TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA- ĐHQG TP.HCM Giảng viên:Ths Nguyễn Đăng Khoa LÒ LUYEN KIM PLASMA Tiểu luận: Nguyên lý lị cơng nghiệp LỊ LUYỆN KIM PLASMA SV thực hiện: ĐỖ NGUYỄN QUỲNH NGÂN LÊ THỊ THANH TUYỀN MSSV: 1512119 1513908 Nội dung Sơ lược công nghệ plasma: Cấu tạo thiết bị lò luyện FFB Ngun lí hoạt động Một số loại lị plasma 4.1 Lò phát đầu Đức 4.2 Lò Plasma hồ quang Liên Xơ 4.3 Lị plasma cảm ứng Nhật Công nghệ luyện kim 5.1 Một số vấn đề cơng nghệ lị luyện Plasma 5.2 Nấu luyện 5.3 Các q trình hóa học Tài liệu tham khảo LÒ LUYEN KIM PLASMA 1.1 lịch sử 1.2 Khái niệm 1.3 Ứng dụng GIỚI THIỆU CHUNG LỊ LUYEN KIM PLASMA 1.1 Lịch sử hình thành - Plasma nghiên cứu từ thập niên 1920 nhà hóa học Irwing Langmuri - Từ thập niên 1970, plasma ứng dụng nhiều kĩ thuật: khắc vi mạch điện tử, phun phủ, cắt kim loại,đốt rác nấu luyện kim loại - 1980 lò plasma sử dụng rộng rãi nước công nghiệp phát triển GIỚI THIỆU CHUNG LÒ LUYEN KIM PLASMA 1.2 Khái niệm - Plasma trạng thái thứ tư vật chất, chất bị ion hóa mạnh Đại phận phân tử hay nguyên tử lại hạt nhân; electron chuyển động tương đối tự hạt - Có loại plasma nguội plasma nóng - Plasma nhiệt độ cao: có mức độ ion hố hồn tồn, nhiệt độ đạt đến vài trăm ngàn K - Plasma nhiệt độ thấp: sử dụng luyện kim, có mức độ ion hố khoảng 1%, nhiệt độ đạt đến vài chục ngàn K Điều kiện để hình thành plasma: - Nguồn lượng - Các phần tử khí GIỚI THIỆU CHUNG LÒ LUYEN KIM PLASMA 1.3 Ứng dụng plasma luyện kim • Nấu luyện mác thép hợp kim hoá nitơ với hàm lượng cao bảo đảm sít chặt • Nấu luyện hợp kim cacbon thấp, ơxy hydrơ • Tinh luyện tạp phi kim khỏi thép kết hợp với xỉ • Nấu lại kim loại hợp kim quý bảo đảm độ cao cháy hao • Argon khí plasma phổ biến sử dụng nhiều luyện kim plasma GIỚI THIỆU CHUNG LÒ LUYEN KIM PLASMA Ưu điểm việc sử dụng plasma: Luyện 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 nguyên tố nhờ vào việc giảm tác động trình oxy hóa  Tiết kiệm chi phí ngun liệu Khử sâu tạp chất (khí, phi kim) Đảm bảo thành phần hợp kim Nâng cao chất lượng thỏi đúc Khả đạt trạng thái ổn định dòng khí ion với nhiệt độ cao Giảm đáng kể mức độ ô nhiễm môi trường GIỚI THIỆU CHUNG LÒ LUYEN KIM PLASMA CẤU TẠO LÒ LUYEN KIM PLASMA  Hệ thống cấp khí lị • Để giữ trạng thái plasma ổn định có chiều dài 280mm buồng đốt cần có tiêu thụ lớn khí Ar (16m3/h) Do lị chế tạo với nguồn cấp khí gas song phương • Argon khí plasma phổ biến dùng luyện kim, thường sử dụng hỗn hợp với loại khí khác để tăng cường lượng • Khí argon phải đảm bảo độ CẤU TẠO LÒ LUYEN KIM PLASMA  Thiết bị phát plasma (plasmatron) • Plasmatron có dạng : loại có ống anod loại có anod vật cần nung CẤU TẠO LỊ LUYEN KIM PLASMA  Lị plasma có nồi lị gốm • Lị plasma có nồi lị gốm có cấu tạo gần giống lị hồ quang thơng thường, phải làm kín thật tốt • Plasmatron cấp dịng khí argon để tạo khí trung tính lị • Anod đồng có nước làm nguội, lắp đặt đáy lị • Để khuấy trộn đồng kim loại lỏng, lị trang bị thêm cuộn cảm ứng 10 MỘT SỐ LOẠI LỊ PLASMA 15 LỊ LUYEN KIM PLASMA 4.1 Lị plasma đúc thép bán liên tục  Các plasmatron di chuyển 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 buồng cao nên bay nguyên tố không đáng kể  Thỏi đúc tinh luyện có cấu trúc định hướng, khơng có vùng tinh thể đẳng trục lõi, chất lượng bề mặt tốt MỘT SỐ LOẠI LỊ PLASMA 4.2 Lị phát hai đầu Đức LÒ LUYEN KIM PLASMA - Có loại: loại có ống anod loại có anod vật cần nung 16 MỘT SỐ LOẠI LỊ PLASMA LỊ LUYEN KIM PLASMA 17 4.2 Lị phát hai đầu Đức  Plasmatron có ống anod • Plasmatron sử dụng dòng chiều với catod điện cực (thường làm hợp kim W-Th) anod ống bao quanh • Khi cho luồng khí vào buồng plasmatron, đưa tia hồ quang phát anod catod phía vật nung Trong q trình này, khí bị ion hố tạo thành dịng plasma nhiệt độ thấp  Plasmatron có anod vật cần nung • Plasmatron loại sử dụng dòng chiều với catod điện cực anod kim loại cần tinh luyện • Loại hồ quang có mật độ dịng lớn chạy MỘT SỐ LOẠI LÒ PLASMA 4.3 Lị plasma cảm ứng Nhật 18 LỊ LUYEN KIM PLASMA MỘT SỐ LOẠI LỊ PLASMA 4.4 Lị plasma hồ quang Liên Xơ củ 19 LỊ LUYEN KIM PLASMA CÔNG NGHỆ LUYỆN KIM 5.1 Một số vấn đề cơng nghệ luyện kim lị plasma 20 LÒ LUYEN KIM PLASMA  Ổn định hồ quang plasma: - chuyển động hỗn loạn ống có xu hướng làm tắt plasma  ổn định hệ thống làm mát, thân ống, cách thay đổi dòng khí từ trường bên ngồi - Ổn định hồ quang plasma dịng khí biện pháp đơn giản thường sử dụng Với biện pháp này, dịng khí lạnh đưa vào bao quanh hồ quang điều chỉnh Dịng khí thẳng xoắn