TÌM HIỂU về các TRANG THIẾT bị TRONG dây CHUYỀN sản XUẤT PHÔI THÉP

Ngày nay , nhờ việc áp dụng khoa học kĩ thuật tiên tiến mà nền công nghiệp của các nước trên thế giới phát triển hết sức vượt bậc . Việc trang bị các thiết bị máy móc hiện đại cùng đưa tự động hóa vào sản xuất là một xu hướng tất yếu đối với ngành công nghiệp của mỗi quốc gia. Dây chuyền sản xuất với các thiết bị hiện đại luôn tạo ra sản phẩm với năng suất cao , chất lượng sản phẩm đồng đều và đặc biệt giá thành giảm mạnh nhờ quá trình tự động hóa. Các nhóm ngành công nghiệp nước ta hiện nay cũng đã có xu hướng chuyển mình từ sản xuất nhỏ lẻ với các trang thiết bị lạc hậu sang sản xuất hàng khối với các dây chuyền công nghệ tiên tiến. Trong đó có nhóm ngành mũi nhọn là công nghiệp phụ trợ như luyện kim , chế tạo máy , sản xuất vật liệu nhưng còn rất hạn chế . Hầu hết các dây chuyền ở các nhà máy này là thủ công và thiết bị rất lạc hậu sử dụng công nghệ lõi thời . Vì thế để đạt được mục tiêu trở thành một nước công nghiệp cơ bản vào năm 2020 thì các nhóm ngành nói chung và ngành công nghiệp phụ trợ phải được trang bị dây chuyền hiện đại với sự tự động hóa cao. Do đó việc tìm hiểu và nghiên cứu các trang thiết bị và dây chuyền sản xuất tiên tiến là nhiệm vụ cấp bách đối với các cán bộ kĩ thuật. Chính vì điều đó , nhóm đã chọn đề tài tìm hiểu và nghiên cứu về trang thiết bị cũng như dây chuyền sản xuất trong ngành sản xuất vật liệu kim loại cụ thề là dây chuyền sản xuất thép thỏi cung cấp cho các nhóm ngành công nghiệp khác.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU

BÀI TẬP LỚN MÔN TRANG THIẾT BỊ TRONG SẢN

XUẤT VẬT LIỆU KIM LOẠI

ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU VỀ CÁC TRANG THIẾT BỊ TRONG DÂY

