Nghiên cứu xử lý khử Phốt pho trong gang lỏng bằng hỗn hợp CaO – FeO – CaF2

3. Kết quả và thảo luận

    Kết quả phân tích thành phần hóa học của các mẫu gang sau khi xử lý được trình bày trong bảng 4. Trong đó, các mẫu M1 và M2 là kết quả thu được của quá trình xử lý P mà không tiến hành xử lý hạ thấp hàm lượng Si trong gang lỏng (theo nhánh A của sơ đồ hình 1). Các mẫu còn lại là kết quả thu được của quá trình xử lý P sau khi đã khử hạ thấp hàm lượng Si (theo nhánh B của hình 1).

Thành phần	%C	%Si	%Mn	%P	%S
M1	3,50	0,258	0,699	0,118	< 0,05
M2	3,99	0,206	0,499	0,117	< 0,05
Thực nghiệm trong thiết bị 10kg/mẻ
M3	3,26	0,046	0,109	0,060	< 0,05
M4	2,44	0,03	0,07	0,048	< 0,05
Thực nghiệm trong thiết bị 50kg/mẻ
M5	3,46	0,057	0,371	0,062	< 0,05
M6	3,46	0,045	0,30	0,023	< 0,05

Bảng 4. Thành phần gang sau khi xử lý P

    Kết quả M1 và M2 thu được trong quá trình xử lý với phương pháp cho hỗn hợp chất phản ứng vào lò sau khi gang lỏng được tạo thành từ gang thỏi trong lò cảm ứng trung tần. Mục đích của quá trình thực nghiệm ở mẻ 1 và mẻ 2 là mong muốn kết hợp khả năng xử lý hạ thấp hàm lượng Si kết hợp xử lý đồng thời P trong quá trình xử lý (theo nhánh A của sơ đồ hình 1). Biểu đồ sự thay đổi về hàm lượng Si và P ở hai mẫu M1 và M2 có thể biểu diễn như hình 2.

Hình 2. Thay đổi của %Si và %P khi tiến hành xử lý theo nhánh (A)

    Tuy nhiên, kết quả cho thấy với cách tiến hành như trên thì % P giảm xuống không đáng kể. Từ %P = 0,12 xuống 0,118 (mẫu M1) và 0,117 (mẫu M2). Trong khi đó, hàm lượng Si giảm từ 1,23% xuống còn 0,258% (mẫu M1) và 0,206% (mẫu M2). Như vậy, ở thực nghiệm này hầu như chỉ xảy ra quá trình ôxy hóa Si và hiệu quả khử bỏ P là chưa đạt như yêu cầu mong muốn. Các phản ứng hóa học của quá trình này xảy ra theo thứ tự:

[Si] + 2(FeO) = (SiO₂) + 2[Fe]
2(CaO) + (SiO₂) = (2CaO.SiO₂)
2[P]+5(FeO) + 3(CaO) = (3CaO.P₂O₅) + 5[Fe]

    Điều này có thể được giải thích theo nguyên lý nhiệt động học, Si có ái lực với ôxy mạnh hơn P do vậy Si sẽ bị ôxy hóa trước và P sẽ không thể được khử bỏ xuống như yêu cầu [1-3,5]. Điều này cho thấy cần phải tiến hành xử lý Si trước khi xử lý P và để đảm bảo quá trình xử lý P đạt hiệu quả cao thì hàm lượng Si trong gang lỏng phải giảm thấp. Theo các nghiên cứu về tiền xử lý P trong gang lỏng cho thấy khi hàm lượng Si trong gang ở mức 0,3% thì việc giảm hàm lượng P trong gang lỏng chỉ đạt ở mức 0,08% [8]. Muốn xử lý giảm sâu hàm lượng P trong gang lỏng thì trước tiên cần khử bỏ Si, khi hàm lượng Si trong gang dưới 0,2% (đặc biệt khi dưới 0,15%) thì hiệu quả xử lý P trong gang lỏng rất tốt [4,5,9].

    Các kết quả M3, M4, M5, M6 là thu được từ quá trình thực nghiệm theo nhánh B của sơ đồ hình 1. Kết quả xử lý khử P và Si được cho trong hình 3.

