การใช้งานเตาหลอมไฟฟ้าแบบอาร์คมีจังหวะเฉพาะตัว ซึ่งคุณจะเรียนรู้ได้ก็ต่อเมื่อใช้เวลาอยู่ในโรงหลอมสักระยะหนึ่งแล้ว การให้ความร้อนแต่ละครั้งจะมีลำดับขั้นตอน แต่ความแตกต่างระหว่างการให้ความร้อน 45 นาทีกับ 90 นาที มักขึ้นอยู่กับว่าคุณปฏิบัติตามหลักการพื้นฐานได้ดีเพียงใด คู่มือนี้จะอธิบายแต่ละขั้นตอนของกระบวนการออกซิเดชัน ซึ่งยังคงเป็นมาตรฐานสำหรับโรงงานส่วนใหญ่ และอธิบายไม่เพียงแต่ว่าควรทำอะไร แต่ยังอธิบายว่าทำไมจึงมีความสำคัญด้วย
กระบวนการออกซิเดชัน: ยังคงเป็นกระบวนการหลักที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย
เหตุใดวิธีการออกซิเดชันจึงได้รับความนิยม
ถ้าคุณกำลังหลอมเหล็กกล้าคาร์บอนหรือเหล็กกล้าอัลลอยต่ำ หรือเหล็กกล้าเกรดใดก็ตามที่การควบคุมก๊าซและสิ่งเจือปนมีความสำคัญ วิธีการออกซิเดชันคือวิธีที่คุณจะใช้ คุณลักษณะเด่นคือช่วงเวลาออกซิเดชันเฉพาะที่ซึ่งคุณเป่าออกซิเจนเพื่อขับไล่คาร์บอนออกไป และปล่อยให้ฟอง CO ที่เกิดขึ้นขัดถูโลหะในอ่างหลอม การขัดถูนี้จะดึงไฮโดรเจน ไนโตรเจน และสิ่งเจือปนที่ไม่ใช่โลหะออกมาในแบบที่ขั้นตอนอื่น ๆ ไม่สามารถเทียบได้
คุณจะทำการให้ความร้อนเพื่อการออกซิเดชันเมื่อ:
- คุณกำลังผลิตเหล็กกล้าคาร์บอนหรือเหล็กกล้าอัลลอยต่ำ
- เหล็กกล้าต้องการการควบคุมก๊าซและสิ่งเจือปนอย่างเข้มงวด
- เศษวัสดุของคุณมีส่วนผสมหลายอย่างหรือไม่ทราบส่วนประกอบ (ดังนั้นคุณจึงต้องการการทำความสะอาดด้วยกระบวนการออกซิเดชัน)
- การกำจัดฟอสฟอรัสและกำมะถันเป็นสิ่งจำเป็นทั้งคู่
ลำดับหกขั้นตอน
ความร้อนจากการออกซิเดชันทุกครั้งจะมีโครงสร้างพื้นฐานเหมือนกัน:
การซ่อมเตาหลอม → การเติมเชื้อเพลิง → การหลอม → การออกซิเดชัน → การรีดักชัน → การเทโลหะ
แต่ละขั้นตอนมีหน้าที่เฉพาะ เรามาดูกันทีละขั้นตอนเลย
ขั้นตอนที่ 1: การซ่อมแซมเตาเผา
เหตุผลที่คุณพลาดสิ่งนี้ไม่ได้
ผนังเตาหลอมต้องเผชิญกับความเสียหายทุกครั้งที่ใช้งาน ไม่ว่าจะเป็นการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลัน แรงกระแทกจากการบรรจุวัสดุ การกัดกร่อนทางเคมีจากตะกรัน และรังสีจากประกายไฟตลอดทั้งวัน หากไม่ซ่อมแซมอย่างเป็นระบบ อาจทำให้ส่วนล่างของเตาหลอมเสียหาย ผนังเตาหลอมไหม้ทะลุ หรือรูสำหรับเทโลหะรั่ว ซึ่งการซ่อมแซมเหล่านี้ล้วนมีค่าใช้จ่ายสูง
การซ่อมแซมที่ดีนั้นประกอบด้วยหลายสิ่งหลายอย่างพร้อมกัน:
- ซ่อมแซมส่วนที่เสียหายก่อนที่จะลุกลามจนใช้งานไม่ได้
- ช่วยรักษารูปทรงของเตาหลอม ทำให้ระดับความลึกของหินหลอมเหลวคงที่
- อุดรอยแตกที่อาจทำให้เหล็กหลอมเหลวซึมเข้าไปถึงเปลือกเตาหลอม
- ยืดอายุการใช้งานของแคมเปญ ซึ่งเป็นส่วนที่ใช้เงินงบประมาณสำหรับวัสดุทนไฟของคุณ
วิธีทำอย่างถูกต้อง