CHUYỀN SẢN XUẤT PHÔI THÉP

Tp Hồ Chí Minh, ngày 2, tháng 3 , năm 2017

Lời mở đầu 4

1 TỔNG QUAN 5

1.1 Giới Thiệu Sản Phẩm 5

1.2 Sơ Lược Về Quy Trình Và Công Nghệ Sản Xuất 8

1.2.1 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PHÔI THÉP KHÔNG GỈ 8

1.2.2 QUY TRÌNH NẤU LUYỆN VÀ CÁN LIỆN TỤC PHÔI THÉP KHÔNG GỈ 8

2 TRANG THIẾT BỊ TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT PHÔI THÉP 9

2.1 Thiết Bị Nạp Liệu Vào Lò 10

2.1.1 Yêu cầu kỹ thuật của thiết bị nạp liệu 10

2.1.2 Phân loại 10

2.1.3 Giới thiệu thiết bị nạp liệu rung điện từ 11

2.2 Thiết bị nấu chảy 13

2.2.1 Lò cảm ứng 13

2.2.2 Lò hồ quang 15

2.2.3 Các thông số của lò hồ quang và nhà sản xuất 18

2.3 Thiết Bị Chứa Và Rót Kim Loại ( Molten Metal Handling / Foundry Ladles ) 19

2.3.1 Mô tả về thiết bị 20

2.3.2 Cấu tạo của thiết bị 20

2.3.3 Các thông số kĩ thuật của thiết bị 21

2.4 Thiết Bị Tinh Luyện Và Khử Tạp Chất (A.O.D CONVERTER) 23

2.4.1 Mô tả về thiết bị (A.O.D CONVERTER) 23

2.4.2 Các bộ phận và cơ cấu trong thiết bị AOD 23

2.4.3 Ưu điểm của thiết bị 24

2.4.4 Các thông số cơ bản của một AOD và nhà sản xuất 24

2.5 Thiết Bị Phân Tích Thành Phần 25

2.5.1 Máy quang phổ phát xạ hồ quang 25

2.5.2 Máy quang phổ huỳnh quang tia X 28

2.5.3 GIới thiệu một số loại máy quang phổ huỳnh quang tia X 30

2.6 Máy Cắt Phôi Thép ( Máy cắt Plasma ) 32

2.6.1 Mô tả về thiết bị máy cắt Plasma 32

2.6.2 Các bộ phận chức năng và nguyên lý của máy cắt Plasma 32

2.6.3 Ưu điểm của phương pháp cắt Plasma 34

2.6.4 Các thông số cơ bản của một sản phẩm máy cắt phôi CNC 34

2.7 Máy Cán Phôi 35

2.7.1 Mô tả về cấu tạo của thiết bị 35

2.7.2 Các bộn phận và chức năng trong máy cán phôi thép 2 trục 36

2.7.3 Các thông số cơ bản của máy cán phá và cán phôi điển hình 36

2.8 Thiết Bị Làm Sạch Và Đánh Bóng Phôi Thép( bar peeling machine ) 37

2.8.1 Mô tả về thiết bị 38

2.8.2 Các bộ phận chính của thiết bị 38

2.8.3 Các thông số kĩ thuật của một bar peeling machine 38

2.9 Hệ Thống Băng Chuyền Trong Sản Xuất Thép thỏi 39

2.9.1 GIới thiệu về thiết bị 39

2.9.2 Cấu tạo của băng tải 40

2.9.3 Ưu điểm và hạn chế của băng tải con lăn 40

2.9.4 Các thông số kĩ thuật của băng tải con lăn 41

3 THIẾT KẾ DÂY CHUYỀN VÀ MẶT BẰNG CỦA XƯỞNG 41

3.1 Bố trí dây chuyền sản xuất thép thỏi 42

3.2 Thiết kế phân xưởng 42

Lời mở đầu

Ngày nay , nhờ việc áp dụng khoa học kĩ thuật tiên tiến mà nền công nghiệp của các nước trên thế giới phát triển hết sức vượt bậc Việc trang bị các thiết bị máy móc hiện đại cùng đưa tự động hóa vào sản xuất là một xu hướng tất yếu đối với ngành công nghiệp của mỗi quốc gia Dây chuyền sản xuất với các thiết bị hiện đại luôn tạo ra sản phẩm với năng suất cao , chất lượng sản phẩm đồng đều và đặc biệt giá thành giảm mạnh nhờ quá trình

tự động hóa

Các nhóm ngành công nghiệp nước ta hiện nay cũng đã có xu hướng chuyển mình từ sản xuất nhỏ lẻ với các trang thiết bị lạc hậu sang sản xuất hàng khối với các dây chuyền công nghệ tiên tiến Trong đó có nhóm ngành mũi nhọn là công nghiệp phụ trợ như luyện kim , chế tạo máy , sản xuất vật liệu nhưng còn rất hạn chế Hầu hết các dây chuyền ở các nhà máy này là thủ công và thiết bị rất lạc hậu sử dụng công nghệ lõi thời Vì thế để đạt được mục tiêu trở thành một nước công nghiệp cơ bản vào năm 2020 thì các nhóm ngành nói chung và ngành công nghiệp phụ trợ phải được trang bị dây chuyền hiện đại với sự tự động hóa cao Do đó việc tìm hiểu và nghiên cứu các trang thiết bị và dây chuyền sản xuất tiên tiến là nhiệm vụ cấp bách đối với các cán bộ kĩ thuật

Chính vì điều đó , nhóm đã chọn đề tài tìm hiểu và nghiên cứu về trang thiết bị cũng như dây chuyền sản xuất trong ngành sản xuất vật liệu kim loại cụ thề là dây chuyền sản xuất thép thỏi cung cấp cho các nhóm ngành công nghiệp khác

