H8B 0,00105 0,00097 92,2 Hîp kim ni ken 867 0,00133 0,08041 30,8
- Tõ b¶ng trªn ta thÊy: + Møc ®é khö H2 trong ®iÖn xØ cµng cao khi hµm lîng H2 ban ®Çu trong ®iÖn cùc cao. + Víi lo¹i thÐp austenit viÖc khö H2 khã h¬n v× H2 hoµ tan trong nã rÊt lín. + Qua ®iÖn xØ cã thÓ t¸ch ®îc tíi 70% H2, tuú thuéc vµo hµm lîng H2 ban ®Çu trong ®iÖn cùc, vµo m¸c thÐp vµ thµnh phÇn xØ. - Ngoµi ra viÖc khö H2 cßn phô thuéc vµo tèc ®é kÕt tinh, vµ diÔn biÕn cña qu¸ tr×nh.  Ni t¬: Trong ®a sè thÐp vµ hîp kim ni t¬ lµ t¹p chÊt cã h¹i, lµm xÊu tÝnh chÊt cña thÐp. Tuy nhiªn víi nhãm thÐp Cr-Ni, ni t¬ ®îc ®a vµo nh mét nguyªn tè hîp kim víi môc ®Ých thay thÕ mét phÇn ni ken. - GÇn ®©y cã xu híng ®a ni t¬ vµo ®Ó t¨ng bÒn cho thÐp. - Hµm lîng ni t¬ trong thái thÐp ®iÖn xØ phô thuéc vµo nhiÒu yÕu tè: + Hµm lîng N trong thái thÐp ®iÖn cùc. - Thµnh phÇn xØ vµ chÕ ®é nÊu luyÖn. B¶ng 7.4. VÝ dô vÒ sù thay ®æi hµm lîng Ni t¬ khi ®iÖn xØ. Hµm lîng N, % Hµm lîng N, % so M¸c thÐp víi ban ®Çu Tríc ®iÖn xØ Sau ®iÖn xØ 0,0130 0,0100 77 12X2H4A 0,0120 0,0080 66,3 0,0080 0,00070 87,5 0,0123 0,0084 68,5 0,0099 0,0086 86,8 X15 0,0090 0,0060 68,7 OX18H9 0,0757 0,0273 35,9 1X14H18BU 0,0527 0,0647 115,0 - Nãi chung, trong nhiÒu trêng hîp hµm lîng N gi¶m so víi ban ®Çu. - Víi thÐp Cr-Ni ®îc hîp kim ho¸ bëi Nb kh«ng khö ®îc N v× sù æn ®Þnh cao cña NbN, ®ång thêi tØ träng cña NbN lín (8g/cm3) nªn kh«ng cã kh¶ n¨ng næi lªn. - Kh¶ n¨ng khö N cña thÐp OX 18H9 vµ thÐp Cr tèt v× liªn quan ®Õn sù ph©n li cña CrN. + VÒ ¶nh hëng cña thµnh phÇn xØ. - XØ kh«ng chøa Fe vµ c¸c bÝt, cã kh¶ n¨ng hÊp thô ni t¬ vµ tõ ®ã N tõ khÝ quyÓn ®îc khuyÕch t¸n vµo kim lo¹i. - §a vµo trong xØ mét lîng SiO2 sÏ lµm gi¶m sù hoµ tan cña N vµo kim lo¹i. + VÒ ¶nh hëng cña chÕ ®é nÊu luyÖn: - Khi nÊu ch¶y mÆt mót cña ®iÖc cùc tù hao ë gÇn bÒ mÆt xØ cã thÓ x¶y ra sù hÊp thô N tõ kh«ng khÝ. Khi c«ng suÊt cña cña m¸y ¸p kh«ng thay ®æi th× ë giai ®o¹n cuèi ph¶i t¨ng ®iÖn ¸p cña xØ láng. ChiÒu s©u cña ®iÖn cùc nhóng trong xØ láng gi¶m, do ®ã lµm t¨ng hµm lîng N ë phÇn trªn cña thái. + Nãi chung hµm lîng N trong kim lo¹i sau ®iÖn xØ gi¶m Ýt vµ cã thÓ ®iÒu chØnh ®îc nhê viÖc chän lo¹i xØ vµ chÕ ®é nÊu luyÖn thÝch hîp. C¸c t¹p chÊt d¹ng nit¬rit sau ®iÖn xØ gi¶m kh«ng ®¸ng kÓ nhng sù ph©n bè trong kim lo¹i ®ång ®Òu h¬n.  Oxy: - Qu¸ tr×nh ®iÖn xØ lµ qu¸ tr×nh oxy ho¸, tuy nhiªn sau ®iÖn xØ hµm lîng O2 kh«ng t¨ng mµ gi¶m ®¸ng kÓ (Xem b¶ng 7.5).