จังหวะเวลาสำคัญ ควรทำขณะที่วัสดุบุผิวยังร้อนอยู่ ความร้อนที่เหลืออยู่จะช่วยให้วัสดุซ่อมแซมยึดติดแน่น ในทางปฏิบัติ คุณควรซ่อมแซมภายใน 10 ถึง 15 นาทีหลังจากเคาะ หากนานกว่านั้น วัสดุบุผิวจะเย็นลงจนวัสดุซ่อมแซมไม่ยึดติดแน่นอย่างเหมาะสม
วัสดุที่ใช้ เตาหลอมไฟฟ้าแบบใช้แมกนีเซียมจะใช้แมกนีไซต์ (MgO) หรือโดโลไมต์ (MgO·CaO) ร่วมกับสารยึดเกาะ ซึ่งอาจเป็นน้ำมันดินหรือแก้วน้ำ อนุภาคหยาบเหมาะสำหรับการซ่อมแซมขนาดใหญ่ ผงละเอียดเหมาะสำหรับงานละเอียด
วิธีการ คุณมีตัวเลือกขึ้นอยู่กับสถานการณ์:
- การโยนวัสดุซ่อมแซมลงบนจุดที่ร้อนและปล่อยให้ความร้อนหลอมรวมกัน วิธีนี้รวดเร็ว หยาบ และเหมาะสำหรับรอยสึกหรอเล็กน้อย
- การซ่อมแซมโดยใช้เครื่องมือสำหรับความเสียหายเฉพาะจุด
- การพ่นด้วยความร้อน—การพ่นสารทนไฟลงบนผนังด้วยหัวฉีด วิธีนี้เป็นวิธีมาตรฐานสมัยใหม่สำหรับงานซ่อมแซมที่ซับซ้อนกว่าการซ่อมแซมเฉพาะจุด รวดเร็ว ครอบคลุมพื้นที่ขนาดใหญ่ได้อย่างสม่ำเสมอ และได้ผลดีกับความร้อนจากเตาเผา
สิ่งที่ต้องระวัง รูระบายและแนวตะกรันเป็นบริเวณที่สึกหรอมากที่สุด ตรวจสอบทุกครั้งที่ทำการหลอม รักษาความหนาของชั้นซ่อมแซมไว้ประมาณ 30 ถึง 50 มิลลิเมตรต่อครั้ง หากหนาเกินไปจะไม่เกิดการหลอมรวมอย่างเหมาะสมก่อนที่จะทำการหลอมใหม่
ขั้นตอนที่ 2: การชาร์จ
กฎเกณฑ์ที่สำคัญอย่างแท้จริง
วิธีการจัดวางเศษเหล็กในถังหล่อจะเป็นตัวกำหนดประสิทธิภาพการให้ความร้อนทั้งหมด การจัดวางถังที่ไม่เหมาะสมจะทำให้เกิดการอุดตัน หลอมละลายช้า และเสียเวลาโดยเปล่าประโยชน์
หลักการนั้นตรงไปตรงมา:
- ความหนาแน่นมีความสำคัญ คุณต้องการให้ประกายไฟแทรกซึมเข้าไปในประจุ ไม่ใช่แค่ลอยอยู่ด้านบนเท่านั้น
- กระจายเศษวัสดุออกไป อย่ากองรวมกัน การกองเศษวัสดุหนักๆ ทั้งหมดไว้ในจุดเดียวจะทำให้เกิดจุดเย็นที่ละลายยาก
- ชั้นล่างหนา ชั้นบนบาง ฟังดูเหมือนหลักการพื้นฐาน แต่คนมักทำผิดหลักการนี้อยู่เสมอ ชั้นล่าง: เศษวัสดุหนา ชั้นกลาง: วัสดุขนาดกลาง ชั้นบน: เศษวัสดุบางและวัสดุหลวมๆ
- กระจายสารเติมแต่งต่างๆ ให้ทั่วถัง เช่น ปูนขาว โค้ก และสารเพิ่มคาร์บอน ไม่ใช่กองรวมกันไว้ทีเดียว
ร้านค้าสมัยใหม่คิดค่าบริการอย่างไร
มีสองวิธีหลักที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย
การเติมน้ำแข็งแบบหลังคาสวิงเป็นวิธีที่ร้านส่วนใหญ่ใช้ ยกหลังคาขึ้น สวิงเปิดออก แล้วหย่อนถังลงไป รวดเร็ว ยืดหยุ่น และคุณสามารถมองเห็นสิ่งที่คุณกำลังทำได้ โดยทั่วไปแล้วการเติมน้ำแข็งแต่ละครั้งจะใช้ถังสองหรือสามถัง
