đồ án kỹ thuật điện điện tử Nghiên cứu lựa chọn công nghệ để nâng cao năng suất và chất lượng của hộp chuyển động bánh răng hay hộp chuyển động phay 203 B của máy kéo 12 mã lực

Nói chung chỉ cần chọn phối liệu thích hợp để gang nÊu ra đạt đúng thành phần hoá học đã tính là được tổ chức yêu cầu; không đòi hỏi dùng thêm các biện pháp xử lý phức tạp trong khâu nấu

Lời nói đầu

Đất nước ta đang chuyển sang mét giai đoạn mới , giai đoạn “Công nghiệp hoá hiện đại hoá” đất nước Vì thế ô tô,máy kéo và các phương tiện cơ giới khác,

đã trở thành những phương tiện máy móc vô cùng quan trọng và không thể thiếu được trong nền kinh tế phát triển Và do nước ta là một nước nông nghiệp nên các máy nông cụ là một trong những mục tiêu phát triển nghành chế tạo máy.Các máy móc vô cùng quan trọng, nó giúp con người giảm nhẹ sức lao động, góp phần nâng cao năng suất lao động tạo ra nhiều của cải vật chất cho xã hội Để thực hiện việc phát triển trước năm 1980 nông nghiệp cả nước đã được trang bị 18.400 máy kéo

35 sức ngựa trở lên, và 17.600 máy kéo nhỏ Cho tới nay số lượng các máy kéo đó

đã được trang bị lớn hơn rất nhiều lần Do điều kiện chưa thể tự chế tạo sản xuất được các máy nông nghiệp, nhưng do yêu cầu phát triển của đất nứoc, những năm trước đây và cả hiện nay Việt Nam đã nhập rất nhiều máy nông nghiệp từ các nước Liên Xô, Đông Đức , Trung Quốc, Tiệp Khắc, Rumani Điều đó đã thúc đẩy các nhà sản xuất cố gắng chế tạo ra các loại máy nông nghiệp do người Việt Nam làm ra Tại công ty Máy kéo và Máy nông cụ Hà Tây đã sản xuất nhiều máy kéo

và chế tạo ra nhiều phụ tùng thay thế trong máy kéo như hộp trái phải, hộp giảm tốc, hộp số, hộp chuyển động bánh răng.Trong đó chi tiết hộp chuyển động bánh răng của máy kéo 12 đựoc sản xuất với số lượng lớn , chiếm tới hơn 20% cơ cấu sản phẩm đúc gang của công ty Bộ phận hộp chuyển động bánh răng có tác dụng truyền chuyển động cho hộp số làm di chuyển máy kéo.Từ bộ nổ truyền chuyển động tới một bánh răng trong hộp chuyển động tới một bánh răng khác rồi truyền chuyển động tới bánh răng nhỏ hơn truyền tới hộp số Hộp chuyển động bánh răng được sản xuất từ đúc gang xám sau đó qua gia công cơ khí rồi đem lắp đặt vào máy kéo Trong quá trình hoạt động của máy kéo hộp chuyển động có thể bị nứt

vỡ làm rò rỉ dầu máy Chính vì thế ngoài việc sản xuất để lắp đặt vào máy kéo mới, công ty còn sản xuất để thay thế bảo hành cho khách hàng Đây là một mặt hàng truyền thống của công ty.Hàng tháng công ty sản xuất được 400 sản phẩm,

hàng năm là 4000 sản phẩm Đối tượng nghiên cứu của đề tài là: “ Nghiên cứu lựa chọn công nghệ để nâng cao năng suất và chất lượng của hộp chuyển động bánh răng hay hộp chuyển động phay 203 B của máy kéo 12 mã lực”

Đề tài gồm 3 phần:

Phần 1: Cơ sở lý thuyết để lựa chọn công nghệ

Phần 2: Thiết kế công nghệ

Quy trình nấu luyện gang xám 21 - 40 trong lò đứng

Phần 3: Nhận xét; đánh giá và đưa ra phương án công nghệ phù hợp với điều kiện của công ty

PHẦN 1 : PHẦN LÝ THUYẾT CHƯƠNG I : CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỂ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ

A Định nghĩa gang và tính chất của gang:

là thép, những hợp kim có từ 2.14-6.67%C gọi là gang Trong thực tế rất Ýt dùng thép có hàm lượng Cacbon trên 1% và cũng Ýt khi sử dụng gang có hàm lượng Cacbon trên 4.3%

Giản đồ trạng thái Fe-C

A H B

Ngoài Cacbon và sắt, trong gang còn một số nguyên tố khác nh Si,Mn,P và S C¸c nguyên tố này có lẫn trong gang là do bản chất của quá trình luyện kim Khi lượng các nguyên tố này nằm trong giới hạn quy định gọi là gang thường Nếu hàm lượng của chúng cao hơn giới hạn quy định hoặc có thêm các nguyên tố khác nh

Cr, Ni thì tuỳ theo số % nhiều Ýt mà gọi là gang hợp kim cao hay gang hợp kim thấp

Thành phần của các nguyên tố thường có trong gang :

Si 0.4 – 3.5% Mn 0.2 -4.0%

P 0.04 – 1.5% S 0.02 – 0,2%

2) Phân loại gang:

Phân loại gang:gang khác với thép ở chỗ gang có cacbon ở dạng tự do hay

gọi là graphít còn thép thì không.Graphít có độ cứng thấp và có tính giòn

Người ta có thể phân loại gang thành các loại sau:

a) Gang trắng

Trong thành phần của gang trắng có Xemetit, không có graphít nên gang trắng có độ cứng cao, tính chống mòn cao, nhưng không gia công cơ khí được Vì vậy sử dụng nó làm vỏ trục nghiền , trục cán hoặc cạp trên mép lưỡi cày

-Gang trắng được chia ra làm 3 loại:

+gang trắng trước cùng tinh

+gang trắng cùng tinh

+gang trắng sau cùng tinh

b) Gang hoa râm: vừa có graphít, vừa có lêđêburít( có xêmentít)

c) Gang biến trắng: Mặt ngoài là gang trắng nhưng phía trong ruộtlại là

gang xám (không xementít) Vùng chuyển tiếp mặt ngoài và trong ruột có

tổ chức của hoa râm

d) Gang dẻo ( gang rèn )

Trong gang dẻo cacbon cũng ở dạng tự do nh gang xám nhưng hình dáng của graphít khác đi (graphít ở dạng bông không ở dạng tấm)

e) Gang xám : graphít của gang xám ở dạng tấm phân bố trên nền kim loại

Do graphít là dạng than chì xốp nên có tác dụng làm các chi tiết máy không chịu va đập, dễ gia công cắt gọt Đồng thời vì xốp nên có thể làm nơi chứa dầu bôi trơn giảm chấn động Tính năng khác là trong quá trình kết tinh của vật đúc, sự tạo thành graphít làm tăng thể tích vật đúc Do đó làm giảm độ co của vật đúc

Gang xám được căn cứ theo tổ chức nền kim loại:

+ Gang xám pherít

+ Gang xám pherít – péclít

+ Gang xám péclít

f) Gang cầu (gang độ bền cao)

Do yêu cầu cần nâng cao độ bền, độ cứng của gang Để đáp ứng yêu cầu

kỹ thuật đòi hỏi người ta đã cải thiện bằng cách cho vào gang lỏng một số chất cầu hoá (Mg, Cd) biến graphít từ dạng tấm thành dạng cầu Chính vì vậy mà gang cầu

có độ bền cao gần với thép, nên gọi là gang có độ bền cao Gang cầu dùng để chế tạo trục khuỷu một số loại xe con