Hình 3. Thay đổi của %Si và %P khi tiến hành xử lý theo nhánh (B)

    Kết quả mẫu thí nghiệm M3 (lò 10kg) và mẫu M5 (lò 50kg) cho thấy hàm lượng P trong gang sau xử lý đạt 0,060% và 0,062%. Đây là kết quả của quá trình xử lý bằng cách rải hỗn hợp chất phản ứng trên bề mặt kết hợp khuấy trộn. ở lần xử lý này, gang lỏng đã được xử lý Si tới mức 0,2% trước khi tiến hành xử lý khử bỏ P. Với phương pháp này cho thấy đã mang lại hiệu quả giảm hàm lượng P xuống dưới 0,07%.

    Như vậy chính nhờ sự xáo trộn giúp việc vận chuyển các chất phản ứng vào trong lòng chất lỏng và tham gia các phản ứng oxi hóa, tạo xỉ trong quá trình được diễn ra hiệu quả. Kết quả mẫu thí nghiệm M4 (nồi 10kg) và mẫu M6 (nồi 50kg) cho thấy hàm lượng P trong gang sau xử lý đạt 0,048% và 0,023%, đây là kết quả của quá trình xử lý bằng cách nhúng sâu hỗn hợp chất phản ứng vào trong lòng gang lỏng kết hợp với khuấy trộn. Hàm lượng P thu được thấp cho thấy hiệu quả của phương pháp này cao hơn so với phương pháp rải bề mặt.

4. Kết luận

    Đã tiến hành xử lý khử bỏ P trong gang lỏng, đưa hàm lượng P ban đầu từ 0,12 % xuống dưới mức 0,07% với hỗn hợp chất phản ứng là CaO – FeO – CaF₂ tỷ lệ tương ứng là (23% – 76% – 1 %), thời gian xử lý 30 phút. Hỗn hợp chất phản ứng sử dụng trong nghiên cứu gồm CaO, FeO và CaF₂ là các vật liệu dễ kiếm và có giá thành thấp.

    Để đạt hiệu quả cao trong quá trình khử bỏ P cần tiến hành khử bỏ Si trước, đồng thời hỗn hợp chất phản ứng cần được nhúng sâu và khuấy trộn đều trong lòng kim loại lỏng. Phương pháp tiền xử lý khử bỏ thành phần tạp chất có hại đặc biệt là P đã được nghiên cứu phát triển và đem lại hiệu quả sản xuất ở một số nước trên thế giới.

    Do đó ứng dụng công nghệ tiền xử lý gang lỏng cần được nghiên cứu triển khai ứng dụng tại Việt Nam.

[symple_box color=”gray” text_align=”left” width=”100%” float=”none”]

Tài liệu trích dẫn

1. Bùi Văn Mưu, Nguyễn Văn Hiền, Nguyễn Kế Bính, Trương Ngọc Thận; Lý thuyết các quá trình luyện kim; NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2006
2. Nguyễn Sơn Lâm, Bùi Anh Hòa; Luyện thép hợp kim và thép đặc biệt; NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2010
3. Trần Văn Dy; Kỹ thuật lò điện luyện thép; NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2006
4. P.J. Koros, Senior Research Consultant, LTV Steel Co; Pretreatment of hot metal; The AISE Steel Foundation, Pittsburgh, PA, 1998
5. E.T.Turkdogan; Fundamentals of steel making, January 1996
6. Dr-Ing.Konstantin Sipos Hrabal, Dephosphorisation in BOF steelmaking; International conference on molten slags, fluxes and salts Santiao, Chile 2009
7. Takami Ikeda, Tohru Matsuo; The dephosphorization of hot metal outsite the steelmaking furnace; The 95th ISIJ Meeting at The university of Tokyo, 1980
8. Щетинина, Хайдуков, Hot metal pretreatment for oxy converter melting; Lipetsk State Technical University, Moskovskaya 30, 398600 Lipetsk , Russia 2001
9. Endoh. K; Nippon steel technical report, No.61 (1994), p.1
10. Kaoru Ichikawa; Development of Japan’s Refining Technologies in the Past and Future; Nippon steel tech- nical report, 2004

[/symple_box][symple_clear_floats]