เตาหลอมเหล็ก Consteel (แบบป้อนวัสดุต่อเนื่อง) นั้นแตกต่างออกไป เศษเหล็กจะถูกป้อนอย่างต่อเนื่องจากด้านข้างของเตาหลอมด้วยสายพานลำเลียงในขณะที่กำลังหลอม เมื่อรวมกับระบบเจาะด้านล่างแบบเยื้องศูนย์ (EBT) ทำให้คุณสามารถทำงานได้อย่างต่อเนื่องแทบไม่หยุด ประกายไฟไม่เคยดับ การสูญเสียความร้อนลดลงอย่างมาก ระบบไฟฟ้าก็ทำงานได้ดีขึ้นเช่นกัน เพราะโหลดคงที่มากขึ้น ข้อเสียคือต้นทุนการลงทุนและกระบวนการที่ซับซ้อนกว่า แต่สำหรับโรงงานที่มีปริมาณการผลิตสูงแล้ว ถือว่าหาอะไรมาเทียบได้ยาก
ควรคิดค่าบริการเท่าไหร่
กำลังการผลิตของเตาหลอมและกำลังไฟของหม้อแปลงจะเป็นตัวกำหนดขีดจำกัดสูงสุด ควรตั้งเป้าให้ได้ความร้อนหลอมเหลวประมาณ 85 ถึง 110 เปอร์เซ็นต์ของกำลังการผลิตที่กำหนดไว้ หากเติมน้อยเกินไป คุณจะสิ้นเปลืองกำลังไฟของหม้อแปลง หากเติมมากเกินไป คุณจะต่อลัดวงจรหรือเกิดการกระเด็นออก
เมื่อคุณกำลังแบ่งส่วนผสมในถัง ให้พิจารณาสิ่งต่อไปนี้:
- คุณมีเศษวัสดุประเภทใดบ้าง และมีความหนาแน่นเท่าไร
- คุณจะใช้โลหะร้อนหรือไม่ (และใช้ปริมาณเท่าใด)
- ภาพรวมของสินค้าคงคลังโลหะผสมที่ส่งคืนของคุณเป็นอย่างไร
- จุดเริ่มต้นของคาร์บอน ฟอสฟอรัส และกำมะถันของคุณ
ขั้นตอนที่ 3: การหลอมละลาย
เหตุใดขั้นตอนนี้จึงมีค่าใช้จ่ายสูงที่สุด
ช่วงเวลาที่มีการใช้ไฟฟ้ามากที่สุด คือช่วงที่ 50-60 เปอร์เซ็นต์ของเวลาการใช้งานทั้งหมดของคุณหายไป และ 60-70 เปอร์เซ็นต์ของปริมาณไฟฟ้าทั้งหมดถูกใช้ไป หากคุณต้องการเพิ่มประสิทธิภาพการทำงาน นี่คือจุดแรกที่คุณควรพิจารณา
ขั้นตอนการหลอมละลายมีสี่ระยะที่แตกต่างกัน และแต่ละระยะต้องการการจัดการที่แตกต่างกัน
อาร์คสไตรค์
เปิดเครื่อง อิเล็กโทรดตกลงมาสัมผัสกับเศษโลหะ กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน จากนั้นอิเล็กโทรดจะยกขึ้นและเกิดประกายไฟ ในช่วงไม่กี่นาทีแรก ประกายไฟจะแผ่กระจายออกไปอย่างเต็มที่ มันจะพุ่งตรงขึ้นไปที่หลังคาและแผ่ไปด้านข้างที่ผนัง ควรใช้แรงดันไฟฟ้าต่ำในขั้นตอนนี้ ผู้ใช้งานบางรายอาจเติมถ่านโค้กหรือเศษอิเล็กโทรดลงในบริเวณที่ประกายไฟสัมผัส เพื่อช่วยให้ประกายไฟมีความเสถียรมากขึ้น นี่เป็นรายละเอียดเล็กๆ น้อยๆ ที่ส่งผลดีต่ออายุการใช้งานของหลังคา
การก่อตัวของหลุมเจาะ
ประกายไฟจะเผาไหม้ลงไปในเศษโลหะ ทำให้เกิดรูพรุน คุณต้องการให้กระบวนการนี้เกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว—ทำให้ประกายไฟแทรกซึมเข้าไปในเนื้อโลหะจนความร้อนก่อให้เกิดประโยชน์ เมื่ออิเล็กโทรดแทรกเข้าไปแล้ว คุณสามารถใช้กำลังไฟที่สูงขึ้นได้โดยไม่ต้องทำให้หลังคาไหม้ นี่คือจุดที่การควบคุมอิเล็กโทรดที่มีความไวสูงมีความสำคัญ การตอบสนองของอิเล็กโทรดที่ช้าจะทำให้คุณเสียเวลา
การก่อตัวของแอ่งหลอมเหลว