Căn cứ vào nền kim loaị gang cầu cũng được chia ra làm:

+ Gang cầu pherít

+ Gang cầu pherít – péclít

+ Gang cầu péclít

g) Gang hợp kim

So với các loại trên, gang hợp kim có thể có một số tính chất đặc biệt đáp ứng yêu cầu kỹ thuật được tốt hơn Trong thành phần gang hợp kim ngoài sắt và cacbon cónguyên tố hợp kim Cr,Mn, tăng độ cứng, tăng độ chống mài mòn và làm gang dễ bị biến trắng Ni, Cu làm gang dễ gia công

Al, V, Ti làm graphít phân tán nhỏ mịn nâng cao cơ tính Theo mức độ hợp kim chia ra làm 3 loại gang hợp kim:

- Gang hợp kim thấp : thành phần lượng nguyên tố Ýt hơn 25%

- Gang hợp kim trung bình : Có từ 2,5 – 10% lượng nguyên tố hợp kim

- Gang hợp kim cao : Có hơn 10% lượng nguyên tố hợp kim

Chính vì tính công nghệ của mình nên gang hợp kim được dùng chế tạo xecmăng động cơ đốt trong, ống xilanh…

Vì thế dựa trên các tính chất và đặc điểm của gang, ta quyết định sử dụng gang xám để chế tạo phôi đúc cho chi tiết hộp bánh răng máy kéo 12 do các đặc tính nh :

II Tính đúc của gang:

Gang xám thuộc loại hợp kim dễ đúc, sản phẩm đúc ra Ýt tật và Ýt hỏng vì gang xám có tính đúc tốt:

- Độ chảy loãng cao nên có thể đúc vật phức tạp, thành mỏng tạp chất lẫn lộn

và bót khí Ýt do trong gang lỏng, dễ nổi lên hơn so với kim loại nhẹ như Al, Mg

- Co ngót Ýt tuỳ thành phần gang có thể thay đổi từ 0 – 1,9% về độ co thể tích khi đông đặc; trong lúc đó thép hoặc gang dẻo co tới 5%

- Co ngắn sau khi đông cũng Ýt chỉ bằng khoản nửa của các hợp kim khác

do đó vật đúc Ýt ứng suất, Ýt nứt cong phần lớn đúc xong có thể dùng ngay không cần qua ủ để giảm ứng suất như đối với các kim loại và hợp kim khác

1- Tính chảy loãng:

Hai biện pháp chủ yếu để tăng khả năng chảy loãng của gang là:

+ Nâng cao nhiệt độ rót

+ Tăng lượng chứa Si và P cho gang đạt thành phần cùng tinh

2- Đặc tính co:

Co thể tích xẩy ra vào giai đoạn kim loại trong khuôn còn lỏng và giai đoạn kết tinh sẽ gây rỗ co ngót ở vật đúc

- Khi kim loại còn lỏng thì:

Nhiệt độ rót cao lượng co ngót sẽ càng nhiều cứ quá nhiệt 100o C sẽ co khoảng 1,1 - 1,8%

- Lúc kết tinh co thể tích tuỳ thuộc những yếu tố sau:

+ Khoảng đông lớn ( xa cùng tinh ) co ngót nhiều

+ Lượng graphít cùng tinh càng nhiều thì co thể tích giảm vì sự graphít hoá kèm theo tăng thể tích: 1% Graphít sẽ tăng chừng 2% Do đó cùng thành phần nhưng kết tinh thành gang trắng sẽ sinh co ngót nhiều hơn gang xám

+ Gang graphít cầu co ngót nhiều hơn gang xám và hơn cả gang trắng nhất

là khi có độ cùng tinh nhỏ Thể tích rỗ co ngót của các loại gang thường trong khoảng sau( tính theo%):

+ Gang trắng từ 4 đến 6

Độ co dài của một số loại gang ( %)

0,06 – 1,00,2 – 0,350,2 – 0,350,6 – 0,85

0,9 -1,050,9 – 1,050,9 – 1,050,9 – 1,05

1,5 – 3,00,9 – 1,30,5 – 1,01,2 – 1,7

1,5 – 2,11,1 – 1,41,1 – 1,4

1,5 – 1,9

3- Ứng suất và nứt là hậu quả của sự co dài khi đúc.

a) Nứt nóng sinh ra do làm nguội vật đúc không đều hoặc có cản co ngay giữa lúc gang đang kết tinh , bên trong còn có lớp kim loại láng Gang nào co Ýt, dãn trước lúc co nhiều thì gang Ýt bị nứt nóng

b) Ứng suất dư và nứt nguội: ứng suất dư sinh ra trong khi nhiệt độ hạ thấp dưới 620oC do cản co và nguội không đều

4 - Thiên tích :là sự tập trung với mật độ lớn của các nguyên tố có trong gang

Tăng lượng chứa cacbon phôtpho, lưu huỳnh và tăng chiều dày sẽ làm gang thiên tích nhiều

Đối với gang bền cao ( gang cầu) cần đặc biệt chú ý hiện tượng thiên tích

C, Mg và S ở phần trên của vật đúc ( ở dạng vết đen)

III- Gang xám Grạphít tấm

1)- Tính chất:Chóng ta có thể thấy rằng tầm quan trọng của gang xám trong Côngnghiệp chế tạo nói chung và trong Công nghệ chế tạo máy kéo và sản xuất vỏ hộp chuyển động phay nói riêng

Người ta thống kê thấy rằng có tới 40% số vật đúc gang không phải chịu tải trọng trong khi làm việc Như vậy đối với số này; không có yêu cầu gì đặc biệt về

độ bền của gang chỉ cần để gia công cắt gọt, bề mặt vật đúc nhẵn đẹp Nhìn chung các vật đúc gang xám đều có qua gia công cắt gọt do đó có một yêu cầu quan trọng là trong tổ chức gang không được có mặt xêmentít tự do ( làm tăng độ rắn và làm vật đúc dòn)

Thành phần gang thường trong khoảng sau:

3.5 – 3.6% C; 1.5 -2.8% Si; 0.4 – 0.8% Mn; 0.4 -0.8% P

“Gang xám thường” rất nhạy cảm với tốc độ nguội nên tổ chức ở thành vật đúc không đồng nhất giữa trong với ngoài giữa chỗ dày với chỗ mỏng; Graphít có thể thay đổi từ dạng phân tán; giữa nhánh cây tới dạng tấm thô Nền kim loại cơ sở gồm péclít và pherít Còn về độ bền , tuỳ theo yêu cầu của chi tiết mà quyết định chọn cho phù hợp Muốn có độ bền cao phải chọn gang có độ cùng tinh Sc nhỏ nhưng với Sc gang lại khó đúc, dễ sinh khuyết tật Đối với một máy công cụ thì số chi tiết đúc bằng gang chiếm tới 70% trọng lượng của máy.Vì các tính ưu việt của mình mà các loại gang khác không thể có được

Nói chung chỉ cần chọn phối liệu thích hợp để gang nÊu ra đạt đúng thành phần hoá học đã tính là được tổ chức yêu cầu; không đòi hỏi dùng thêm các biện pháp xử lý phức tạp trong khâu nấu luyện ( trừ một vài trường hợp cần pha chế thêm mét Ýt nguyên tố hợp kim hoặc nhiệt luyện thêm để đạt cơ tính cao hơn).

