đồ án nấu luyện kim loại hợp kim

Mục tiêu tổng quát: Phát triển ngành thép Việt Nam nhanh chóng trở thànhmột ngành phát triển hoàn chỉnh theo công nghệ truyền thống, sử dụng tối đanguồn quặng sẵn có trong nước, trên cơ

LỜI NÓI ĐẦU

Đối với một kĩ sư công nghệ vật liệu kim loại và hợp kim thì kiến thức về ngành nấu luyện là một mảng kiến thức đặc biệt quan trọng là tiền đề để phát triển chuyên môn về sau.Do đó môn học Đồ án nấu luyện là một môn học có tầm quan trọng rất lớn,môn học sẽ cung cấp cái nhìn tổng quan về công nghệ nấu luyện,từ

đó sinh viên rút ra được nhiều kiến thức và kinh nghiệm hơn.

Em xin thay mặt cho nhóm gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Nguyễn Duy

Thông là giảng viên phụ trách hướng dẫn cho em.Cùng với sự nhiệt tình và kiến thức sâu rộng của thầy đã giúp chúng em rất nhiều trong đồ án này và những môn học khác nữa.Kính chúc thầy nhiều sức khỏe và làm việc thật tốt

Đây là lần đầu tiên em thực hiện một đồ án do đó không tránh khỏi sai sót,kính mong thầy góp ý để em có thể có thêm kinh nghiệm.

Trưởng nhóm

CHƯƠNG 1: SƠ LƯỢC VỀ NGÀNH THÉP VÀ TỔNG QUAN VỀ SẢN XUẤT THÉP LÒ ĐIỆN TRONG

VÀ NGOÀI NƯỚC:

I TỔNG QUAN VỀ NGÀNH NẤU LUYỆN:

1.Tình hình sản lượng gang thép trên toàn thế giới :

Theo đánh giá tổng quát của Cơ quan thông tin ngành thép toàn cầu (MEPS)thì nguồn cung thép thế giới năm 2006 có bước tăng trưởng mạnh và nhìn chung

đã đáp ứng đủ nhu cầu Với sản lượng thép sản xuất toàn cầu trong năm 2006 đạtkhoảng 1.237 triệu tấn, tăng gần 8 triệu tấn so với sản lượng 129,3 triệu tấn củanăm 2005 Trong đó, các nước thành viên EU đạt 35,8 triệu tấn, tăng 3,6 triệu tấn;các nước thuộc khu vực thương mại tự do Bắc Mỹ (NAFTA) đạt 133,5 triệu tấn,tăng 6,6 triệu tấn; khu vực Nam Mỹ đạt 45,7 triệu tấn, tăng 0,4 triệu tấn; các khuvực Trung Đông và Châu Đại Dương, mỗi khu vực chỉ tăng 0,1 - 0,2 triệu tấn Riêng các nước thuộc Liên Xô cũ giảm 2 triệu tấn, từ 112,7 triệu tấn trong năm

2005 xuống 17 triệu tấn

Dự báo thị trường thép thế giới trong những tháng đầu năm 2007, các nhàphân tích thị trường cho biết, do giá quặng sắt nhập khẩu trong năm 2006 liên tụctăng cao và sản lượng quặng sắt khai thác trong nước có xu hướng gia tăng, nênlượng quặng sắt nhập khẩu của Trung Quốc trong năm 2006 có giảm so với năm2005

Do nhu cầu và giá cả gang thép giảm sút, hiện nay thị trường gang thép toàncầu đã biến thành "thị trường của người mua" Cuộc khủng hoảng kinh tế đã tácđộng mạnh đến ngành chế tạo ô tô và bất động sản Đây là hai ngành có nhu cầugang thép lớn, vì thế việc sản xuất gang thép cũng phải chịu những ảnh hưởng rấtnghiêm trọng

Gần đây, các chuyên gia dự tính, sản lượng gang thép đến năm 2015 có thểtăng khoảng 50% Ngoài ra, do nhu cầu và giá cả gang thép giảm mạnh nên sốlượng nhà sản xuất sẽ ít hơn so với số người mua gang thép Công ty cố vấnLaplace của Pháp cho biết, năm ngoái sản lượng gang thép toàn thế giới chỉ đạt 1,3

tỷ tấn, đến năm 2015, sản lượng đó sẽ đạt 2,1 đến 2,2 tỷ tấn Sản lượng gang thépTrung Quốc có thể tăng trưởng nhanh, chiếm khoảng 48% sản lượng thép thế giới.