เมื่อเศษโลหะหลอมเหลว บ่อหลอมก็จะขยายใหญ่ขึ้น ตอนนี้ให้เติมปูนขาวชุดแรกเข้าไป คุณต้องการให้ตะกรันปกคลุมบ่อหลอมโดยเร็วที่สุด เพราะจะช่วยลดการดูดซับก๊าซ ลดการสูญเสียความร้อน และเริ่มกำจัดฟอสฟอรัส เมื่อบ่อหลอมลึกพอแล้ว ให้เริ่มเป่าออกซิเจนเข้าไป ออกซิเจนจะช่วยเร่งการหลอมเหลวและทำให้เข้าสู่ช่วงออกซิเดชันได้เร็วขึ้น
การหลอมละลายอย่างครอบคลุม
เมื่อได้สภาพของเหลวที่เหมาะสมแล้ว ให้เพิ่มปริมาณออกซิเจนและใช้หัวเผาออกซิเจนหากมี ปรับความเป็นด่างและความลื่นไหลของตะกรันอย่างต่อเนื่องเพื่อให้พร้อมเมื่อเริ่มกระบวนการออกซิเดชัน การเตรียมอ่างหลอมที่ดีในตอนท้ายของการหลอมจะช่วยให้กระบวนการออกซิเดชันสั้นและสะอาด
การบีบเวลาออกมาจากการละลาย
สิ่งสำคัญบางประการที่จะส่งผลต่อความเปลี่ยนแปลงอย่างแท้จริง:
- การจัดวางบุ้งกี๋ที่ดีจะช่วยลดเวลาในการเจาะบ่อให้น้อยที่สุด
- การใช้ออกซิเจนผสมเชื้อเพลิงช่วยให้ความร้อนแก่เศษโลหะที่ประกายไฟเข้าไม่ถึง
- ทำให้เกิดตะกรันฟองโดยเร็วที่สุด เพื่อกักเก็บความร้อนจากประกายไฟไว้ในอ่างหลอม
- ปิดหลังคาไว้เสมอ ทุกครั้งที่คุณเปิดหลังคา ความร้อนจะรั่วไหลออกไป วางแผนการต่อเติมให้ดี เพื่อที่คุณจะได้ไม่ต้องเปิดหลังคาโดยไม่จำเป็น
- ปรับกำลังไฟให้เหมาะสมกับเตาของคุณ การใช้กำลังไฟสูงสุดเมื่อประกไฟลุกเต็มที่นั้นจะทำให้หลังคาของคุณเสียหายได้ง่าย เรียนรู้รูปแบบการใช้พลังงานที่เหมาะสมที่สุดของเตาในแต่ละขั้นตอน
ขั้นตอนที่ 4: การออกซิเดชัน
สิ่งที่คุณกำลังทำอยู่ตรงนี้จริงๆ คืออะไร
ช่วงการเกิดออกซิเดชันเป็นช่วงที่กระบวนการทางโลหะวิทยาซับซ้อนที่สุด คุณมีหน้าที่หลักห้าอย่างดังนี้:
การกำจัดฟอสฟอรัส — ลดปริมาณฟอสฟอรัสให้ต่ำกว่าค่าที่กำหนด (โดยปกติคือ ≤0.025%)
2. การกำจัดคาร์บอน — เป่าออกซิเจนลงไป เพื่อลดปริมาณคาร์บอนให้ได้ตามเป้าหมาย
3. การกำจัดแก๊ส — ปล่อยให้ฟอง CO ขจัด H₂ และ N₂ ออกจากอ่าง
4. การกำจัดสิ่งเจือปน — ฟองก๊าซ CO จะพาสิ่งเจือปนขึ้นสู่ผิวดิน
5. อุณหภูมิสูงขึ้น — ปฏิกิริยา C–O เป็นปฏิกิริยาคายความร้อน การกำจัดคาร์บอนทุกๆ 0.01% จะทำให้อุณหภูมิของอ่างเพิ่มขึ้นประมาณ 2–3°C
การกำจัดฟอสฟอรัส: การเอาฟอสฟอรัสออก
การกำจัดฟอสฟอรัสเป็นกระบวนการทางเคมีของตะกรัน คุณต้องมีสิ่งต่างๆ สี่อย่าง:
- มีความเป็นเบสสูง ควรมีอัตราส่วน CaO/SiO₂ อยู่ที่ 2.5 ถึง 4.0
- ตะกรันออกซิไดซ์ ปริมาณ FeO ในตะกรันต้องอยู่ที่ 15 ถึง 25 เปอร์เซ็นต์ หากไม่มีปริมาณ FeO ฟอสฟอรัสจะยังคงอยู่ในโลหะ
- ลดอุณหภูมิในช่วงแรก การกระจายตัวของฟอสฟอรัสจะเกิดขึ้นได้ดีในตะกรันที่อุณหภูมิต่ำ เริ่มทำการกำจัดฟอสฟอรัสในขณะที่โลหะหลอมเหลวยังค่อนข้างเย็นอยู่ จากนั้นกำจัดตะกรันที่มีฟอสฟอรัสสูงออกก่อนที่จะเพิ่มอุณหภูมิเพื่อทำการกำจัดคาร์บอน
- ต้องมีตะกรันเพียงพอ หากปริมาณตะกรันน้อยเกินไป จะจำกัดปริมาณฟอสฟอรัสที่ตะกรันสามารถดูดซับได้