B¶ng 7.5. VÝ dô vÒ sù thay ®æi hµm lîng oxy khi ®iÖn xØ. Hµm lîng «xy % Hµm lîng oxy, % M¸c thÐp so víi ban ®Çu Tríc ®iÖn xØ Sau ®iÖn xØ 0,0024 0,0013 54,2 X15 0,0095 0,0062 65,3 15X16H2M 0,0036 0,0042 48,8 12X2H4A 0,0085 0,0032 25,1 0,0074 0,0012 16,2 0,0035 0,0022 64,0 OX18H9 0,0055 0,0031 56,0 1X14H18BU 0,0030 0,0020 66,5 - Hµm lîng oxy trong thÐp b×nh thêng gi¶m 22,5 lÇn. ChØ khi xØ chøa hµm lîng oxy rÊt lín míi cã sù t¨ng oxy trong kim lo¹i. - Qu¸ tr×nh khö oxy t¨ng m¹nh nÕu tiÕn hµnh khö oxy cho xØ trong qu¸ tr×nh nÊu luyÖn. - Vai trß quyÕt ®Þnh viÖc gi¶m oxy khi ®iÖn xØ lµ sù hoµn nguyªn Al tõ xØ.  Hµm lîng vµ sù ph©n bè c¸c t¹p chÊt phi kim: - Trong thÐp vµ hîp kim kh«ng chøa c¸c nguyªn tè t¹o ni t¬ rÝt m¹nh (Nb, Ti, Zr). Gi¶i quyÕt vÊn ®Ò t¹p chÊt phi kim thùc chÊt lµ ®i gi¶i quyÕt vÊn ®Ò oxit (b¶ng 7.6). B¶ng 7.6. VÝ dô vÒ sù thay ®æi t¹p chÊt phi kim tríc vµ sau ®iÖn xØ. Hµm lîng t¹p chÊt phi kim, % Hµm lîng t¹p chÊt phi kim, % so víi M¸c thÐp Tríc ®iÖn xØ Sau ®iÖn xØ ban ®Çu 0,0116 0,0050 43,1 X15 0,0174 0,0060 34,5 36XH1MA 0,0162 0,0057 35 0,0059 0,0057 95,5 X17H2 0,0188 0,0111 59 OX18H9 0,0320 0,0029 9,0 0,0320 0,0016 5,0 - Qua c¸c sè liÖu trªn ta thÊy khi ®iÖn xØ hµm lîng t¹p chÊt phi kim gi¶m. C¸c kÕt qu¶ thu ®îc ë b¶ng 7.6 t¬ng ®èi phï hîp víi b¶ng 7.5. Khi ®iÖn xØ hµm lîng t¹p chÊt phi kim trung b×nh gi¶m 22,5 lÇn . - C¸c nghiªn cøu vÒ kim t¬ng còng chØ râ t¹p chÊt phi kim cßn l¹i cã kÝch thíc rÊt nhá vµ ph©n bè ®ång ®Òu h¬n. - Hµm lîng t¹p chÊt rÊt Ýt, kÝch thíc rÊt nhá vµ ph©n bè ®ång ®Òu lµ u ®iÓm næi bËt nhÊt cña tinh luyÖn b»ng ®iÖn xØ. 7.4. Sù kÕt tinh cña thái ®óc ®iÖn xØ Khi nhiÖt ®é cña xØ láng lín h¬n nhiÖt ®é nãng ch¶y cña ®iÖn cùc tù hao th× kim lo¹i háng sÏ h×nh thµnh t¹o nªn bÓ thÐp láng trong thïng kÕt tinh. Do tèc ®é lµm nguéi lín nªn xØ láng t¹o thµnh líp vá xØ r¾n ë xung quanh thïng kÕt tinh lµm cho thái thÐp ®«ng ®Æc kh«ng tiÕp xóc trùc tiÕp víi thµnh thïng. Líp xØ r¾n nµy ng¨n c¶n qu¸ tr×nh truyÒn nhiÖt, g©y nªn sù truyÒn nhiÖt m¹nh theo híng trôc vµ t¹o ra híng kÕt tinh t¬ng øng khi nh÷ng ®iÒu kiÖn cÊp nhiÖt kh«ng ®æi. Do cã sù t¬ng t¸c víi líp vá xØ, mµ t¹o ra ®îc thái thÐp ®óc ®iÖn xØ cã chÊt lîng bÒ mÆt tuyÖt vêi so víi nh÷ng ph¬ng ph¸p tinh luyÖn kh¸c.
