Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, các
kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ
một công trình nào khác.
Hà Nội, ngày 28 tháng 09 năm 2015
Tác giả

NGUYỄN VĂN CHINH


Lời cảm ơn
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo Viện Khoa học và Kỹ thuật vật
liệu, Viện đào tạo sau đại học trường Đại học Bách Khoa Hà Nội và Công ty cổ
phần thép Việt – Ý đã tạo mọi điều kiện thuận lợi, khuyến khích và giúp đỡ tác giả
trong quá trình học tập cũng như thực hiện công trình nghiên cứu này.
Tôi cũng xin tỏ lòng biết ơn chân thành đến người hướng dẫn khoa học PGS TS. Nguyễn Sơn Lâm - Bộ môn Kỹ thuật Gang thép, viện Khoa học và kỹ thuật vật
liệu đã tận tình hướng dẫn, định hướng và tạo điều kiện nghiên cứu tốt nhất giúp
đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp.
Tôi cũng nhận được sự giúp đỡ, tạo điều kiện của bạn bè đồng nghiệp, sự
động viên, tạo mọi điều kiện về vật chất, tinh thần của gia đình và người thân.
Tôi xin chân thành cảm ơn mọi sự giúp đỡ quý báu này!

Hà Nội, ngày 28 tháng 09 năm 2015
Tác giả

NGUYỄN VĂN CHINH


Mục lục
PHẦN I - TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH SẢN XUẤT THÉP Ở LÒ ĐIỆN HỒ
QUANG CONSTEEL TẠI CÔNG TY CỔ PHẦN THÉP VIỆT – Ý ........................... 2

II. NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ GIỮA OXI, THAN PHUN VÀ CÁC LOẠI
TRỢ DUNG CHO VÀO LÒ ĐIỆN HỒ QUANG CONSTEEL ĐỂ TẠO VÀ DUY
TRÌ XỈ BỌT TRONG QUÁ TRÌNH NẤU LUYỆN ............................................... 52
II.1. Điều kiện để tạo xỉ bọt trong luyện thép lò EAF ......................................... 53
II.2. Các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình tạo và duy trì xỉ bọt ở lò EAF
Consteel ................................................................................................................ 54
II.3. Mối quan hệ giữa oxi, than phun và các loại trợ dung cần dùng để tạo và duy
trì xỉ bọt trong lò EAF Consteel ........................................................................... 59

i


PHẦN IV - HIỆU QUẢ ĐẠT ĐƯỢC CỦA QUÁ TRÌNH NGHIÊN CỨU TẠO VÀ
DUY TRÌ XỈ BỌT Ở LÒ ĐIỆN HỒ QUANG CONSTEEL TẠI NHÀ MÁY LUYỆN
PHÔI CỦA CÔNG TY THÉP VIỆT – Ý .................................................................... 66
I. HIỆU SUẤT NẤU LUYỆN Ở LÒ EAF CONSTEEL......................................... 66
II. TIÊU HAO ĐIỆN NĂNG NẤU LUYỆN LÒ EAF CONSTEEL (Kwh/TSP) ... 67
III. TIÊU HAO THAN ĐIỆN CỰC TRONG NẤU LUYỆN (Kg/TSP) ................. 68
IV. HIỆU QUẢ CỦA CÁC CHỈ TIÊU VỀ TIÊU HAO CHÍNH ....................... 68
V. KẾT QUẢ PHÂN TÍCH MẪU XỈ LÒ EAF CONSTEEL ............................. 69
VI. NHẬN XÉT VỀ TỔNG KẾT CÁC KẾT QUẢ SẢN XUẤT HÀNG NĂM
CỦA NHÀ MÁY LUYỆN PHÔI THÉP CÔNG TY THÉP VIỆT – Ý .................. 72
VI.1. Các chỉ tiêu về tiêu hao chính trong sản xuất: ........................................... 72
VI.2. Các tiến bộ và phát triển về công nghệ cũng như thiết bị trong sản xuất: . 72
Phần V - KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 74
Tài liệu tham khảo........................................................................................................ 75

ii



Hình 3. 20 Mối liên hệ giữa nồng độ vôi và sự duy trì xỉ bọt ..................................... 63
Hình 3. 21 Mối liên hệ giữa nồng độ dolomite và sự duy trì xỉ bọt ............................ 63
Hình 3. 22 Mối quan hệ giữa các thành phần và sự duy trì xỉ bọt ............................... 64

