Nghiên cứu công nghệ chế tạo bi nghiền clinker phục vụ sản xuất trong các nhà máy xi măng

Luận văn, thạc sỹ, tiến sĩ, cao học, kinh tế, nông nghiệp

Bộ giáo dục và đào tạo Trường Đại học Nông nghiệp I

Lêi cam ®oan

−

−

−

L©m Th¸i S¬n

Mục lục

Lời cam đoan i

Lời cảm ơn ii

Mục lục iii

Mở đầu 1

Chương1: Tổng quan về tình hình sản xuất và sử dụng bi nghiền xi măng 7

1.1.Tổng quan về vấn đề sản xuất xi măng 7

1.1.1 Công nghệ sản xuất xi măng 7

1.1.2 Tình hình sản xuất xi măng tại Việt Nam 9

1.1.3 Tình hình sản xuất xi măng trên thế giới 10

1.2 Tổng quan về sản xuất và sử dụng bi nghiền 10

Chương 2: Đối tượng và phương pháp nghiên cứu 12

2.1 Đối tượng nghiên cứu 12

2.2 Phương pháp nghiên cứu 12

2.2.1 Nghiên cứu lý thuyết 12

2.2.2 Nghiên cứu thực nghiệm (Khảo sát thực nghiệm) 12

2.2.3 Phương pháp xác định và xử lý số liệu 12

2.2.4 Các chỉ tiêu cần đánh giá, kiểm tra 13

Chương 3: Nghiên cứu lý thuyết 14

3.1 Điều kiện làm việc của bi nghiền xi măng 14

3.1.1 Va đập 14

3.1.2 Mài mòn 16

3.1.3 Nhiệt độ cao 17

3.1.4 Chịu ăn mòn 17

3.2 Yêu cầu về cơ tính và hoá tính của bi nghiền xi măng 17

3.2.1 Độ cứng 17

3.2.2 Độ dai va đập 18

3.2.3 Các yêu cầu khác 18

3.3 Nghiên cứu về thành phần hoá học của hợp kim dùng để chế tạo bi nghiền xi măng 18

3.3.1 Vai trò của cacbon 19

3.3.2 ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim 21

3.3.3 Hợp kim chịu mài mòn hệ Fe- Cr - C 24

3.3.3.1 Vai trò của nền kim loại liên quan đến tính chịu mài mòn của hợp kim hệ Fe- Cr - C 25

3.3.3.2 Tính chất của pha Cacbit 26

3.3.3.3 Thành phần tối ưu của hợp kim chịu mài mòn hệ Fe- Cr- C 26

3 4 Một số vấn đề chính về nấu luyện hợp kim bi nghiền xi măng 30

3.4.1 nguyên vật liệu dùng để luyện thép hợp kim 30

3.4.2 Xỉ trong quá trình luyện thép 31

3.4.3 Các quá trình hoá lý cơ bản xảy ra khi luyện thép 33

3.4.4 Nhiệt luyện hợp kim chịu mài mòn 44

3.5 Nghiên cứu về gang trắng hợp kim Crôm thấp dùng để sản xuất bi nghiền xi măng 46

3.5.1 Đặt vấn đề 46

3.5.2 Thành phần của hợp kim Crôm thấp và phương pháp nhiệt luyện .47

3.5.3 Tính khả thi của công trình nghiên cứu về hợp kim Crôm thấp 48

Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm 50

4.1 Nghiên cưú về ảnh hưởng của thành phần hoá học của hợp kim đến độ cứng của bi nghiền hợp kim Crôm 50

4.2 Nghiên cứu về cấu trúc kim tương của bi nghiền hợp kim Crôm 52

4.3 Quy trình công nghệ nấu luyện hợp kim Crôm chịu mài mòn 53

4.3.1 Lò nấu hợp kim 53

4.3.2 Nguyên vật liệu để nấu (phối liệu) Error! Bookmark not defined. 4.3.3 Công nghệ nấu hợp kim chịu mài mòn mác GX300CrMoNi15 2 1 tại cơ sở nghiên cứu 61

4.3.4 Công nghệ nấu hợp kim bi nghiền tại cơ sở sản xuất: 64

4.3.5 Quy trình công nghệ đúc rót hợp kim bi nghiền tại cơ sở sản xuất 65

4.3.5.1 Điều kiện kĩ thuật 65

4.3.5.2 Tiến trình đúc 66

4.3.6 Quy trình công nghệ nhiệt luyện hợp kim bi nghiền tại cơ sở sản xuất 67

Kết luận và kiến nghị……… 63

Tài liệu tham khảo 72

Phụ lục 66

Mở đầu

Hai mươi sáu triệu tấn là con số dự báo lượng xi măng tiêu dùng của cả

nước trong năm 2004 và con số này sẽ tăng khoảng ba triệu tấn mỗi năm

Khoảng năm ngàn tấn bi nghiền xi măng sẽ được đúc trong năm 2004 để bổ

xung vào lượng bi nghiền bị loại bỏ vì quá mòn hoặc hư hỏng và hàng trăm tỷ

đồng Việt Nam mà ngành Xi măng Việt Nam sẽ phải chi phí cho công việc này

Hiện nay bi nghiền xi măng được sản xuất bằng phương pháp đúc trong khuôn cát và sau đó là nhiệt luyện không phải qua khâu gia công cơ khí Vật liệu để chế tạo bi nghiền ở Việt Nam và trên thế giới là hợp kim crôm kết hợp với các nguyên tố hợp kim khác như niken, mangan, molipden, wolfram …

Công việc chính của luận văn là xác định hàm lượng tối ưu của các nguyên tố trong hợp kim crôm chịu mài mòn cao Phần thực nghiệm nghiên cứu về công nghệ nấu luyện, đúc rót, nhiệt luyện bi nghiền

Để nâng cao chất lượng bi nghiền xi măng hiện nay nhưng không tăng giá thành, đòi hỏi phải có nghiên cứu một cách hệ thống để tìm ra những mác

hợp kim mới và quy trình công nghệ mới để sản xuất ra sản phẩm bi nghiền

có chất lượng cao hơn và giá thành thấp hơn

Ch ương 1

tổng quan về tình hình sản xuất

và sử dụng bi nghiền xi măng

1.1 Tổng quan về vấn đề sản xuất xi măng

Trong dây chuyền sản xuất xi măng có công đoạn nghiền xi măng ở công đoạn này clinker, chất phụ gia được nghiền nhỏ và trộn đều trong các máy nghiền bi để tạo ra sản phẩm xi măng Vì vậy, tình hình sản xuất và sử dụng bi nghiền liên quan đến vấn đề sản xuất xi măng trên thế giới và trong nước Đầu tiên ta cần hiểu khái quát các công đoạn sản xuất xi măng, sau đó

là vấn đề sản xuất xi măng trong nước và ngoài nước để hiểu rõ nhu cầu về chất lượng và số lượng cũng như giá thành của bi nghiền xi măng