เคล็ดลับสำคัญ: เริ่มสร้างตะกรันที่มีความเป็นด่างสูงและมีเหล็กออกไซด์สูงในช่วงท้ายของกระบวนการหลอม เพื่อให้ฟอสฟอรัสเคลื่อนที่ออกไปตั้งแต่เนิ่นๆ เมื่อกำจัดฟอสฟอรัสออกไปแล้ว ให้กำจัดตะกรันนั้นออกก่อนที่จะเริ่มกระบวนการลดคาร์บอนอย่างหนัก หากไม่ทำเช่นนั้น ฟอสฟอรัสจะกลับคืนสู่สภาพเดิม—มันจะกลับจากตะกรันเข้าไปในโลหะเมื่อองค์ประกอบทางเคมีของตะกรันเปลี่ยนแปลงไปในระหว่างกระบวนการลดคาร์บอน นี่เป็นความผิดพลาดที่เกิดขึ้นบ่อยและสามารถหลีกเลี่ยงได้อย่างสิ้นเชิง
การลดคาร์บอน: การต้มด้วย CO
การเป่าออกซิเจนจะผลักคาร์บอนลงไปด้านล่าง ก๊าซ CO ที่เกิดขึ้นจะทำให้เกิดการเดือดอย่างรุนแรง และการเดือดนั้นไม่ได้แค่กำจัดคาร์บอนเท่านั้น แต่ยังช่วยกวนของเหลวในอ่าง (ทำให้ทั้งอุณหภูมิและองค์ประกอบทางเคมีเป็นเนื้อเดียวกัน) ช่วยพัดพาไฮโดรเจนและไนโตรเจนออกไปเมื่อฟองอากาศแตกตัวที่ผิวหน้า และยังช่วยพัดพาอนุภาคต่างๆ ไปยังตะกรันเพื่อให้ถูกดูดซับเข้าไปด้วย
ข้อแนะนำบางประการ:
- หากต้องการประโยชน์ในการลดมลพิษในน้ำมันเชื้อเพลิง ควรลดปริมาณคาร์บอนในเชื้อเพลิงอย่างน้อย 0.2% การลดเพียง 0.05% นั้นแทบไม่มีผลอะไรเลย
- ควบคุมอัตราการเป่าลม ถ้าแรงเกินไป เหล็กหลอมเหลวจะกระเด็นออกจากเตา ถ้าเบาเกินไป การเดือดจะไม่มีประสิทธิภาพ
- ระวังจุดสิ้นสุด ตรวจสอบตัวอย่างก่อนที่คุณจะคิดว่าเสร็จสิ้น หากเจาะไม่ถึงจุดสิ้นสุด คุณกำลังเจาะเหล็กกล้าคาร์บอนสูง หากเจาะเกินจุดสิ้นสุด คุณจะเพิ่มคาร์บอนเข้าไป ซึ่งได้ผล แต่เสียเวลาและโลหะผสมมากขึ้น
การจัดการอุณหภูมิในกระบวนการออกซิเดชัน
คุณควรหยุดกระบวนการออกซิเดชันที่อุณหภูมิประมาณ 10 ถึง 20°C ต่ำกว่าอุณหภูมิการเทโลหะ ทำไม? เพราะกระบวนการรีดักชันเกี่ยวข้องกับการเติมโลหะผสมและสารกำจัดออกซิไดซ์ ซึ่งเป็นกระบวนการดูดความร้อน อุณหภูมิของโลหะหลอมเหลวจะเย็นลงเล็กน้อย การหยุดกระบวนการออกซิเดชันที่อุณหภูมิประมาณ 1550 ถึง 1600°C (ขึ้นอยู่กับเกรดของโลหะ) มักจะอยู่ในช่วงอุณหภูมิที่เหมาะสม
การกำจัดตะกรัน
เมื่อกระบวนการออกซิเดชันเสร็จสมบูรณ์แล้ว ให้กำจัดตะกรันออกซิไดซ์ออกไปให้หมด เพราะมันเต็มไปด้วยฟอสฟอรัสและเหล็กออกไซด์ หากมันยังคงอยู่ในเตาหลอมระหว่างกระบวนการรีดักชัน มันจะส่งผลเสียต่อกระบวนการทั้งหมด ไม่ว่าจะเป็นการเกิดฟอสฟอรัสขึ้นใหม่ การเกิดออกซิเดชันซ้ำ และอื่นๆ รีบกำจัดออก แล้วรีบทำตะกรันรีดักชันใหม่ให้เร็วที่สุด
ขั้นตอนที่ 5: การลดลง
สี่งานลดทอน
ช่วงลดขนาดคือช่วงที่คุณทำการตกแต่งเหล็กให้เสร็จสมบูรณ์:
การลดออกซิเจน — ลดปริมาณออกซิเจนที่ละลายในน้ำให้เหลือน้อยที่สุดเท่าที่จะทำได้
2. การกำจัดกำมะถัน — ภายใต้สภาวะสแลกรีดิวซ์ที่ได้รับการดูแลอย่างดี
3. การผสมโลหะ — เติมธาตุผสมเพื่อให้ได้องค์ประกอบทางเคมีที่ต้องการ