iii


Danh mục bảng
Bảng 2. 1 Thành phần hóa học của xỉ bọt từ luyện thép lò EAF (đơn vị tính %)........ 20
Bảng 2. 2 So sánh tính chất vật lý của xỉ bọt từ lò EAF với đá vôi tự nhiên ............... 22
Bảng 2. 3 Tính chất, ứng dụng của xỉ bọt trong luyện thép lò EAF Consteel ............. 23
Bảng 2. 4 Kết quả nghiên cứu hàm lượng kim loại nặng trong xỉ bọt lò EAF dạng thô
...................................................................................................................................... 24
Bảng 2. 5 Kết quả phân tích thành phần nguy hại của xỉ thép (tháng 6/2012) ........... 25
Bảng 3. 1 Một số phương pháp tính độ kiềm theo thuyết phân tử ............................... 27
Bảng 3. 2 Đặc điểm của một số oxit và ion ................................................................. 33
Bảng 3. 3 Tỉ trọng của một số oxit (g/cm3) như sau: .................................................. 51
Bảng 3. 4 Tỉ trọng của xỉ hệ FeO - Fe2O3 - SiO2 ở 1295 - 13200C .......................... 52
Bảng 3. 5 Tiêu chuẩn về oxi khí cung cấp cho súng thổi oxi vào lò ............................ 54
Bảng 3. 6 Tiêu chuẩn về chất lượng các loại than đầu vào......................................... 54
Bảng 3. 7 Tiêu chuẩn về chất lượng vôi cục đầu vào .................................................. 54
Bảng 3. 8 Tiêu chuẩn về chất lượng Dolomite đầu vào............................................... 54
Bảng 3. 9 Thành phần hóa học của xỉ để tạo xỉ bọt .................................................... 54
Bảng 3. 10 Thành phần hóa học tiêu chuẩn của xỉ bọt lò EAF Consteel .................... 61
Bảng 4. 1 Thống kê về hiệu suất nấu luyện lò EAF Consteel của nhà máy phôi thép
Việt–Ý ........................................................................................................................... 66
Bảng 4. 2 Thống kê tiêu hao điện năng ở lò EAF của nhà máy phôi thép Việt–Ý ...... 67
Bảng 4. 3 Thống kê tiêu hao than điện cực lò EAF của nhà máy phôi thép Việt–Ý .... 68
Bảng 4. 4 Tổng hợp các kết quả trong sản xuất của nhà máy phôi (2010÷2014) ....... 69



- Địa chỉ: KCN Phố Nối A, xã Giai Phạm, huyện Yên Mỹ, tỉnh Hưng Yên.
- Tên giao dịch quốc tế: Vietnam – Italy steel joint stock company.
- Tên viết tắt: VIS.
Ngày 01/01/2000 Tổng giám đốc Tổng Công Ty Sông Đà có quyết định số
19/TCT-VPTH thành lập nhà máy thép Việt–Ý. Nhà máy thép Việt–Ý được đầu
tư một dây truyền thiết bị cán thép đồng bộ do tập đoàn hàng đầu thế giới về công
nghệ sản xuất thép là Danieli–Italy cung cấp. Với dây truyền công nghệ hiện đại
công suất 250.000 tấn/năm. Sản phẩm là thép xây dựng có chất lượng cao và đa
dạng về chủng loại: thép cuộn ϕ6; ϕ8 và thép cây D10÷D40 phù hợp với các tiêu
chuẩn sản xuất công nghệ JIS (Nhật bản), TCVN (Việt Nam), ASTM (Hợp chủng
quốc Hoa kỳ), BS (Anh Quốc).
Nhà máy chính thức đi vào sản xuất thương mại từ tháng 03/2002, thực hiện
cổ phần hóa DN Nhà nước, ngày 26/3/2003 Bộ trưởng bộ xây dựng đã có quyết
định số 1744/QĐ-BXD phê duyệt phương án cổ phần hóa Nhà máy thép Việt – Ý.
Ngày 26/03/2003 Bộ trưởng bộ xây dựng có quyết định số 1748/QĐ – BXD về
việc chuyển nhà máy thép Việt – Ý thành Công ty cổ phần thép Việt – Ý. Với tên
giao dịch quốc tế “Vietnam – Italy steel joint – stock company”, tên viết tắt “VIS”.
Kể từ khi thành lập Công ty đã không ngừng phát triển và mở rộng. Cụ thể là
Công ty đã có văn phòng đại diện tại Hà Nội, Chi nhánh Tây Bắc tại tỉnh Sơn La,
Chi nhánh miền trung tại Thành Phố Đà Nẵng và Chi nhánh miền Nam tại thành
phố Hồ Chí Minh. Đặc biệt là tháng 3 năm 2006 Đại hội đồng cổ đông thường
niên của Công ty CP thép Việt – Ý đã thông qua quyết định đầu tư nhà máy luyện
phôi thép với công suất 450.000 tấn/năm tại Hải Phòng của Hội Đồng Quản Trị.
Đây là nhà máy luyện thép lớn nhất Miền Bắc của nước ta với công nghệ luyện
thép lò điện hồ quang Consteel hiện đại bậc nhất trên thế giới (đây là nhà máy thứ
23 trên thế giới sử dụng công nghệ lò điện hồ quang Consteel) và đến tháng
2