So víi lß hå quang ch©n kh«ng, tinh luyÖn ®iÖn xØ kÐm vÒ ph¬ng diÖn khö khÝ, song c¸c chØ tiªu kinh tÕ - kü thuËt kh¸c tèt h¬n. Do hµm lîng t¹p chÊt thÊp, hîp kim sau ®iÓn xØ s¹ch, ®ång nhÊt, cÊu tróc bÒn ch¾c bao gåm c¸c tinh thÓ kÕt tinh híng däc trôc nªn cã c¬ tÝnh cao vµ sù chªnh lÖch vÒ c¬ tÝnh gi÷a chiÒu ngang vµ däc t¬ng ®èi nhá. Mét u ®iÓm lín n÷a cña ®iÖn xØ lµ t¹o ra ®îc nh÷ng chi tiÕt kh¸ phøc t¹p nh èng ræng, b×nh chÞu ¸p lùc cao, trôc c¸n,... §Ó ¶m b¶o lîng khÝ trong kim lo¹i thÊp, ngêi ta thêng phèi hîp c«ng nghÖ ®iÖn xØ víi c«ng nghÖ c¶m øng ch©n kh«ng hoÆc dïng m«i trêng khÝ tr¬ ®Ó b¶o vÖ. * §Æc ®iÓm cña qu¸ tr×nh t¹o thái ®óc ®iÖn xØ:  Cã sù tho¸t nhiÖt m¹nh trong tÊm ®¸y.  PhÇn trªn cña thái ®îc cung cÊp nhiÖt liªn tôc do qu¸ nhiÖt kim lo¹i vµ xØ.  Khi t¹o thµnh líp vá xØ, kim lo¹i kh«ng tiÕp xóc trùc tiÕp víi thµnh khu«n nªn tèc ®é lµm nguéi gi¶m.  Kim lo¹i láng ë phÝa trªn ®îc coi nh ®Ëu ngãt ph¸t nhiÖt. - Tõ nh÷ng ®iÒu kiÖn ®ã dÉn tíi thái ®óc ®iÖn xØ kh«ng cã lâm co, ®ång ®Òu vÒ tæ chøc vµ Ýt t¹p chÊt. NÕu chÕ ®é níc æn ®Þnh, tøc lµ tèc ®é truyÒn nhiÖt ra ngoµi kh«ng ®æi th× chÊt lîng cña thái phô thuéc vµo c¸c th«ng sè kh¸c nhau nh: chÕ ®é xØ, h×nh d¸ng kÝch thíc cña thïng kÕt tinh. - ChiÒu s©u nåi lß kim lo¹i phô thuéc vµo gra®ian nhiÖt ®é ë bÒ mÆt kÕt tinh. Sù ph©n bè nhiÖt ®é ë gÇn mÆt kÕt tinh ®îc biÓu diÔn nh h×nh 7.3. H×nh 7.3. Sù p h©n bè nhiÖt ®é ë gÇn mÆt kÕt tinh trong thái ®óc ®iÖn xØ. a- Tèc ®é cung cÊp ®iÖn cùc nhá b- Tèc ®é cung cÊp ®iÖn cùc võa c- Tèc ®é cung cÊp ®iÖn cùc lín 1 : 12000C; 2 : 13000C; 3 : 15000C; - ChiÒu s©u cña nåi lß kim lo¹i ¶nh hëng ®Õn chÊt lîng thái ® iÖn xØ. ChiÒu s©u lín thóc ®Èy viÖc kÕt tinh ®ång trôc, chiÒu s©u nhá - kh¶ n¨ng tinh luyÖn kÐm do ®ã ®Ó ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh kÕt tinh nh»m n©ng cao chÊt lîng thái ph¶i n¾m ch¾c c¸c mèi quan hÖ sau: - Khi sè lîng vµ ®iÖn ¸p kh«ng ®æi: - t¨ng tèc ®é cung cÊp ®iÖn cùc dÉn tíi t¨ng gi¸ trÞ dßng ®iÖn, ®iÒu nµy lµm t¨ng tèc ®é nÊu ch¸y ®iÖn cùc kÐo theo sù t¨ng chiÒu s©u cña kim lo¹i láng trong thïng. KÕt qu¶ lµ sù kÕt tinh cña thái chuyÓn tõ híng trôc sang híng ngang. - Khi sè lîng xØ vµ tèc ®é cung cÊp ®iÖn cùc kh«ng ®æi, t¨ng ®iÖn ¸p sÏ lµm gi¶m chiÒu s©u kim lo¹i láng.
