Bài thuyết trình Tiểu luận môn Nguyên lý lò công nghiệp - Đề tài: Lò luyện kim plasma

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA- ĐHQG TP.HCM

1

Tiểu luận: Nguyên lý lò công nghiệp

Giảng viên:Ths. Nguyễn Đăng Khoa

SV thực hiện:

MSSV:

1512119

1513908

ĐỖ NGUYỄN QUỲNH NGÂN

LÊ THỊ THANH TUYỀN

Nội dung

1. Sơ lược về công nghệ plasma:

2

1.1 lịch sử

1.2 Khái niệm

1.3 Ứng dụng

2. Cấu tạo thiết bị lò luyện FFB.

3. Nguyên lí hoạt động.

4. Một số loại lò plasma.

4.1 Lò phát 2 đầu của Đức

4.2 Lò Plasma hồ quang của Liên Xô

4.3 Lò plasma cảm ứng của Nhật

5. Công nghệ luyện kim.

5.1 Một số vấn đề công nghệ đối với lò luyện Plasma

5.2 Nấu luyện

5.3 Các quá trình hóa học

Tài liệu tham khảo.

1. GIỚI THIỆU CHUNG

3

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 lò plasma được sử dụng rộng rãi

ở các nước công nghiệp phát triển

1. GIỚI THIỆU CHUNG

4

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 hoá hoàn toàn,

nhiệt độ đạt đến vài trăm ngàn K

- Plasma nhiệt độ thấp: được sử dụng trong luyện

kim, có mức độ ion hoá 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

1. GIỚI THIỆU CHUNG

1.3 Ứng dụng plasma trong luyện kim

5

• 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

ôxy và hydrô

• 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

Ưu điểm của việc sử dụng plasma:

6

✓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 quá 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 dòng khí ion với nhiệt

độ cao.

✓Giảm đáng kể mức độ ô nhiễm môi trường.

1. GIỚI THIỆU CHUNG

7

2. CẤU TẠO

8

➢ Hệ thống cấp khí của lò.

• 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 lò 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

2. CẤU TẠO

➢ Thiết bị phát plasma (plasmatron).

9

• Plasmatron có 2 dạng : loại có ống anod và loại có anod là vật cần

nung.

2. CẤU TẠO

10

➢ Lò plasma có nồi lò bằng gốm.

• Lò plasma có nồi lò bằng gốm

có cấu tạo gần giống lò hồ quang

thông thường, nhưng phải được

làm kín thật tốt

• Plasmatron được cấp dòng khí

argon để tạo khí quyển trung tính

trong lò

• Anod bằng đồng có nước làm

nguội, được lắp đặt ở đáy lò

• Để khuấy trộn đồng đều kim loại

lỏng, lò có thể được trang bị thêm

cuộn cảm ứng

2. CẤU TẠO

11

2. CẤU TẠO

12

➢ Đặc điểm.

• Khả năng đạt được trạng thái ổn định của dòng khí ion với nhiệt độ cao

• Có thể điều khiển môi trường khí trong lò

• 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 ôxy và hydrô

• 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

3. NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG

13

-

3. NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG

14

• 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), còn kim loại

nóng chảy đổ vào khuôn thành phoi, khí thải thoát ra theo đường

(off gases) được lọc và thải ra môi trường.

• Trong buồng đốt hệ thống làm mát có tác dụng làm giảm tốc độ

kết tinh của kim loại nóng chảy giúp cho quá 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, dòng nhiệt có thể đạt 160W

4. MỘT SỐ LOẠI LÒ PLASMA

15

4.1 Lò plasma đúc thép bán liên tục.

✓ Các plasmatron có thể di chuyển

được để hướng dòng 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, không có vùng tinh thể

đẳng trục ở lõi, chất lượng bề mặt tốt

4. MỘT SỐ LOẠI LÒ PLASMA

4.2 Lò phát hai đầu của Đức.

16

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

4. MỘT SỐ LOẠI LÒ PLASMA

4.2 Lò phát hai đầu của Đức.

17

➢ 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 quá

trình này, khí bị ion hoá tạo thành dòng 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 dòng lớn hơn và chạy ổn định hơn.

4. MỘT SỐ LOẠI LÒ PLASMA

4.3 Lò plasma cảm ứng của Nhật.

18

4. MỘT SỐ LOẠI LÒ PLASMA

19

4.4 Lò plasma hồ quang của Liên Xô củ.

5. CÔNG NGHỆ LUYỆN KIM

5.1 Một số vấn đề công nghệ trong luyện kim của lò plasma. ₂₀

➢ 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 dòng

khí hoặc bằng từ trường bên ngoài

- Ổn định hồ quang plasma bằng

dòng khí là biện pháp đơn giản và

thường được sử dụng. Với biện

pháp này, một dòng khí lạnh được

đưa vào bao quanh hồ quang và có

thể điều chỉnh nó. Dòng khí có thể

thẳng hoặc xoắn

Bài thuyết trình Tiểu luận môn Nguyên lý lò công nghiệp - Đề tài: Lò luyện kim plasma - Đỗ Nguyễn Quỳnh Ngân