Giới thiệu các loại lò đúc: Gang đúc thường nấu chảy trong lò đứng , lò cảm ứng , lò điện hồ quangtrong đó lò đứng được sử dụng rộng rãi để nấu gang trong sản xuất nhỏ cũngnhư sản xuất v
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY
BỘ MÔN KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
CHUYÊN ĐỀ TỐT NGHIỆP
VÀ TÍNH PHỐI LIỆU NẤU.
GVHD :
SVTH :
MSSV :
2 Ngày giao chuyên đề:
3 Ngày nộp chuyên đề:
Trang 2
TÓM TẮT CHUYÊN ĐỀ
I /
ĐẶT VẤN ĐỀ :
II/ NỘI DUNG :
1 Giới thiệu các loại lò đúc
2 Tính phối liệu lò đứng
3 Quy trình nấu gang trong lò đứng
4 Các lỗi xảy ra khi nấu gang trong lò đứng
III/ KẾT LUẬN :
Thực tế doanh nghiệp sản xuất sản phẩm đúc Việt Nam đa số đều lànhững doanh nghiệp vừa và nhỏ Cung cấp sản phẩm đúc cho sau gia công
Trang 3cơ phục vụ cho ngành chế tạo máy.Lò đứng hiện nay được sử dụng rộng rảitrong các doanh nghiệp này Với yêu cầu kỹ thuận vận hành lò khôngcao,yêu cầu không quá khắt khe về trình độ công nhân vận hành thao tác.Bên cạnh đó lò đứng lò đứng có thể vận hành theo dây truyền tự động, bán
tự động và cũng có thể vận hành thủ công Vì vậy nó có thể được ứng dụngrộng rãi, chi phí tạo ra vật đúc thấp.Chính vì những vấn đề đó lò đứng vậnhành bảo quản, cách nấu và phối liệu lò đứng là đề tài đã và luôn được quantâm tại các doanh nghiệp, sao cho chi phí và hiệu xuất là tối ưu nhất.Vì vậytrong chuyên đề sau nghiên cứu về lò đứng và tính toán phối liệu
II.1. Giới thiệu các loại lò đúc:
Gang đúc thường nấu chảy trong lò đứng , lò cảm ứng , lò điện hồ quangtrong đó lò đứng được sử dụng rộng rãi để nấu gang trong sản xuất nhỏ cũngnhư sản xuất vừa Nhược điểm lớn trong lò đứng là nhiệt độ gang ra lòkhông cao ,thành phần của gang không ổn định nhất là nấu gang có thànhphần cacbon thấp và gang hợp kim , các loại gang hợp kim cần chất lượngcao thường nấu bằng lò điện và lò nồi
Trang 4Lò điện (hồ quang va cảm ứng)
II.2. Cấu tạo lò đứng :
Lò đứng có cấu tạo như một ống hình trụ rỗng bằng thép, phía tronglát gạch chịu lửa
Thông thường lò đứng gồm những bộ phận sau : bộ phận đỡ lò , thân lò,ống khói và thùng lắng bụi dập lửa , hệ thống mắt gió
Hình 1: là lò đứng :1-bộ đỡ lò ; 2-vỏ lò bằng tôn ; 3- tương lò bằng gạchchịu lửa ; 4- lớp gạch bằng gang ; 7-cửa cho liệu ; 8-thùng nạp liệu ; 9- ốngdẫn gió vào lò ; 11- bộ phận dập lửa và lắng bụi ;12-lớp hỗn hợp đắp đáy lò
Trang 5Hinh1 :Cấu tạo lò đứng
II.3. Những kích thước trong lò đứng :
Dưới đây là những thông số kỹ thuật cơ bản
Đường kính trong (D) của lò : đường kính trong lò
được đo tại vùng mắt lò Lò được xây theo tiêu
chuẩn: có đường kính 500 - 2.000 mm
Chiều cao hữu ích (H) : là khoảng kể từ mắt gió
chính đến cửa cho liệu ( mép dưới của cửa cho liệu )
Chiều cao hữu ích càng lớn thì nhiệt độ của gang