- Khi kh«ng thay ®æi chÕ ®é ®iÖn, nÕu t¨ng sè lîng xØ, tøc t¨ng chiÒu s©u cña xØ láng, sÏ lµm gi¶m chiÒu s©u kim lo¹i láng. Sù kÕt tinh cña thái ®iÖn xØ ®Æc trng bëi sù c©n b»ng nhiÖt gi÷a nhiÖt cÊp vµ nhiÖt tho¸t ra trong thµnh thïng vµ ®¸y. Sù phô thuéc ®ã th«ng qua mét lo¹t yÕu tè: thµnh phÇn vµ sè lîng xØ, chÕ ®é ®iÖn, chÕ ®é cung cÊp ®iÖn cùc tù hao, chÕ ®é lµm nguéi, kÝch thíc vµ h×nh d¸ng thïng kÕt tinh, kÝch thíc ®iÖn cùc,... Ngµy nay viÖc ®iÒu chØnh c¸c th«ng sè ®ã ®· cã ch¬ng tr×nh do m¸y tÝnh thùc hiÖn. 7.5. XØ cña c«ng nghÖ ®iÖn xØ 7.5.1. NhiÖm vô cña xØ - Trong tinh luyÖn ®iÖn xØ, xØ cã hai nhiÖm vô: + Nguån ph¸t nhiÖt phôc vô cho qu¸ tr×nh nÊu ch¶y ®iÖn cùc vµ tinh luyÖn. + C«ng cô chñ yÕu ®Ó ®iÒu chØnh thµnh phÇn kho¸ häc. - Líp xØ lµ mét phÇn m¹ch ®iÖn cña lß ®iÖn xØ thùc hiÖn nhiÖm vô biÕn n¨ng lîng ®iÖn thµnh n¨ng lîng nhiÖt. NÕu xØ cã ®iÖn trë nhá sÏ kh«ng ®ñ nhiÖt ®é cung cÊp cho qu¸ tr×nh nÊu luyÖn. - BÒ mÆt x¶y ra ph¶n øng lín, xØ ®îc qu¸ tr×nh nhiÖt vµ khuÊy trén m¹nh, ®é xÖt thÊp, sù c©n b»ng nhiÖt ®éng hÇu nh hoµn toµn. Nhng c¸c ph¶n øng luyÖn kim x¶y ra l¹i phô thuéc chñ yÕu vµo thµnh phÇn vµ c¸c tÝnh chÊt mÆt ngoµi cña xØ. §iªu ®ã cã nghÜa r»ng xØ ¶nh hëng ®Õn c¸c th«ng sè c«ng nghÖ cña qu¸ tr×nh tinh luyÖn. V× vËy nã lµ yÕu tè quyÕt ®Þnh ®èi víi ph¬ng ph¸p tinh luyÖn b»ng ®iÖn xØ. 7.5.2. Nh÷ng yªu cÇu ®èi víi xØ - Nh÷ng yªu cÇu thuéc tÝnh c«ng nghÖ: + TiÕn hµnh qu¸ tr×nh nÊu luyÖn dÔ dµng khi ®é dÉn ®iÖn phï hîp. + æn ®Þnh trong qóa tr×nh nÊu luyÖn, thµnh phÇn xØ bÒn v÷ng nhiÖt ®éng vµ ®¶m b¶o ®iÖn trë tèi u. + Tiªu thô n¨ng lîng nhá nhÊt khi cã ®iÖn trë tèi u. + T¹o nªn bÒ mÆt thái s¹ch, dÔ t¸ch líp vá xØ ra khái thái. + Thµnh phÇn ho¸ häc cña x Ø kh«ng thay ®æi trong qu¸ tr×nh nÊu luyÖn vµ b¶o qu¶n khi cha sö dông. - Nh÷ng yªu cÇu vÒ mÆt luyÖn kim: + Kh¶ n¨ng oxy ho¸ hîp lý. + Kh¶ n¨ng khö S cùc ®¹i. + Kh¶ n¨ng hÊp thô t¹p chÊt phi kim cùc ®¹i. + B¶o vÖ che phñ tèt kim lo¹i láng kh«ng bÞ ¶nh hëng cña m«i trêng. + §é hoµ tan khÝ nhá. - Nh÷ng yªu cÇu kh¸c: + Thµnh phÇn xØ dÔ kiÕm, rÎ tiÒn. + Kh«ng g©y ®éc h¹i. + Cã kh¶ n¨ng t¸i sinh hoÆc sö dông l¹i ®îc. XØ cña tinh luyÖn ®iÖn xØ lµ vÊn ®Ò hÕt søc quan träng, ngµy nay, viÖc nghiªn cøu c¸c tÝnh chÊt ho¸ - lý ®Ó t×m ®îc lo¹i xØ tèi u cho c¸c yªu cÇu kh¸c nhau vÉn ®ang ®îc tiÕp tôc. Sau ®©y lµ thµnh phÇn cña mét sè lo¹i xØ thêng dïng trong ®iÖn xØ.
B¶ng 7.4. Thµnh phÇn ho¸ häc mét sè m¸c xØ ®iÖn xØ ®iÓn h×nh.