2 Tình hình sản lượng gang thép ở Việt Nam:

Trong nước, theo số liệu của Hiệp hội Thép Việt Nam, sản lượng thép sảnxuất cả nước trong năm 2006 đạt khoảng 35 triệu tấn, tăng 14,27% so với năm

2005 Trong đó, sản lượng thép sản xuất trong Hiệp hội cả năm đạt khoảng 2,9triệu tấn và sản lượng sản xuất

chỉ nhập được với số lượng hạn chế Do tác động của giá phôi trên thịtrường thế giới cùng với chi phí đầu vào tăng cao, giá bán thép xây dựng trong nửađầu tháng 2/2008 đã tăng thêm 700.000 đồng/tấn so ngoài hiệp hội khoảng 600.000tấn Lượng thép tiêu thụ cùng năm 2006 trên phạm vi cả nước đạt khoảng 3,45triệu tấn; Trong đó, lượng thép tiêu thụ của các đơn vị thành viên Hiệp hội đạtkhoảng 2,85 triệu tấn, lượng phôi thép nhập khẩu năm 2006 là 1,988 triệu tấn vớitrị giá 767 triệu USD, giảm 10,7% về lượng và giảm 8,5% về giá trị so với 2005

Hiệp hội Thép Việt Nam (VN) cho biết, mức tiêu thụ thép cả nước năm 2006

đã đạt gần 7,2 triệu tấn, trong đó sản xuất trong nước là 4,7 triệu tấn, nhập khẩuthép thành phẩm là 3,8 triệu tấn Nếu tính theo đầu người, mức tiêu thụ thép của

VN năm 2006 đạt gần 85kg thép/người Theo kinh nghiệm của nhiều nước, mứctiêu thụ thép này đã gần điểm “cất cánh” của ngành công nghiệp ở các nước trênthế giới (100 kg/người)

Tính đến cuối năm 2006, tồn kho thép xây dựng thành phẩm vào khoảng230.000 tấn và tồn kho phôi thép vào hkoảng 294.000 tấn

Giá trị thép thành phẩm nhập khẩu toàn năm 2006 là 2 tỷ USD Nếu kể cả sốngoại tệ nhập khẩu nguyên liệu cho luyện kim thép (thép phế) và phôi thép thì sốngoại tệ năm 2006 chi cho thép của VN là 3 tỷ 158 triệu USD Chỉ riêng 6 thángđầu năm 2007, Việt Nam nhập khẩu nguyên liệu và thành phẩm thép đạt số lượng

4, 7 triệu tấn với kim ngạch hơn 2,4 tỷ USD

Tuần đầu tháng 2/2008, giá phôi thép nhập khẩu đã tăng thêm 20 USD/tấn

so với tháng 1 và trên thị trường thế giới tăng cao nhưng nguồn cung cũng rất khanhiếm, các doanh nghiệp trong nước với tháng trước

Do đó, giá bán thép thành phẩm giao tại nhà máy của các doanh nghiệp sảnxuất trong nước (chưa có thuế VAT và phần chiết khấu) đang ở mức 13,5 - 14 triệuđồng/tấn Trong khi đó, giá bán lẻ thép xây dựng tại các đại lý trên thị trường đãđội lên trên 16 triệu đồng/tấn

Mục tiêu tổng quát: Phát triển ngành thép Việt Nam nhanh chóng trở thành

một ngành phát triển hoàn chỉnh theo công nghệ truyền thống, sử dụng tối đanguồn quặng sẵn có trong nước, trên cơ sở xây dựng khu liên hợp luyện kim côngsuất 4-5 triệu tấn thép /năm, sử dụng tối đa và có hiệu quả nguồn nguyên liệukhoáng trong nước, áp dụng các công nghệ mới hiện đại đang được sử dụng trênthế giới, cố gắng thoả mãn tối đa nhu cầu trong nước về thép cán (cả về số lượng,chủng loại, quy cách và chất lượng sản phẩm) Từ thay thế nhập khẩu tiến tới xuấtkhẩu sản phẩm thép Phấn đấu đến 2020 sẽ có một ngành thép phát triển bền vữngvới tốc độ tăng trưởng cao, bảo đảm tốt về chất lượng, đầy đủ về số lượng vàchủng loại sản phẩm thép, đáp ứng cho nhu cầu phát triển kinh tế xã hội của đất

nước Như vậy nhu cầu thép vào năm 2010 là 10 triệu tấn; năm 2015 là 16 triệu

tấn và năm 2020 là 20 triệu tấn Trong đó sản xuất trong nước theo mốc năm

tương ứng chỉ đạt 51%; 61%; 62% và 70% vào năm 2020

II.TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI LÒ ĐIỆN:

Trên thế giới, lò điện được xây dựng đầu tiên ở Pháp vào năm 1889 với dunglượng 3 tấn/mẻ và dung lương biến áp 2000kVA để nấu thép hợp kim Đến năm

1900 ở Mỹ đã sử dụng lò điện hồ quang 10 ÷ 20 tấn/mẻ để nấu thép hợp cacbon và

thép hợp kim Năm 1910 ở Nga đã xây dựng lò điện 3 ÷ 15 tấn/mẻ để nấu thépcácbon và thép hợp kim thấp.

