Trong sản xuất thép xanh, quá trình khử cacbon là một bước quan trọng nhằm giảm hàm lượng cacbon trong thép, từ đó cải thiện tính chất cơ học và khả năng chịu lực của sản phẩm cuối cùng. Đây là một phần không thể thiếu trong công nghệ luyện thép, đặc biệt là khi ngành công nghiệp này ngày càng yêu cầu cao về chất lượng sản phẩm và giảm thiểu tác động môi trường.
Quá trình khử cacbon diễn ra như thế nào?
Quá trình khử cacbon bắt đầu từ việc chuẩn bị nguyên liệu đầu vào, bao gồm quặng sắt, than cốc và đá vôi. Quặng sắt, chủ yếu chứa oxit sắt [Fe2O3 hoặc Fe3O4], là nguồn cung cấp sắt chính. Than cốc được sử dụng làm chất khử để loại bỏ oxit sắt và tạo ra gang lỏng, trong khi đá vôi đóng vai trò là chất trợ dung, giúp loại bỏ các tạp chất trong quá trình luyện gang.
Trong bước đầu tiên, các nguyên liệu này được đưa vào lò cao [Blast Furnace]. Tại đây, quặng sắt được nấu chảy nhờ nhiệt độ cao tạo ra từ quá trình đốt cháy than cốc. Kết quả là gang lỏng chứa khoảng 4-5% cacbon được hình thành. Tuy nhiên, hàm lượng cacbon này quá cao cho các ứng dụng của thép, do đó cần phải được giảm bớt trong các bước tiếp theo.
Quy trình khử cacbon giúp điều chỉnh tính chất cơ học của các loại thép
Gang lỏng sau đó được chuyển vào lò chuyển đổi [Basic Oxygen Furnace – BOF]. Tại đây, oxy tinh khiết được thổi vào gang lỏng qua một ống thổi [lance]. Oxy phản ứng với cacbon trong gang để tạo ra khí cacbon oxit [CO] và cacbon dioxit [CO2]. Các phản ứng này tỏa ra một lượng nhiệt lớn, giúp duy trì nhiệt độ cần thiết cho quá trình. Đồng thời, đá vôi và các chất trợ dung khác được thêm vào để tạo xỉ, giúp loại bỏ các tạp chất như silic, lưu huỳnh và phốt pho từ gang. Xỉ này nổi lên trên bề mặt gang lỏng và được loại bỏ, giúp gang lỏng trở nên tinh khiết hơn.
Để tăng cường độ tinh khiết và chất lượng của thép, gang lỏng có thể được tinh luyện thêm trong lò hồ quang điện [Electric Arc Furnace – EAF]. Lò EAF sử dụng hồ quang điện để tạo ra nhiệt độ cao, nấu chảy thép phế liệu và tiếp tục khử cacbon. Quá trình này cũng giúp loại bỏ các tạp chất còn lại, đảm bảo thép lỏng đạt được độ tinh khiết cần thiết.
Sau khi khử cacbon, thép lỏng được điều chỉnh thành phần hóa học bằng cách thêm các nguyên tố hợp kim như mangan, niken, chrome và molybdenum. Việc này nhằm đạt được các tính chất cơ học mong muốn, như độ bền, độ dẻo và khả năng chống ăn mòn. Sau khi điều chỉnh thành phần, thép lỏng được đổ vào khuôn để đúc thành các sản phẩm bán thành phẩm như thỏi, tấm, thanh hoặc cuộn [thép dây cuộn]. Các sản phẩm này sau đó được cán nóng, cán nguội và xử lý nhiệt để tạo ra các sản phẩm thép cuối cùng, sẵn sàng cho các ứng dụng trong xây dựng, công nghiệp và nhiều lĩnh vực khác.
Quá trình khử cacbon trong san xuat thep không chỉ giúp tăng độ bền và độ dẻo của thép mà còn cải thiện các tính chất cơ học như độ cứng, độ bền kéo và khả năng chống ăn mòn. Điều này làm cho thép trở thành vật liệu lý tưởng cho nhiều ứng dụng kỹ thuật và công nghiệp. Hơn nữa, sử dụng công nghệ hiện đại trong quá trình khử cacbon giúp giảm phát thải CO2, đóng góp vào mục tiêu bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.
Tóm lại, quá trình khử cacbon là một bước quan trọng và không thể thiếu trong sản xuất thép các loại [thép gân, thép cuộn…]. Việc hiểu rõ và tối ưu hóa quá trình này giúp ngành công nghiệp thép sản xuất ra các sản phẩm chất lượng cao, đáp ứng được yêu cầu ngày càng khắt khe của thị trường, đồng thời giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường. Điều này không chỉ mang lại lợi ích về mặt kinh tế mà còn góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành công nghiệp thép trong tương lai.