Ch¬ng 8 NÊu luyÖn vµ tinh luyÖn b»ng ph¬ng ph¸p Plasma 8.1. Kh¸i qu¸t. NhiÒu kim lo¹i vµ hîp kim khã nÊu luyÖn do nhiÖt ®é nãng ch¶y cao hoÆc dÔ bÞ oxy ho¸ vµ y ªu cÇu ®é s¹ch cao... ®ßi hái nh÷ng ph¬ng ph¸p luyÖt kim ®Æc biÖt míi cã thÓ ®¸p øng ®îc, ®ã lµ c¸c c«ng nghÖ hå quang ch©n kh«ng, Plasma, chïm tia ®iÖn tö... trong ®ã c«ng nghÖ Plasma cã nhiÒu kh¶ n¨ng sÏ sím ®îc nghiªn cøu vµ øng dông m¹nh mÏ ë níc ta. Tõ n¨m 1963 ®Çu ph¸t Plasma ®· ®îc øng dông ®Ó c¾t c¸c tÊm kim lo¹i cã ®é dµy lín, sau ®ã ph¹m vi øng dông ®îc më réng vµo lÜnh vùc nÊu ch¶y vµ tinh luyÖn c¸c hîp kim. ¦u viÖt cña ph¬ng ph¸p tinh luyÖn b»ng luyÖn l¹i Plasma : - NÊu luyÖn ®îc c¸c kim lo¹i vµ hîp kim cã nhiÖt ®é nãng ch¶y cao. - Khö s©u t¹p chÊt ®Æc biÖt lµ t¹p chÊt khÝ vµ t¹p chÊt phi kim. - §¶m b¶o thµnh phÇn m¸c hîp kim ban ®Çu - kh«ng ch¸y hao vµ bèc h¬i c¸c nguyªn tè hîp k im kÓ c¶ c¸c nguyªn tè cã ¸i lùc m¹nh víi oxy vµ c¸c nguyªn tè dÔ bèc h¬i. - N©ng cao chÊt lîng thái ®óc. Ngµy nay, khÝ Ar ®îc sö dông phæ biÕn ®Ó t¹o ra Plasma v× trong m«i trêng khÝ nµy hoµn toµn trung tÝnh vµ kh¶ n¨ng ion ho¸ t¹o ra c¸c ion d¬ng rÊt lín. MÆt kh¸c nhiÒu ®Çu ph¸t Plasma (tèi ®a ®Õn 6 ®Çu ph¸t) ®îc bè trÝ trong mét thiÕt bÞ nªn tèc ®é nÊu ch¶y kim lo¹i rÊt nhanh, do vËy viÖc øng dông thiÕt bÞ Plasma trong tinh luyÖn b»ng luyÖn l¹i cã nhiÒu triÓn väng. 8.2. Sù ion hãa vµ ph©n ly c¸c khÝ ë nhiÖt ®é cao. Ngµy nay, trong luyÖn kim, ph¬ng ph¸p nÊu luyÖn b»ng Plasma ®· ®îc øng dông réng r·i. T¹i Plasma cña hå quang ®iÖn, c¸c khÝ ®îc nung nãng ®Õn nhiÖt ®é cao, trong Plasma luyÖn kim "nguéi" nhiÖt ®é ®¹t tíi 30000K, cßn trong phãng ®iÖn hå quang, nhiÖt ®é ®¹t tíi 6000K. ë nhiÖt ®é cao nh vËy, c¸c ph©n tö khÝ bÞ ph©n ly, c¸c ph©n tö vµ nguyªn tö khÝ bÞ ion ho¸. Khi nghiªn cøu c¸c qu¸ tr×nh hoµ tan khÝ trong kim lo¹i láng ®îc nÊu ch¶y trong nåi hay thïng kÕt tinh cña lß hå quang - Plasma, ngêi ta cho r»ng, cã sù t¬ng t¸c víi kim lo¹i cña c¸c ph©n tö nit¬, hy®r« hay oxy bÞ kÝch thÝch vµ cã n¨ng lîng lín. C¸c ph©n tö cña nh÷ng khÝ nµy cã thÕ n¨ng cao do liªn kÕt c¸c nguyªn tö khÝ mang dù tr÷ lín n¨ng lîng khi ph©n ly c¸c phÇn tö khÝ míi cã thÓ hoµ tan. Khi Êy, n¨ng lîng tù do cña c¸c ph©n tö t¸i kÕt hîp ®îc phãng ra ë gÇn bÒ mÆt kim lo¹i. Ngêi ta hiÓu Plasma lµ mét d¹ng n¨ng lîng, lµ mét lo¹i khÝ ®îc hÊp thô, cung cÊp n¨ng lîng vµ bÞ ion ho¸. KhÝ ®ã trong tr¹ng th¸i c©n b»ng bao gåm ion, ®iÖn tö, nguyªn tö trung tÝnh vµ ph©n tö, chïm Plasma do ®ã võa dÉn ®iÖn, võa dÉn nhiÖt. Khi cung cÊp n¨ng lîng cã mËt ®é 10A/cm2, nhiÖt ®é trung t©m cña chïm Plasma ph¸t hiÖn ®îc 10.000 ®Õn 15.000.000K . Lo¹i khÝ vµ kh¶ n¨ng ph©n gi¶i cña nã x¸c ®Þnh antanpi vµ kh¶ n¨ng dÉn diÖn cña chïm Plasma. VÝ dô 1 ®Çu ph¸t Plasma N2 ë 8000K cã antanpi≈1,2 MJ/mol, trong khi ®ã còng ë ®iÒu kiÖn nµy ®Çu ph¸t Plasma Ar ®¹t 16000K. Grandian ®iÖn thÕ E cña chïm Plasma còng x¸c ®Þnh ®îc cho tõng lo¹i khÝ vµ ë khÝ 2 nguyªn tö thêng lín h¬n ë khÝ 1 nguyªn tö. Lo¹i khÝ Ar N2 He H2 Gradian ®iÖn thÕ E, v/cm 8 20 30 100 (Khi n¨ng lîng cung cÊp 10A/ cm2)