2) Phân loại:Tiêu chuẩn Việt Nam phân loại gang xám theo độ bền kéo và bền uốn; thành phần hoá học thường không quy định chung mà do từng nơi đặt hàng yêu cầu ( nhất là khi cần đòi hỏi gang có các cơ,lý,hoá tính khác nữa)

Gang xám thường

GX 12-28

GX 15-32 Phối liệu dùng gang là chủ yếu

GX 18-36Gang xám chất luợng cao

GX 21-40

GX 24-44 Phối liệu phải dùng thép vụn để giảm C

GX 28-48 trong gang Khi chế tạo cần có biến tính

GX 32- 52 bằng Fe – Si hoặc hợp kim hoá thêm bằng

- Loại hợp kim đúc: gang, thép hoặc hợp kim màu…

- Yêu cầu kỹ thuật của chi tiết máy gồm độ chính xác, độ bóng bề mặt, chất lượng hợp kim

- Hình dạng và kích thước kết cấu vật đúc và khối lượng vật đúc

- Dạng sản xuất: đơn chiếc, hàng loạt hay hàng khối

Trên cơ sở đó chọn dạng sản xuất, phương pháp đúc và tiến hành thiết kế đúc cụ thể

Mỗi một phương pháp đúc, có những nét đặc trưng riêng để thiết kế đúc phù hợp Tuy nhiên, đúc trong khuôn cát là dạng đúc phổ biến và cũng có những đặc trưng chung cho quá trình đúc.

I)- Thành lập bản vẽ đúc

Bản vẽ đúc không phải là bản vẽ chế tạo, nhưng trên cơ sở bản vẽ này ta thành lập được một loạt các bản vẽ khác nh: bản vẽ mẫu, ruột, hộp ruột, bản vẽ lắp khuôn

Để thành lập bản vẽ đúc, người thiết kế phải dựa vào bản vẽ chi tiết máy và tiến hành các bước sau đây:

1-Phân tích kết cấu:

Dựa vào bản vẽ chi tiết hoặc một chi tiết máy có sẵn để phân tích

- Đầu tiên phải đọc bản vẽ, nhận dạng đúng chi tiết,ghi nhận những điều kiện

kĩ thuật đã ghi trong bản vẽ chi tiết, vật liệu chế tạo chi tiết, thậm chí phải hình dung

cả vị trí của chi tiết đó trong thiết bị,yêu cầu chịu lực và các yêu cầu khác…

- Dự kiến trước sơ bộ quy trình gia công cắt gọt chi tiết đó trên các loại máy công cụ nào Xác định những phần bề mặt phải gia công, những mặt chuẩn công nghệ…

Quá trình phân tích kết cấu cho phép đánh giá tính hợp lí hoặc chưa hợp lí của kết cấu vật đúc từ đó nếu cho phép có thể thay đổi một phần kết cấu nhằm:

+ Đơn giản hoá kết cấu tạo điều kiện dễ đúc hơn nh lược bỏ các rãnh then, rãnh lùi dao, các lỗ nhỏ quá không đặt lõi được…

+Tăng hoặc giảm dầy thành đúc, các gân gờ, các phần chuyển tiếp để phù hợp hơn trong quá trình đúc.Việc thay đổi đó chỉ có lợi mà không làm ảnh hưởng đến khả năng chịu lực hoặc điều kiện làm việc Cần lưu ý rằng, không nên làm sai lệch quá mức kết cấu ban đầu của chi tiết máy Cố gắng tạo hình dạng và kích thước gần với chi tiết máy càng tốt

2-Xác định mặt phân khuôn

Mặt phân khuôn là bề mặt tiếp xúc của các nửa khuôn với nhau

Mặt phân khuôn có thể là mặt phẳng,hoặc mặt cong bất kỳ Những vật đúc khác nhau có mặt phân khuôn khác nhau.Có thể trong khuôn đúc có một hoặc có vài mặt phân khuôn Đó là yếu tố quan trọng, bởi vì nhờ mặt phân khuôn ta có thể tạo lòng khuôn chính xác, đặt ruột dễ dàng hơn, tạo hình hệ thống dẫn kim loại lỏng vào khuôn chính xác… Tóm lại phân khuôn là yếu tố cần thiết không thể thiếu được.

- Các nguyên tắc chọn mặt phân khuôn :

a) Chọn mặt phân khuôn đi qua mặt tiết diện có diện tích lớn nhất( theo vị trí đặt mẫu) để rút mẫu dễ dàng, không bị vướng, không tạo ra sự cản trở khi rút thoát mẫu

Chọn mặt phân khuôn sao cho lòng khuôn là nông nhất để vừa dễ thoát mẫu vừa dễ sửa chữa lòng khuôn, nhất là các vật đúc có thành mỏng tạo lòng khuôn rất hạn hẹp

Lòng khuôn nông còn có lợi khi điền đầy kim loại lỏng Nó sẽ tạo ra dòng chảy êm Ýt làm hỏng khuôn

Những kết cấu có lòng khuôn phân bố ở cả khuôn trên và khuôn dưới, nên chọn lòng khuôn trên nông hơn Như vậy sẽ dễ làm khuôn, dễ lắp khuôn

Mặt phân khuôn nên chọn mặt phẳng, tránh các mặt cong Bởi vì mặt phân khuôn cong rất khó làm, phải có hòm khuôn thích hợp

b) Chọn mặt phân khuôn dựa vào độ chính xác của lòng khuôn

Độ chính xác của vật đúc phụ thuộc vào độ chính xác của lòng khuôn, vì vậy phải bảo đảm các yếu tố sau:

- Lòng khuôn tốt nhất là chỉ phân bố trong một hòm khuôn Điều này tránh được sai sè khi ráp khuôn

- Những vật đúc có ruột, nên bố trí sao cho vị trí của ruột là thẳng đứng Như vậy sẽ dễ định vị lõi chính xác, tránh được tác dụng của kim loại lỏng làm biến dạng thân lõi, dễ kiểm tra khi lắp ráp

- Số lượng mặt phân khuôn càng Ýt càng bảo đảm được độ chính xác Trường hợp phải chọn 2 mặt phân khuôn nên cho toàn bộ vật đúc ở hòm khuôn

giữa Đặt như vậy dù các nửa khuôn có bị dịch chuyển khi ráp khuôn cũng Ýt ảnh hưởng đến lòng khuôn cơ bản.

- Không chọn mặt phân khuôn qua chỗ có tiết diện thay đổi, vì như vậy sẽ khó phát hiện sai lệch tâm giữa các bề mặt, đồng thời gây khó khăn khi gia công

cơ khí

c) Chọn mặt phân khuôn dựa vào chất lượng của hợp kim đúc:

Khi kết tinh từ kim loại lỏng trong khuôn đúc bao giờ cũng có hướng từ dưới lên trên và từ xung quanh vào giữa Mặt trên cùng kết tinh chậm nhất Vì vậy cần phải đảm bảo các nguyên tắc:

- Những bề mặt quan trọng cần chất lượng cao hoặc bố trí ở dưới hoặc ở hai bên Bề mặt trên nguội sau cùng nên đưa nhiều tạp chất

- Chọn mặt phân khuôn sao cho hướng kết tinh từ xa chuyển dần về chân đậu ngót hoặc hệ thống rót Hay là nên đặt các phân thành mỏng xuống dưới và chân đậu ngót hay hệ thống rót đặt ở chỗ tập trung kim loại và cao nhất