năng, nên tiêu hao năng lượng điện giảm hơn rất nhiều so với các loại lò điện hồ
quang khác.
3


 Tiêu hao than điện cực:
Khi luyện thép bằng lò điện hồ quang Consteel® thì tiêu hao than điện cực có
thể giảm hơn rất nhiều so với những lò điện hồ quang thông thường vì:
- Than điện cực chỉ phải sử dụng dòng điện thấp để phóng hồ quang.
- Than điện cực gần không bị gãy do hồ quang đánh trực tiếp vào bể thép lỏng chứ
không phải đánh vào liệu rắn, đồng thời liệu được nạp vào lò đều và liên tục.
- Giảm khí quyển trong lò EAF, và giới hạn được việc tiếp xúc giữa điện cực nóng
với không khí (như áp dụng tại các kiểu lò điện hồ quang truyền thống).
 Tiêu hao phế liệu (lượng thép lỏng sản sinh):
Sử dụng công nghệ luyện thép bằng lò điện Consteel® thì lượng thép lỏng sản
sinh từ phế liệu tăng lên ít nhất 1,5% so với các loại lò điện hồ quang khác.
Nguyên nhân là do giảm hàm lượng FeO trong xỉ lò. Luyện thép bằng công nghệ lò
điện hồ quang Consteel®, lò luôn ở chế độ tinh luyện với hàm lượng carbon chính
xác. Chuyển đổi mạnh và liên tục giữa kim loại và xỉ giữ ổn định hàm lượng FeO
thấp hơn và cận kề trạng thái thăng bằng với carbon trong lò. Vận hành lò điện hồ
quang truyền thống hoặc vận hành lò bằng, thép lỏng trong lò ở chế độ tinh luyện
chỉ khi ở cuối chu trình luyện khoảng (10÷15) phút, nó không cho phép có đủ thời
gian để giảm hàm lượng FeO trong xỉ lò.
 Giảm sự phát sinh bụi lò:
Nhờ vận hành lò ở mức thép lỏng ổn định (không phải nấu chảy liệu nguội từ
việc nạp liệu bằng thùng hay giỏ liệu đổ xuống và không phải cắt liệu do phun oxi)
và bởi vì phần lớn bụi lò kết hợp với liệu trong quá trình sấy liệu do tốc độ khí lò
thấp. Bụi tái sinh sau đó được quay trở lại để nấu luyện trong lò.
 Giảm thiểu nhiễu điện:
Luyện thép bằng lò điện hồ quang Consteel® tránh được các tình huống ngắn

dạng lỏng, nói cách khác là trong lò đã có thép lỏng) thì dùng súng thổi oxi vào với
áp suất ≈ 10kG/cm2 để cường hóa quá trình nấu luyện, đồng thời cũng phải phun
than bột vào lò.
- Giai đoạn nóng chảy, phải cho đủ lượng vôi, Dolomite để tạo xỉ và khử triệt để
phôtpho trong thép lỏng [P] đến yêu cầu của mác thép định nấu, đồng thời cũng là
khử một phần lưu huỳnh trong thép lỏng [S].
- Khi lượng liệu nạp vào lò của mẻ nấu đã đủ, thì chuyển chế độ điện sang giai
đoạn nâng nhiệt để cho liệu chảy lỏng hoàn toàn và nâng nhiệt độ bể thép lỏng
trong lò đến nhiệt độ ra thép. Trong giai đoạn này, công nhân làm việc tại lò EAF
Consteel phải lấy mẫu để phân tích %C, %Mn và %P.

5


+ Nếu %P trong thép lỏng [P] cao thì phải thực hiện thao tác thải bớt xỉ ra khỏi lò,
sau đó cho vôi và dolomite vào lò để tạo xỉ mới.
+ Nếu %C không đủ thì phải tăng lượng than bột phun vào lò để có thể tăng [C].
Bảng 1-1 Hiệu suất của các chất tăng carbon

Vật liệu

Hiệu suất tăng C, %

Đặc điểm

Vụn điện cực

70÷87

Chứa ít S

trình nấu luyện cũng như việc hút khói thải trực tiếp từ lò bằng hệ thống hút bụi
ngang thân lò, điều này không cho phép duy trì điều kiện xỉ hoàn nguyên trong lò.
Kết quả là phương pháp luyện thép xỉ đơn được sử dụng để sản xuất lượng lớn các
loại thép carbon và thép hợp kim thấp.
Giai đoạn oxi hóa của một mẻ thực tế bắt đầu từ giai đoạn đầu của quá trình
hình thành bể thép lỏng dưới các điện cực và được tiến hành theo từng giai đoạn.
6


Mức độ oxi hóa của bể thép lỏng được quyết định bởi tính chất hóa lý của liệu (ví
dụ liệu nhẹ sẽ oxi hóa trong lò lớn hơn so với liệu nặng), sự rò khí vào lò và mức
độ O2 cung cấp (do thổi trực tiếp vào hoặc thêm vào chất oxi hóa như quặng sắt,
vảy cán…).
Hàm lượng carbon trong thép lỏng sẽ luôn luôn được điều chỉnh để tạo ra sự
sôi chủ động, khuấy đảo kim loại để đồng đều nhiệt độ, thành phần, hàm lượng
Nitơ và Hydro được giảm tới mức tối thiểu và tạo ra sự tiếp xúc tốt giữa bề mặt
thép xỉ. Việc phun O2 trực tiếp gắn liền với khuấy đảo mãnh liệt thép xỉ sẽ nâng
cao mức độ phản ứng. Khi quá trình oxi hóa tiếp tục, nhiệt độ bể thép lỏng tăng và
sự sôi xảy ra mãnh liệt hơn. Tính chảy loãng của bể thép lỏng sẽ giúp cho quá
trình chuyển các hợp chất phi kim vào trong xỉ nhanh chóng và dễ dàng. Thông
thường, bể thép lỏng được oxi hóa tới khi hàm lượng carbon thấp hơn giới hạn
dưới của mác thép yêu cầu để cho phép sử dụng các loại hợp kim fero carbon cao
với giá rẻ.
3.1 Ảnh hưởng của sự oxi hóa và các phản ứng:
Bảng 1-2 Các phản ứng hóa học

Năng lượng tiêu
chuẩn (Kcal/Kg)

Năng lượng sinh ra

5750

Phản ứng

CH4 + 2 O2 = CO2 + 2 H2O

4230

H2 + ½ O2 = H2O

5140

CO + ½ O2 = CO2

6072

3.2. Ôxi hóa và hoàn nguyên silic:
Ở giai đoạn đầu của quá trình luyện thép theo bất kỳ phương pháp nào (ở giai
đoạn nấu chảy và ôxi hóa) silic đều bị oxi hóa dữ dội (do Si là nguyên tố có ái lực
hóa học rất mạnh với ôxi), cho nên ở cuối giai đoạn ôxi hóa và các giai đoạn cuối
của quá trình luyện thép, hàm lượng silic còn lại trong thép lỏng là rất ít, chỉ còn
lại vết (không đáng kể, gần như ≈ 0).
7


[Si] + 2(FeO) = (SiO2) + 2[Fe]

H = - 78990 Cal.

Phản ứng ôxi hóa Si tỏa nhiệt mạnh, lượng nhiệt tỏa ra đó cung cấp cho lò làm

bazơ MnO ở trạng thái tự do. Vì vậy, mức độ oxi hóa của mangan ở trong lò axit
lớn hơn ở trong lò bazơ.
Khi nhiệt độ lên cao, áp suất phân ly của MnO lớn hơn của SiO2 nhiều, nên dù
ở trạng thái tự do hay kết hợp, MnO đều bị hoàn nguyên một phần lớn. Do đó,
mangan hoàn nguyên là dấu hiệu của sự tăng nhiệt độ lò và thép lỏng.
3.4. Ôxi hóa carbon:
Phản ứng ôxi hóa carbon là phản ứng chủ yếu của quá trình luyện thép, ảnh
hưởng quyết định đến năng suất lò và chất lượng thép. Phản ứng khử carbon xảy ra
qua 2 pha (xỉ - thép lỏng) gồm 3 phản ứng đồng thời:
8


(FeO)  [FeO]

- FeO từ xỉ chuyển vào kim loại:

- Carbon bị oxi hóa ở trong kim loại: [C] + [FeO] = [CO] + [Fe]
- CO thoát ra ngoài:

[CO]  {CO}

Kết hợp lại thành phản ứng khử carbon:
(FeO) + [C] = {CO}+ [Fe]
Hiệu ứng nhiệt của phản ứng:
H = - 10980 Cal.

[FeO] + [C] = [Fe] + {CO}↑
Khi có sự tham gia của (FeO) ở trong xỉ thì:
(FeO) = [FeO]


%P2 O5 
9


%P 

K P % P2 O5 

%FeO5  %CaO4

Sau đó một phần P2O5 được bay vào không khí qua hệ thống làm sạch bụi và
một phần kết hợp với FeO tạo ra 3FeO.P2O5, phức chất này chỉ ổn định ở nhiệt độ
thấp, do đó khi phôtpho đã bị oxi hóa, phải tháo hết xỉ chứa nhiều 3FeO.P 2O5 (xỉ
ôxi hóa) ra khỏi lò để tránh phôtpho hoàn nguyên trở lại vào thép lỏng khi nhiệt độ
của lò và bể thép lỏng lên cao.
Phản ứng tạo ra canxi phốt phát: Nếu có cả FeO và CaO tham gia vào phản
ứng khử P thì phản ứng khử P xảy ra như sau:
3CaO + P2O5  (CaO)3.P2O5
Hoặc: 2[P] + 5(FeO) + 4(CaO) = (4CaO.P2O5) + 5[Fe]H = - 208550 Cal.
Theo phản ứng này P2O5 kết hợp với CaO tạo ra canxi phốt phát bị hoà vào xỉ
rồi trong khi gạn xỉ bị tống ra ngoài để tránh hiện tượng P bị hoàn nguyên trở lại
theo phản ứng:
(4CaO.P2O5) + 2(SiO2) + 5[C] = 2(2CaO.SiO2) + 2[P] + 5(CO)
Để cho phép phản ứng giữa phốt pho, ôxi và vôi trong lò EAF, yêu cầu các
điều kiện sau:
1). Xỉ lò phải là xỉ ôxi hóa, phải có %(FeO) cao.
2). Độ ba zơ (B = CaO/SiO2) của xỉ lò lớn hơn 2.
3). Thép lỏng có nhiệt độ thấp.
4). Có thời gian.
5). Phải chắt bớt xỉ.

Nhiệt độ thép lỏng được đo tại “điểm nguội” chỉ ra giá trị rất gần với trạng thái hợp
kim lỏng, xấp xỉ 1540°C. Khu vực “điểm nguội” cần được phân tích chính xác hơn
để hiểu rõ hơn cái kết quả ưu việt đạt được bởi CONSTEEL® đối với việc khử
phốtpho. Tại “điểm nguội” liệu đã sấy bị rơi vào trong thép lỏng, liệu bị kim loại
lỏng bao phủ và bị nấu chảy. Rõ ràng kim loại lỏng tiếp xúc với phế liệu làm giảm
đáng kể nhiệt độ cục bộ và bị dàn trải với các mẩu liệu lớn, thép lỏng tiến tới nhiệt
độ chất dẻo trên toàn bề mặt tiếp xúc với liệu và vì thế liệu không bị nấu chảy tức
thì. Tình huống tồn tại trong vài khoảnh khắc bởi vì thép lỏng trong lò EAF lưu
chuyển như bánh xe nhiệt đưa nhiệt từ nơi này đến nơi khác làm tan chảy liệu. Sự
lưu chuyển được tạo ra dưới tác động của việc phun ôxy vào lò, như mô tả tại điểm
1, cung ứng năng lượng cho việc hoà trộn toàn bộ thể tích thép lỏng có nhiệt độ
khác nhau trong lò EAF. Trọng tâm “điểm nguội” có thể thấy được ở vị trí liệu rơi
xuống thép lò, nó được luân chuyển trong lò EAF và hơn nữa nó còn bị tác động
bởi sự di chuyển đến từ “điểm nóng” (khu vực đánh tia hồ quang) tản ra phía tường
lò EAF. Dưới những điều kiện này, toàn bộ liệu nạp vào lò EAF bởi băng tải
11


CONSTEEL® bị nấu chảy toàn bộ và sau đó luân chuyển tròn trong lò EAF lại
tiến đến “điểm nguội” như vậy đã hoà trộn vào thép lỏng và lại sẵn sàng đón nhận
liệu mới. Trong khi luân chuyển, liệu và thép lỏng chuyển đến khu nấu luyện/tinh
luyện cùng với sự có mặt của vôi nạp liên tục trên băng tải CONSTEEL® như mô
tả tại điểm 2. Từ đó, xem xét các mô tả ở trên việc kết hợp lò EAF với
CONSTEEL®, nhiệt độ trung bình của thép lỏng phía ngoài “điểm nóng” và “điểm
nguội” được điểu chỉnh sao cho nằm trong khoảng 1550°C hoặc cao hơn không
đáng kể để tạo điều kiện thuận lợi cho việc khử phốtpho.
- Liên quan đến điểm 4 nó chỉ ra rằng, việc vận hành CONSTEEL® cho phép toàn
bộ thời gian mẻ đến mẻ (ngoại lệ khi gia nhiệt vào các phút cuối mỗi mẻ) để khử
phốtpho và bắt đầu tinh luyện thép lỏng. Nhờ việc có thêm thời gian khi vận hành
CONSTEEL® cho các phản ứng hoá học giữa bề mặt xỉ lò và bề mặt thép lỏng

sau khi kết thúc thổi O2. Quá trình nấu chảy phải đáp ứng nhiệt độ ra lò ngay khi
kết thúc quá trình thổi O2. Có thể đạt được hàm lượng N2 thấp hơn 45÷50 ppm khi
ra lò nếu phối liệu có khối lượng gang hợp lý hoặc tăng hỗn hợp liệu khoảng hơn
40% DRI/HBI.
3.8. Tính chất hóa lý của thép lỏng – xỉ lỏng:
Thép không phải là một dung dịch, trong đó hoà tan rất nhiều nguyên tố khác
như: C, Si, Mn, P, S… những nguyên tố này có trong bất kỳ loại thép nào, thường
gọi là năm nguyên tố lớn trong thép. O2, H2, N2 cũng là những nguyên tố có trong
bất kỳ loại thép nào và được gọi là khí trong thép. Có rất nhiều nguyên tố Cr, Ni,
W, Co, Mo, Si, Mn… gọi chung là nguyên tố hợp kim.
Còn một số nguyên tố như B, Ce, Nb… chứa trong thép rất ít gọi là nguyên tố
hiếm. Ở nhiệt độ luyện thép, các nguyên tố hòa tan vào thép lỏng tạo thành một
dung dịch lỏng sẽ làm cho năng lượng tự do của nguyên tố thay đổi. Tóm lại, trong
thép hoà tan những nguyên tố đó có ảnh hưởng rất lớn tới tính chất của thép.
a). Độ hoà tan của các chất khí trong thép:
Những chất khí có thể hoà tan trong thép là N2, H2, O2... chúng thường tồn tại
trong thép ở trạng thái nguyên tử. Cơ chế hấp thụ các chất khí của thép hiện nay
chưa rõ nhưng có thể tóm tắt sơ bộ như sau: đầu tiên các phân tử khí va vào bề
mặt kim loại, rồi ở điều kiện luyện thép do nhiệt độ cao, phân tử khí bị phân hoá
thành nguyên tử. Nguyên tử khí bị hấp thụ ở mặt ngoài đi vào trong kim loại. Một
số trường hợp có tác dụng hoá học với dung chất. Cuối cùng, nồng độ khí trong
kim loại được đồng đều hoá trong toàn bộ kim loại. Khí hoà tan trong thép không
chỉ làm cho cơ tính của thép giảm mà còn là nguyên nhân chủ yếu tạo nên các
khuyết tật như các vết nhăn, các bọt khí và lỗ xốp trung tâm. Hydro còn tạo ra
khuyết tật điểm trắng. Vì vậy việc tìm hiểu những nguyên tố ảnh hưởng đến hàm
lượng khí trong quá trình nấu luyện và đúc rót, quy luật khử bỏ, phương pháp
giảm lượng khí tới mức thấp nhất, nâng cao chất lượng thép, hạ giá thành sản

13


e: số mũ với cơ số e của log tự nhiên.
En: hoạt năng của dòng chảy.
c). Sức căng mặt ngoài của thép lỏng – xỉ:
14


Sức căng mặt ngoài là do sự khác nhau về lực tương tác giữa các phần tử phía
trong và phía ngoài tạo ra. Hiện tượng sức căng bề mặt có ảnh hưởng rất lớn đến
tốc độ của phản ứng nhiều pha vì nó quyết định tốc độ hình thành pha mới. Hiện
tượng mặt ngoài cũng có ảnh hưởng đến sự nổi lên của tạp chất phi kim loại và sự
tẩm thực đáy lò. Sức căng mặt ngoài tỷ lệ với áp suất bên trong của các phần tử,
do đó lực tương tác giữa các phần tử trong chất lỏng càng lớn thì sức căng bề mặt
càng cao. Sức căng biên giới của kim loại – xỉ được tính theo biểu thức:
MS2 = M2 + S2 - 2M. S.cos.
Trong đó:
S : sức căng mặt ngoài của xỉ
M: sức căng mặt ngoài của kim loại
MS: sức căng biên giới giữa 2 pha kim loại – xỉ
 : góc thấm ướt giữa 2 pha kim loại – xỉ.
Trong luyện kim sức căng biên giới xỉ – kim loại (MS) thường có giá trị lớn,
nghĩa là công bám dính Wa giữa xỉ và kim loại (Wa = M + S - MS) thường có giá
trị nhỏ nên việc tách xỉ khỏi kim loại thường thuận lợi. Nếu một yếu tố nào đó làm
tăng công bám dính thì việc tách xỉ khỏi kim loại rất khó như vậy sẽ làm bẩn thép.
Sức căng bề mặt và sức căng biên giới thay đổi theo thành phần và nhiệt độ, khi
nhiệt độ tăng thì các đại lượng này giảm.
Xỉ được tạo ra một cách tự nhiên trong quá trình nấu chảy liệu, do liệu có
chứa đất, cát, vật liệu phi kim loại và những chất làm bẩn liệu. Hơn nữa, xỉ có
chứa tất cả các sản phẩm rắn được sinh ra bởi quá trình oxi hóa một số kim loại có
chứa trong liệu như: Si, Al,Ti và Mn.
Tính chất của xỉ là yếu tố quan trọng trong quá trình luyện thép, nó có ảnh