B¶ng 8.1: Qu¸ tr×nh ph©n ly vµ ion ho¸ khÝ. C¸c khÝ KhÝ bÞ ph©n ly KhÝ bÞ ion ho¸ N N + + e N2 2N Nit¬ (N2) NN2+ + 2 e O O + + e O2 2O Oxy (O2) OO2+ + 2 e H H + + e H2  2 H Hydro (H2) Ar Ar+ + e Argon (Ar) - ViÖc tÝnh to¸n h»ng sè ph©n ly vµ møc ®é ion ho¸ cña c¸c khÝ tr¬ ®îc øng dông trong Plasma lµ rÊt cÇn thiÕt sau ®©y lµ vÝ dô tÝnh to¸n cho nit¬. Theo sè liÖu cña A.IA.St«-ma-khin, trong pha khÝ c©n b»ng ë 2000K, h»ng sè ph©n li cña n it¬ ph©n tö s¹ch theo ph¶n øng: N2 = 2 N 2 pN  6.1019 Mpa. B»ng: KN = PN2 PN  PN2 .k N ¸p suÊt riªng phÇn cña nit¬ nguyªn tö lµ: PN2 = 101,3 kPa, NÕu gi¶ thiÕt r»ng, ngän löa plasma x¶y ra trong m«i trêng nit¬, víi 16 7 th× PN  6.10 .101,3  2,5.10 kPa = 2,5.10-4Pa §èi víi ph¶n øng ph©n li ni¬, h»ng sè c©n b»ng cã trÞ sè sau: T,K.. ......... 3000 4000 5000 6000 KN , MPa.... 1,8.10 -10 3,1.10 -61,07.10-3 5,29.10-2 vµ lg KN = 50800/T + 7,19; MPa PhÇn nit¬ bÞ ion ho¸ cßn nhá h¬n. Sù ion ho¸ nit¬ x¶y ra theo ph¶n øng sau : N = N3+ + 3 e PN 3 K N*  C¸c trÞ sè h»ng sè ion hãa ë c¸c nhiÖt ®é kh¸c nhau: PN T,K.. ......... 3000 4000 5000 6000 -22 -16 -12 2,12.10-9 KN* , MPa.... 2,35.10 7,06.10 5,43.10 vµ lg KN* = -77724/T + 4,28; MPa H·y x¸c ®Þnh møc ®é ion ho¸ nit¬ trong plasma cña lß hå quang plasma ë 6000K. ¸p suÊt riªng phÇn cña nit¬ nguyªn tö ®îc x¸c ®Þnh theo h»ng sè ph©n li KN ë 6000K: KN* = 5,29.10 -2, tõ ®ã PN = 52,9.101,3  73, 2 kPa Nh vËy, khi t¨ng nhiÖt ®é tõ 2000 ®Õn 6000 K, ¸p suÊt riªng phÇn cña nit¬ nguyªn tö ®· t¨ng lªn 3.108 lÇn (ë 2000K, KN =2,5.10-7 k Pa). Møc ®é ion ho¸ ®îc x¸c ®Þnh theo ph¬ng tr×nh Xakh¬:   0,18. p N1/ 2 .T 5 / 4 .e 5800U i / T ;  Ui= 14,54 (thÕ ion ho¸); PN = 7,3.104 Pa T = 6000K, tõ ®ã tÝnh ®îc   0,18.3, 65.10 3.60005 / 4.e 14,05  2, 75.105
8.3: CÊu t¹o vµ nguyªn lý ho¹t ®éng cña thiÕt bÞ plasma H×nh 8.1: S¬ ®å cÊu t¹o lß plasma ® Ó tinh luyÖn 1. Thái kim lo¹i cÇn tinh luyÖn. 2. §Çu ph¸t plasma. 3. B×nh kÕt tinh b»ng ®ång cã níc lµm nguéi. 4. Thái kim lo¹i sau tinh luyÖn. §Çu ph¸t plasma, thanh kim lo¹i cÇn tinh luyÖn, thïng k Õt tinh vµ thái kim lo¹i sau tinh luyÖn ®îc ®Æt trong buång n Êu ch¶y thêng cã khÝ lµm vÞªc lµ Ar. Tuy nhiªn vÒ nguyªn t¾c cã thÓ sö dông khÝ N2, H2 hoÆc hçn hîp cña chóng. §Çu ph¸t plasma cã thÓ sö dông dßng ®iÖn xoay chiÒu hoÆc mét chiÒu vµ thiÕt bÞ t¹o plasma cã thÓ lµ hå quang hoÆc c¶m øng. Plasma lµ khÝ ®îc ion ho¸ gåm c¸c ®iÖn tö, ion d¬ng, nguyªn tö trung tÝnh vµ ph©n tö. Trong thiÕt bÞ plasma qu¸ tr×nh nÊu ch¶y kim lo¹i do nhiÖt vËt lý cña plasma cung cÊp. Khi møc ®é ph©n ly vµ ion ho¸ khÝ cµng lín th× t¸c ®éng nhiÖt cña plasma cµng cao. KÕt qu¶ nghiªn cøu thùc nghiÖm ®· cho biÕt: - Trong thiÕt bÞ plasma c¶m øng c«ng