Sau chiến tranh thế giới lần thứ hai, lò điện đã được xây dựng và phát triểnrông rãi khắp thể giới, như ở Đức đã ứng dụng lò hồ quang 10 ÷ 60 tấn/mẻ để sảnxuất thép dụng cụ và thép hợp kim, ở Tiệp Khắc đã sử dụng lò điện hồ quang 20 ÷

30 tấn/mẻ để nấu tất cả các loại thép cácbon và thép hợp kim thấp Ngày nay người

ta sử dụng rộng rãi và phổ biến các loại lò điện hồ quang với dung lượng 100 ÷

400 tấn/mẻ, dung lượng biến áp 35.000 ÷ 165.000 kVA

Đặc biệt ở Mỹ người ta đã chạy thường xuyên loại lò 360 tấn/mẻ với chế độsiêu công suất 160.000 kVA để sản xuất thép cácbon chất lượng, bảo đảm năngsuất 100 ÷ 200 tấn thép/giờ

Từ năm 1990 đến nay người ta đã biết thiết kế xây dựng các loại lò điện hồquang như lò hồ quang một chiều công suất (150 tấn/mẻ), lò hồ quang thân cột( Thụy Điển) có dung lượng lò 100 ÷ 300 tấn/mẻ

Sản lượng thép lò điện hồ quang chiếm 80 ÷ 90 tổng lượng thép lò điện Sốlượng thép còn lại được sản xuất ra từ lò cảm ứng cao tần, trung tần, và tần số côngnghiệp

Lò cảm ứng cao tần có dung lượng 50 ÷ 100 kg/mẻ với tần số làm việc f =35.000 ÷ 55.000 Hz được sử dụng để sản xuất các loại thép hợp kim chuyên dùng.Hiện nay loại lò này ít được sử dụng để nấu thép mà chủ yếu để tôi bề mặt chi tiếtmáy Lò cảm ứng trung tần có dung lượng 100, 200, 300, 500, 900 và 1000 kg/mẻvới tần số làm việc từ 1000 đến 3000 Hz được sử dụng để nấu thép hợp kim cao cóhàm lượng cacbon thấp ( C ≤ 0,10%) Loại lò này được ứng phổ biến khắp nơi nhưxưởng đúc, xưởng cơ khí, xưởng luyện thép, luyện gang… Ngày nay nền côngnghiệp điện tử đang đà phát triển thì lò điện cảm ứng trung tần được trang thiết bịtối tân để vận hành thuận lợi nhanh chóng và chính xác

Tỷ lệ sản xuất thép lò điện tại một số quốc gia trên thế giới từ năm 1990 đếnnăm 2000:

- Liên bang Nga: 10 ÷ 15 % tổng lượng thép sản xuất

- Mỹ: 30 ÷ 40 % tổng lượng thép sản xuất

- Nhật Bản: 31 ÷ 41 % tổng lượng thép sản xuất

III TỔNG QUAN VỀ LÒ HỒ QUANG:

Theo cấu tạo và phạm vi ứng dụng, lò điện hồ quang được chia làm ba loại:

lò điện hồ quang trực tiếp, lò hồ quang gián tiếp và lò hồ quang phủ kín (còn gọi là

lò ferro)

1.Lò hồ quang trực tiếp: Trong lò này, điện năng được biến thành nhiệt năng ởdạng hồ quang, nhiệt của hồ quang phát ra sẽ bức xa trực tiếp lên kim loại chứatrong lò Ở loại lò này, các điện cực được bố trí thẳng đứng theo hình tam giác đều.Nguồn điện xoay chiều bap ha sẽ được đưa vào lò với công suất điện lớn Trongquá trình nấu luyện thép, chế độ điện không được ổn định, các loại lò này được sửdụng khá phổ biến để luyện các loại thép cacbon, thép hợp kim Theo cấu tạo mạngđiện, lò này chỉ có hai loại: lò có dây đất và lò không có dây đất:

- Lò có dây đất: Nguồn điện được dẫn từ than xuống kim loại rồi xuốngdây đất Hiện nay loại lò ít được sử dụng để luyện thép

• Ưu điểm: tập trung nhiệt hoàn toàn cho liệu nằm dưới điện cực, do đóliệu kim loại ở vùng này chảy nhanh Chế độ điện tương đối ổn định trong quátrình nấu luyện thép

• Khuyết điểm: tuổi thọ đáy lò khá thấp, thường chỉ đạt 10 – 20 mẻ làhỏng đáy lò Chảy liệu không đều khắp đáy lò Hay có hiện tượng rò điện xuốngđáy lò, nguy hiểm đối với công nhân đứng thao tác trước lò

- Lò không dây đất: loại lò này hiện nay được dùng phổ biến để luyệnthép và hợp kim vì nó có những ưu điểm sau:

• Tận dụng được nhiệt lưu chuyển đều khắp mẻ, do đó chảy liệu đều vàmạnh, năng suất lò cao, hiệu suất nhiệt η = 0,70 – 0,75 nên tổn phí năng lượng điệnít

• Không có hiện tượng rò điện ra bên ngoài vỏ lò nên đảm bảo an toàncho công nhân trực tiếp nấu luyện

2 Lò hồ quang gián tiếp : lò nhỏ, điện cực được bố trí nằm ngang xuyên vào lòng

lò Nguồn điện dùng có thể một chiều hoặc xoay chiều Công suất điện đưa vào lòkhông lớn, chế độ điện tương đối ổn định trong quá trình nấu luyện Hồ quang điệnsinh ra giữa 2 điện cực cách xa liệu chứa trong lò, vì vậy bức xạ nhiệt trực tiếpxuống kim loại rất ít Do đó người ta sử dụng lò này để nấu kim loại màu, kim loại

dễ chảy như Cu, Pb, Zn…

• Ưu điểm: Dễ điều chỉnh điện cực, chế độ điện và thao tác nấu luyện,cấu tạo lò đơn giản, gọn nhẹ, dễ khống chế nhiệt độ của kim loại trong lò.