1.1.1 Công nghệ sản xuất xi măng

Xi măng là chất kết dính thuỷ lực khi nó tác dụng với nước tạo ra hợp chất có tính kết dính, các hợp chất này đóng rắn trong nước và các sản phẩm

đóng rắn bền trong nước Có các loại xi măng chính như sau:

- Pooclan, trên cơ sở hệ CaO-SiO2 chứa thêm Al2O3, Fe2O3 với nhiều biến thể

- Alumin, trên cơ sở hệ CaO- Al2O3 chứa thêm SiO2, Fe2O3

- Xỉ lò cao, chứa thêm thạch cao và vôi

Xi măng Pooclan là phổ biến nhất

Các bước sản xuất xi măng Pooclan như sau:

+ Nguyên liệu ban đầu gồm đá vôi (cung cấp CaO), đá sét (cung cấp

Al2O3, SiO2) và quặng sắt được cân đong theo phối liệu, nghiền mịn rồi trộn đều

+ Phối liệu được nung luyện ở lò quay ở 1400 - 1500oC để tạo ra các khoáng chất như 3CaO.SiO2 (viết tắt là C3S); 2CaO.SiO2 (C2S); 3CaO.Al2O3 (C3A); 4CaO.Al2O3.Fe2O3 (C4.A.F) Sản phẩm được gọi là clinker Clinker được nghiền

mịn đến kích thước 0,5-50àm dưới dạng bột gọi là xi măng Khi nghiền thường đưa thêm các phụ gia để điều chỉnh một vài tính chất của xi măng như

đưa thêm thạch cao để điều chỉnh tốc độ đông kết của xi măng

Sau đây là các công đoạn chính của dây chuyền sản xuất xi măng tại Công ty xi măng Hoàng Thạch (xem Bảng 1-1)

1.1.2 Tình hình sản xuất xi măng tại Việt Nam

Xi măng là một trong những ngành công nghiệp được hình thành sớm nhất ở Việt Nam như than, dệt, đường sắt … Cái nôi của ngành sản xuất xi măng Việt Nam là nhà máy xi măng Hải Phòng được khởi công ngày 25/12/1899, đến nay đã 105 tuổi

Năm 1984 đất nước ta đã có Liên hiệp các xí nghiệp xi măng với các Nhà máy xi măng Hải Phòng, Hà Tiên, Hoàng Thạch, Bỉm Sơn … là các công

ty lò quay cùng với một số cơ sở xi măng lò đứng địa phương Tổng sản lượng

xi măng của cả nước năm 1984 mới đạt khoảng 1,3 triệu tấn

Đến nay xi măng Việt Nam đã có 6 nhà máy xi măng dây chuyền hoàn tất, 23 trạm nghiền thuộc quyền quản lí của các địa phương và khoảng 50 nhà máy xi măng lò đứng đang vận hành thuộc cấp tỉnh, thị trấn, các nhà máy này chịu sự điều hành của Hiệp hội xi măng Việt Nam (VNCA) chiếm tới 60% thị phần trong nước Số còn lại được cung cấp bởi một số công ty liên doanh, các công ty này đều liên kết chặt chẽ với VNCC và đã được cấp phép mở rộng để hoạt động trên thị trường Việt Nam Số này gồm có Xi măng Ching Phong -

Đài Loan, Sao Mai - Hol cim, Nghi Sơn - Nhật Bản và Văn Xá - Hồng Kông

Sản lượng xi măng của cả nước năm 2002 là khoảng 18419 triệu tấn Năm 2003 tổng sản lượng xi măng là 23,7 triệu tấn và theo dự báo thị trường năm 2004 nhu cầu tiêu dùng xi măng trong nước vào khoảng 26 triệu tấn, trong số này cần nhập khẩu khoảng 4 triệu tấn clinker Và đến năm 2010 nhu cầu tiêu dùng xi măng của cả nước sẽ khoảng 45 triệu tấn

ở thị trường Việt Nam trong nhiều năm qua, mác xi măng phổ biến là PCB 30, trong khi đó các dây chuyền hiện đại của Tổng công ty xi măng Việt Nam có thể sản xuất được xi măng không có phụ gia mác PC40-PC50, và vì vậy để có sản phẩm PCB 30 tuỳ theo chất lượng clinker có thể pha thêm từ 15425% phụ gia (xỉ lò cao, đá silic, đá bazan…)

Nhìn vào bảng thống kê chất lượng của clinker và chất lượng xi măng tại một số nhà máy xi măng ở Việt Nam ta hình dung được sự hoạt động của ngành sản xuất xi măng tại Việt Nam Chất lượng clinker và chất lượng xi măng của một số nhà máy xi măng được giới thiệu chi tiết ở bảng 1 và bảng 2 trong phần phụ lục

1.1.3 Tình hình sản xuất xi măng trên thế giới

Hiện nay trên thị trường thế giới sản phẩm xi măng chủ yếu là PCB 40

và cao hơn, phù hợp cho việc xây dựng các công trình kiến trúc hiện đại và mức độ đô thị hoá cao Để phục vụ cho các công trình đặc biệt như nhà cao tầng có thể sử dụng các loại xi măng mác cao từ PC 60 đến PC 90 và hơn thế người ta còn đưa vào xi măng những phụ gia đặc biệt để nâng mác bê tông

Các bảng ở phần phụ lục:

- Bảng 3 : nhu cầu xi măng trên thế giới

- Bảng 4 : các nước sản xuất xi măng hàng đầu thế giới

- Bảng 5 : các nước dẫn đầu về sản xuất xi măng

Các bảng này cho thấy nhu cầu và tình hình sản xuất xi măng trên thế giới

1.2 Tổng quan về sản xuất và sử dụng bi nghiền

Trước năm 1996, xi măng Hải Phòng là nhà máy lò quay duy nhất của miền Bắc đảm đương việc sản xuất xi măng phục vụ sản xuất, xây dựng và chiến đấu bảo vệ Tổ quốc Đặc biệt, Nhà máy đã sản xuất được cả xi măng mác P 600 để xây lăng Chủ tịch Hồ Chí Minh

