1. Định nghĩa sắt xốp:

– Sắt xốp là sắt thu được khi luyện quặng sắt trong lò mà không nấu chảy quặng sắt. Quặng sắt thực chất là Oxit sắt gồm có nguyên tử sắt và Oxy. Khi nung nóng quặng sắt, Oxy sẽ tác dụng với Cacbon (tức than đá) để lại sắt trong quặng sắt. Quặng Oxit sắt vẫn nguyên dạng nhưng đã bị lấy mất Oxy nên các khoang chứa Oxy trong quặng sắt không còn Oxy nữa, trở thành cục quặng sắt thiếu Oxy – đó chính là sắt xốp.

– Sắt xốp là nguyên liệu đầu vào để sản xuất các loại thép không rỉ, thép hợp kim cao cấp phục vụ công nghiệp quốc phòng, đóng tàu, đường sắt cao tốc, dầu khí, công nghiệp thực phẩm, sản xuất dụng cụ y tế vv…

2. Đặc tính sắt xốp

• Sắt xốp là sản phẩm hoàn nguyên trực tiếp từ quặng sắt chất lượng cao. Có tỷ lệ kim loại hóa cao, hàm lượng S, p rất thấp, tồn dư một lượng oxit sắt nên giúp cải thiện chất lượng thép, giúp làm giảm hàm lượng cacbon và các tạp chất trong thép.
• Sản phẩm dễ hút ẩm và oxi hóa trở lại nên cần bảo quản tốt

3. Phạm vi và mục đích sử dụng

• Phạm vị sử dụng : Sắt xốp được sử dụng các quá trình nấu thép trong lò cảm ứng (cả lớp lót axit và lớp lót bazơ) cũng như lò điện hồ quang.
• Mục đích sử dụng :

+ Cải thiện cơ tính thép, đặc biệt là độ dẻo và độ bền.

+ Dùng làm chất giảm Cacbon trong thép một cách nhanh chóng và hiệu quả bảo đảm hàm lượng cacbon của mác thép cần nấu khi sử dụng thép phế liệu chất lượng thấp.

+  Giảm tiêu hao oxi trong quá trình luyện thép trong lò điện hồ quang.

+  Giảm tiêu hao điện năng

+  Thay thế một phần thép phế liệu trong quá trình nấu thép.

4. Trình tự nấu luyện trong lò cảm ứng

• Giai đoạn 1 :

Nạp liệu và nấu chảy thép vụn : 20% khối lượng mẻ nấu để tạo lượng kim loại lỏng ban đầu giúp nấu chảy sắt xốp nhanh chóng trong giai đoạn 2.

• Giai đoạn 2 :

Nạp liệu và nấu chảy đồng thời sắt vụn và sắt xốp : 60% khối lượng mẻ nấu nhằm giảm tiêu hao điện năng do tận dụng lượng nhiệt lớn sinh ra khi đưa sắt xốp vào quá trình nấu. Giai đoạn này cần đảm bảo nhiệt độ thép trong lò không vượt quá 1550ºC bằng cách nạp xen kẽ thép vụn và sắt xốp và đảm bảo tốc độ nạp liệu cao.

• Giai đoạn 3 :

Nạp liệu và nấu chảy nốt 20% thép vụn còn lại để bảo đảm khi kết thúc giai đoạn 2, mức kim loại lỏng trong lò mới đạt 80%. Tiếp tục nâng nhiệt độ thép lỏng tới nhiệt độ ra lò.

5. Các lưu ý trong quá trình sử dụng sắt xốp

• Bảo quản sắt xốp tại nơi khô ráo, tránh hút ẩm, tránh làm giảm hàm lượng Fe kim loại.
• Tuân thủ chặt chẽ trình tự nạp liệu giai đoạn 2, bảo đảm đưa đều đặn xắt xốp đồng thời cùng với thép phế vào lò. Tránh nâng nhiệt thép lỏng trong giai đoạn này vượt quá 1550ºC do nạp liệu gián đoạn hoặc nạp liệu chậm.
• Nếu nhiệt độ thép lỏng vượt quá 1550ºC, việc nạp sắt xốp tiếp theo sẽ làm tăng đột ngột nhiệt độ thép lỏng gây nguy cơ bào mòn nhanh tường lò cũng như phun bắn xỉ.
• Việc giữ nhiệt độ như trên cũng nhằm giảm tiêu hao điện năng do tận dụng được lượng nhiệt lớn sinh ra khi nạp sắt xốp.
• Lưu ý về việc giảm cacbon trong thép lỏng khi sử dụng sắt xốp.

                     Tham khảo số liệu từ thực tế nấu luyện ở bảng dưới đây:

– Tỷ lệ sử dụng sắt xốp hợp lý

+  Mặc dù có thể sử dụng tới 100% sắt xốp khi nấu trong lò hồ quang ; 60% sắt xốp trong lò cảm ứng, song nên sử dụng sắt xốp hợp lý theo mục đích sử dụng

+  Để cải thiện cơ tính thép tăng tính dẻo 10-20%

+  Để giảm lượng cacbon xem bảng ở trên.

– Nghiên cứu cải tiến quá trình nạp sắt xốp vào lò : Nhằm mục đích nạp sắt xốp liên tục và đồng đều với thép phế vào lò, đặc biệt những lò có dung tich lớn ( lò 2T/ mẻ trở lên ) ; nhằm tiết kiệm mặt bằng sản xuất , Ngăn nắp trên sàn thao tác của lò cần thiết kế Boongke chứa sắt xốp và máng nạp sắt xốp vào lò.

