BÁO CÁO LUYỆN KIM i đề TÀI đúc THÉP LIÊN TỤC TẠI VIỆT NAM

GIỚI THIỆU QUY TRÌNH ĐÚC LIÊN TỤC

Định nghĩa

Đúc liên tục là quy trình chuyển đổi kim loại từ dạng lỏng sang dạng rắn, tạo ra các hình dạng khác nhau phục vụ cho các bước tiếp theo như cán và ép Quy trình này đóng vai trò trung gian giữa luyện thép và cán thép, là một phần thiết yếu trong nhà máy luyện thép Máy đúc liên tục bao gồm nhiều bộ phận quan trọng như chuyển tải thùng rót, thùng rót trung gian, xe để thùng rót, bình kết tinh, cơ cấu rung bình kết tinh và cơ cấu làm nguội thứ hai Cấu tạo của máy đúc liên tục có thể được thiết kế theo kiểu thẳng hoặc kiểu bán kính cong.

Hình 1 1 Máy đúc liên tục kiểu thẳng (trái) và kiểu bán kính cong (phải) [1]

1- Thùng rót; 2- Thùng trung gian; 3- Bình kết tinh; 4- Vùng làm nguội thứ 2; 5- Cơ cấu kéo nắn; 6- Cơ cấu cắt; 7- Cơ cấu vận chuyển và kiểm tra phôi

Quy trình đúc liên tục, được giới thiệu bởi Henry Bessemer vào năm 1958 và áp dụng rộng rãi từ năm 1960, đã cách mạng hóa ngành sản xuất thép Trước đó, công nghệ đúc khuôn là phương pháp chính, trong đó thép được đúc thành từng thỏi rồi cán thành phôi Tuy nhiên, quy trình đúc liên tục cho phép thép lỏng được rót liên tục vào bình kết tinh, tạo ra phôi thép dài vô hạn và được cắt thành từng phần ngay lập tức Điều này mang lại nhiều ưu điểm vượt trội cho đúc liên tục so với phương pháp đúc khuôn truyền thống.

 Nâng cao hiệu suất thu hồi sản phẩm thép.

 Giảm tiêu hao năng lượng dẫn tới giảm chi phí sản xuất.

 Tính đồng đều và chất lượng của phôi tốt hơn.

 Dễ cơ khí hóa và tự động hóa. Để quy trình đúc liên tục được hoạt động bình thường, cần phải đáp ứng một số điều kiện như sau:

 Thiết bị phải hoàn hảo.

 Công nghệ luyện thép phải hoàn thiện.

 Phương pháp quản lý sản xuất phải khoa học.

 Tố chất của người sản xuất có trình độ cao.

 Đồng bộ phát triển các kỹ thuật có liên quan.

Nguyên lý của đúc phôi liên tục

1.2.1 Quá trình làm nguội và đông đặc của phôi đúc liên tục

Yêu cầu của công nghệ đúc liên tục là phôi phải hoàn toàn đông đặc trước khi đến trục kéo hoặc máy cắt Do đó, nhiệt độ cần được loại bỏ khỏi khu vực làm nguội của máy đúc trước khi phôi tiếp cận các thiết bị này.

 Nhiệt tỏa ra từ độ quá nhiệt của nước thép đến nhiệt độ đường pha lỏng

 Nhiệt tỏa ra để đông đặc phần nước thép trong bình kết tinh (làm nguội lần 1)

 Nhiệt tỏa ra để đông đặc và làm nguội phôi thép ở khu vực làm nguội lần 2

 Nhiệt tỏa ra để làm nguội nhiệt độ phôi thép đến trước khi cắt và ra khỏi máy đúc.

Quá trình làm nguội để đông đặc phôi đúc liên tục chia làm 4 giai đoạn:

 Nước thép nguội nhanh trong bình kết tinh hình thành một lớp vỏ mỏng

 Lớp vỏ tiếp tục dày lên, thể tích co ngót sản sinh một khe hở giữa vỏ và trong thành bình kết tinh.