Sau giải phóng miền Nam, chúng ta có thêm xi măng Hà Tiên

Đến nay, chúng ta có thêm Bỉm Sơn, Hoàng Thạch, Bút Sơn và Hoàng Mai Sắp tới đây là xi măng Tam Điệp và Hải Phòng mới tiếp tục ra đời

Trong quá trình hoạt động, các bộ phận máy bị hư hỏng do hao mòn, yêu cầu phải có vật tư, phụ tùng để thay thế hoặc sửa chữa Năng lực của ngành sản xuất cơ khí nước ta đã đáp ứng tốt yêu cầu này

Bi nghiền xi măng được sản xuất bằng phương pháp đúc và sau đó là nhiệt luyện, không phải qua khâu gia công cơ khí Nó được sản xuất chủ yếu ở các Nhà máy cơ khí thuộc ngành xây dựng như Cơ khí xây dựng Đông Anh, Công ty cổ phần cơ khí xây dựng Số 5 (Từ Liêm - Hà Nội), Cơ khí Liên Ninh v.v … Các nhà máy của Bộ Quốc Phòng cũng tham gia vào công việc này như Nhà máy Z159 của Tổng cục Công nghiệp Quốc Phòng, Công ty cơ khí 27 của Bộ Quốc Phòng Ngoài ra, các xưởng đúc tư nhân như Công ty TNHH Hà Thịnh (Đò Lèn - Thanh Hoá), Cơ khí đúc Hùng Vương (Cầu Yên - Ninh Bình), Đúc Nam Hà (ý Yên - Nam Định) và nhiều cơ sở khác cũng sản xuất

được bi nghiền crôm cung cấp cho các Nhà máy xi măng

Về sản lượng bi nghiền hàng năm cung cấp cho các Nhà máy xi măng

ta có thể hình dung như sau:

Theo tinh thần của văn bản 828/TCT-KT ngày 4-10-1994 của Tổng Công ty Xi măng Việt Nam thì lượng hao mòn cho phép đối với bi nghiền cho cả máy nghiền nguyên liệu và nghiền clinker là 40470 gam cho một tấn sản phẩm hoặc tấn xi măng Nếu tính cho cả công đoạn nghiền đá vôi, nghiền than

và nghiền clinker thì lượng hao mòn bi- đạn sẽ vào khoảng 200 gam cho một tấn xi măng

Với sản lượng xi măng được sản xuất trong năm 2004 là 26 triệu tấn, ngành sản xuất xi măng trong cả nước ta sẽ phải bổ sung khoảng 5.000 tấn bi-

đạn nghiền xi măng trong năm 2004

Ch ương 2

đối tượng và phương pháp nghiên cứu

2.1 Đối tượng nghiên cứu

Để nâng cao chất lượng và hạ giá thành sản phẩm của bi nghiền ta chọn

đối tượng là các bi nghiền mới ở dạng phụ tùng thay thế, các bi nghiền đang

sử dụng và đã hết hạn sử dụng

Địa điểm phối hợp nghiên cứu là các công ty xi măng Bỉm Sơn, công ty

xi măng Hệ Dưỡng, Viện luyện kim đen, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng, Trường Đại học Nông Nghiệp I, Trường Trung học và Dạy nghề Cơ

điện Xây dựng Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Nghiên cứu lý thuyết

+ Nghiên cứu điều kiện làm việc và yêu cầu cơ tính của bi nghiền

+ Nghiên cứu về thành phần hóa học của hợp kim chịu mài mòn khô để làm bi nghiền

+ Nghiên cứu quy trình công nghệ chế tạo bi nghiền

2.2.2 Nghiên cứu thực nghiệm (Khảo sát thực nghiệm)

+ Bằng thực nghiệm khảo sát từng yếu tố ảnh hưởng đến thông số ra là chất lượng của bi nghiền theo nguyên tắc thăm dò mức độ ảnh hưởng của từng thông số làm cơ sở cho thực nghiệm đa yếu tố

Các yếu tố thăm dò là:

- ảnh hưởng của hàm lượng các nguyên tố hợp kim chính

- ảnh hưởng của cấu trúc của hợp kim

+ Nghiên cứu công nghệ chế tạo bi

2.2.3 Phương pháp xác định và xử lý số liệu

Các số liệu cần đo, chụp ảnh hoặc tính toán như thành phần hợp kim, độ cứng, cấu trúc bên trong được tiến hành theo đúng quy định của Nhà nước trên

các trang thiết bị tại Tổng cục Đo lường chất lượng, các Phòng thí nghiệm…

Các số liệu được đo ít nhất 3 lần trên một số đối tượng nghiên cứu, đủ

đảm bảo độ tin cậy, loại trừ số liệu ngoại lai (sai số bất thường) Tính toán và

xử lý số liệu theo xác suất thống kê

- Giá trị trung bình của mỗi lần đo ∑

=

i i

X n

n

i i

- Sai số

n tb

δ

δ = Giá trị tin cậy được tính theo tiêu chuẩn Student Tra bảng với α = 0,05, bậc tự do ƒ = n-1, khi đó giá trị độ tin cậy sẽ là

tb t X

Đối với các số liệu nghi ngờ sẽ được kiểm tra theo luật phân bố chuẩn (qui tắc 3σ) nếu sai số của số liệu nghi ngờ với giá trị trung bình là X vượt 3σ thì loại bỏ Trong trường hợp X là giá trị trung bình của các trị số trung bình thì theo luật phân bố Student mà so sánh sai số X i ưX

X X

tb

Với α = 0,05 và bậc tự do n-1 thì loại bỏ Xi

2.2.4 Các chỉ tiêu cần đánh giá, kiểm tra

- Kiểm tra thành phần hoá học của hợp kim chế tạo bi nghiền

- Kiểm tra cấu trúc hợp kim và chụp ảnh kim tương

- Đo độ cứng

- Đo năng lượng va đập ak

- Kiểm tra độ chống mài mòn

- Kiểm tra độ cứng trong lõi bi - đạn

- Kiểm tra lỗ hổng, vết nứt bên trong

Ch ương 3

nghiên cứu lý thuyết

3.1 Điều kiện làm việc của bi nghiền xi măng

3.1.1 Va đập

Máy nghiền bi làm việc chủ yếu nhờ động năng của bi và đạn để đập nghiền Vì vậy cần nghiên cứu sự hoạt động của bi đạn để đạt năng suất cao nhất, độ mịn nhất và năng lượng tiêu hao ít nhất