- Chọn mặt phân khuôn phải tính đến vì trí đặt hệ thống rót dể bảo đảm kim loạilỏng điền đầy nhanh, đồng đều, không tạo dòng chảy rối làm hỏng khuôn Trong thực tế có thể có 3 vị trí rót: Từ trên xuống, bên cạnh và từ dưới lên ( rót xiphông)

Mặt phân khuôn3- Xác định các đại lượng của bản vẽ đúc:

a Lượng dư gia công cơ khí: là phần kim loại dôi ra trên vật đúc khi cắt bỏ

đi sẽ có độ chính xác kích thước và độ bóng bề mặt

Những bề mặt không ghi độ bóng bề mặt sẽ không xác định lượng dư

Lượng dư gia công đặt trên vật đúc phụ thuộc vào kích thước vật đúc, vào

vị trí các bề mặt vật đúc trong khuôn, vào độ chính xác đúc và dạng sản xuất

Lượng dư đặt trên vật đúc có giá trị lớn hơn mặt bên và dưới

Dạng sản xuất đơn chiếc, hàng loạt nhỏ có giá trị lượng dư lớn Làm khuôn bằng tay, mẫu gỗ, có giá trị lượng dư lớn hơn so với làm bằng máy, mẫu kim loại

Đúc trong khuôn cát, cấp chính xác thấp hơn khi đúc đặc biệt

b Độ dốc thoát mẫu

Trên các thành đứng(vuông góc với mặt phân khuôn) cần độ dốc rút mẫu gọi là độ xiên đúc Giá trị độ dốc càng lớn càng dễ rút mẫu nhưng nó sẽ làm sai lệch hìnhdạng và làm tăng sự hao phí kim loại vật đúc Vì vậy về nguyên tắc khi chiều cao thành khuôn lớn, độ dốc rút mẫu phải nhỏ Khi sử dụng vật liệu mẫu khác nhau, phương pháp đúc khác nhau, giá trị độ dốc khác nhau

Mặt khác, khi đúc trong khuôn cát cần lưu ý thiết lập độ dốc này còn phụ thuộc vào các yếu tố sau: độ dốc trên bề mặt có lượng dư, độ dốc trên bề mặt có thành dày và mỏng

c Góc lượn

Góc lượn là góc tiếp giáp giữa hai bề mặt giao nhau của vật đúc Góc lượn đảm bảo cho khuôn đúc bền và điền đầy tốt hơn Góc lượn cũng giúp cho mẫu nâng cao độ bền, dễ rút mẫu Mặt khác không kém phần quan trọng là góc lượn bảo đảm cho vật đúc khi mới hình thành trong khuôn đúc không bị phá huỷ Tuỳ thuộc vào khuôn hay vào vật đúc, ta có góc lượn ngoài và góc lượn trong.Giá trị bán kính góc lượn có thể xác định theo công thức:

Góc trong: (1 1)

3 5 2

a b

r= + + Góc ngoài: R = r + b

Trong đó a, b là chiều dày thành vật đúc giao nhau (a>b)

d Dung sai vật đúc

Là sai số của kích thước vật đúc cho phép so với kích thước danh nghĩa Dung sai của vật đúc phụ thuộc vào nhiều yếu tố: Phương pháp đúc, loại khuôn đúc, loại mẫu, hộp ruột… Dung sai thành phần trên các khâu kích thước phải phù hợp với dung sai khâu khép kích thước phải phù hợp với dung sai khâu khép kín Khi đúc trong khuôn cát, sai số kích thước khá lớn Nguyên nhân do độ lắc khi rút mẫu, độ co khi sấy khuôn và lõi, do độ lún của hỗn hợp khi chịu áp lực của kim loại lỏng trong khuôn

4- Thiết kế đầu gác ruột :

- Đầu gác ruột là bộ phận để định vị ruột trong khuôn đúc Vì vậy đầu gác ruột phải đảm bảo định vị chính xác và cứng vững, phải dễ lắp ráp ruột vào khuôn Căn cứ vào vị trí của ruột trong khuôn, người ta chia ra hai loại cơ bản: ruột đứng

và ruột ngang Ruột nằm ngang có đầu gác ruột phân bố cả ở khuôn trên và khuôn dưới ở chỗ mặt phân khuôn Để bảo đảm chính xác, đầu gác ruột ngang có tiết diện đủ để chống lại chính trọng lượng của cả ruột Với ruột đứng, đầu gác ruột được định vị theo hướng vuông góc với mặt phân khuôn nằm ngang Đầu gác ruột phía dưới tác dụng lên khuôn dưới bằng chính khối lượng của ruột Đầu gác ruột trên chỉ tác dụng lên khuôn trên khi có lực đây kim loại lỏng tác dụng vào ruột.Vì thế hai đầu gác ruột trên và dưới có kích thước khác nhau và có thể cấu tạo khác nhau

5-Thiết kế mẫu

Mẫu là một bộ phận cơ bản trong bộ mẫu Một bộ mẫu gồm: mẫu, mẫu hệ thống rót, đậu hơi, đậu ngót và tẫm mẫu Mẫu là bộ phận tạo ra lòng khuôn Mẫu

sẽ in hình trong khuôn để tạo ra mặt ngoài của vật đúc đã thiết kế Trừ phần tai mẫu để tạo ra vị trí đầu gác ruột, hình dạng và kích thước tương tự với mặt ngoài của vật đúc

Bản vẽ mẫu:

Căn cứ vào bản vẽ đúc để thành lập bản vẽ của mẫu:

+ Mặt phân khuôn

+ Hình dạng và kích thước ngoài của vật đúc

+ Hình dạng và kích thước của đầu gác ruột nếu có

+ Vật liệu dự định để chế tạo mẫu

- Kích thước và dung sai kích thước mẫu

- Cấu tạo của mẫu: vật liệu chế tạo mẫu là gì ( gỗ, kim loại….)

6)Thiết kế ruột và hộp ruột

a Ruột là một bộ phận của khuôn đúc để tạo ra phần lỗ hoặc phần lõm cần

có trong vật đúc Do đó ruột có hình dạng và kích thước tương ứng với phần lỗ hoặc lõm cần có đó.Ruột có thể làm bằng kim loại hoặc bằng hỗn hợp cát

1- Hỗn hợp ruột; 2 - Xương ruột; 3 - đường thoát hơi của ruột

1 Hỗn hợp ruột; 2- Xương ruột; 3 - đường thoát hơi của ruột

ba loại hộp ruột: hộp ruột nguyên để tạo lõi đơn giản, dạng côn, hộp ruột hai nửa

để tạo ruột hình trụ, có chiều dài tuỳ ý, hộp ruột nhiều phần ghép lại để chế tạo hộp ruột phức tạp có thể tích lớn

1- hộp ruột; 2- ruột-Thành lập bản vẽ hộp ruột

Bản vẽ hộp ruột cũng là bản vẽ chế tạo nên phải đáp ứng đầy đủ các quy ước về kỹ thuật về chế tạo Sau khi đã xác định được hình dạng, kích thước ruột và đầu gác ruột, trình tự thiết kế hộp ruột phải theo các bước sau:

+ Xác định mặt phân hộp ruột: Một phần nào đó bề mặt này cũng tuân theo một số nguyên tắc chọn mặt phân khuôn: Mặt phân hộp ruột phải là bề mặt đi qua tiết diện lớn nhất của ruột, lòng hộp ruột phải nông để dễ lấy lõi ra khỏi ruột, dễ diền đầt hỗn hợp ruột, dễ đặt xương trong ruột… Có thể xác định mặt phân hộp ruột là thẳng đứng khi ruột có chiều dài không lớn quá so với kích thước ngang Những ruột dài nên chọn mặt phân hộp ruột nằm ngang Điều cần lưu ý là sau khi