• Khuyết điểm: Nhiệt độ lò thấp (1300 – 1400oC), do đó không thể nấuluyện thép và hợp kim, tuổi thọ lò thấp vì trong quá trình nấu luyện cần quay lòmột góc 120 – 180o , lò dễ bị tẩm thực bằng xỉ và kim loại lỏng

3 Lò hồ quang phủ kín hay còn gọi là lò ferro hợp kim:

Hồ quang điện cháy dưới lớp liệu rắn bao quanh điện cực Liệu được nungnóng do nhiệt hồ quang bức xạ trực tiếp trong thể tích kim loại và do tác dụngJoule khi dòng điện đi qua liệu

Biến áp lò được thiết kế theo nhiều mức điện áp ra (15 ÷ 31 mức) từ 120Vxuống tới 50 ÷ 60 V Mức điện áp ra phụ thuộc vào các loại ferro cần nấu Khi nấuferro crom (FeCr) cần có điện áp ra (thứ cấp) 120 ÷ 180 V; khi nấu ferro silic(FeSi) cần có điện áp ra 90 ÷ 70 V; còn khi nấu ferro mangan (FeMn) cần có điện

áp ra 80 ÷ 60 V Trong quá trình nấu ferro, hồ quang phát ra dưới 3 điện cực tựthiêu kết, chùm hồ quang ngắn và rộng bị chìm sâu trong bể liệu, do đó liệu tiếpthụ nhiệt của hồ quang và nhiệt điện trở của bản thân liệu mà được nóng chảy Quátrình nấu luyện ferro hợp kim là quá trình xảy ra liên tục kéo dài trong một thờigian nhất định Sản phẩm được tháo ra qua lỗ ở hông lò theo định kỳ

CHƯƠNG 2:LÒ HỒ QUANG LUYỆN THÉP 25 TẤN

2.1 XÂY LÒ:

2.1.1 Vật liệu xây lò hồ quang:

2.1.1.1 Yêu cầu cơ bản của lớp lót:

Buồng nấu luyện của lò điện được lót bằng vật liệu chịu lửa để tạo nên một

bể chứa kim loại nóng chảy và để giảm mất mát nhiệt cho môi trường xung quanh.Các thành phần chủ yếu của lò bao gồm đáy, tường, và nắp lò Độ bền vững củalớp lót ảnh hưởng đáng kể đến năng suất lò và chất lượng thép nấu luyện Lớp lótcần các yêu cầu sau:

- Nhiệt độ ở vùng hồ quang lên đến hàng ngàn độ C, vì vậy lớp lót lò cũng chịunhiệt rất lớn (gần 1700oC) nên vật liệu chế tạo lớp lót phải có độ chịu nóng cao Độchịu nóng nhiệt độ tại đó một mẫu tiêu chuẩn bắt đầu biến dạng do chính trọnglượng bản thân

- Vật liệu chịu nóng còn chịu ứng suất lớn nên yêu cầu có nhiệt độ biến mềm dướitác dụng của tải trọng cao

- Có độ bền nén cao

- Chịu được sự thay đổi nhiệt độ thường xuyên, do đó cần có độ ổn định nhiệt caotức là khả năng giữ được nguyên vẹn hình dáng và độ bền cơ khi nhiệt độ thay đổiđột ngột

- Cần có độ ổn định về mặt hóa học vì nó hay bị ăn mòn do tiếp xúc thường xuyênvới xỉ lỏng, kim loại lỏng và khí nóng

- Tuổi thọ lớp lót phụ thuộc đáng kể vào độ co giãn của vật liệu chịu lửa khi nguội

và khi bị nung nóng Vì thế, khi xây lò cần chú ý chừa những mối giãn nỡ ở giữacác viên gạch

- Độ dẫn nhiệt thấp sẽ giúp cho việc giảm mất mát nhiệt và suất tiêu hao điện năng

- Cần có độ dẫn nhiệt thấp

2.1.1.2 Các loại vật liệu tạo lớp lót:

• Gạch Đinat: là loại vật liệu chịu lửa axit, nguyên liệu chủ yếu để sản xuấtgạch đinat là đá thạch anh với hàm lượng SiO2 cao.

Nhiệt độ bắt đầu biến dạng dưới

o Ứng dụng của gạch đinat: Dùng rộng rãi làm nắp lò hồ quang axit và bazit do cáctính chất đặc biệt của nó; nhiệt độ bắt đầu biến dạng dưới tải trong cao, hầu nhưxấp xỉ nhiệt độ nóng chảy: ở to < 600oC nó có độ ổn định nhiệt cao

• Manhêzit:

- Bột manhêzit là vật liệu chịu lửa có tính bazơ, có được bằng cách nungmanhêzit tự nhiên (thành phần chủ yếu là MgCO3) ở 1650oC, thành phần hóa học:MgO (88 – 91,5%), CaO (≤ 4%), Al2O3 + Fe2O3 (3 – 5%), thành phần hạt: ≤ 2mm(95%); 2 – 8mm (5%), để vá đáy lò Bột manhêzit được dùng để đầm đáy lò vàtường lò hồ quang baizit, để vá đáy lò và chân tường

- Gạch manhêzit: được sản xuất từ manhêzit bột đã thiêu Thành phần hóahọc như sau:

Ứng dụng của gạch manhêzit: xây tường lò và đáy lò

• Crôm – manhêzit: thành phần MgO (40 – 45%), Cr2O3 (20 – 30%) loại này chịuđược sự thay đổi đột ngột về nhiệt độ, thường dùng xây chân tường lò, chỗ tháothép và xỉ Đôi khi người ta còn dùng để xây nắp lò vì tính chịu được nhiệt cao

• Đôlômit: cũng là loại vật liệu chịu lửa có tính bazơ, trong tự nhiên nó ở dạngCaMg(CO2)2 Sau khi nung, thành phần của đôlômit là:

Công dụng của nó tương tự như manhêzit: để xây tường, tu sửa đáy và chântường

• Samốt: là loại vật liệu chịu lửa trung tính Thành phần hóa học:

Gạch samốt có độ dẫn nhiệt thấp, độ dẫn điện thấp, ổn định nhiệt cao, độchịu lửa 1670 – 1730oC Ứng dụng để xây máng rót thép, lớp lót thùng rót, làm vậtliệu cách nhiệt cho đáy và tường lò

Ngoài các vật liệu nêu trên, người ta còn sử dụng amiăng, gạch điatômit,gạch samốt nhẹ làm vật liệu cách nhiệt và hắn ín, nhựa than hay thủy tinh lỏng làmchất kết dính

2.1.2 Xây lò hồ quang bazit:

• Đáy lò: Đáy lò luôn luôn phải tiếp xúc với kim loại lỏng và xỉ lỏng Do đó đáy lòcần phải đủ độ bền và cách nhiệt tốt Đáy lò gồm 3 lớp: lớp làm việc trên cùngđược đằm chặt và thiêu kết thành một khối duy nhất, lớp gạch đệm ở giữa và dướicùng là lớp cách nhiệt

Hình dưới cho ta cấu tạo lớp lót đáy lò hồ quang bazit Vỏ thép đáy lò cóđục những lỗ đường kính 10 – 12mm để thoát khí trong quá trình thiêu kết, trên lớp

vỏ này, người ta đỗ một lớp bột điatômit dày 30mm và đầm nhẹ, trên lớp điatômit,người ta lát gạch samốt nhẹ một lớp 65mm và thêm một lớp gạch samốt dày65mm, các khe hở giữa các viên gạch được điền đầy bằng bột samôt Sau đó người

ta xây lớp gạch manhêzit đầu tiên dày 65mm nhưng chú ý là hướng lát gạch vuônggóc với hướng cũ để lấp kín các khe hở Tổng chiều dày lớp gạch manhêzit là360mm (gồm 2 lớp 65mm và 2 lớp 115mm), khe hở giữa các viên gạch được điềnđầy bằng bột manhêzit nhỏ mịn và giữa các lớp liền nhau thì các viên gạch đượcxây lệch nhau một góc 45o để bịt kín các khe hở Trên cùng là lớp bột manhêzitđầm, thực nghiệm cho thấy lớp này không quá 180 – 300mm (giới hạn trên ứng với

lò lớn) Chất dính của lớp bột đầm này là nhựa than, hắc ín và hỗn hợp được nungđến 50 – 60oC; trước khi tạo thành lớp đầm đầu tiên người ta cũng thường nungnóng lớp gạch manhêzit bằng củi, có như vậy thì hỗn hợp đầm mới dính vào gạchnền

Cấu tạo lớp lót lò hồ quang bazit:

Đáy lò: làm nhiệm vụ chứa kim loại và xỉ Phần trên đáy lò có dạng hình côn, góc nghiêng 45o, phần dưới có dạng chỏm cầu Chiều dày thể xây đáy lò thường từ

Chiều dày tường lò thường từ 350 ÷ 700 mm, gồm các lớp:

+ Lớp gạch manhêdit dày 285 mm

+ Lớp gạch samôt dày 130 mm

Nóc lò: có dạng hình chỏm cầu, xây bằng gạch crôm-manhêdit hoặc bằng gạch dinat, chiều dày khoảng 300 mm Ở nóc lò, khi xây chừa ba lổ trống để đặt ba điện

cực

Thể xây đáy và tường lò điện hồ quang bazơ trình bày trên hình 4.3

Các kích thước cơ bản của buồng lò: thường khi thiết kế lò, số liệu choban đầu là công suất lò (T/h), từ đó có thể tính được khối lượng của mẻ kimloại nấu, thể tích của kim loại và xỉ Trên cơ sở đó, xác định dung tích nồi lò

và các kích thước cơ bản của buồng lò

2.2.2 Th i ế t b ị nâng hạ đ i ệ n c ự c:

Trong quá trình nấu luyện, mức kim loại dưới điện cực thay đổi, điệncực bị mòn dần để duy duy trì hồ quang cháy ổn định, ba điện cực của lò cầnphải chuyển động lên xuống phù hợp Thiết bị nâng hạ điện cực làm nhiệm vụđiều chỉnh điện cực trong suốt quá trình nấu luyện, đảm bảo khoảng cách giữađiện cực và kim loại hoặc xỉ

duy trì đúng theo yêu cầu

Thiết bị nâng hạ điện cực gồm:

2.2.3 Vòng ôm điện cực :

Có loại đăt đứng trên nắp lò, có loại dạng ống xoắn ruột gà , có loại kiểu đối trọng , nhiệm vụ của các vòng ôm này để tạo sự khít chặt giữa các điện cực và nắp lò tránh hiện tượng điên cục bị gãy dẫn đến việc tiêu hao điện cực và giá thành thép

2.2.4 C ơ cấu nghi ê n g lò :

Đối với lò điện hồ quang ra thép qua máng ra thép bên hông khi ra thépphải nghiêng lò Để nghiêng lò có thể dùng cơ cấu cơ khí hoặc thủy lực, phảiđảm bảo việc nghiêng lò phải êm , không va đập, có thể nghiêng 45o để rót kim loạivào thùng , rót và nghiêng 10- 15 o về phía cửa nạpliệu để tháo xỉ Có thể điềukhiển tốc độ nghiêng một cách dễ dàng, giảm bớt việc di chuyển, thùng rót nhiềulần trong quá trình rót Phỉa đặt ở vị trí an toàn, không bị kim loại phun bắn Có hailoại cơ cấu nghiêng lò chính : bộ phận nghiêng lò đặt bên hông và bộ phận nghiêng

lò đặt dưới đáy Với lò hồ quang 50tấn, ta dùng bộ phận nghiêng lò dưới đáy Bộphận này có các ưu điểm sau : nghiêng lò vững chắc, êm, đều và tự động hoàn

toàn, không ảnh hưởng đến khu vực làm việc của công nhân khi nghiêng khônglàm lệch tâm lò Bên cạnh đó, cũng có các nhược điểm như : hay bị rơi xỉ, kim loạilỏng lên động cơ, thường xuyên đảm bảo đảm sạch sẽ và khô ráo ở khu vực đặt bộphận cơ khí nghiêng lò thì nó mới có thể hoạt động tốt, trước khi lò chạy cần cóngười kiểm tra điện cận thận.

2.2.5 Bộ phận nạp liệu :

Có hai phương pháp nạp liệu : dùng máy nạp liệu và dùng thùng nạp liệu Với

lò hồ quang 100 tấn, ta không sử dụng dụng máy nạp liệu mà dùng thùng nạpliệu Đây là phương pháp chủ yếu được dùng trong các lo hiện đại Liệu đượcnạp vào lò từ một thùng liệu ở phía trên cửa lò Hiện nay tất cả các lò hồ quanghiện đại đều được thiết kế theo kiểu nạp liệu từ trên, phương pháp này hoàn toànchính xác

Ngoài các bộ phận cơ khí chủ yếu nói trên, trong lò hồ quang còn có các bộphận phụ khác như cơ cấu nâng nắp lò, cơ cấu quay nắp lò, cơ cấu quay thân lò

và bộ phận lọc sạch khí lò Trong các lò bình thường, điện cực sẽ tạo nên 3 hốsâutrên mặt liệu trong quá.trình nấu chảy, còn phần liệu ở xa điện cực thì chảy chậmhơn Do đó để cường hóa quá trình nấu chảy liệu rắn và tránh cho đáy lò không

bị quá nhiệt bởi hồ quang thì ngừơi ta có bộ phận quay thân lò

2.2.6 Th i ế t b ị đ i ệ n :

Sơ đồ mạng điện và biến áp của lò điện hồ quang trình bày trên hình 4.5

Dòng điện cao thế từ đường dây (1) qua cầu dao không khí (2), cầu daodầu chính (3), cuộn cảm (7), máy biến áp (9) tới điện cực (12) và sinh ra hồquang giữa điện cực và kim loại (13) Cầu dao không khí (2) dùng để đóng mởthiết bị điện của lò, nó chỉ được đóng mở khi cầu dao dầu chính (3) mở Cầu daodầu chính dùng để ngắt mạch điện Vì ở đây có dòng cao thế chạy qua, nên phảidùng cầu dao này để đảm bảo an toàn (cầu dao đầu chính triệt tiêu được tia lửađiện phát ra khi ngắn mạch)

Để đảm bảo an toàn cho mạch điện của lò, người ta phải dùng hệ thống đồng

hồ đo và rơ le bảo vệ (6), khi dòng điện hay điện áp tăng quá đột ngột, nó có khảnăng tự động ngắt mạch Cuộn cảm (7) của máy biến thế có khả năng tạo ra sứcđiện động cảm ứng để biến hồ quang gián đoạn thành hồ quang liên tục, do đó

hồ quang và dòng điện ổn định, liệu sẽ chóng chảy, nhưng khi có cuộn cảm thì

sẽ tăng tiêu hao điện, không sử

dụng hết công suất của máy biến áp, hệ số cosϕ giảm Vì vậy khi nấu chảy xong, hồ

quang và dòng điện đã ổn định thì phải cắt cuộn cảm khỏi mạch, để thực hiện việc đó

dùng cầu dao đầu điện cảm (8)

Biến áp (9) chủ yếu để đổi dòng điện hạ thế phù hợp với từng giai đoạnnấu luyện Yêu cầu của biến áp lò hồ quang là cách điện rất tốt, có khả năng quátải lớn để chịu được đoản mạch và quá tải thường xuyên