lỏng càng cao, song nếu chiều cao hữu ích lớn quá
còn làm cho lò dễ bị treo liệu và bị bí lò nếu quạt
yếu Do đó mà chiều cao hữu ích còn phụ thuộc vào
đường kình trong Người ta dùng tỉ số H / D tỉ số
này càng lớn lò càng cao ,lò cỡ nhỏ tỉ số H/D = 3-5 ,
lò cỡ lớn tỉ số H/D = 2,5 -4 là phù hợp
Chiều cao nồi lò : là khoảng cách từ tấm mắt gió chính xuống đáy lò Chiềucao nồi lò càng cao nồi lò càng lớn càng chứa được nhiều nước gang songgang lỏng ra lò có nhiệt độ thấp , thường lò đứng dùng cho đúc liên tục có
Trang 6chiều cao nồi lò lớn để gang thẩm thấu nhiều cacbon chống trắng cho ống Chiều cao nồi lò nói chung là 500 mm đến 700mm
Hệ thống mắt gió : cần chú ý số liệu : tỉ lệ mắt gió so với diện tích cắt ngangcủa lò , độ dốc của mắt gió và số hàng mắt gió
a ) tỉ lệ mắt gió là tỉ lệ tổng diện tích các tiết diện mắt gió so với diệntích mặt cắt ngang của lò ở vùng mắt gió Tỉ lệ này từ 1/4 đến 1/9 chọn tỉ lệnày phải căn cứ vào khả năng của quạt , nếu quạt có áp suất lớn chọn tỉ lệnhỏ , quạt áp suất nhỏ chọn tỉ lệ lớn
b ) Độ dốc của mắt gió : là góc tạo bởi đường trục của mắt gió với mặtcắt phẳng ngang Góc α này càng lớn thì mắt gió càng dốc , như vậy ở nồi
lò sẽ cháy tốt hơn , nhiệt độ của gang cao Để đốt cháy than tạo nhiều nhiệtlượng ,mắt gió chính có độ dốc 10-15 0 ,mắt gió phụ có độc dốc 10 – 30 0
c ) Số hàng mắt gió : lò thường có hai đến ba hàng mắt gió , mỗi hàngcách nhau 180 mm – 200mm , như vậy gió vào lò đều và đốt cháy đượchoàn toàn hơn tạo cho gang có nhiệt độ gang cao ,số mắt gió ở mỗi hàng là4- 8 mắt tùy đường kính lò , bố trí mắt gió phụ theo kiểu xen kẽ
II.4. Các vùng trong lò đứng :
Lò đứng chia thành năm vùng :
I. Vùng nung nóng : quá trình hóa lí ở đây là sự trao đổi nhiệt giữa khí lò
và vật liệu rắn Ở vùng này vật liệu được sấy và nhiệt độ được tăng dần
từ trên xuống dưới và khoảng 25 ÷ 40 phút sẽ được nung tới nhiệt độchảy
II. Vùng nóng chảy : ở đây vật liệu kim loại nóng chảy đi qua lớp than lót
và được quá nhiệt
III. Vùng hoàn nguyên : ở vùng này nhiệt của lò phải truyền cho các giọtkim loại đang chảy xuống Nhiệt độ vùng này có giảm xuống nhưngvẫn đủ để tiếp tục nung nóng chảy những cục kim loại còn lại Quá trìnhoxy hóa vẫn tiếp tục diễn ra và có phần mãnh liệt hơn so với phần trên
IV. Vùng oxi hóa : môi trường khí vùng này có tính oxy hóa mạnh nhất Nhiệt độ vùng này đạt tới 1600 ÷ 1700 0C Các phản ứng oxy hóa ởvùng này cũng xảy ra mãnh liệt hơn so với phần trên
V. Vùng nồi lò : dùng chứa gang , than ở đây cháy thiếu oxi nên nhiệt độthấp , làm giảm nhiệt độ gang lỏng Nồi lò càng sâu nhiệt độ càng giảmnhiều
Trang 7II.5. Tính phối liệu lò đứng :
Khi nấu gang trong lò đúc phải dùng những nguyên liệu sau :