đã dầm chặt độ bền và độ cứng bề mặt của ruột tươi còn rất thấp,nên chọn mặt phân hộp ruột sao cho khi tháo ruột không làm hỏng ruột

+ Kích thước và dung sai kích thước hộp ruột, khác hẳn mẫu, các ruột có dạng đối xứng qua mặt phân hộp ruột, chỉ cần trình bày một nửa hộp ruột và kích thước của phần lòng hộp ruột phải tính đến độ co khi sấy và tránh làm hụt kích thước lỗ của vật đúc

- Vật liệu làm hộp ruột

Kể cả mẫu và hộp ruột đều có thể chế tạo bằng gỗ, kim loại hoặc một số vật liệu khác như chất dẻo, xi măng, thạch cao…Chọn vật liệu thường dựa vào dạng sản xuất, yêu cầu chất lượng, kích thước, khối lượng và thực tế của nơi sản xuất Nước ta có thể dùng gỗ các loại để làm mẫu và hộp ruột phức tạp, lớn vì gỗ dễ làm, nhẹ Nhưng gỗ chống mòn, hay hư hỏng do cong vênh, nứt nẻ, chương mục… Những loại có kích thước nhỏ, khối lượng không quá lớn có thể dùng mẫu kim loại ( gang, thép cacbon, hay dùng nhất là hợp kim nhôm đúc) MÉu và hộp ruột kim loại nên cấu tạo rỗng để giảm khối lượng và tiết kiệm kim loại Giúp người thợ dễ dàng hơn trong việc thoát mẫu khỏi khuôn

7) Hệ thống rót là một bộ phận quan trọng của khuôn đúc để dẫn kim loại lỏng điền đầy lòng khuôn

a)- Yêu cầu của hệ thống rót

Khi thiết kế hệ thống rót phải đảm bảo các yêu cầu sau đây:

+ Dòng chảy của kim loại phải êm, không gây va đập, bắn toé, không tạo xoáy và phải liên tục.

+ Không dẫn xỉ, khí hoặc các tạp chất vào lòng khuôn

+ Điền đầy khuôn nhanh, không làm hao phí nhiệt làm giảm độ chảy loãng của hợp kim đúc

+ Điều hoà được nhiệt trong toàn bộ lòng khuôn tạo điều kiện đông đặc theo hướng có lợi nhất, đồng thời có khả năng bổ sung kim loại

+ Không hao phí nhiều kim loại cho hệ thống

- Tuỳ thuộc vào loại khuôn,phương pháp đúc và loại hợp kim đúc, phải thiết kế sao cho tương đối hợp lí Trong thực tế sản xuất, người ta thường dùng ba loại: Rót bên hông, rót trực tiếp từ trên xuống và rót từ dưới lên (kiểu xiphông) Rót trực tiếp Ýt dùng, mặc dù cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo.Chỉ dùng trong trường hợp vật đúc đơn giản Rót kiểu xiphông bảo đảm dòng chảy êm khả năng bổ sung kim loại cho vùng dưới của vật đúc Nhưng loại này khó chế tạo, chỉ dùng trong các loại khuôn kim loại, đúc vật nhỏ.Loại rót bên hông (rót ngang) thông dụng hơn cả

a- rót trực tiếp ; b- rót bên hông; c- rót xiphông

Đặc điểm các phương pháp rót hợp kim đúc:

Đối với những vật đúc bé và trung bình nên rót kim loại vào bên hông trong mặt phẳng ráp khuôn Ưu điểm của phương pháp rót này là dễ làm hệ thống rót trong khuôn và có thể đúc vật đúc có chất lượng tốt Phương pháp rót trực tiếp từ trên xuống:

Phương pháp này có ưu điểm là thuận tiện và đơn giản, nhưng chỉ áp dụng đối với những vật đúc nhỏ và không quan trọng, yêu cầu gia công cơ khí Ýt Hệ thống rót này có thể áp dụng cho những vật đúc không cao quá có gân hoặc thành thẳng đứng, kim loại được dẫn từ cốc rót chung rồi qua một vài rãnh dẫn tiết diện

bé Phương pháp rót xiphông: thường áp dụng khi đúc những vật đúc băng hợp kim nhôm để điền đầy khuôn êm và dễ làm nổi lên trên những tạp chất bẩn dạng oxít xỉ Khi sản xuất những vật đúc cao và dày nên dùng hệ thống rót nhiều tầng dẫn kim loại vào trong khuôn ở một vài độ cao khác nhau Khi rót nhiều tầng kim loại đi vào trong khuôn tuần tự theo các rãnh dẫn nằm ở dưới rồi lên các mức cao dần, nhờ vậy kim loại điền đầy khuôn êm và đồng đều

b)- Những lưu ý khi thiết kế hệ thống rót:

* Đối với vật đúc bằng gang:

+ Để giảm tác dụng bào mòn của dòng kim loại cũng nh để tránh khí sinh

ra trong khuôn đi vào dòng kim loại lỏng cần cố gắng đảm bảo dòng kim loại chảy tầng trong khuôn Để chảy tầng có thể thay một rãnh lớn bằng nhiều rãnh dẫn có tiết diện nhỏ hơn

+ Khi dẫn kim loại vào trong khuôn cần tránh dòng kim loại không được xói thẳng góc vào thành khuôn hay ruột, nên dẫn dọc theo thành hay tiếp tuyến với thành vật đúc

+ Để tránh xỉ bẩn bị cuốn vào qua hệ thống rót thì các thành phần của hệ thống rót nên làm nhỏ dần, thường tiết diện rãnh dẫn nhỏ hơn 10 – 20% tiết diện rãnh lọc xỉ

Đối với vật đúc bằng gang chọn tiết diện ống rót sao cho Fr > Fx > Fd

+ Những nơi cao nhất của vật đúc và những chỗ có thể tạo thành túi khí thì cần đặt đậu hơi Đậu hơi có nhiệm vụ dẫn khí và hơi ra khỏi khuôn Tiết diện của đậu hơi phụ thuộc vào khối lượng vật đúc và khả năng điền đầy khuôn của kim loại Tốc độ điền đầy của kim loại càng lớn thì tiết diện của đậu hơi càng lớn Diện tích đậu hơi phải không bé hơn ống rót Khi thiết kế đậu hơi phải chú ý tới khả năng dễ đập tách

* Đối với vật đúc bằng thép:

Khả năng rơi xỉ vào vật đúc thép Ýt hơn, do đó có thể sử dụng hệ thống rót đơn giản hơn Nhưng lại phải chú ý đến nhiệt độ cao, độ chảy loãng, khả năng xói mòn thành khuôn, độ co dài, độ co thể tích lớn của thép lỏng Thép co nhiều nên

đa số có sử dụng đậu ngót và vật lam nguội Tuy vậy hiệu quả của vật đúc còn tuỳ thuộc vào việc dẫn dòng kim loại vào trong khuôn Do đó khi dẫn kim loại lỏng vào khuôn ngoài yếu tố hình dạng vật đúc nên chú ý đến những yếu tố sau:

+ Để tăng chất lượng của vật đúc vị trí dẫn kim loại nên đặt gần đậu ngót.+ Có thể bổ ngót cho đậu bằng cách rót kim loại trực tiếp vào đậu hay làm rãnh dẫn kim loại vào đậu để cung cấp nhiệt cho đậu