Hình 3-1 mô tả sự hoạt động của máy nghiền bi dùng để nghiền clinker trong các nhà máy sản xuất xi măng n

8888 8

8 8 88

88 888

8888

8 8 8

888 8

8

8888 8

8 8 8 88

8 8888

8888

88 88 8

8 8 8 8 8 88

Nếu bi đạn rơi càng nhanh thì động năng của bi đạn lớn, lực đập càng lớn và năng suất của máy càng cao

Nhưng nếu máy quay quá nhanh, lực ly tâm thắng trọng lượng của bi đạn

và kết quả là bi đạn bám vào thành máy và không rơi, không có quá trình đập

Máy nghiền clinker trong các nhà máy xi măng có năng suất từ 10 - 70 tấn/giờ Đường kính của máy nghiền từ 2 - 4m Chiều dài từ 10 - 25m

Bi đạn chỉ rời khỏi thành máy khi lực thành phần G cosα lớn hơn lực ly tâm:

gR

V R

g

GV R

mV G

2 2

2

cos

Trong đó :

m, G : Khối lượng và trọng lượng của bi đạn

g : Gia tốc trọng trường

R : Bán kính thành trong máy nghiền

V : Vận tốc biên của máy

30 60

. 2

2

≤

g

n R

Nếu tốc độ quay đạt giá trị nào đó mà bi đạn không rơi mà quay cùng với thành máy khi đó tốc độ quay gọi là tốc độ tới hạn

Góc rơi tại điểm A1 là bằng 0 ứng với tốc độ tới hạn:

Khi đó

D R

n n

R

th

1 0 cos 900

+ Tốc độ quay có lợi nhất về lý thuyết của máy nghiền bi

Tốc độ quay có lợi nhất của máy là tốc độ quay mà ở đó lớp bi đạn sát thành máy làm việc có hiệu quả nhất, lúc đó máy sẽ có năng suất cao nhất Sau khi bi đạn rời khỏi thành máy tại điểm A (Hình 3-2), nó rơi theo quỹ đạo Parabol và chạm vào thành máy đang quay tại điểm A2 gọi là điểm chạm Khoảng cách giữa A2 và điểm cao nhất của quỹ đạo chuyển động của bi đạn B gọi là chiều cao rơi của nó Rõ ràng số vòng quay có lợi nhất (ứng với góc rơi tối ưu) phải ứng với chiều cao rơi cực đại, lúc đó lực đập vật liệu sẽ là lớn

nhất Ta cần tìm ch cao rơi Hma Mà H là một hàm số phụ thuộc vào góc

i α : H = ƒ(α) Nên ta cần xác định α sao cho H lớn nhất

thấy góc α tối ưu là 548409, hoàn toàn phù hợp với việc chụp ảnh chuyển động trong mô hình đặc biệt của máy nghiền bi

o

Gcos

Hình 3 – 2: Sơ đồ tính số vòng quay của máy nghiền bi

Quá trình tính toán cho

α = 548409

D R

n R

lt lt

' 40 54 cos 900

0 ⇒ = =

=

xát lên nhau Lực mài hịu ảnh hưởng rất lớn của hệ số đổ đầy bi đạn ϕ , là tỉ số giữa tiết diện bi đạn

và vật liệu nạp vào chiếm chỗ (F) và tiết diện của máy:

Trong thực tế tốc độ quay của máy nghiền bi được chọn từ 16 - 45 (v/p)

i đều lớn

a đập vào nhau

ghiền và sấy liên hợp, nguyên liệu ở ngăn sấy có nhiệt độ

clinker…là các khoáng chất có khả năng ăn mòn hoá học do đó yêu cầu bi nghiền cũng phải hịu đ

tính của bi nghiền xi măng

ịn vật liệu, vì vậy

Thực tế người ta chọn tốc độ quay đạt (60470)% tốc độ tới hạn và hệ số

đổ đầy bi đạn từ (30440)% để đảm bảo lực đập và lực mà

Tỉ lệ giữa bi đạn nạp vào máy và nguyên liệu cho vào máy nghiền cũng

được chọn để đảm bảo năng suất, độ mịn của sản phẩm

Nếu nguyên liệu nạp vào máy quá ít thì khả năng bi đạn v

Các viên bi đạn cũng bị nóng lên, đồng thời vật liệu cũng bị tăng nhiệt độ

Bi nghiền phải chà xát với vật liệu nghiền để nghiền m

bi nghiền phải có độ cứng cao

Các loại bi - đạn nghiền yêu cầu độ cứng cao cả ở trong lõi của bi - đạn; chênh lệch độ cứng giữa bề mặt và lõi không quá 243 HRC

ng cao cả bề mặt và trong lõi, do đó chính thành

cho thấy độ cứng tối đa của bi- đạn là 62 HRC

yêu cầu các viên bi này phải có độ

ũng phải đáp ứng được yêu cầu này Tuỳ trường hợp cụ thể

à ng

dùng crôm làm nguyên tố hợp kim chính Bi nghiền chịu mài mòn, chịu va đập, đồng thời còn yêu cầu có độ cứng cao kh

rước khi nghiên cứu hợp kim hệ Fe-Cr-C để làm

ở ngăn nghiền thô (ngăn I), vật liệu được đập vỡ vụn là nhờ năng lượng

va đập (động năng) của các viên bi có đường kính lớn (φ90, φ100, φ110), khối lượng lớn, năng lượng va đập lớn Vì vậy

ông chỉ ở bề mặt mà cả ở bên trong lõi, vì vậy người ta chế tạo bi nghiền bằng hợp kim crôm T

bi nghiền ta xem xét vai trò của cacbon và các nguyên tố hợp kim chính nh−

Cr, Mn, Si, Ni trong hợp kim sắt - cacbon

3.3.1 Vai trò của cacbon

acbon là nguyên tố quan trọng, quyết định đến tổ chức, tính chất và công dụng của thép và gang

Hình 3-3: Giản đồ pha Fe-C

Austenit {có thể ký hiệu bằng γ, A, Feγ(C)} là dung dịch rắn xen kẽ của

C

cacbon trong sắt Feγ với mạng lập phương tâm mặt (a ≈ 0,364nm) với lượng hoà tan

đáng kể cacbon (cao nhất tới 2,14%) Austenit có tính thuận từ, nó tồn tại ở nhiệt độ cao (>7278C); nó không có quan hệ trực tiếp đến khả năng sử dụng của hợp kim nhưng lại có vai trò quyết định trong biến dạng nóng và nhiệt luyện