DUPLEX có đặc tính tiêu biểu là độ bền chịu lực cao và độ mềm dẻo được sử dụng nhiều trong ngành công nghiệp hoá dầu, sản xuất giấy, bột giấy, chế tạo tàu biển Trong tình hình giá thép không gỉ leo thang do ni ken khan hiếm thì dòng DUPLEX đang ngày càng được ứng dụng nhiều hơn để thay thế cho một số mác thép thuộc dòng thép Austenitic như SUS 304, 304L, 316, 316L, 310s…

Sản Phẩm cụ thể của dây chuyền là phôi thép không gỉ mác 2205 (UNS S32205) và 2507 (UNS S32507) được cán với kết cấu vuông và tròn ,so sánh với họ thép carbon thấp thì sản phầm có nhiều ưu điểm vượt trội như tốc độ hóa bền rèn cao, Độ dẻo độ cứng , độ bền, độ bền nóng cao hơn , sự chống chịu ăn mòn cũng tốt hơn, ngoài ra độ dẻo dai ở nhiệt độ thấp cũng tốt hơn

2205 <0.03% 21-23% 4,5-6,5% 3,5% 2,5- 2,0% 0,8- <2% <1% <0.03% <0,02%

2507 <0.03% 23-25% 3-4,5% 4.5% 3- 2,0% 0,8- <2% <1% <0.03% <0,02%

80-200

(3,15-7,87)

± 2 - ± 4 (± 0,078 - ± 0,157)

4-6,3 (13,1-20,7) Đen (xay) ,

nhẵn

>

200-350 (> 7,87-

13,78)

± 5 (± 0,1968) 3-5,3

(9,8-17,4)

Đen (xay) , tương đối

Bảng 2 : Các thông số của sản phẩm phôi thép vuông

Bảng 3 : Các thông số cơ bản của sản phẩm phôi thép tròn

1.2 Sơ Lược Về Quy Trình Và Công Nghệ Sản Xuất

1.2.1 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PHÔI THÉP KHÔNG GỈ

Thép không gỉ được sản xuất trong một lò điện hồ quang ,điện cực carbon nơi tái chế phế liệu không gỉ và hợp kim khác nhau của crom (và niken, molipđen vv tùy thuộc vào loại thép không gỉ) Một dòng điện đi qua các điện cực và nhiệt độ tăng đến một điểm mà tại

đó các phế liệu và các hợp kim nóng chảy

Các vật liệu nóng chảy từ lò hồ quang điện sau đó được chuyển vào một bình AOD (Argon Oxygen Decarborization), trong bình AOD này quá trình khử làm lượng carbon được giảm đi (hãy nhớ không gỉ có độ carbon thấp hơn nhiều so với thép thông thường) cũng như các tạp chất không mong muốn được hạn chế tối đa, cuối cùng là việc bổ sung các nguyên tố hợp kim để đạt được độ chính xác về thành phần hóa học của mác thép mong muốn

Qúa trình diễn ra trong bình AOD được chân không hóa hoàn toàn nhằm đảm bảo sản phẩm ra có lượng tạp phi kim thấp nhất Công nghệ sản xuất trong môi trường chân không này rất thích hợp sản xuất các loại thép đặc biệt , trong đó có thép không gỉ

1.2.2 QUY TRÌNH NẤU LUYỆN VÀ CÁN LIỆN TỤC PHÔI THÉP KHÔNG GỈ

Chuẩn bị liệu →nạp liệu→nấu chảy → khử khí , tạp chất→hợp kim hóa

→ kiểm tra thành phần→ giữ đến nhiệt độ cán thích hợp→cho qua dây chuyền cán nhiều lần → xử lý bề mặt phôi cán→ cắt phôi theo kích thước chuẩn→phôi thép thành phẩm

2 TRANG THIẾT BỊ TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT PHÔI THÉP

2.1 Thiết Bị Nạp Liệu Vào Lò

2.1.1 Yêu cầu kỹ thuật của thiết bị nạp liệu

- Chứa được nhiều liệu

- Không lãng phí liệu trong quá trình vận chuyển cũng như trong quá trình nạp liệu