+ Không bố trí rãnh dẫn gần với vật làm nguội, nếu không sẽ làm giảm tác dụng của vật làm nguội

+ Dòng kim loại không xói vào khuôn nên bố trí nhiều rãnh dẫn và rãnh dẫn không nên quá dày, nhưng tiết diện của rãnh dẫn không được bé quá

+ Với những vật đúc không lớn và không quá cao nên rót trực tiếp từ trên xuống dưới, sẽ làm đồng đều nhiệt trong vật đúc Những vật đúc lớn và cao không nên rót nh vậy vì khuôn dễ bị xói lở do dòng kim loại từ trên cao chảy xuống

+ Nếu rót từ dưới lên thì chỉ có tác dụng đối với khuôn tươi và phải đặt đậu ngót có kích thước lớn

+ Những vật đúc lớn thì nên dẫn kim loại qua nhiều độ cao khác nhau

* Vật đúc băng kim loại màu:

Những vật đúc không lớn bằng đồng thanh thiếc được đúc theo nguyên tắc đông đặc đồng thời Những vật đúc bé thường đúc bằng một ống rót trong khuôn dựng đứng, các rãnh dẫn đặt ở phần trên vật đúc được bố trí ở hai phía của ống Khi rót đồng thanh không chứa thiếc và đồng thau nên chú ý lớp oxít trên bề mặt kim loại lỏng vì vậy phải dẫn kim loại vào khuôn êm, không xoáy, không bắn toé Muốn vậy kim loại nên rót từ dưới lên Đúc hợp kim Mg hay Al có thể đúc trong khuôn cát, khuôn kim loại

c)- cấu tạo của hệ thống rót: một hệ thống rót tiêu chuẩn bao gồm: cốc rót

1, ống rót 2, rãnh lọc xỉ 3 và các rãnh dẫn 4

- Cốc rót là phần trên cùng của hệ thống Nó có tác dụng chứa phần kim loại lỏng khi chảy tiếp vào bộ phận dưới nhằm loại bỏ một tạp chất, xỉ nổi trên mặt Dĩ nhiên cốc rót cũng để hứng dòng chảy kim loại lỏng từ thùng rót Cốc rót chỉ phát huy tác dụng khi nó luôn luôn chứa đầy kim loại lỏng Các loại cốc rót thông thường có cấu tạo nh sau.Kích thước của chúng phụ thuộc vào khối lượng

- Rãnh lọc xỉ là một phần của hệ thống rót nằm dưới chân ống rót, ở khuôn trên và sát mặt phân khuôn Rãnh này do nằm ngang nên ở đây tốc tộ dòng chảy giảm xuống Phần xỉ lỏng nếu lọt qua ống rót sẽ được giữ lại ở rãnh lọc xỉ Tiết diện ngang hợp lí, tốc độ dòng chảy càng nhỏ, xỉ nổi lên càng triệt để Ngoài ra rãnh lọc xỉ cũng tạo điều kiện để bố trí các rãnh dẫn Tiết diện ngang của rãnh lọc

xỉ thường dùng loại hình thang, bán nguyệt hay tam giác

- Rãnh dẫn :

Kim loại sau khi chảy qua rãnh lọc xỉ sẽ đi vào rãnh dẫn để vào lòng khuôn Điều bắt buộc là rãnh dẫn phải nằm phía mặt dưới của rãnh lọc xỉ, để hứng kim

loại sạch Do đó nó nằm sát mặt phân khuôn ở khuôn dưới.Có thể bố trí nhiều rãnh dẫn đồng thời tuỳ theo cấu tạo của lòng khuôn và vật đúc Rãnh dẫn cũng được cấu tạo bởi các tiết diện hình thang, bán nguyệt hoặc tam giác nhưng chiều ngược lại Một điều cần lưu ý là khi làm sạch vật đúc phải cắt hoặc thông thường là đập gãy rãnh dẫn Vì thế kích thước rãnh dẫn có thể thay đổi phù hợp với chiều dày thành dày vật đúc tại chỗ dẫn.

d)-Tính toán hệ thống rót:

Dòng chảy của kim loại lỏng chảy qua hệ thống rót và điền đầy khuôn chịu ảnh hưởng của nhiều nhân tố khác nhau Do đó xác định đúng kích thước của hệ thống rót là điều không dễ

* Đối với vật đúc bằng gang, thép

Thời gian rót hợp lý được xác định theo công thức thực nghiệm sau:

T = s g G3 (s) (1)

Trong đó: g - chiều dày chính hay trung bình của thành vật đúc (mm)

G - khối lượng vật đúc cùng hệ thống rót,ngót (Kg)

s - hệ số

Hệ sè s đối với vật đúc bằng gang nh sau:

Đối với vật đúc có thành dày, khối lượng lớn từ 10 đến 50ts = 1,9 – 2,3

Đối với vật đúc có khối lượng trung bình từ 1 đến 10t s = 1,6 – 1,9Đối với vật đúc có khối lượng dưới 1t s = 1,4 – 1,6

Hệ sè s đối với vật đúc bằng thép nh sau:

Đối với vật đúc thành dày có khối lượng 10 – 50t: s = 1,8 – 2,8Đối với vật đúc trung bình thành dày có khối lượng 1 – 10t:s = 1,2 – 2,0Đối với vật đúc có khối lượng <1t s = 1,0 – 1,5

Xác định thời gian rót kim loại vào khuôn cần tính đến tốc độ dâng của kim loại trong khuôn khi rót Tốc độ này không được quá bé vì sẽ làm thành vật đúc bị nhăn nheo do kim loại bị nguội, cũng nh bị bẩn do oxit hay tạp chất phi kim loại

tạo thành trên bề mặt kim loại Tốc độ dâng bé nhất cho phép tính bằng cm/s phụ thuộc vào chiều dày thành vật đúc Đối với vật đúc có chiều cao C tính bằng cm,

đo từ điểm thấp nhất theo vị trí khi rót, tốc độ dâng của kim loại sẽ là:

v = C

t (2)Trị sè v bé nhất cho phép:

Chiều dày vật đúc (mm) Vật đúc bằng gang Vật đúc bằng thép

Trong đó G- khối lượng của vật đúc kể cả hệ thống rót, ngót (Kg)

µ- hệ số trở lực chung của khuôn

Loại vật đúc Loại khuôn Trở lực của khuôn

Lớn Trung bình Nhá

Khô

0,35 0,42 0,500,41 0,48 0,60

Khô

0,25 0,32 0,420,30 0,38 0,50

htb- cột áp suất thuỷ tĩnh trung bình của kim loại (cm)

G

t - tốc độ cung cấp kim loại từ thùng rót (Kg/s)

Đối với vật đúc gang và thép, tiết diện bé nhất là rãnh dẫn Nếu trong khuôn

có nhiều vật đúc thì khi tính thì, lấy khối lượng của một vật đúc cùng với đậu hơi, đậu ngót và cộng thêm phần khối lượng của hệ thống rót cần cho một vật đúc

Trong trường hợp Fmin là tổng số diện tích tất cả rãnh dẫn của vật đúc Trị

số hệ số trở lực của khuônµ phụ thuộc vào mức độ phúc tạp của vật đúc, vật đúc

hình dáng đơn giản có trở lực nhỏ (hệ sốµ lớn) hơn vật đúc có hình dáng phức tạp

Trong đó Ho - là áp suất thuỷ tĩnh ban đầu lớn nhất (cm)

P - là chiều cao vật đúc trên rãnh dẫn (cm)