Nguyên liệu kim loại, nhiên liệu để cung cấp nhiệt , trợ dung để tạo xỉ, trongsản xuất đúc được gọi tắt là vật liệu nấu Muốn nấu ra loại gang có thành phầnhóa học đúng yêu cầu , có nhiệt độ cao vận hành lò dễ dàng , cần phải tính toánphối liệu cho một mẻ gang gọi là mẻ liệu
II.5.1. Nguyên nhiên liệu :
2.5.1.1 Kim loại :
Những vậy liệu kim loại chủ yếu dùng trong mẻ liệu nấu gang là : Gangthỏi lò cao, thép và gang vụn, phoi thép và phoi gang đóng bánh, hồi liệutrong sản xuất đúc Các loại fero để đảm bảo thành phần của gang như ferosilic, man gan…
Những nguyên liệu không hoặc ít vị oxi hóa cần sử dụng nhiều nên cho vào
mẻ liệu để đảm bảo gang có nhiệt độ cao Fero cho vào lò theo mẻ nên cho
Trang 8loại có hàm lượng thấp Với fero silic nên dùng loại dưới 40% Si, với feromangan nên dùng loại dưới 30% Mn
Khi cần điều chỉnh thành phần gang , trước khi rót người ta cho fero hàmlượng cao đập nhỏ rồi cho vào nồi rót (Chống trắng cho fero silic và feromangan nếu gang qua mềm) Fero silic và Mn cho vào nồi rót nên dùnghàm lượng trên 75% silic hoăc mangan, để đảm bảo lượng fero cần cho vàogang làm cho gang đỡ mất nhiệt
Loại gang này gồm hệ thông rót, đậu ngót, những chi tiết máy hỏng bằnggang và phoi Phối liệu có pha gang vụi vừa dễ nấu chảy, hạ giá thành phôiđúc Nói chung gang vụi thường chứa C và Si thấp hơi gang thỏi
Gang vụi dùng phối liệu cần phải biết rõ thành phần, nếu không biết phảiđưa ra phân tích hóa học Những chi tiết máy hỏng cần tra sổ tay biết rõ mácgang và thành phần hóa học Trước khi nấu phải làm sạch chú ý loại bỏnhững thành phần gang có hại ( nấu gang dẻo thì không được nấu bằng gang
Lượng thép vụi cho vào mẻ liệu tối đa 40-60% khi nấu gang xám bền cao
Phoi gang và thép quá mỏng nên dễ cháy nên mún sử dụng phải ép thànhbánh nặng từ 4 tới 5 kg.Phoi trước khi ép phải tấy rửa dầu mỡ, tỷ lệ sử dụngphoi trong mẻ liệu thường rất thấp
Tính trung bình tỷ lệ nguyên liệu trong mẻ đúc như sau :
Trang 9Gang dẻo 10-20 10-20 30-50 35-40 2-4
II.5.2. Nhiêu liệu
Nhiên liệu chủ yếu dùng cho lò đúc là than cốc ở ta còn dùng than gày sốnghoặc than gầy nhiệt luyện, một số nước dùng khí đốt và dầu
Chất lượng của than phụ thuộc vào nhiều yếu tố Cỡ cục , mật độ , khả năngphản ứng độ bền cơ và bền nhiệt, lượng tro và lưu huỳnh
Kích thước của cục than phụ thuộc vào đường kính lò
Đường kính trong của lò đúc mm Kích thước cục than cốc mm
1000-1200 90-1401200-1500 120-140Trên 1500 Trên 140
Ở nước ta lò thông dụng có đường kính từ 500-600mm thì than cốc cụcnhỏ nhất cũng phải đảm bảo 40-60mm nên chọn 60-90mm
Chọn than quá nhỏ sẽ bị giảm công xuất và nhiệt độ , chọn cỡ trục quá to
sẽ có nhiều lỗ hổng nhiệt độ của gang thấp Cỡ trục than lót lò cần lớn hơn than
mẻ
Lượng tro trong lò than càng thấp càng tốt nói chung lượng tro khôngnên qúa 8-10% , nếu dùng than có nhiều tro phải dùng nhiều đá vôi tạo xỉ sẽlàm giảm công suất và nhiệt độ của lò
Than lót và than mẻ trong lò phải chịu tác dụng của cả cột nhiên liệu rấtnặng nên than phải có độ nền cơ học và bền nhiệt cao Nếu than bị nén vỡ vụngió thổi vào lò khó phân bố đều , việc nâng cao nhiệt độ của gang lỏng có nhiềukhó khăn Ở khu vực mắt gió nếu than bị vỡ vụn sẽ quện xỉ rất khó cháy Do đóthan phải có đủ độ bền cơ và bền nhiệt và phải được phân loại
Khả năng phản ứng của than còn gọi là hoạt tính , than dùng cho lò đúc
là than có hoạt tính thấp Than hoạt tính thấp dễ dàng cháy hoàn toàn (tạo thành
CO2 nhiều và ít CO), tạo ra nhiều nhiệt lượng , nước gang có nhiệt độ cao
Trang 10Mặt khác , than chứa ẩm càng ít càng tốt (không quá 2-4%) nếu độ ẩmcủa than cao quá , nhiệt độ của nước gang sẽ thấp Than cần được bảo quản ởnơi khô ráo
Lượng lưu huỳnh trong than càng thấp càng tốt Tùy theo loại than ,lượng lưu huỳnh tối đa không quá 0.6-1.4% Than chứa nhiều lưu huỳnh làmgiảm chất lượng của gang và khó đúc
Có hai loại than cốc:
- Than cốc dùng cho lò cao
- Than cốc dùng cho lò đúc
Than cốc dùng cho lò đúc chủ yếu là để nấu chảy kim loại cần tạo ra nhiệtlượng cao Than cốc dùng cho lò đúc có mật độ ( ít xốp) và độ bền cao hơnthan cốc lò cao , có khả năng phản ứng thấp và lượng S cũng thấp hơn so vớithan cốc lò cao
Than gầy là than đá có mức độ C hóa cao , ít chất bốc có tỷ trọng cao gầngấp đôi than cốc Than gầy nói chung có độ bền nhiệt thấp và có nhiệt lượngcao Trong điều kiện nước ta thiếu than mỡ , việc sử dụng than gầy vào lò đúc
có ý nghĩa kinh tế lớn Nước ta có nhiều loại than : Than gầy ở Quảng Ninh,Hồng gai và Cẩm Phả có nhiệt trị cao nhưng bền nóng thấp nên không dùng choluyện kim Than gầy đông triều, mạo khê dùng cho lò đúc khá tốt, than gầy mạokhê tốt nhất, nhìn mặt ngoài cúc than thấy có những mặt mờ óng ánh giống vảy
cá Các loại than gầy khác muốn dùng cho lò đúc phải qua nhiệt luyện Cáchnhiệt luyện than gầy như sau Nung châm than gầy trong lò thiếu không khí ở900-1000 oC trong 14 giờ, sau đó làm nguội chậm trong vòng 6 tới 8 giờ Thangầy đã qua nhiệt luyện có lượng lưu huỳnh ít hơn than gầy sống có khả năngphản ứng thấp và độ bền nhiệt cao Nấu gang bằng than gầy nhiệt luyện năngsuất lò thấp hơn dùng than cốc xong gang lỏng lại có nhiệt độ cao hơn, gang có
ít lưu huỳnh hơn và giá thảnh rẻ hơn than cốc
II.5.3. Chất trợ dung :
Chất trợ dung là những khoáng chất cho vào mẻ liệu để kết hợp với tro củathan, gạch vữa của tường lò bị bào mòn, cát đất bám ở vật liệu kim loại tạothành xỉ có nhiệt độ chảy thấp và loãng dễ tháo ra khỏi lò Nếu không có chất
Trang 11trợ dung , xỉ lò đúc sệt, khó tháo ra khỏi lò và việc nấu lò khó, nhiệt độ nướcgang giảm, đôi khi phải dừng nấu.