- Quy trình nạp liệu không gây hư hại đến nồi lò

- Được tự động hóa cao

2.1.2 Phân loại

2.1.2.1 GIỏ nạp liệu

Nguyên lý: Liệu được cấp vào giỏ sau khi được tính toán thành phần và khối lượng Sau khi cấp đủ liệu, giỏ nạp sẽ dc vận chuyển bằng cơ cấu cẩu đến nồi lò Tại đây, 2 cửa nạp dưới đáy lò được mở ra Liệu được cấp vào lò

+ Do có thêm cơ cấu cẩu để di chuyển lò nên tốn nhiều không gian xưởng

2.1.2.2 Thiết bị nạp liệu rung điện từ

Nguyên lý: liệu được cấp vào thùng chứa theo đúng yêu cầu về khối lượng và thành phần Sau khi nạp đủ, thiết bị sẽ được vận chuyển đến vị trí lò để nạp liệu bằng đường ray Thiết

bị được thiết kế thêm cơ cấu rung để quá trình nạp liệu là tối đa, không rơi rớt tránh lãng phí

Ưu điểm

+ Chứa nhiều liệu

+ Có cơ cấu rung giúp nạp hết liệu (không gây lãng phí cho quá trình nạp)

+Thiết bị được gắn trên xe đẩy có thể di chuyển trên đường ray

+Có một phễu chứa nhằm tiếp nhận và lưu trữ các nguyên liệu đầu vào

+Được trang bị mô tơ không cân bằng nhằm tạo rung động, đảm bảo việc nạp liệu vào lò

là tối ưu

+Được trang bị các lò xo chống xốc đảm bảo độ ồn thấp nhất trong quá trình nạp liệu +Hệ thống bánh ray đảm bảo ăn khớp tuyệt đối với ray nhằm tạo sự trơn tru khi di chuyển trong quá trình tiếp liệu

+Dây cáp điện kéo mạnh mẽ và cũng được thiết kế để đạt được tuổi thọ cao nhất

Bảng thông số kỹ thuật cơ bản của motor trong thiết bị :

Các công ty sản xuất và phân phối thiết bị

+ NHÀ MÁY STAR TRACE , Trụ sở của Star Trace nằm ở Redhills, Chennai, Ấn Độ Việc

+ Elektromag-Joest là nhà phân phối thiết bị từ MUMBAI - 400 025, ẤN ĐỘ

2.2 Thiết bị nấu chảy

2.2.1 Lò cảm ứng

2.2.1.1 Nguyên lý hoạt động và phân loại

Nguyên lý hoạt động

+ Nguyên lý làm việc của lò cảm ứng dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ,

khi đưa một khối kim loại vào trong một từ trường biến thiên, trong khối

kim loại xuất hiện dòng điện xoáy (Foucault), nhiệt năng do dòng điện xoáy

đốt nóng khối kim loại

+ Nhiệt năng truyền vào khối kim loại phụ thuộc vào các yếu tố sau:

Điện trở suất ρ và hệ số từ thẩm µ của kim loại

Trị số dòng điện của nguồn cấp Nếu tăng trị số dòng điện lên hai lần thì

nhiệt năng tăng lên bốn lần

Tần số dòng điện của nguồn cấp Nếu tăng tần số lên bốn lần thì nhiệt

năng sẽ tăng lên hai lần

Phân loại

+ Theo tần số làm việc : lò tần số công nghiệp ( 50 Hz) , lò trung tần ( 500 – 2000Hz) ,lò

cao tần ( >2000 Hz)

+ Theo công nghệ và cấu tạo : dùng để nấu luyện ( có kênh và không kênh) , dùng để

nung , dùng để tôi

2.2.1.2 Cấu tạo của lò cảm ứng tần số ( lò không lõi )

Các bộ phận chính của lò cảm ứng không lõi :