C - là chiều cao của vật đúc ở vị trí khi rót (cm)

Đối với vật đúc phức tạp thành mỏng bằng gang khối lượng đến 400 Kg Tính thời gian rót và tiết diện rãnh dẫn theo công thưc Đitert:

5,85,96,3

Biết tổng số tiết diện rãnh dẫn Fd có thể tính tiết diện rãnh lọc xỉ Fx và ống rót Fr

Đối với vật đúc bằng gang:

Trong đó: G’- khối lượng kim loại rót vào khuôn (Kg)

t- thời gian rót hợp lý

μk- hệ số trở lực kim loại chảy qua lỗ ở đáy nồi ( khoảng 0,75 – 0,89)

Fk- diện tích tiết diện lỗ ở đáy ( cm2)

Htb- áp suất thuỷ tĩnh trung bình của kim loại ở trong nồi rót

Thời gian rót hợp lý được lấy từ công thức (1): T = s g G3

Hệ sè Fk và Htb thì phải chọn: Khi chọn diện tích lỗ ở đáy nồi rót Fk phải xác định xem rót khuôn ở áp suất trung bình Htb nào và còn tuỳ thuộc vào cỡ gạch lỗ

đáy thường dùng ở nhà máy Mức kim loại trong nồi rót giảm dần đi khi kim loại

đi ra và cột áp suất giảm từ H’ ban đầu đến H’’ lúc kết thúc rót Quan hệ giữa Htb

và H’,H’’ được xác định theo phương trình: H tb = ' ''

2

H + H

Sau khi thay trị số G’/t từ phương trình (7) vào phương trình (3) ta có công thức tính tiết diện Fmin ở chỗ hẹp nhất của hệ thống rót

* Đối với vật đúc bằng gang dẻo:

Đối với vật đúc bằng gang dẻo không lớn lắm, hệ thống rót được tính theo công thức (5) và (6)

Vì gang trắng so với gang xám có độ chảy loãng kém nên thời gian rót và tiết diện rãnh dẫn đều phải lấy lớn hơn bằng cách thay đổi hệ số s và x:

Trong đó Fd: tiết diện cổ nối

Vật đúc bằng hợp kim màu đúc trong khuôn cát thì thời gian rót được xác định theo phương trình (5)

Hệ sè s phụ thuộc vào chiều dày vật đúc g

8)- Đậu ngót và đậu hơi:

Đậu ngót là mét bộ phận trong khuôn đúc để chứa một lượng kim loại lỏng nhằm bổ ngót cho vật đúc khi đông đặc Tại thời điểm khi chưa điền đầy đậu ngót làm chức năng đậu hơi, nghĩa là để thoát hơi trong lòng khuôn Những vật đúc bằng gang xám nhỏ và thành mỏng không cần bổ ngót Để phát huy tác dụng thoát hơi và bổ ngót phải đặt nó đúng vị trí

Vị trí đặt đậu:

- Đậu ngót phải đặt ở chỗ cao và tập trung kim loại

- Đậu ngót phải không làm cản trở sự cản co của vật đúc

- Đậu ngót phải dễ cắt ra và dễ làm sạch vết cắt

- Đậu ngót phải có độ cao ngang với mặt thoáng với cốc rót và bản thân nó cũng

phải đủ áp lực thuỷ tĩnh để bổ ngãt

-Đậu ngót phải nguội cuối cùng và có thể tích đủ lớn để bổ ngót

-Không gây khó khăn cho công nghệ làm khuôn và không lãng phí kim loại

- Tránh đặt đậu ngót quá sát thành vật đúc tạo nên khe cát mỏng Khi rót nếu bị nung nóng nhiều, dễ rỗ ngót ở thành vật đúc Người ta thường dùng hai loại đậu ngót : đậu ngót hở và đậu ngót kín

+Đậu ngót hở: là loại lòng khuôn thông với khí trời Đậu hở dùng phổ biến

vì nó dễ chế tạo, có khả năng bổ ngót cao nhờ áp lực lớn, dễ quan sát khi điền đầy,

có tác dụng thoát hơi

+Đậu ngót ngầm: là loại không thông với khí trời Loại này chỉ thích hợp khi đúc trong khuôn kim loại để bổ sung cho chỗ tập trung ở phía dưới lòng khuôn.

- Kích thước đậu ngót được chọn sao cho:

+ Tiết diện đậu ngót đủ lớn để có thể bổ sung kim loại

+ Chiều cao đậu ngót phải đủ để có thể đưa rỗ ngót từ vật đúc vào đậu ngót

- Tách đậu ngay ra khỏi vật đúc là một công việc tốn kém và vất vả Đậu ngót ở vật đúc thép thường cát bằng oxi Đối với gang vật đúc bằng gang và hợp kim màu thì phải dùng cưa để cắt đậu ngót Để giảm chi phí cho việc cắt đậu ngót

ta nên sử dụng cách đập tách đậu ngót Nên đập tách đậu ngót khi dỡ khuôn nhưng chú ý không được làm ảnh hưởng đến bề mặt vật đúc

C- Quy trình nấu gang trong lò đứng.

I) Quá trình sản xuất gang thỏi lò cao

Chóng ta biết rằng, trong thiên nhiên hầu nh không có Fe nguyên chất, mà chỉ có

Fe ở dạng hợp chất gồm các nguyên tử Fe và O2 gọi là oxít sắt Khi cho quặng sắt

đã được làm giầu ( loại bỏ bớt các oxít khác nh đá vôi, đất) vào lò cao cùng than

và chất tạo xỉ Thổi không khí vào lò đốt cháy than, nung quặng lên nhiệt độ cao

và tạo ra khí oxít cacbon (CO) để khử oxy trong quặng ra khỏi quặng sắt Nhờ các phản ứng hoá học ngoài sắt còn có một số kim loại và á kim khác cũng được khử khỏi oxít của nó nh Mn,Si Những giọt sắt chảy xuống nồi lò ( chỗ chứa) tiếp xúc với than cốc sẽ hoà tan cacbon tạo thành gang Khi nồi lò đã chứa đầy gang, người ta tháo nước gang ra khỏi lò và cho chảy vào khuôn đúc thỏi Gang này gọi

là gang thỏi lò cao, là nguyên liệu chủ yếu để sản xuất ra gang xám

II)-Giới thiệu về lò đứng:

Sau khi sản xuất gang thỏi lò cao nếu muốn nấu gang xám để đúc ra chi tiết người ta tiến hành nấu lại bằng cách nấu trong lò điện , lò trung tần ,lò đứng nhưng chủ yếu là nấu trong lò đứng do nó các đặc điểm mà các loại lò khác không

có được Lò đứng là loại lò nấu gang phổ biến nhất, nấu liên tục ,có năng suất cao,

chiếm diện tích it, sè người phục vụ không nhiều, điều khiển quá trình nấu dễ dàng( có thể tự động hoá được).