4. การปรับอุณหภูมิ — ตั้งค่าอุณหภูมิให้เหมาะสมกับการเคาะของคุณ
การกำจัดออกซิเจน: การตกตะกอน + การแพร่กระจายแบบผสมผสาน
วิธีการสมัยใหม่ใช้ทั้งสองกลไกนี้ หลังจากกำจัดตะกรันแล้ว ให้เติมสารลดออกซิเจนที่มีประสิทธิภาพสูง (อะลูมิเนียม ซิลิคอน-แมงกานีส) ลงในโลหะหลอมเหลวโดยตรง นี่คือการลดออกซิเจนโดยการตกตะกอน ซึ่งรวดเร็วและช่วยลดออกซิเจนได้อย่างรวดเร็ว จากนั้นจึงสร้างตะกรันลดออกซิเจน (ตะกรันขาวหรือตะกรันคาร์ไบด์) และรักษาสภาพไว้ ตะกรันจะค่อยๆ ดึงออกซิเจนออกจากโลหะหลอมเหลวมากขึ้นผ่านการลดออกซิเจนโดยการแพร่ การผสมผสานทั้งสองวิธีนี้จะทำให้ได้เหล็กที่สะอาดกว่าการใช้วิธีใดวิธีหนึ่งเพียงอย่างเดียว
ตะกรันขาว (มีส่วนประกอบหลักเป็น CaO มี FeO ต่ำ จึงมีสีขาว) และตะกรันคาร์ไบด์ (มีส่วนประกอบของ CaC₂ จึงมีสีเทาอมดำ) ต่างก็มีประสิทธิภาพในการกำจัดออกซิเจน ตะกรันขาวพบได้ทั่วไปมากกว่า ส่วนตะกรันคาร์ไบด์มีประสิทธิภาพในการกำจัดออกซิเจนสูงกว่า แต่ดูแลรักษายากกว่า
การกำจัดกำมะถัน
กำมะถันปรากฏออกมาภายใต้:
- ความเป็นเบสสูง (≥3.0)
- ปริมาณ FeO ต่ำ (≤1% — นี่คือเหตุผลที่คุณต้องใช้ตะกรันลดออกซิเจนที่ดี)
อุณหภูมิสูง (เอื้อต่อปฏิกิริยาจลศาสตร์)
- การกวนที่ดี (ช่วยให้เหล็กและตะกรันสัมผัสกันอยู่เสมอ)
ภายใต้ตะกรันสีขาว คุณสามารถกำจัดกำมะถันได้ 50 ถึง 70 เปอร์เซ็นต์ การลดปริมาณกำมะถันอย่างมีประสิทธิภาพสามารถทำให้เหล็กสำเร็จรูปมีปริมาณกำมะถันต่ำกว่า 0.02% ได้
การผสมโลหะ: การเติมธาตุในลำดับที่ถูกต้อง
โลหะผสมทุกชนิดไม่ได้มีความเสี่ยงต่อการเกิดออกซิเดชันเท่ากันทั้งหมด หลักการคือ ควรเติมธาตุที่มีความทนทานต่อการเกิดออกซิเดชันในช่วงแรก และเติมธาตุที่เกิดออกซิเดชันได้ง่ายในช่วงหลัง
ตัวอย่างความเสี่ยงจากปฏิกิริยาออกซิเดชัน ควรเติมเมื่อใด
ต่ำ (การฟื้นตัว ~100%) นิกเกล เฟอร์โรโมลิบเดนัม ทองแดง สิ้นสุดการออกซิเดชันหรือเริ่มลดลง
เฟอร์โรแมงกานีส เฟอร์โรโครม เฟอร์โรซิลิคอน ในระดับปานกลาง หลังจากการกำจัดออกซิเจนเบื้องต้นในสภาวะรีดักชัน
อะลูมิเนียมสูง เฟอร์โรไทเทเนียม เฟอร์โรโบรอน 5-10 นาทีก่อนเปิดก๊อก
ธาตุหายากที่มีปริมาณสูงมาก/ต้องจัดการเป็นพิเศษ อยู่ในทัพพีระหว่างการเทแร่
หลังจากเติมโลหะผสมแล้ว ให้คนส่วนผสมในอ่างและเก็บตัวอย่าง ตรวจสอบองค์ประกอบทางเคมีอีกครั้งก่อนที่จะทำการเจาะอ่าง การเก็บตัวอย่างซ้ำนั้นประหยัดกว่าการพลาดเป้าหมาย
การตั้งอุณหภูมิก๊อกน้ำให้เหมาะสม