Những chất trợ dung thường dùng là đá vôi, đá dolomit va xỉ mactanh, huynhthạch, quặng apatit
Thành phần chính của đá vôi là CaCO3 , đá vôi dùng cho lò đúc CaO phảitrên 40-50% lượng SiO2 phải dưới 4% Đá vôi khi cho vào lò đúc phải đập nhỏcho phù hợp với cở lò cục lơn quá sẽ khó chảy, nhỏ quá dễ bị bay theo khí lò.Nhất là khi dùng quạt có áp lực cao, cỡ cục đá vôi khoảng 25-100mm , lượng
sử dụng 25-35% theo khối lượng than mẻ hoặc 3-5% khối lượng mẻ kim loạinếu liệu bẩn hoặc đá vôi xấu phải dùng nhiều hơn.Khi chạy lò đúc kiềm có thểdùng tới 50% đá vôi
Thành phần gồm có MgCO3 ,CaCO3dùng tốt hơn đá vôi
Dùng cho lò đúc là xỉ kiềm gồm có những thành phần sau:
Dưới 25% SiO2 , 40% (CaO và MgO) trên 26% ( FeO và MnO) xỉ mactanhcho vào lò đúc cũng phải đập nhỏ 25-100mm lượng xỉ sử dụng là 0.5-1.2%
mẻ liệu kim loại
Làm xỉ loảng nhanh, huỳnh thạch sử dụng cho lò đúc có nhiều loại, loạichứa CaF2 thấp nhất là 25%, loại chứa CaF2 cao nhất là 95%
Huỳnh thạch được dùng tạo xỉ cho lò đúc tường kiềm tính, lượng dùng tối
đa là 8%.Huỳnh thạch hiếm và đắt khí lại độc nên ít được dùng và thườngđược dùng kèm với đá vôi
Quặng này có chứa 3Ca3PO4.2CaF2 .Quặng apatit dùng tạo xỉ cho lò đúc
có chứa 25-32% P2O5 cứ một cân có chứa 0.13-0.14 Kg P Khi cho vào lòđúc lưu ý phải đập nhỏ để có cỡ cục 25-100mm quặng apatit ngoài tác dụngtạo xỉ còn có tác dụng làm tăng độ chảy loãng của gang, quặng này được sửdụng khi nấu gang dẻo và gang chịu mài mòn, gang chịu nhiệt cần có cùngtinh phôtphit thường sử dụng 1% quặng và 0.5% đá vôi làm chất trợ dungcho lò đứng
II.5.4. Tính phối liệu lò đứng :
Những số liệu ban đầu để tính toán
Trang 12Một mẻ liệu cho vào lò đứng gồm: than, đá vôi và kim loại (gang thỏi lòcao, gang củ, hồi liệu, thép vụn và fero).
Khi nấu lò đứng, muốn bảo đảm mẻ kim loại nạp vào sau không lẫn vào
mẻ trước cần phải có cột than ngăn cách cao từ 200 – 250 mm lượng thannày gọi là than mẻ Rõ ràng là lượng than mẻ với từng cở lò là cố định, cònlượng kim loại cho vào lò thì thay đồi theo đặc điểm của kim loại nạp vào lò(khó chảy hay dễ chảy) và yêu cầu nhiệt độ gang ra lò, công suất lò Tỉ lệgiữa lượng than mẻ và kim loại nạp vào lò quy ra % là tỉ lệ than\ gang.tỉ lệnày phụ thuộc vào lượng thép vụn, loại lò và cách nấu Nấu trong lò đứngdùng gió thường tỉ lệ than\ gang như bảng
% sắt trong mẻ kim loại Tỉ lệ than cốc\gang %
Nếu lò đúc chạy gió nóng thì tỉ lệ than trên gang sẽ thấp hơn
Thí dụ :Lò đúc chạy gió nguội dùng 15,5% thì lò đúc chạy gió nóng chỉdùng tỉ lệ than\gang là 11% ; lò đúc chạy bằng khí lò cốc có nung nóng gió
tỉ lệ này chỉ là 9%
Trong sản xuất đúc thường phải nấu nhiều loại gang có thành phần hóahọc khác nhau cho nhiều loại phôi đúc
Chọn thành phần hóa học của gang đúc trong khuôn cát hay khuôn kimloại phải căn cứ vào cơ tính cần có của vật đúc, chiều dày của nó, lượng Si
và C trong gang Có 2 cách chọn thành phần tra giản đồ và tra bảng
Bảng 28 là thành phần hóa học của các loại gang có chiều dày trung bình từ15-25mm Nếu mỏng hơn thì tăng lượng C lên 0.1% và Si lên 0.2% nếuchiều dày lớn hơn thì phải giảm lượng C xuống 0.1% và Si xuống 0.2%
Những mác gang từ CҶ 21-40 đến C Ҷ 36-50 phải bến tính trước khi rót Bảng 28.Thành phần hóa học của gang xám thường
Trang 13gang Thành phần hóa học % Cơ tính
P khôngquá
S khôngquá
Độ cứngHB
Độ vỏngkhôngdưới
Khi nấu trong lò đứng Si cháy hao khoảng 12-20% khối lượng Mn haokhoảng 15-20%, P không thay đổi, còn S trong gang thường tăng lên mứctăng phụ thuộc vào lượng S của than và chất lượng xỉ C thường trong giớihạn từ 3-3.5% nếu C trong mẻ liệu kim loại thấp hơn nó sẽ tự thấm C từthan, khi nhiều quá nó sẽ cháy bớt, nếu lượng Si cao C sẽ bị đẩy ra thànhphấn chì (nổi phấn chì)
Tính toán xác định thành phần của mẻ liệu được tiến hành theo trình tự sau :
1. Xác định thành phần hóa học của mác gang định nấu
2. Xác định thành phần hóa học của nguyên liệu mẻ nấu
3. Xác định tỉ lệ cháy hao của nguyên tố trong gang khi nấu ( chủ yếu là
Trang 14Ví dụ : tính phối liệu cho mác gang GX 15-32, vật đúc thành dày 20mm và cóthành phần như sau : 3.5%C ; 2.2% Si ; 0.7% Mn ; 0.65% P Gang nấu trong lòđứng Ø700, khối lượng than mẻ là 30kg nguyên liệu nấu gồm có.
Điểm A là tọa độ mác gang trước khi nấu ra ( thành phần khi chưa trừ đicháy hao)
GX 15-32 nấu ra 2.2 0.7
Lượng cháy hao khi nấu 2.2x0.15 0.7x0.20
GX 25-32 khi phối liệu 2.2 + 2.2x0.15=2.53 0.7 + 0.7x0.20 = 0.84Điểm A(2,53 ; 0,84) nếu A nằm trong vùng tam giác XYZ thì bài toán cóthể giải được Nếu Z nằm ngoài tam giác thì ta phải chuyển dịch và trongtam giác bẳng cách từ A vẽ một đường song song với trục hoành cắt XZ và
XY tại 2 điểm M và N Dùng fero Si cho và phối liệu sẽ làm cho điểm Adịch chuyển về phía MN Ví dụ khi cho 0.43% Si thì lượng Si của 3 thànhphần phối liệu chỉ đạt được 2.53 – 0.43 = 2.1% Điểm A lúc ấy có tạo độA(0,84 ; 0,21) Lượng fero Si có thể cho vào tùy ý để dịch chuyển điểm A’trong khoảng MN Đường nối liền các điểm XA’, YA’, ZA’ cắt các cạnh củatam giacsXYZ tương ứng ở B, C, D Tỉ lệ các thành phần mẻ liệu sẽ tínhtheo tỉ lệ các đoạn thẳng
Gang thỏi thái nguyên GĐ-2 : x = 100 x = 100 x = 59%
Gang máy củ : y = 100 x = 100 x = 33,3%