Mặt cắt lò thường rất đơn giản: là một ống trụ tròn dựng đứng trong chứa than và liệu Gió từ dưới đi lên đốt cháy cột than lót; liệu gồm kim loại, than mẻ,

và đá vôi (chất trợ dung) đi từ trên xuống đượckhí lò nung nóng dần , tới đỉnh cột than lót thì kim loại chảy thành giọt rơi xuống nằm ở nồi lò (giọt kim loại nằm xen giữa những cục than), than mẻ bổ sung vào cột than lót còn đá vôi thì tạo xỉ

Cấu trúc của lò đứng phải hợp lý để có thể góp phần đảm bảo được3 yêu cầu của nấu gang:

- Nhiệt độ gang ra lò đạt cao

- Thành phần gang phải ổn định

-Tiêu thô than Ýt

Hình vẽ lò đứngCác thông số chủ yếu của lò:

D: đường kính trong là thông số chủ yếu để đánh giá cỡ lò đúc Đuờng kính

trong lớn thì có công suât lớn D nhỏ hơn thì lò thường khó nấu vì dễ treo liệu khi dùng cỡ liệu to Thông thường khi đã biết yêu cầu về công suât lò tấn/giờ, nên tra sổ tay để chọn D gần đúng Ở nước ta hiện nay phổ biến dùng lò có D600 (còn gọi là phi 600mm) đạt năng suất 1,5-2 tấn /giờ ( tấn liệu bỏ vào lò tính trong 1 giê)

H chiều cao hữu Ých : khoảng cách từ trục của mắt gió chính đến ngưỡng

của cửa chất liệu H cao thì việc lợi dụng nhiệt của khí lò để nung nóng liệu có tốt hơn, gang ra lò có nhiệt độ cao hơn chút Ýt

Nhưng cao quá cũng không thuận tiện trong việc xây lắp lò Đối với lò cỡ nhỏ lại dễ gây treo liệu khi nấu Người ta tính H bằng cách chọn tỷ số H/D thích hợp thường lấy H/D =4-6 Trị số nhỏ dùng cho lò cỡ lớn Nếu tính chiều cao của toàn bộ lò phải kể thêm cả chiều cao nồi lò, thân lò và chiều cao ống khói

Hn: chiều cao nồi lò: khoảng cách từ trục mắt gió chính xuống dần đến lớp

cát nền ở đáy lò Hn lớn thì nồi lò chứ được nhiều gang láng( thường người ta ớc tính than lót chiếm khoảng 50% thể tích nồi lò; gang và xỉ nằm ở khe hở giữa các cục than Khi tính dung tích của nồi lò thường lấy số liệu sau: - xỉ tính bằng 10% trọng gang với trọng lượng riêng bằng1-2; còn gang lỏng bằng 7).Hn lớn thì nhiệt

độ gang láng ra lò sẽ kém Thường lấy Hn bằng 400-600 mm; nếu cần chứa một lượng lớn gang láng trong nồi lò thì cần tính toán lại và có thêm biện pháp tăng nhiệt độ gang lỏng ở nồi lò Khi dung lò tiền hoặc khi cần nhiệt độ gang ra lò cao nhưng khối lượng không cần nhiều thì nên giảm Hn

Hệ thống mắt gió:

Khi thiết kế lò đứng cần đặc biệt chú ý đến việc chọn và tính toán kích thước hệ thống đa gió vào lò đứng( thường gọi là mắt gió) vì qua đâycó thể đảm bảo nâng nhiệt của gang

Tỷ lệ mắt gió:

Tổng Fgiã/Flò tỷ số giữa tổng diện tích mặt cắt các mắt gió và diện tích mặt cắt lò lấy theo đường kính trong tại vùng mắt gió chính Trước kia thường lấy tỷ lệ này là 25% xu hướng hiện nay dùng tỷ lệ thấp khoảng 8-10%; có nơi còn dùng

thấp tới 3-6% nhưng phải chú ý đến việc dùng quạt có áp suất cao để vẫn đảm bảo

đủ lượng gió vào lò

Số hàng mắt gió và số lư ợng mắt gió:

Gió vào lò phân bố đều thì tốt; xu hướng hiện nay là dùng nhiều mắt gió nhỏ trong 1 hàng (6-8 mắt gió )

Dùng nhiều hàng mắt gió ( thường không quá 3) có tác dụng mở rộng khu vực nhiệt độ cao do đó nâng cao nhiệt độ gang lỏng, giảm tiêu thụ than và tăng công suât lò Hàng mắt gió cuối cùng gọi là hàng mắt gió chính vì có diện tích khoảng 60-80 tổng Fgiã; hai hàng mắt gió phụ ở trên cách nhau khoảng 150-200

mm có mắt gió nhỏ hơn, thường có diện tích mắt giã như nhau

Độ chếch mắt gió : So với mặt phẳng nằm ngang mắt gió chính thường chếch xuống 5-100, mắt gió hàng thứ hai chếch 100 ,hàng thứ 3 chếch 150 Mắt gió chếch nhiều thì than lót ở nồi lò được đốt cháy nên nhiệt độ nồi lò cao hơn, gang

ra lò cao hơn Khi quạt có áp suất kÐm thì không nên lấy độ chếch mắt gió cao vì

sẽ giảm lượng gió vào lò; trường hợp này có thể lấy độ chếch bằng không

Dạng hình học của mắt gió:

Cần chọn hình dạng của mắt gió thế nào để gió phân bố đều trên bề mặt cắt ngang của lò và gió vào lò có vận tốc lớn, có khả năng đâm thấuvào trung tâm lò, tăng cường sự cháy của than Mắt gió ở hàng chính thường có mặt cắt hình chữ nhật Mắt gió ở hàng phụ thường có dạng trụ tròn Xu hướng hiện nay dùng mắt gió nhỏ nên mắt gió thường có mặt cắt hình tròn cả hàng chính và hàng phụ Nếu cần tăng tốc độ gió, giảm tổn thất thì mặt cắt phía ngoài nên lớn vào phía trong sẽ thu hẹp lại ( mắt gió hình nón cụt)

Tác dụng của áp suất và lượng gió:

Nếu áp suất gió vào lò cao, gió có vận tốc lớn thì làm cờng độ cháy của than , áp suất yếu quá thì không đủ thắng trở lực của than và liệu trong lò sẽ làm giảm lượng do đó giảm nhiệt độ gang lỏng, giảm công suất lò Xu hướng chung hiện nay là dùng quạt có áp suát khá cao cho lò đúc Với lò cỡ phi 600 mm yêu cầu áp suất p phải tới trên 700mm H2O Lưu lượng gió vào lò có vai trò quyết định

đối với việc tiết kiệm than và đảm bảo lò có công suất hợp lý, nhiệt độ gang cao Trước khi dùng quạt để chạy một lò đứng nào đó cần đo lưu lượng gió của quạt để

có thể định chế độ gió cho thích hợp Phải có bộ phận tự động khống chế cho lượng gió vào lò cố định Với tỷ lệ than đã định nếu lu lượng gió tăng thì công suất

lò tăng lu lượng giảm thì công suất lò giảm Từ đó sẽ làm thay đổi nhiệt độ của gang

III-Quá trình nấu gang ở Lò đứng

1 Đặc điểm luyện kim của quá trình:

Về cơ bản nấu gang ở lò đứng là một quá trinh nấu chảy; các phản ứng oxy hoá và hoàn nguyên có xảy ra giữa gang lỏng, xỉ và khí lò Tuy vậy việc nghiên cứu những đặc điểmluyện kim của quá trình nấu gang ở lò đứng vẫn cần thiết, giúp ta điều khiển sự cháy của than, khống chế thành phần gang và nâng cao được nhiệt độ gang láng đồng thời tiết kiệm than

Thường chó ý đến 2 vấn đề : nhiệt độ của lò, đặc điểm của xỉ

a)Sự cháy của than và sự chuyển động của khí lò:

-Quá trình cháy của than trong lò đứng tiến hành theo ba phản ứng liên tiếp sau:

+Tạo thành oxyt cacbon:

Tại vùng I: