3. Kết quả và thảo luận
3.1. ảnh hưởng của lượng than tới khả năng tách sắt ra khỏi sản phẩm
Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng lượng than ở các nhiệt độ nung khác nhau nêu trong hình 1 cho thấy khi lượng than tăng lên thì khả năng loại sắt cũng tăng, nhưng khi sắt không còn nhiều thì khả năng giảm sắt rất chậm. Nhiệt độ tăng thì khả năng khử Fe cũng tăng. Quan hệ đó cũng đúng với nguyên lý nhiệt động học hoàn nguyên oxít Fe thành Fe kim loại. Các kết quả cũng phù hợp với công bố [6]. Để Fe trong sản phẩm đạt giá trị yêu cầu (tức < 0,7 %) thì nhiệt độ phải lớn hơn 1300°C (ứng với thời gian là 120 phút).
Trong thực tế giới hạn nhiệt độ đó có liên quan tới nhiệt độ nóng chảy của liệu. Trong điều kiện nung ở 1300°C/2 h thì liệu đã chảy hoàn toàn. Khi nung chảy liệu đến một nhiệt độ đủ lớn, thời gian đủ dài thì việc tách Mn kim loại diễn ra mạnh mẽ hơn. Đó chính là giới hạn xác định điều kiện công nghệ hợp lý cho quá trình nấu luyện thuốc hàn. Quá trình mất Mn cũng diễn ra gần như đồng thời với quá trình khử sắt, tuy có chậm hơn.
Từ đồ thị đó chúng ta thấy rằng, khi tăng lượng than và nhiệt độ thì lượng Mn mất cũng tăng lên, với nhiệt độ 1400°C thì lượng Mn mất có thể tới gần một nửa lượng Mn trong liệu. Điều đó là không mong muốn, do vậy chế độ hợp lý ở 1300°C là 15 % than đối với phối liệu mác TH1. Với chế độ đó lượng mất Mn cũng chỉ dưới 5 % so với giá trị Mn ban đầu. Ví dụ, mác TH1 có lượng Mn là khoảng 14 % thì lượng Mn mất cũng chỉ là 0,7 %. Khi nhiệt độ tăng thì khả năng hoàn nguyên tạo Mn kim loại cũng tăng, đặc biệt khi nhiệt độ lớn hơn 1300°C thì lượng Mn kim loại tăng mạnh. Lượng Mn kim loại phần lớn đi vào khối kim loại cùng với Fe và tạo ra FeMn kim loại. Khi đó nó sẽ bị loại cùng với Fe trong quá trình tuyển từ. Kết quả nghiên cứu cho thấy không nên tăng quá 1300°C đối với thành phần bột hàn TH1 nghiên cứu.
Hình 1. Khối lượng Fe (a) và Mn (b) được tách ra khỏi sản phẩm phụ thuộc vào lượng than đưa vào ở các nhiệt độ với thời gian giữ nhiệt là 120 phút
3.2. ảnh hưởng của thời gian hoàn nguyên tới khả năng tách sắt ra khỏi sản phẩm
Như đã phân tích ở phần trên, khi nhiệt độ tăng thì khả năng Fe bị loại càng cao tỷ lệ với khả năng hoàn nguyên của Fe. Hình 2 cho thấy khả năng khử Fe khi tăng thời gian giữ nhiệt ở các chế độ nhiệt độ khác nhau. Thời gian càng dài thì Fe càng được hoàn nguyên, và do đó Fe càng được khử sâu. Để Fe đạt giá trị yêu cầu thì thời gian khử phải đạt khoảng 2 h, ứng với các nhiệt độ lớn hơn 1300°C, như đã thể hiện ở hình 1. ở nhiệt độ thấp hơn là 1250°C, thì việc hoàn nguyên Fe vẫn diễn ra, nhưng do quặng chưa chảy lỏng mà vẫn còn ở trạng thái rắn (bột), nên thực tế các hạt Fe rất nhỏ sau khi được hoàn nguyên vẫn gắn kết trong quặng có từ trường yếu không thể tuyển tách từ.
Khả năng tách Fe mạnh và hiệu quả khi liệu đã được nóng chảy, Fe kim loại sẽ được tích tụ thành các hạt kim loại lớn. Điều đó được phân tích dưới đây. ở nhiệt độ cao là 1400°C thì việc tăng thời gian làm lượng Fe bị loại tiếp tục tăng lên (hình 2) và có thể đạt tới giá trị rất thấp 0,06 %, tuy nhiên khi đó khả năng tạo ra Mn kim loại cũng tăng mạnh. ở thời gian dài sản phẩm có thể mất tới trên 30 % Mn ở 240 phút, khi nhiệt độ là 1400°C. Cho nên khi chế tạo thuốc hàn, không nên kéo dài thời gian, cũng như giữ ở nhiệt độ quá cao.
Từ kết quả cho thấy nhiệt độ hoàn nguyên 1300°C là hợp lý nhất, ở đó lượng Mn bị hoàn nguyên là không đáng kể. Và ứng với nhiệt độ đó thì thời gian hoàn nguyên phải lớn hơn 120 phút thì lượng sắt mới đạt giá trị cho phép của thuốc hàn.
3.3. Nguyên lý hoàn nguyên sắt và sự hình thành các hạt kim loại tách ra khỏi thuốc hàn
Hình 2, 3
Phương pháp đơn giản quan sát ảnh hiển vi nổi có thể thấy rất rõ các hạt kim loại được tiết ra khỏi xỉ (thuốc hàn) như trên hình 3. Hạt này có kích thước hơn 2 mm. Đây là hạt kim loại lớn nhất được tạo ra ở chế độ 1300°C/120 phút và 15 % than. Sự hình thành các hạt kim loại lớn lên từ một hạt nhỏ theo thời gian bằng cách tích tụ dựa theo nguyên lý được nêu trong [1,2,6].
Hình 4, 5