Tùy theo từng giai đoạn nấu, người ta yêu cầu những cấp điện áp khác nhau Do

đó, máy biến áp cần có nhiều cấp điện áp, thường là sáu cấp điện áp tùy theo cách mắc

hình sao ( ) hay tam giác (Δ)

Thí dụ sáu cấp điện áp của máy biến áp là:

Khi mắc tam giác: 260 V - 220 V -

180 V Khi mắc hình sao: 150 V - 127

V - 104 V

Tùy theo từng giai đoạn nấu, ta sử dụng điện áp thích hợp, thông thường:

Giai đoạn nấu chảy: 240 ÷ 380 V

Giai đoạn oxy hóa: 160 ÷ 200 V

Giai đoạn hoàn nguyên: 140 ÷ 115 V

Trong đó:

P - công suất máy biến áp;

U, I - điện áp và cường độ dòng điện

Theo yêu cầu nấu luyện, công suất giảm dần từ giai đoạn nấu chảy sang oxy hóa đến hoàn nguyên (hình 4.7)

Để giảm công suất có thể giảm U hoặc I Khi điện áp ở vòng hạ thế cốđịnh, để giảm I thì phải tăng chiều dài hồ quang (tăng điện trở) Ngược lại khigiảm U thì chiều dài hồ quang phải ngắn lại.

Bảng 4.2 Điện áp tối thiểu sinh hồ quang phụ thuộc vật liệu chế tạo điện cực

Điệncực

Điện áp sinh hồ quang (V)

Điện cực than - kim loại

26Điện cực than - xỉ

bazơ

9Điện cực than - xỉ axit 30

Do đó, khi bắt đầu chạy lò, nhiệt độ lò còn thấp, hồ quang phát sinhgiữa cực than và kim loại không vững, để ổn định hồ quang người ta chothêm các mảnh điện cực lên trên kim loại Khi trong lò đã có xỉ bazơ thì hồquang dể ổn định nên ta có thể cắt cuộn cảm ra khỏi mạch điện

2.2.7 Đ i ệ n c ự c : Làm nhiệm vụ gây hồ quang điện, có ba loại:

+ Điện cực tự thiêu;

+ Điện cực cacbon;

+ Điện cực grafit.

Điện cực tự thiêu chuyên dùng cho sản xuất ferô Điện cực dùng cho luyện thép thường dùng điện cực grafit Điện cực cacbon hiện nay ít dùng

Theo công suất lò, điện cực grafit được phân ra:

+ Điện cực grafit thường;

+ Điện cực grafit công suất cao;

+ Điện cực grafit siêu công suất

Điện cực được chế tạo dạng hình trụ, đầu cuối có phần lắp đầu nối hình trụhoặc hình côn có ren (hình 4.8)

Các chỉ tiêu hóa lý của điện cực grafit thông dụng trình bày ở

bảng 4.3

Bảng 4.3 Các chỉ tiêu hóa lý của điện cực grafit thông dụng

Chỉtiêu

Đường kính điện cực (mm)

75 ÷ 130 150 ÷ 200 250 ÷ 350 400 ÷ 500cấp

cao

cấp1

cấpcao

cấp1

cấpcao

cấp1

cấpcao

cấp

1Điện trở

suấtmin

Cường độ dòng điện cho phép phụ thuộc đường kính điện cực (bảng 4.4).

Bảng 4.4 Cường độ dòng điện cho phép

Đường

kính

Cườngđộdòng điện

Đườngkính

Cườngđộ

Chỉ tiêu hóa lý của điện cực grafit siêu công công suất cho ở bảng

(4.5) Bảng 4.5 Chỉ tiêu hóa lý của điện cực grafit siêu công công

Mật độ (g/cm3) 1,65 ÷ 1,72 1,74 ÷ 1,80 1,66 ÷ 1,73 1,74 ÷ 1,81Điện trở

suất(Ωmm2/

5,0 ÷ 6,5 4,5 ÷ 5,5 4,5 ÷ 5,75 4,0 ÷ 5,0

-Nén (MPa) 6,6 ÷ 10,0 14,0 ÷ 20,0 6,0 ÷9,5,0 13,0 ÷ 19,0

Mô đun đànhồi(GPa)

6,5 ÷11,0 12,5 ÷18,0 6,0 ÷11,0 12,0 ÷ 17,0

Hệ số dẫnnhiệt(w/m.oC

175 ÷ 260 240 ÷ 260 210 ÷ 280 250 ÷ 320

Hệ số giản nởnhiệt(10-6/oC)

0,5 ÷ 1,0 0,4 ÷ 0,9 0,3 ÷ 0,6 0,75 ÷ 0,6

Đối với điện cực grafit cần lưu ý:

+ Khi bảo quản điện cực grafit cần tránh mưa gió làm ẩm điện cực,trong quá trình vận chuyển phải hết sức cẩn thận tránh va đập, trước lúc sửdụng cần sấy khô ở

nhiệt độ ∼100

oC

+ Khi nối điện cực cần vặn chặt để tránh tạo khe hở, dẫn đến sinh hồ quang

ở mối nối khi dòng điện đi qua

+ Khi nạp liệu tránh để liệu va đập vào điện cực

2.3 XÁC ĐỊNH HÌNH DẠNG LÒ VÀ KÍCH THƯỚC NỘI HÌNH LÒ:

1.1 Hình dạng lò.

Hình dạng tối ưu của nồi lò là hình nón cụt và một phần đáy hình chỏm cầu , góc nghiêng của phần côn 45 o so với phương ngang Với hình dạng này thì bảo đảm cho kim loại nóng nhanh hơn vì im loại lỏng được tích lại trong phần chỏm cầu Góc nghiêng 45 o

so với phương ngang tạo điều kiện thuận lợi cho việc vá lò và giúp nồi lò giữ nguyên được hình dạng trong quá trình nấu luyện.