อุณหภูมิของโลหะหลอมเหลวขึ้นอยู่กับเกรด วิธีการหล่อ และขั้นตอนต่อไป (LF? เครื่องหล่อแบบต่อเนื่อง? แท่งโลหะ?) วัดอุณหภูมิ หากร้อนเกินไป คุณสามารถตัดไฟและรอ หรือใส่เศษโลหะเบาๆ ลงไปเพื่อช่วยลดอุณหภูมิของโลหะหลอมเหลว หากเย็นเกินไป ให้เพิ่มกำลังไฟอย่างระมัดระวัง เพราะโลหะหลอมเหลวที่เย็นแล้วนำมาให้ความร้อนในช่วงท้ายของการลดออกซิเจน จะดูดซับสิ่งเจือปนมากขึ้นเนื่องจากระยะเวลาการคงอุณหภูมิที่ยาวนาน
ขั้นตอนที่ 6: การเคาะ
ควรแตะเมื่อไหร่
อย่าแตะจนกว่าคุณจะแน่ใจ:
- วิชาเคมีเป็นไปตามข้อกำหนด (หรือดีกว่านั้นคือตรงตามเป้าหมายภายในของคุณ)
- อุณหภูมิเป็นไปตามข้อกำหนดของจุดต่อท่อ
- คุณได้พักตะกรันลดสภาพไว้อย่างน้อย 10 นาที (ระยะเวลาการคงสภาพตะกรันสีขาว)
- อ่างอาบน้ำได้รับการกำจัดออกซิเจนอย่างดีแล้ว
วิธีการแตะ
เตาหลอมไฟฟ้าแบบสมัยใหม่ใช้ระบบระบายเหล็กจากด้านล่างแบบเยื้องศูนย์ (EBT) เมื่อเอียงเตา เหล็กจะไหลออกมาทางรูระบายด้านล่างแบบเยื้องศูนย์ และตะกรันส่วนใหญ่จะยังคงอยู่ในเตา นี่เป็นการออกแบบที่ดีกว่าระบบระบายเหล็กแบบเดิมอย่างเห็นได้ชัด เพราะมีตะกรันตกค้างน้อยกว่า ลดแรงกดบนเตา และระบายเหล็กได้เร็วกว่า
ระหว่างการเทเหล็กหลอมเหลว ให้เติมสารกำจัดออกซิเจนตัวสุดท้าย (โดยทั่วไปคือลวดอลูมิเนียม) ลงในกระแสเหล็กหลอมเหลว เมื่อเทเหล็กหลอมเหลวเสร็จแล้ว ให้เอียงทัพพีไปด้านหลัง ตรวจสอบวัสดุบุภายใน และเตรียมพร้อมสำหรับการเทเหล็กหลอมเหลวครั้งต่อไป
สองกระบวนการทางเลือกที่ควรรู้
วิธีการไม่เกิดออกซิเดชัน (ประจุ)
ข้ามขั้นตอนการออกซิเดชันไปเลย หลอมวัตถุดิบแล้วเข้าสู่กระบวนการรีดักชันโดยตรง ข้อดี: รอบการทำงานสั้น (เร็วกว่ากระบวนการออกซิเดชัน 20-30 เปอร์เซ็นต์) ใช้พลังงานต่ำ และสามารถกู้คืนโลหะผสมได้เกือบ 100 เปอร์เซ็นต์ (ไม่มีส่วนประกอบใดถูกออกซิไดซ์) ข้อเสีย: ไม่สามารถกำจัดฟอสฟอรัสได้ ไม่สามารถกำจัดก๊าซและสิ่งเจือปนด้วยการต้มด้วย CO2 และจำเป็นต้องใช้เศษโลหะที่สะอาดและมีองค์ประกอบที่ทราบแน่ชัด วิธีนี้ใช้ได้ดีเมื่อคุณหลอมวัสดุเหลือใช้ที่มีเกรดที่ทราบแล้วให้เป็นเกรดเดียวกัน เช่น วัสดุเหลือใช้สแตนเลสให้เป็นสแตนเลส
วิธีการส่งออกซิเจนกลับ
เป็นวิธีการแบบผสมผสาน ใช้เศษโลหะผสมเป็นวัตถุดิบหลัก หลอมเหลว แล้วเป่าด้วยออกซิเจนในระยะเวลาสั้นๆ เพียง 0.1 ถึง 0.3% เพื่อลดปริมาณคาร์บอน คุณจะได้การเดือดของ CO ในระยะเวลาสั้นๆ เพื่อกำจัดก๊าซและสิ่งเจือปน แต่คุณจะไม่สูญเสียธาตุโลหะผสมที่มีราคาแพงไปในปริมาณมาก นี่เป็นวิธีการมาตรฐานสำหรับเหล็กกล้าไร้สนิมและเหล็กกล้าเครื่องมือความเร็วสูงที่ต้องการกำจัดออกซิเดชันโดยไม่สูญเสียธาตุโลหะผสม
เตาหลอมแบบเบสิกและแบบกรด
เหตุใดความเรียบง่ายจึงเหนือกว่า
เตาหลอมไฟฟ้าแบบพื้นฐาน (บุด้วยแมกนีไซต์หรือโดโลไมต์ ใช้ตะกรันแคลเซียมออกไซด์) สามารถกำจัดฟอสฟอรัสและกำมะถันได้ ความสามารถเพียงอย่างเดียวนี้ก็เพียงพอแล้วสำหรับโรงงานส่วนใหญ่ เตาหลอมพื้นฐานสามารถจัดการกับเศษเหล็กที่มีฟอสฟอรัสสูง ผลิตเหล็กสะอาด และครอบคลุมเกรดเหล็กได้แทบทุกเกรด
ใช่แล้ว เตาหลอมแบบพื้นฐานมีราคาสูงกว่าและอายุการใช้งานสั้นกว่าแบบที่เป็นกรด แต่ความยืดหยุ่นของกระบวนการนั้นคุ้มค่า เตาหลอมแบบพื้นฐานคิดเป็นสัดส่วนมากกว่า 90 เปอร์เซ็นต์ของเตาหลอมไฟฟ้าที่ใช้งานอยู่ทั้งหมด
ในบริเวณที่ยังมีสภาพเป็นกรดอยู่
เตาหลอมที่เป็นกรด (บุด้วยซิลิกา, ตะกรัน SiO₂) ไม่สามารถกำจัดฟอสฟอรัสหรือกำมะถันได้ เศษโลหะของคุณจึงต้องสะอาด ข้อดีคือ อุณหภูมิขึ้นเร็ว อายุการใช้งานของวัสดุบุเตาหลอมยาวนาน และใช้เวลาในการหลอมสั้น โรงหล่อบางแห่งยังคงใช้เตาหลอมไฟฟ้าแบบกรดสำหรับงานหล่อบางประเภท แต่สำหรับโรงงานเหล็กกล้าแล้ว เป็นตัวเลือกที่พบได้น้อยลงเรื่อยๆ
อุณหภูมิและตะกรัน: ตัวแปรสำคัญที่ซ่อนเร้น
การควบคุมอุณหภูมิผ่านความร้อน
อุณหภูมิเป็นปัจจัยสำคัญในกระบวนการทั้งหมด ถ้าเย็นเกินไป ปฏิกิริยาจะหยุดชะงัก ตะกรันจะไม่ไหล และโลหะผสมจะไม่ละลาย ถ้าร้อนเกินไป ก็จะทำให้วัสดุบุผิวสึกหรอ เกิดก๊าซ และอาจทำให้แม่พิมพ์ของเครื่องหล่อแบบต่อเนื่องเสียหายได้หากป้อนวัสดุเข้าไปโดยตรง
ต่อไปนี้คือเป้าหมายของผู้เชี่ยวชาญด้านการหลอมโลหะ:
ช่วงอุณหภูมิของเวที
จุดหลอมเหลวสุดท้าย 1500–1550°C
ออกซิเดชัน 1550–1650°C
การรีดิวซ์ 1550–1650°C
อุณหภูมิในการเจาะ 1580–1680°C (ขึ้นอยู่กับเกรด)
หลักการควบคุมตะกรัน
บางครั้งตะกรันถูกเรียกว่าเป็นองค์ประกอบลำดับที่สามของการผลิตเหล็ก และนั่นก็ไม่ใช่เรื่องเกินจริง รายการตรวจสอบการควบคุมตะกรันของคุณ:
- ความเป็นเบส: 2.5–4.0 ในปฏิกิริยาออกซิเดชัน, 3.0–4.0 ในปฏิกิริยารีดักชัน
- ปริมาณตะกรัน: 2–5% ของน้ำหนักเหล็กหลอมเหลว
- ความลื่นไหล: ปรับด้วยฟลูออร์สปาร์ แต่อย่าปรับมากเกินไป
- ลักษณะการออกซิไดซ์เทียบกับลักษณะการรีดิวซ์: มี FeO สูงในสภาวะออกซิไดซ์ และมี FeO ต่ำในสภาวะรีดิวซ์ การเปลี่ยนผ่านนี้—การกำจัดตะกรันอย่างสะอาดตามด้วยตะกรันรีดิวซ์ใหม่—เป็นขั้นตอนที่สำคัญที่สุดเพียงอย่างเดียวในระยะเวลาการรีดิวซ์ทั้งหมด
- ความหนาของตะกรันฟอง: ในเตาหลอม UHP คุณต้องการให้ชั้นตะกรันมีความหนา 1.5 ถึง 2 เท่าของความยาวอาร์ค เพื่อกลบอาร์คและปกป้องผนังเตา
ผู้ใช้งานเตาหลอมไฟฟ้าแต่ละคนจะพัฒนารูปแบบการทำงานและกฎเกณฑ์เฉพาะตัวของตนเอง แต่หลักการพื้นฐานนั้นเหมือนกันทุกที่ นั่นคือ ต้องเคารพช่วงเวลาการออกซิเดชัน รักษาคุณภาพของตะกรัน และอย่าละเลยขั้นตอนพื้นฐาน เทคโนโลยีมีการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง ทั้งการใช้ออกซิเจนเป็นเชื้อเพลิง การผลิตตะกรันแบบอัตโนมัติ การป้อนวัสดุอย่างต่อเนื่อง แต่ลำดับขั้นตอนพื้นฐานยังคงไม่เปลี่ยนแปลงมานานหลายทศวรรษ เพราะมันได้ผล