Xêmentit (có thể ký hiệu bằng Xe, Fe3C) là pha xen kẽ với kiểu mạng phức tạp có công thức là Fe3C và thành phần 6,67%C Đặc tính của xêmentit

là cứng và giòn, cùng với ferit nó tạo nên các tổ chức khác nhau của hợp kim Fe-C Người ta phân biệt bốn loại xêmentit:

Xêmentit thứ nhất(XeI) được tạo thành do giảm nồng độ cacbon trong hợp kim lỏng theo đường DC trên giản đồ Fe-C Khi hạ nhiệt độ, chỉ có ở hợp kim có > 4,3%C Do tạo thành ở nhiệt độ cao (>11478C) nên xêmentit thứ nhất có dạng thẳng, thô to có thể nhìn thấy bằng mắt thường

Xêmentit thứ hai (XeII) được tạo thành do giảm nồng độ cacbon trong austenit theo đường ES khi hạ nhiệt độ, thường thấy rõ ở hợp kim có từ (0,8042,14% cacbon) Do tạo thành ở nhiệt độ tương đối cao (>7278C) tạo

điều kiện cho sự tập trung ở biên giới hạt, nên khi xêmentit thứ hai với lượng

đủ lớn sẽ tạo thành lưới liên tục bao quanh các hạt austenit, tức là tạo ra khung giòn, làm giảm mạnh tính dẻo và dai của hợp kim

Xêmentit thứ ba (XeIII) được tạo thành do giảm nồng độ cacbon trong ferit theo đường PQ Khi hạ nhiệt độ với số lượng (tỷ lệ) rất nhỏ (nhiều nhất cũng chỉ

là 2‰) nên rất khó phát hiện trên tổ chức tế vi và thường được bỏ qua

Xêmentit cùng tích được tạo thành do chuyển biến cùng tích austenit peclit Grafit chỉ được tạo thành trong hợp kim Fe-C cao và chứa lượng đáng kể silic, là pha quan trọng trong tổ chức của gang

+ Các tổ chức hai pha của hợp kim Fe - C gồm có peclit và lêđêburit

Peclit là hỗn hợp cùng tích của ferit và xêmentit được tạo thành từ austenit với 0,80%C và ở 7278C Trong peclit có 88% ferit và 12% xêmentit phân bố đều trong nhau, nhờ kết hợp giữa một lượng pha dẻo với lượng nhất

định pha cứng nên peclit là tổ chức khá bền, nhưng cũng đủ dẻo, dai đáp ứng yêu cầu của vật liệu kết cấu và công cụ

Peclit tấm thường gặp hơn cả, có cấu trúc tấm (lớp hoặc phiến) tức là hai pha này ở dạng tấm nằm đan xen nhau; nên trên mặt cắt ngang để lại các vạch cùng một hướng hay đa hướng trong đó các vạch tối mỏng (với lượng ít hơn) là xêmentit, vạch sáng dày (với lượng nhiều hơn) là ferit, nên tổng thể có dạng vân

Peclit hạt ít gặp hơn, có cấu trúc hạt tức xêmentit ở dạng thu gọn nhất (bề mặt ít nhất) Hạt xêmentit phân bố đều trên nền ferit Austenit đồng nhất

dễ tạo nên peclit tấm, còn austenit kém đồng nhất dễ tạo thành peclit hạt Peclit hạt ổn định hơn peclit tấm nên khi nung lâu ở nhiệt độ tương đối cao (ví

dụ 60047008C) thì peclit tấm có xu hướng chuyển thành peclit hạt

Lêđêburit [có thể ký hiệu bằng Le hay (γ +Xe) hoặc (P +Xe)] là hỗn hợp cùng tinh của austenit và xêmentit tạo thành từ pha lỏng với 4,3%C ở 11478C tuy nhiên khi làm nguội tiếp tục thì có phản ứng cùng tích để austenit chuyển biến thành peclit nên tổ chức của nó là hỗn hợp của peclit tấm trên nền xêmentit sáng Lêđêburit rất cứng và giòn, tồn tại trong gang trắng

3.3.2 ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim

Các nguyên tố hợp kim được đưa vào hợp kim Fe-C có hai tác dụng chính

là hoà tan vào sắt thành dung dịch rắn và kết hợp với cacbon thành cacbit Ta cũng tạm chia thành hai dạng nguyên tố hợp kim để tiện khảo sát: dạng chủ yếu hoà tan vào sắt và dạng có ái lực mạnh với cacbon để tạo nên cacbit

1- Hoà tan vào sắt thành dung dịch rắn:

Đó là trường hợp của phần lớn nguyên tố hợp kim điển hình và thường gặp là Mn, Cr, Si, Ni

Với lượng ít nguyên tố hợp kim (khoảng vài %) chúng không làm thay

đổi đáng kể cấu hình của giản đồ pha Fe-C, chúng hoà tan vào sắt tức ferit ở

nhiệt độ thấp và austenit ở nhiệt độ cao

Khi hoà tan vào ferit ở dạng thay thế, các nguyên tố hợp kim làm xô lệch

mạng do đó làm tăng độ cứng, độ bền và làm giảm độ dẻo, độ dai ảnh hưởng

của bốn nguyên tố trên đến hai chỉ tiêu điển hình là độ cứng và độ dai được trình

bày trên hình 3-4

Ta thấy phân biệt hai nhóm khác nhau Mn và Si, Cr và Ni Hai nguyên

tố Mn và Si làm tăng rất mạnh độ cứng (độ bền) song cũng làm giảm độ dẻo

Cr Ni

a, Lượng nguyên tố hợp kim, % b, Lượng nguyên tố hợp kim, %

Hình 3-4 : ảnh hưởng của độ hoà tan của các nguyên tố hợp kim chủ yếu

trong dung dịch rắn Ferit đến độ cứng (a) và độ dai va đập (b)

Còn Cr và Ni (hàm lượng đến 4%) trong khi làm tăng độ cứng chẳng

những không làm giảm độ dai mà lại còn làm cho độ dai tăng lên chút ít

Do vậy hợp kim hoá bằng crôm, niken hay đồng thời bằng cả hai là rất tốt vì ngoài việc làm tăng độ thấm tôi, bản thân chúng nâng cao độ cứng, độ bền mà vẫn duy trì độ dẻo, độ dai của ferit Vì vậy thép có độ thấm tôi cao thuộc nhóm được hợp kim hoá bằng crôm - niken Mặc dù có giá thành cao (do crôm và đặc biệt niken ngày càng đắt và hiếm) loại thép này vẫn được ưa chuộng trong chế tạo các chi tiết đòi hỏi độ tin cậy cao

- Mn và Cr là các nguyên tố tạo cacbit trung bình

- Mo và W là các nguyên tố tạo cacbit khá mạnh

- V là nguyên tố tạo thành cacbit mạnh

- Ti, Zr, Nb là nguyên tố tạo thành cacbit rất mạnh

Khi đưa các nguyên tố này vào hợp kim, cacbon sẽ ưu tiên kết hợp với các nguyên tố mạnh trước Tuỳ theo nguyên tố hợp kim (Me) đưa vào và hàm lượng của nó trong thép hợp kim có các pha cacbit sau:

a- Xêmentit hợp kim (Fe, Me)3C:

Khi thép chứa một lượng ít (142%) các nguyên tố tạo cacbit trung bình và khá mạnh là Mn, Cr, Mo, W chúng hoà tan thay thế vị trí của nguyên tử Fe trong xêmentit tạo nên xêmentit hợp kim (Fe,Me)3C Xêmentit hợp kim có tính ổn định cao (khó phân huỷ, kết tụ khi nung) hơn xêmentit chút ít

b- Cacbit với kiểu mạng phức tạp:

Khi hợp kim hoá đơn giản (chỉ bằng một nguyên tố hợp kim) song với lượng lớn (>10%) Cr hoặc Mn có (dc/dMe> 0,59) chúng tạo nên với cacbon loại cacbit với kiểu mạng phức tạp như Cr7C3, Cr23C6, Mn3C

- Đặc tính của cacbit này là :

d- Cacbit với kiểu mạng đơn giản MeC (Me2 C)

Các nguyên tố tạo thành cacbit mạnh và rất mạnh là V, Ti, Zr, Nb khi đưa vào thép với lượng rất ít cũng có khả năng liên kết với cacbon tạo thành cacbit như VC, TiC, ZrC, NbC chúng chính là pha xen kẽ với kiểu mạng đơn giản

Đặc tính của loại cacbit này là:

+ độ cứng cao nhưng ít giòn hơn xêmentit

+ Cacbit này có vai trò giữ cho hạt nhỏ và nâng cao tính chống mài mòn Như vậy, cũng giống như xêmentit, các loại cacbit hợp kim có tác dụng làm tăng độ cứng, tính chống mài mòn Đồng thời do khó hoà tan vào austenit khi nung nóng nên một mặt nâng cao nhiệt độ tôi mặt khác lại giữ được hạt nhỏ khi nung điều này giúp cho hợp kim nâng cao được độ dai và cơ tính nói chung

Khi ram, cacbit hợp kim tiết ra khỏi mactenxit và kết tụ lại ở nhiệt độ cao hơn so với xêmentit trong thép cacbon, do đó giữ được độ cứng cao của trạng thái tôi ở nhiệt cao hơn 2008C, đôi khi tới 50046008C, tức là có tính cứng nóng hay bền nóng …

3.3.3 Hợp kim chịu mài mòn hệ Fe- Cr - C

Để có thể trơ cứng trước tác động mài mòn của các hạt mài rắn, vật liệu làm bi nghiền phải có tính tổ hợp như dạng vật liệu compozit Nền kim loại phải

đủ cứng và có khả năng biến dạng tối thiểu để luôn giữ chặt các hạt rắn cacbit

trong quá trình chà xát liên tục của các hạt mài Cốt phải có số lượng và kích thước hạt vừa đủ, độ cứng tối đa và phân bố đồng đều trong nền kim loại Hợp kim Fe- Cr- C đáp ứng được yêu cầu này

Hợp kim hệ Fe- Cr- C có thể có cấu trúc tế vi là các pha rắn sau:

- Pha nền kim loại : Dung dịch nền peclit, mactenxit, austenit

- Pha cacbit : Các loại cacbit dạng M3C, M7C3, M23C6.

Tổ hợp thành phần của các dạng cacbit và dạng nền kim loại kể trên tạo

ra vật liệu có tính chất nhất định

3.3.3.1 Vai trò của nền kim loại liên quan đến tính chịu mài mòn của hợp kim hệ Fe- Cr - C

Các nhà nghiên cứu về hợp kim chịu mài mòn của Viện Khoa học Vật liệu

đã tiến hành thí nghiệm với các nền kim loại khác nhau và đưa ra kết luận sau đây:

+ Nền kim loại đóng một vai trò hết sức quan trọng trong việc quyết

định khả năng chịu mài mòn của hợp kim hệ Fe- Cr- C

+ Trong mọi môi trường làm việc, cấu trúc nền peclit tạo cho hợp kim bị mài mòn nhanh nhất

+ Cấu trúc nền mactenxit thích hợp cho mài mòn với lực va đập không lớn + Cấu trúc nền austenit thích hợp với dạng mài mòn có sự va đập của các hạt mài có độ cứng cao, vận tốc va đập lớn

Các kết luận trên được giải thích như sau: Do cấu trúc nền peclit xuất hiện pha ferit rất mềm làm tăng khả năng hạt cacbit bị bong tróc trong quá trình bắn phá của các hạt mài Còn cấu trúc nền mactenxit có độ cứng vừa phải lại có biến dạng dẻo ít nhất nên dạng nền này giữ chặt các hạt cacbit để không xảy ra bóc tách khỏi nền khi bị lực cơ học tác động Hợp kim có nền kim loại là mactenxit có tính chịu mài mòn cao nhất ở cấu trúc austenit thì khi có lực va

đập đủ lớn nền kim loại sẽ chuyển biến từ cấu trúc austenit sang cấu trúc mactenxit, do đó đã giữ chặt các hạt cacbit trong quá trình mài mòn

3.3.3.2 Tính chất của pha cacbit

Một số tính chất pha cacbit của hợp kim hệ Fe- Cr- C được trình bày ở

bảng 3-1:

Bảng 3-1: Một số tính chất của pha cacbit của hợp kim hệ Fe- Cr- C

Ta nhận thấy rằng hạt M7C3 có độ cứng tế vi cao nhất rồi đến hạt M23C6

và thấp nhất là hạt M3C Vì vậy hợp kim có cấu trúc hạt cacbit M7C3 (hoặc

M7C3 + M23C6) kết hợp với nền mactenxit sẽ có khả năng chịu mài mòn tốt nhất

3.3.3.3 Thành phần tối ưu của hợp kim chịu mài mòn hệ Fe- Cr- C

Với hàm lượng C = 243% ; còn hàm lượng Cr = 12420% thì hợp kim hệ

Fe-Cr-C có cấu trúc nền là mactenxit, còn pha cacbit có dạng M7C3 hoặc M7C3 +

M23C6 [15,1] Tính chống mài mòn của hợp kim phụ thuộc tuyến tính tăng

vào hàm lượng crôm đến khoảng giới hạn Cr = 18420% [15,31] Với thành

phần như vậy, hợp kim hệ Fe- Cr- C có tính chịu mài mòn tốt nhất

Một số mác hợp kim điển hình dùng cho trường hợp mài mòn khô được

trình bày ở bảng 3- 2:

3 4 Một số vấn đề chính về nấu luyện hợp kim bi nghiền xi măng

Xuất phát từ yêu cầu về thành phần hoá học của hợp kim bi nghiền Trước hết, ta nghiên cứu một số vấn đề chính về công nghệ nấu luyện thép hợp kim

3.4.1 nguyên vật liệu dùng để luyện thép hợp kim

Nguyên vật liệu (phối liệu) nếu chọn không đúng thì mác thép sau khi nấu luyện sẽ khác nhiều với yêu cầu về thành phần hoá học của mác thép định nấu

1 nguyên vật liệu:

người ta thường dùng các loại: Gang thỏi, thép vụn, hồi liệu và các loại ferô Gang thỏi: Gồm loại để phối liệu ban đầu và loại để điều chỉnh hàm lượng cacbon trước khi ra thép

Thép vụn: Gồm thép vụn cacbon và thép vụn hợp kim

Hồi liệu: Là các phế phẩm, đậu ngót, đậu rót đem dùng lại Yêu cầu hồi liệu phải sạch cát để dễ nấu chảy

Ferô hợp kim: Gồm nhiều loại dùng để đưa vào mác thép các nguyên tố hợp kim cần thiết, đồng thời đê điều chỉnh thành phần, hợp kim hoá và khử ôxy

Chất ôxy hoá: Thường dùng quặng sắt và ôxy

Chất tạo xỉ: Dùng nhiều đá vôi, vôi củ, cát thạch anh, samôt, huỳnh thạch v.v…

Thép thỏi cung cấp cho mỗi lò cần phải ghi rõ số liệu mẻ nấu và chứng nhận thành phần hoá học

2 Phối liệu

Việc tính toán phối liệu chủ yếu là tính toán thành phần kim loại trong phối liệu Trình tự tính toán phối liệu thường theo các bước sau:

a- Quy định thành phần hoá học của mác thép định nấu:

Thành phần hoá học của các nguyên tố trong mác thép được quy định theo tiêu chuẩn quốc gia và cho ở các sách tra cứu, và thành phần hoá học được cho

trong một khoảng Khi tính toán thường lấy giá trị trung bình của hàm lượng nguyên tố cho phép để đơn giản việc tính toán

b Xác định thành phần hoá học của nguyên vật liệu cần dùng

Từ thành phần hoá học của các mác thép định nấu ta tính ra thành phần hoá học của nguyên vật liệu cần dùng

c Xác định tỷ lệ cháy hao của các nguyên tố khi nấu trong các thiết bị khác nhau

Trong quá trình nấu luyện ở những môi trường có tính chất ôxy hoá, thông thường các nguyên tố bị cháy hao nhưng có trường hợp hàm lượng một số nguyên tố trong quá trình nấu lại tăng lên Khi chọn tỷ lệ cháy hao ta căn cứ vào:

- Thiết bị nấu: Cấu trúc lò, bản chất quá trình nấu, điều kiện nấu v.v…

- Bản chất của nguyên tố có khả năng cháy hao

- Thời điểm đưa các nguyên tố này vào lò

* Trên cơ sở biết thành phần của mác thép cần nấu, chọn tỷ lệ cháy hao,

ta tính toán thành phần các nguyên tố trong phối liệu

* Tính toán cụ thể thành phần phối liệu kim loại

3.4.2 Xỉ trong quá trình luyện thép

1 Vai trò của xỉ trong quá trình nấu luyện

- Phần kim loại trong phối liệu bị ôxy hoá hay hồi liệu chứa đất, cát bẩn v.v…

- Tường lò bị ăn mòn

- Những chất ôxy hoá cần thiết đưa vào lò để thực hiện quá trình công nghệ

- Vât liệu phi kim và những chất trợ dung đưa vào lò

Xỉ phải thoả mãn yêu cầu sau:

- Đảm bảo cho quá trình nấu luyện thép phát triển theo hướng công nghệ xác định

- Đảm bảo tách ra khỏi hợp kim những tạp chất có hại nh− P, S và ngăn cản các chất nh− N2, H2 v.v… không xâm nhập vào hợp kim

- Đảm bảo cho sắt và các nguyên tố quý hiếm ít bị cháy hao

2 Các tính chất của xỉ:

a Độ bazơ của xỉ: Độ bazơ của xỉ tạo cho xỉ một độ sệt nhất định và do

đó có quyết định đến hoạt tính của xỉ lỏng, đến vấn đề hút khí và chất l−ợng hợp kim

+ Nhiệt hàm của xỉ: Để xỉ thực hiện đ−ợc nhiệm vụ của nó, cần phải cung cấp nhiệt làm nóng chảy nó Có thiết bị xỉ đ−ợc nguồn nhiệt cung cấp trực tiếp qua xỉ truyền xuống kim loại, có thiết bị lại lấy nhiệt của kim loại nấu

Nhiệt hàm của xỉ là l−ợng nhiệt cần cung cấp cho xỉ để nung nóng nó

và quá nhiệt nó đến nhiệt độ yêu cầu

3.4.3 Các quá trình hoá lý cơ bản xảy ra khi luyện thép

Quá trình nấu thép để chế tạo vật đúc xảy ra ở nhiệt độ cao là kết quả của quá trình tác dụng hoá lý phức tạp giữa kim loại, xỉ, môi trường khí lò v.v … Trong đó luôn xảy ra quá trình ôxy hoá các tạp chất và hoàn nguyên các nguyên tố hợp kim vào trong kim loại lỏng Các phản ứng hoá lý chủ yếu là

ôxy hoá và hoàn nguyên của các nguyên tố thường có ở trong thép, đó là sắt, mangan, silic, cacbon, phôtpho, lưu huỳnh