Với thực tế lò 25 tấn nấu luyên thép hợp kim thấp Một tấn thép có thể tích 0.145m 3 nên thể tích kim loại lỏng trong nồi lò là: V kl = 3,625m 3

Trong giai đoạn oxy hóa, mẻ nấu trong lò hồ quang có lượng xỉ lớn nhất, nó bằng 15% thể tích kim loại: V xỉ = 0.54375m 3 Do đó, thể tích kim loại lỏng và xỉ là 4,169m 3

Chiều cao cửa chất liệu cao hơn mức kim loại lỏng từ 75 – 80mm, chiều sâu nồi lò

và đường kính của nó phải tương ứng Khi thể tích nồi lò là xác định, chiều sâu nồi lò càng bé thì bề mặt kim loại tiếp xúc với xỉ càng lớn, khi đường kính không gian lò, đường kính vỏ lò và do đó cả bề mặt tỏa nhiệt của lò cũng tăng lên Kết quả là tốn hao nhiều năng lượng hơn cho một tấn thép Ngày nay, đối với các lò lớn, chiều sâu nồi lò đạt đến 700 – 1500mm, kim loại được đồng đều hóa nhiệt độ nhờ máy khuấy điện từ.

1.4 Xác định kích thước không gian lò:

Chân tường của lò thường làm cao hơn mức nạp liệu 100 – 200mm để xỉ không tiếp xúc với lớp gạch xây của tường lò Đường kính của không gian nấu chảy được tính ở mức này:

D kg = 3502 + 200 = 3705mm

Khi xác định chiều cao không gian nấu chảy H t từ ngưỡng của liệu đến chân nắp

lò cần chú ý các điểm sau: H 1 mà tăng thì tuổi thọ nắp lò tăng theo do xa ngọn lửa hồ quang, đồng thời nấu luyện được liệu nhẹ, thế nhưng bề mặt mất mát nhiệt của lò sẽ tăng lên Tuy nhiên, người ta thường cho nắp lò xa bề mặt kim loại vì sẽ giảm được thời gian dừng lò để tu sửa và cải thiện một số chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuât Do đó, thường chọn H 1 = (0,4 – 0,6)D kg , giá trị nhỏ tương ứng với lò lớn.

Với lò đang xét có dung tích mẻ nấu 25 tấn thì H 1 = 1482mm

1.5 Xác định kích thước thân và cửa lò

Chiều rộng cửa lò: a = 0.3D 3 = 1205mm

Chiều cao cửa lò: b = 0.8a = 964mm

1.6 Xác định độ dày của tường, đáy và nắp lò:

Chiều dày của lớp lót tường lò là 450 – 550mm cho các loại lò 50T, 550 – 650mm cho các loại lò từ 100 đến 200T Với lò đang xét có dung tích 25 tấn thì chọn chiều dày là 450mm, suy ra đường kính trong của vỏ lò: D T = D kg + 2δ = 3705 + (2x450) = 4605mm.

Vỏ lò dày 25mm nên đường kính ngoài của vỏ lò là: D N = D T + (2x25) = 4655mm Chiều dày của đáy lò thường bằng chiều sâu nồi lò H, ta chọn nó bằng 700mm Khi có đặt máy khuấy trộn điện từ thì chiều dày đáy lò giảm 10 – 15% để stato của máy khuấy gần kim loại lỏng hơn, làm gia tăng hiệu quả khuấy trộn.

Chiều dày nắp lò khoảng 300mm

TRONG LÒ HỒ QUANG XOAY CHIỀU 25 TẤN

3.1 Tính toán thành phần phối liệu:

3.1.1 Chọn phương án nấu luyện 40Cr:

̵ Phương pháp sử dụng liệu chủ yếu là thép vụn, gang và một phần vụn điện cực

̵ Sử dụng lò hồ quang bazơ

̵ Thời kỳ oxy hoá : dùng quặng sắt để oxy hóa kim loại

̵ Thời kỳ hoàn nguyên: sử dụng Fe-Mn75, Fe-Si75, Al làm chất khử, hợp kim hóa bằng Fe-Cr70

3.1.2 Chọn các chỉ tiêu kỹ thuật và vật tư:

̵ Khối lượng mẻ nấu: 25 tấn/mẻ

̵ Thành phần mác thép: 40Cr

0,30-0,44 0,8-1,1 0,5-0,8 0,17-0,37 <0,3 <0,035 <0,035 <0,3

̵ Thành phần nguyên liệu nấu luyện thép hóa tốt:

Thép vụn >99,03 0,22 0,2 0,45 - - <0,05 <0,05Gang >92,42 3,9 2,7 0,9 - - <0,03 <0,05