suÊt ®iÖn cung cÊp kh«ng lín h¬n 12kw vµ dßng ®iÖn còng thÊp kh«ng qu¸ 1000A. - C«ng suÊt ®iÖn hå quang cµng lín th× kh¶ n¨ng t¹o plasma cã nhiÖt ®é cµng cao. - Trong kho¶ng c«ng suÊt ®iÖn nhá (tõ 15kw) tèc ®é t¨ng nhiÖt ®é trong plasma chËm, sau ®ã nhiÖt ®é t¨ng nhanh khi c«ng suÊt ®iÖn ®¹t tõ 8 12 kw. - Dßng ®iÖn cung cÊp cµng lín th× ®iÖn ¸p plasma cµng nhá. - Khi dßng ®iÖn cung cÊp cho ®Çu ph¸t plasma æn ®Þnh th× ®iÖn ¸p chïm plasma thay ®æi phô thuéc vµo tõng lo¹i khÝ. - Khi plasma cã dßng ®iÖn 800 - 1000 A th× ®iÖn ¸p chïm plasma æn ®Þnh. - §iÖn ¸p yªu cÇu cho ®Çu ph¸t plasma víi khÝ Ar lµ rÊt thÊp. §iÒu ®ã kh¼ng ®Þnh r»ng thiÕt b Þ plasma víi khÝ Ar ®Ó thùc hiÖn, chi phÝ thÊp, thêng ®îc øng dông ®Ó tinh luyÖn kim lo¹i ®ßi hái chÊt lîng cao. - Khi nhiÖt ®é lín h¬n nhiÖt ®é cùc ®¹i cña plasma, plasma hå quang phãng m·nh liÖt h¬n plasma c¶m øng, cßn plasma c¶m øng yªu cÇu c«ng suÊt ®iÖn thÊp h¬n c«ng suÊt cña plasma hå quang. - MËt ®é ®iÖn tö phãng ra vµ nhiÖt ®é tuyÖt ®èi cña plasma hå quang phô thuéc vµo b¶n chÊt cña khÝ vµ cêng ®é dßng ®iÖn cña plasma. 8.4: øng dông n¨ng lîng plasma trong luyÖn kim. Do viÖc sö dông ®Çu ph¸t (má ®èt) plasma ®Ó luyÖn l¹i thÐp vµ hîp kim trong thïng kÕt tinh b »ng ®ång cã níc lµm nguéi nªn ph¹m vi sö dông lo¹i n¨ng lîng nµy ®îc më réng. ThiÕt bÞ plasma cã thÓ sö dông dßng ®iÖn xoay chiÒu , mét chiÒu hoÆc c¶m øng, t¹o ®iÒu kiÖn thuËn lîi cho viÖc chÕ t¹o c¸c lß plasma theo tõng yªu cÇu cô thÓ kh¸c nhau. C¸c lß plasma cã kh¶ n¨ng t¨ng nhiÖt ®é nhanh, t¹o nhiÖt ®é cao trong m«i trêng khÝ tr¬ b¶o vÖ nªn ®¸p øng ®îc c¸c ®iÒu kiÖn nÊu luyÖn vµ tinh luyÖn kim lo¹i. Ngµy nay c¸c thiÕt bÞ plasma tinh luyÖn cì lín cßn bæ sung xØ tæng hîp ®Ó t¨ng cêng kh¶ n¨ng khö s©u lu huúnh cña thÐp vµ hîp kim. Do vËy tinh luyÖn b»ng thiÕt bÞ plasma võa ®¶m b¶o t¹p chÊt khÝ thÊp, lu huúnh vµ t¹p chÊt phi kim lo¹i ®Òu thÊp, ngoµi ra chÊt lîng thái ®óc rÊt tèt, t¬ng tù nh trong ph¬ng ph¸p ®iÖn xØ. Ph¬ng ph¸p nµy cã nguån gèc tõ
viÖn hµn ®iÖn Pat«n (Liªn X« cò), ®· ph¸t triÓn m¹nh ë §øc, NhËt vµ nhiÒu níc kh¸c. N¨ng lîng plasma ®· ®îc øng dông ë lß cao, lß luyÖn s¾t xèp, nÊu luyÖn vµ tinh luyÖn thÐp. B¶ng 8.2: Mét vµi th«ng sè cña lß luyÖn tinh luyÖn plasma. KiÓu lß Th«ng sè kü thuËt U- 461 U- 467 U- 600 Träng lîng thái tèi ®a, kg 30 460 5000 KÝch thíc thái: §êng kÝnh, mm 100 250 630 ChiÒu dµi, mm 500 1200 2200 Sè lîng má ®èt 4 6 6 C«ng suÊt tæng céng cña má ®èt, kw 160 360 1800 Lo¹i dßng ®iÖn 1 chiÒu xoay chiÒu xoay chiÒu H×nh 8.2: S¬ ®å ph¬ng ph¸p plasma nÊu ch¶y ë lß cao (SuÊt tiªu thô cèc: 50kg/ tÊn gang, tiªu hao ®iÖn 1120 kwh/tÊn gang láng) 1. Than cèc 8. M¸y nÐn 2. §iÒu chØnh ¸p lùc 9. ChÊt t¹o xØ 3. KhÝ lß cao 10. Than bét 4. Hoµn nguyªn tríc 11. KhÝ 5. §Õn thiÕt bÞ nung s¬ bé 12. §Çu ®èt plasma 6. QuÆng tinh 13. Gang láng 7. Hoµn nguyªn tríc quÆng tinh 14. XØ 15. Lß cao.