1 Sự ôxy hoá và hoàn nguyên sắt:

Phần sắt trong phối liệu để nấu thép chiếm tới 90496% nên phản ứng

ôxy hoá và hoàn nguyên sắt thường xuyên xảy ra vì sau đó ôxyt sắt lại là nguồn cung cấp ôxy để ôxy hoá các tạp chất khác Ta biết trong quá trình nấu gang thì phản ứng ôxy hoá sắt là phản ứng phụ kèm theo cần phải hạn chế Nhưng trong quá trình luyện thép thì phản ứng ôxy hoá sắt là phản ứng chủ

động và chủ yếu Vì vậy, ta xét phản ứng ôxy hoá sắt làm cơ sở cho quá trình xét các phản ứng khác và điều chỉnh quá trình nấu luyện

* Khi thổi trực tiếp ôxy (hay không khí) vào kim loại lỏng thì cơ cấu phản ứng xảy ra như sau :

{O2} = 2[O]

[Fe] + [O] = [ FeO]

x[FeO] = y[FeO] + z[FeO]

ở đây x = y + z

Quá trình này xảy ra khi cường hoá quá trình nấu luyện bằng cách thổi

ôxy vào Khi đó phản ứng xảy ra rất nhanh

* Đưa trực tiếp quặng sắt vào kim loại lỏng

Trong quặng sắt thường chứa các ôxyt Fe2O3 và Fe3O4 Khi đưa quặng vào kim loại lỏng dưới tác dụng của nhiệt độ cao sẽ xảy ra phản ứng tạo thành FeO

* Cung cấp ôxy bằng môi trường khí lò

Nếu trong môi trường khí lò có chứa các khí ôxy hoá như CO2, O2v.v… thì khí này sẽ truyền ôxy cho sắt qua xỉ

+ ở bề mặt tiếp xúc giữa xỉ và khí xảy ra phản ứng:

Muốn quá trình này tiến hành nhanh, bình thường thì yêu cầu trước hết là: Môi trường khí phải là môi trường ôxy hoá, xỉ chứa FeO phải có tính linh động tốt

Do cơ cấu quá trình xảy ra rất chậm, phức tạp nên phản ứng ôxy hoá sắt rất chậm

b- Sự hoàn nguyên sắt

Phản ứng ôxy hoá sắt là phản ứng phát nhiệt nên ở nhiệt độ thấp, sự ôxy hoá sắt càng mạnh Nếu nhiệt độ của quá trình rất cao do tăng lượng ôxy thổi vào thì không những có thể loại trừ được phản ứng ôxy hoá sắt mà còn có thể hoàn nguyên được sắt hay thép vụn từ phối liệu đưa vào Trong quá trình nấu bình thường sử dụng biện pháp đó rất khó Người ta có thể hoàn nguyên sắt nhờ các nguyên tố có ái lực hoá học mạnh với ôxy hơn sắt Các nguyên tố đó

có thể trực tiếp đưa vào trong kim loại như : Si, Mn, Al hoặc rải lên xỉ bột cốc, bột ferôsilic

c- ý nghĩa của phản ứng ôxy hoá và hoàn nguyên sắt

Phản ứng ôxy hoá sắt là phản ứng rất cần thiết trong giai đoạn đốt cháy các tạp chất, vì đó là nguồn cung cấp ôxy cho các phản ứng ôxy hoá khác Nhưng vì thời gian cuối của quá trình nấu luyện phản ứng này lại không có lợi vì nó làm tăng lượng khí ôxy trong thép và tạo điều kiện cho rỗ khí phát triển

đồng thời làm hạn chế việc khử S Vì vậy, cuối mẻ nấu luyện cần thực hiện phản ứng hoàn nguyên để hạ lượng ôxy trong thép tới mức thấp nhất

2- Sự ôxy hoá và hoàn nguyên mangan (Mn)

a- Sự ôxy hoá và hoàn nguyên mangan

Trong quá trình nấu luyện, Mn là nguyên tố dễ bị ôxy hoá trong cả lò axit và lò bazơ

Phản ứng ôxi hoá Mn cũng phụ thuộc vào quá trình cung cấp ôxy mà cơ cấu và tốc độ có khác nhau

- Khi thổi trực tiếp ôxi vào kim loại thì sẽ xảy ra phản ứng:

[Mn] +

2

1 {O2} = (MnO)

- Khi trong kim loại lỏng chứa [FeO] hay khi khử ôxy trực tiếp bằng

Mn thì phản ứng xảy ra là:

[Mn] + [FeO] = MnO + [Fe]

Nhưng điển hình nhất là phản ứng ôxy hoá Mn tiến hành trong điều kiện khác nhau, khi trong xỉ chứa nhiều ôxy sắt Ta có phản ứng:

[Mn] + (FeO) = (MnO) + [Fe], ∆H =- 32290 Cal

Do phản ứng ôxy hoá Mn là phản ứng toả nhiệt nên khi tăng nhiệt độ, phản ứng ôxy hoá chậm lại, đến nhiệt độ nhất định và cao sẽ xảy ra hiện tượng hoàn nguyên Mn Sự hoàn nguyên Mn thường kèm theo sự ôxy hoá cacbon

Do đó có thể coi nó là kết quả của 2 phản ứng đồng thời:

(MnO) + [Fe] = [Mn] + (FeO)

(FeO) + [C] = {CO} + [Fe]

Thực tế ít có sự hoàn nguyên Mn trực tiếp bằng cacbon

Trong lò axit, Mn có thể được hoàn nguyên bằng silic theo phản ứng sau: 2(MnO) + [Si] = (SiO2) + 2[Mn]

Trong lò bazơ, MnO ở trạng thái tự do Vì vậy, mức độ ôxy hoá của Mn

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, Mn hoàn nguyên là dấu hiệu của sự tăng nhiệt độ lò và nước thép

b- Sử dụng mangan trong quá trình nấu luyện

Trong quá trình nấu luyện người ta thường sử dụng Mn để đạt mục đích sau:

- Đảm bảo tính chất đúc cho hợp kim

- Khử sơ bộ ôxy cho nước thép do ái lực hoá học của Mn với ôxy mạnh hơn sắt

Người ta đã chứng minh được rằng khả năng ôxy hoá của Mn rất nhỏ Nhưng thực tế vẫn cần thiết dùng Mn để khử ôxy sơ bộ, vì khi đưa Mn vào thép sẽ làm giảm bớt lượng ôxy trong nước thép trước khi cho Si và Al vào