6. Lời ích của sắt xốp

Sắt xốp có cấu trúc lổ rỗng với hàm lượng carbon thấp nhờ quá trình hoàn nguyên quặng sắt bằng than gầy. Sắt xốp có cấu trúc phân tử phức hợp, bền vững và chứa ít tạp chất, thường được sử dụng làm nguyên liệu đầu vào để luyện thép bằng lò điện, là tác nhân làm mát trong quá trình luyện thép bằng lò chuyển đổi (converter). Ngoài ra, nó còn được sử dụng để tinh luyện bột sắt ở giai đoạn hoàn nguyên thứ cấp.

        Trong những năm gần đây, các sản phẩm cơ khí có xu hướng nhỏ, gọn, tinh xảo, đa chức năng và phong phú về chủng loại. Về mặt kỹ thuật, yêu cầu này đồng nghĩa với việc phải gia tăng tỉ lệ của các nguyên tố phi kim và các kim loại khác trong các sản phẩm này. Nói một cách khác, chất lượng thép cần phải được cải thiện. Thực tế cho thấy, sắt phế liệu dùng để nấu luyện trong các lò điện được thu gom từ nhiều nguồn khác nhau với đủ các loại thành phần tạp chất. Hệ quả là việc nấu luyện thép bằng sắt phế liệu gặp rất nhiều khó khăn. Tuy nhiên, những khó khăn này có thể được khắc phục nhờ sử dụng sắt xốp với tỉ lệ thích hợp từ 30-50%, nhờ đó tăng tính đồng nhất và cải thiện đáng kể tính chất vật lý của thép. Do vậy, sắt xốp không chỉ là chất phụ gia để luyện ra thép chất lượng cao mà còn là nguyên liệu tốt nhất trong công nghệ luyện kim. (Công ty đúc thép ống Tianjin công bố việc sử dụng tỉ lệ trộn sắt xốp lên đến 50%). Theo một nghiên cứu khác, việc trộn sắt xốp với tỉ lệ 30-50% đã tăng hiệu suất nung chảy của sắt phế liệu trong các lò điện thêm 10-25% và công suất tăng thêm 25-30%. Một thử nghiệm còn chỉ ra cách làm này có thể tiết kiệm 27% năng lượng tiêu thụ/tấn, 28% thời gian và 22% lượng oxy. Đồng thời lý tính của sản phẩm được cải thiện đáng kể. Thực tế này cho thấy với tỉ lệ trộn sắt xốp phù hợp không những cải thiện chất lượng sản phẩm mà còn tiết kiệm được chi phí sản xuất và điện năng. Cũng theo Tổng cục Thống kê Trung Quốc, vào năm 1997 ngành công nghiệp thép của Trung Quốc đôpsanr xuất đạt ngưỡng một trăm triệu tấn sắt xốp, trở thành nước sản xuất sắt xốp lớn nhất thế giới. Tuy vậy, công nghệ luyện kim của Trung Quốc vẫn làm thất thoát năng lượng nhiều hơn đáng kể so với công nghệ của Nhật và các nước Phương Tây. Ngoài ra, tỉ trọng của thép dùng cho ngành điện, tính đến thời điểm hiện tại, chỉ chiếm 25% tổng sản lượng thép của Trung Quốc, thấp hơn nhiều so với tỉ trọng 50% của các nước Phương Tây. Do đó, để tăng sản lượng thép đặc chủng dùng trong ngành điện, chúng ta nên quan tâm nhiều hơn nữa đến nguyên liệu thô làm đầu vào của các lò điện. Thực tế cho thấy, sắt xốp là vật liệu lý tưởng cho các lò điện, hiện đang được các nước phát triển sử dụng rất phổ biến. Trong kế hoạch “Năm năm lần thứ 9”, việc tối ưu hóa ngành công nghiệp luyện kim đã chuyển hướng tập trung vào chất lượng và lợi nhuận chứ không còn chạy theo số lượng như trước đây. Nếu nguyên liệu thô vẫn phụ thuộc nhiều vào sắt phế liệu thì sẽ rất khó để cải thiện chất lượng thép. Lý do là gần 100% lượng tạp chất vô ích và có hại (Sn, As, Cu, v.v) vẫn nằm trong sắt phế liệu. Theo một báo cáo của Mỹ, trong vòng 25 năm qua, hàm lượng Đồng (Cu) trong thép carbon tăng lên 20%, hàm lượng Nichrome tăng lên 120% và hàm lượng Thiếc tăng lên 200%.  Vì vậy, nếu chỉ sử dụng sắt phế liệu để nấu luyện sẽ rất khó để cải thiện chất lượng thép. Trong bối cảnh này, sắt xốp là giải pháp hiệu quả nhất để giải quyết các tồn tại nói trên. Do vậy, việc sử dụng sắt xốp vào việc nấu luyện thép chất lượng cao và thép đặc chủng là vô cùng cần thiết, đặc biệt trong việc chế tạo đường ống dẫn dầu và khí, thép cho công nghiệp ô tô, đóng tàu, nhà máy điện hạt nhân và các thiết bị quân sự v.v. Nói một cách khác, để tinh luyện được thép đặc chủng và thép chất lượng cao, chúng ta không thể không sử dụng sắt xốp.
         Tóm lại, sắt xốp là một thành tố không thể thiếu được trong quá trình luyện thép chất lượng cao và thép đặc chủng. Nó không chỉ là nguyên liệu vô cùng giá trị trong việc nâng cao chất lượng sản phẩm, bổ sung sự thiếu hụt của sắt phế liệu trong quá trình luyện thép bằng lò điện mà còn được sử dụng như tác nhân làm mát của quá trình luyện thép bằng lò chuyển đổi (Converter) và nghiền thành bột để hoàn nguyên thứ cấp thành bột sắt chất lượng cao.