Nồi lò được làm bằng vật liệu axit hoặc bazơ chịu nhiệt

Khung lò được làm bằng thép chịu nhiệt

Cơ cấu nghiêng lò

2.2.1.3 Ưu nhược điểm của lò cảm ứng tần số

Ưu điểm :

+ Có thể luyện được hầu hết các loại thép và gang

+ Thành phần kim loại đồng đều hơn do quá trình khuấy trộn điện từ

+ Năng suất lò cao, cháy hao các nguyên tố ít

+ Dễ khống chế thành phần và nhiệt độ kim loại

+ Dễ thao tác trong quá trình nấu

Nhược điểm :

+Nhiệt độ của xỉ thấp nếu không có biện pháp xử lý thêm

+ Độ bền của lò thấp , nhất là lớp áo bazơ

+ Qúa trình nấu chảy phụ thuộc nhiều vào tần số dòng điện

+ Dung tích thiết kế thích hợp cho dây chuyền sản xuất vừa và nhỏ

+ Độ tự động hóa chưa cao khi tích hợp vào dây chuyền

+ Công tác bảo dưỡng lò thường xuyên nên việc liên tục sản xuất bị gián đoạn

2.2.2 Lò hồ quang

2.2.2.1 Nguyên lý hoạt động và phân loại

- Nguyên lý hoạt động

+ Lò hồ quang lợi dụng nhiệt của ngọn lửa hồ quang để nấu chảy kim loại và nấu thép hợp kim chất lượng cao

+ Lò hồ quang được cấp nguồn từ biến áp lò đặc biệt với điện áp đặt vào

cuộn sơ cấp (6 ÷ 10)kV, và có hệ thống tự động điều chỉnh điện áp dưới tải + Các thông số quan trọng của lò hồ quang là:

 Dung tích định mức của lò: số tấn kim loại lỏng của một mẻ nấu

 Công suất định mức của biến áp lò: ảnh hưởng quyết định tới thời gian nấu luyện và năng suất của lò

+ Chu trình nấu luyện của lò hồ quang gồm ba giai đoạn với các đặc điểm công nghệ sau

 Giai đoạn nung nóng nguyên liệu và nấu chảy kim loại

 Giai đoạn ôxy hoá

 Giai đoạn hoàn nguyên

- Phân loại lò hồ quang

+ Dựa vào công suất biến áp và dung tích chứa thép

 Lò điện hồ quang công suất thường 400 kVA/tấn

 Lò điện hồ quang công suất cao 600 – 800 kVA/tấn

 Lò điện hồ quang siêu công suất > 8000 kVA/tấn

+ Dựa vào nguồn điện

 Lò điện hồ quang xoay chiều có 3 điện cự

 Lò điện hồ quang một chiều có 1 điện cực

2.2.2.2 Cấu tạo và kết cấu của lò hồ quang

Một lò hồ quang bất kỳ đều phải có các bô phận chính sau:

- Nồi lò có lớp vỏ cách nhiệt, cửa lò và miệng rót thép nấu chảy

+ Vòm, nóc lò có vỏ cách nhiệt

+ Giá nghiêng lò

+ Điện cực

+ Giá đỡ điện cực

- Và các cơ cấu sau:

+ Cơ cấu nghiêng lò để rót nước thép và xỉ

+ Cơ cấu quay vỏ lò xung quanh trục của mình

+ Cơ cấu dịch chyển vỏ lò để nạp liệu

+ Cơ cấu nâng vòm lò để dịch chuyển vỏ lò

+ Cơ cấu dịch chuyển điện cực

+ Cơ cấu nâng tấm chắn gió của cửa lò

2.2.2.3 Ưu nhược điểm của lò hồ quang

- Ưu điểm

+ Nấu được hầu hết các nguyên vật liệu ( gang , thép vụn , phế liệu …)

+ Cháy hao kim loại rất ít

+ Dễ dàng điều chỉnh nhiệt độ nước thép

+ Nấu được nhiều loại thép

+ Chất lượng thép nấu tốt thích hợp cho việc nấu các thép và hợp kim đặc biệt + Qúa trình nấu tự động cao có thể đưa vào dây chuyền sản xuất liên tục

+ Tuổi thọ của lò cao nên việc bảo dưỡng định kì không làm gián đoạn sản xuất

+ Dung tích lò thiết kế đáp ứng được hầu hết quy mô sản xuất từ nhỏ lẻ đến công nghiệp

- Hạn chế

+ Tiêu thụ điện năng cao

+ Điện cực bị mòn và tiêu hao trong quá trình nấu

+ Không thể tao tác hợp kim hóa trong khi nấu

+ Tốc độ nấu luyện được chỉnh trong một phạm vi hẹp phụ thuộc nhiều vào dòng điện cấp

 Kết luận : Dây chuyền đề xuất cần loại lò có các đặc điểm ưu việt sau

- Dây chuyền sản xuất phôi thép được giới thiệu là dây chuyền liên tục yêu cầu lò tích hợp vào dây chuyền mang tính tự động cao

- Sản xuất với quy mô lớn nên cần lò có dung tích lớn và thời gian nấu luyện nhanh

- Cần hạn chế thời gian bảo dưỡng định kì để có thể sản xuất liên tục

- Chất lượng thép nấu cao ít tạp chất , do sản phẩm là phôi thép không gỉ

- Đồng bộ với các thiết bị trong dây chuyền

- Nấu được các loại liệu khác nhau từ các phế phẩm cũng như liệu vụn

Vậy từ những yêu cầu đó ta thấy lò hồ quang điện là một lựa chọn thích hợp nhất cho dây chuyền do đap1 ứng được nhiều mặt từ công nghệ đến kĩ thuật

2.2.3 Các thông số của lò hồ quang và nhà sản xuất

Các thông số kĩ thuật của một số lò hồ quang

t

Lò biến áp

Công suất

lò Power/KVA

Điện cực pitch mối diameter/mm

Đường Kính điện cựcmm

Công Suất định mức/KVA

Sec điện áp/VHX-

- Giá bán trên thị trường đối với lò từ 0.5-10 tấn là :US $ 100000-500000 / Set

- Các công ty sản xuất và phân phối lò điện hồ quang :

+ Công Ty TNHH phân phối Vật Tư Và Thiết Bị Ngành Thép Sao Thủy Q Long Biên,Hà Nội

+ CÔNG TY TNHH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ CHÂU ÂU Quận Bình Tân – TP.HCM

2.3 Thiết Bị Chứa Và Rót Kim Loại ( Molten Metal

Handling / Foundry Ladles )

2.3.1 Mô tả về thiết bị

- Qúa trình chuyển kim loại lỏng sau khi nấu chảy từ lò hồ quang sang thiết bị chuyển đổi bình AOD được diễn ra thông qua thiết bị Foundry Ladles Thiết bị này nhận kim loại lỏng từ lò hồ quang sau đó dịch chuyển theo cáp treo đến bình AOD Cơ cấu nghiêng , rót và dịch chuyển trong thiết bị được thiết kế đồng bộ với lò và bình AOD nhằm đảm bảo quá trình liên tục và tự động hóa cao

- Thiết bị được trang bị cơ cấu nghiêng và rót kim loại bằng khí nén, hệ thống này được điều kiển qua bảng điều khiển và quá trình nghiêng rót được kiểm soát qua màn hình máy tính

- Thiết bị này được thiết kế với nhiều dung tích khác nhau ,tùy thuộc vào công suất của

lò nấu luyện mà người ta chọn thiết bị phù hợp

2.3.2 Cấu tạo của thiết bị

Bộ phận thùng chứa của thiết bị được thiết kế với nhiều lớp vật liệu khác nhau Bên ngoài

là lớp vỏ bằng thép chịu lực và nhiệt và bên trong cùng là lớp vật liệu chịu nhiệt cao ( MgO-Cr2O3-C-Al2O3 ) Ở giữa là lớp vật liệu độn cách nhiệt giúp giữ nhiệt kim loại lỏng bên trong

2.3.3 Các thông số kĩ thuật của thiết bị

Thông số kích thước và dung tích