PHẦN II - KHÁI QUÁT VỀ XỈ BỌT TRONG LUYỆN THÉP LÒ ĐIỆN
HỒ QUANG CONSTEEL
I. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ XỈ VÀ XỈ BỌT TRONG LUYỆN THÉP:
I.1. Khái niệm về xỉ trong luyện thép:
Gang thép giữ một vai trò rất quan trọng trong quá trình phát triển của nền văn
minh nhân loại, qua nhiều thiên niên kỷ do chúng được sử dụng rất rộng rãi trong
các ngành nông nghiệp, xây dựng, sản xuất và phân phối năng lượng, chế tạo máy
móc thiết bị, sản xuất hàng gia dụng và trong y học, an ninh quốc phòng,… Hiện
nay, trên thế giới, thép được sản xuất bằng hai công nghệ chính:
- Một là: Công nghệ lò cao luyện gang → lò thổi → đúc liên tục.
- Hai là: Công nghệ luyện thép lò điện → đúc liên tục.
Ở Việt Nam, phần lớn sản lượng thép được sản xuất bằng công nghệ luyện
thép lò điện → đúc liên tục.
Công nghệ luyện thép bằng lò điện sử dụng nguyên liệu đầu vào là sắt, thép
phế liệu để luyện thép. Để tách các tạp chất bám dính trong thép phế liệu đầu vào,
sử dụng vôi và các loại chất trợ dung đưa vào lò luyện, quá trình nóng chảy ở nhiệt
độ trên 1.600oC xỉ lỏng có trọng lượng riêng nhẹ hơn thép lỏng nên nó sẽ nổi lên
trên, thép lỏng nằm ở lớp dưới trong lò. Lớp xỉ được tháo ra khỏi lò, được làm
nguội và chuyển sang trạng thái rắn, còn thép lỏng ở trong lò được đúc thành phôi.
Xỉ thép được hình thành như là một sản phẩm phụ từ quá trình sản xuất thép
trong lò EAF, nó đóng một vai trò quan trọng trong công nghệ luyện thép vì nó tác
động lớn đến quá trình luyện kim. Do đó, nó cũng quyết định đến các chỉ tiêu về
tiêu hao và chất lượng sản phẩm thép. Theo các nhà nghiên cứu, với công nghệ
luyện thép lò điện EAF, cứ mỗi tấn phôi thép được sản xuất ra thì sẽ phát sinh ra
một lượng xỉ lò khoảng (110÷150) kg (Nguồn: Nippon Slag Association).
I.2. Khái niệm về xỉ bọt trong luyện thép lò điện hồ quang:
Xỉ bọt trong luyện thép lò điện hồ quang là xỉ luyện thép mà nhìn nó khi ở
trạng thái nóng chảy (ở trong lò EAF) thì nó có dạng xốp với nhiều bọt khí bồng

thước”. Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6705:2009 – Phân loại chất thải rắn, xỉ thép
là chất thải rắn thông thường. Vì vậy, theo quy định pháp luật của Việt Nam về bảo
vệ môi trường cần khuyến khích tái chế, tái sử dụng chất thải này
(Nguồn: Bộ Công thương, Trung tâm Sản xuất sạch Việt Nam, 06/2008).
II. ƯU – NHƯỢC ĐIỂM VÀ ỨNG DỤNG CỦA XỈ BỌT TRONG LUYỆN
THÉP Ở LÒ ĐIỆN HỒ QUANG CONSTEEL:
II.1. Ưu điểm của xỉ bọt
18


Lợi ích sinh ra trong thực tế của việc tạo ra được và duy trì xỉ bọt trong luyện
thép lò điện hồ quang Consteel so với việc không tạo và duy trì được xỉ bọt trong
quá trình nấu luyện là:
- Hiệu suất lò cao, với thời gian mẻ nấu ngắn, việc tăng nhiệt độ thép lỏng nhanh
hơn và sự truyền nhiệt từ hồ quang tới bể thép lỏng tốt hơn.
- Hệ số công suất của máy biến áp cao hơn và có thể sử dụng điện áp thứ cấp cao
nhất của máy biến áp trong suốt thời gian nấu luyện của mỗi mẻ nấu.
- Tiêu hao than điện cực thấp hơn nhờ mật độ dòng thấp hơn ở cùng công suất.
- Giảm tiêu hao điện năng trong quá trình nấu luyện, do hồ quang điện phát ra luôn
luôn được che phủ bởi lớp xỉ bọt và hồ quang đánh vào thép lỏng trong lò chứ
không phải là đánh trực tiếp vào liệu nguội, nên tăng hiệu suất trao đổi nhiệt.
- Giảm ứng suất nhiệt của hồ quang điện lên trên tường và nắp lò, vì hồ quang
được nhúng chìm trong xỉ và được xỉ bảo vệ.
- Giảm lượng N2 thâm nhập vào bể thép lỏng.
- Thân thiện với môi trường (giảm ô nhiễm môi trường) như: giảm tiếng ồn hồ
quang, giảm bụi lò phát tán ra môi trường trong quá trình nấu luyện, giảm chất thải
độc hại ra môi trường …
- Có thể tận thu xỉ bọt thải ra ở lò làm nguyên liệu đầu vào cho một số lĩnh vực sản
xuất khác như: Làm phụ gia sản xuất clanhke trong sản xuất xi măng, làm vật liệu
chính trong sản xuất gạch không nung, làm vật liệu phụ trong sản xuất asphan