KhÝ tuÇn hoµn (phÇn chñ y Õu, 500 0C) KhÝ tuÇn hoµn KhÝ hoµn nguyªn nãng Lß ph¶n øng Bét than plasma H×nh 8.3: S¬ ®å ph¬ng ph¸p plasma chÕ t¹o khÝ hoµn nguyªn luyÖn s¾t xèp ë thiÕt bÞ Wibeng - S«derfors §Çu ®èt plasma cã c«ng suÊt 6 MW, nhiÖt ®é plasma ®¹t 4000 ®Õn 5000K, n¨ng suÊt thiÕt bÞ t¨ng tõ 25.000 ®Õn 70.000 tÊn/n¨m. H×nh 8.4: S¬ ®å plasma c¶m øng 1. Buång plasma 4. Boong ke chÊt liÖu 2. Cuén c¶m øng 5. M¸ng th¸o thÐp 3. Lç c¾m nhiÖt kÕ 6. §iÖn cùc ®¸y b»ng grafit
H×nh 8.5: S¬ ®å plasma hå quang 1. Buång t¹o plasma 6. Lç t¹o gi·n në 2. Chïm plasma 7. M¸ng thÐp 3. Cùc anèt ®¸y cã níc lµm nguéi 8. Lç quan s¸t 4. Bé phËn chØnh lu b¸n dÉn 9. Cùc xo¾n èc 5. Cùc cat«t H×nh 8.4 Giíi thiÖu s¬ ®å lß plasma c¶m øng cña NhËt. Lß cã dung tÝch 500kg/mÎ, má ®èt plasma cã c«ng suÊt 200kw, dßng ®iÖn plasma 200A, Tiªu tèn khÝ Ar ~ 5 6 m3/giê. §¸y lß ®îc ® Çm b»ng vËt liÖu chÞu löa ®Æc biÖt (oxit zircomi ) ng¨n c¶n sù t¨ng cacbon cña thÐp láng. H×nh 8.5 Giíi thiÖu lß plasma hå quang cña Liªn X« cò. Lß cã mét hoÆc nhiÒu ®Çu ph¸t t¹o chïm plasma hå quang dµi; lß cã m¸y chØnh lu b¸n dÉn cung cÊp ®iÖn vµ c¬ cÊu b¸nh vÝt trôc vÝt ®Ó nghiªng lß. H×nh 8.1 giíi thiÖu lß plasma cì lín cña §øc. Lß cã 3 ®Çu ph¸t, vÞ trÝ chïm plasma cã thÓ thay ®æi ®îc nªn qu¸ tr×nh nÊu ch¶y nhanh vµ gi¶m tiªu hao ®iÖn n¨ng. Lß kh«ng cã cùc am«t ®¸y n ªn lµm viÖc ch¾c ch¾n, an toµn. ChØ tiªu kÜ thuËt quan träng cña lß plasma lµ hiÖu suÊt nhiÖt h÷u Ých, trÞ sè nµy thêng víi plasma c¶m øng lµ ~ 30 % vµ víi plasma hå quang lµ ~ 60%. §¹i lîng nµy ®îc n©ng cao khi t¨ng dßng ®iÖn hå quang, t¨ng lîng khÝ Ar vµ ®êng kÝnh ®Çu ph¸t. Lß lµm viÖc thêng víi plasma hå quang dµi ~ 900 - 2000 mm, dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p rÊt æn ®Þnh, tiªu hao ®iÖn n¨ng kho¶ng 600-800 k wh/tÊn thÐp. Lß cã thÓ lµm viÖc trong m«i trêng khÝ tr¬ hoÆc ch©n kh«ng vµ kh«ng cã ®iÖn cùc ® ¸y do ®ã dÔ thiÕt kÕ, chÕ t¹o víi gi¸ thµnh h¹ nªn c«ng suÊt lß cµng ngµy cµng lín.