 Đến khu vực làm nguội lần thứ 2 và bị phun nước trực tiếp vào lớp vỏ nên được làm nguội mãnh liệt

Sau khi ra khỏi khu vực làm nguội lần thứ hai, phôi thép tiếp tục được làm nguội chậm rãi bằng không khí Quá trình này giúp nhiệt lượng bên trong truyền ra lớp ngoài, làm cho bề mặt phôi thép nóng lên và nhiệt độ bề mặt tăng trở lại.

Người ta đo được nhiệt độ của phôi đúc liên tục thay đổi như hình sau:

Hình 1 2 Thay đổi nhiệt độ của phôi đúc liên tục [1]

Nhiệt độ bề mặt giảm nhanh hơn so với nhiệt độ ở trung tâm phôi Tuy nhiên, khi phôi ra khỏi khu vực nguội và tiếp xúc với không khí, nhiệt độ từ tâm sẽ truyền ra bề mặt, dẫn đến sự giảm nhiệt độ đột ngột ở trung tâm Lớp vỏ ngoài đầu tiên được hình thành ở nhiệt độ khoảng 1100°C.

1.2.2 Sự hình thành lớp vỏ trong bình kết tinh

Sự tiếp xúc của thép lỏng với thành bình kết tinh hình thành một mặt trăng khuyết có bán kính r được biểu thị là: r=5,43.10√ σ ρ M M

M- Sức căng mặt ngoài của nước thép, dyn/cm (1 dyn = 10 -5 N).

M- Mật độ của nước thép, g/cm.

Hình 1 3 Sự hình thành mặt trăng khuyết giữa thép lỏng và thành bình kết tinh [1]

Hình 1 4 Giản đồ chỉ sự hình thành lớp vỏ [1] a- Mới hình thành; b- Trạng thái cân bằng; c- Hình thành nếp nhăn lồi lõm; d- Lớp vỏ ra khỏi bình kết tinh.

1.2.3 Cân bằng nhiệt trong quá trình đông đặc của phôi đúc liên tục

 Có 42 - 60% nhiệt lượng của kim loại cần phải truyền ra ngoài trong phạm vi của máy đúc (cho đến trước lúc cắt)

Nhiệt lượng truyền ra ngoài của máy đúc chủ yếu phụ thuộc vào bình kết tinh và hệ thống làm nguội trong vùng làm nguội lần hai, nơi mà quá trình làm nguội diễn ra mạnh mẽ nhất.

 Lượng nhiệt truyền ra ngoài trong một phút ở bình kết tinh, lúc cao điểm có thể tới 20% tổng lượng nhiệt cần truyền ra ngoài.

Hình 1 5 Cân bằng nhiệt của phôi thép [1]

Lượng nhiệt mà kim loại truyền vào bình kết tinh để nước làm nguội mang đi được tính theo công thức sau:

Q- Nhiệt lượng qua bình kết tinh w- Lưu lượng nước làm nguội

C- Nhiệt dung riêng của nước

t- Độ chênh lệch nhiệt độ nước làm nguội vào và ra bình kết tinh

A- Tổng diện tích mặt cắt ngang của khe nước trong bình kết tinh.

V- Tốc độ chảy của nước trong khe hở

1.2.4 Truyền nhiệt của bình kết tinh

Nhiệt lưu bình kết tinh: Nhiệt truyền ra của nước thép trong bình kết tinh có thể theo 2 hướng: hướng thẳng góc (hướng kéo phôi) và hướng nằm ngang.

 Nhiệt truyền ra theo hướng thẳng góc tương đối nhỏ, qua tính toán chỉ chiếm 3-6% tổng lượng nhiệt qua bình kết tinh

Nhiệt được truyền ra xung quanh theo hướng nằm ngang thông qua nhiều phương thức: (1) nhiệt đối lưu từ nước thép đến lớp vỏ, (2) truyền dẫn trong lớp vỏ đông đặc, (3) truyền nhiệt từ mặt lớp vỏ đông đặc đến mặt thành bình kết, (4) truyền nhiệt dẫn truyền trong thành bình kết tinh, và (5) nhiệt đối lưu cưỡng bức giữa mặt thành bình kết tinh và nước làm nguội Nước làm nguội chảy với tốc độ cao trong khe nước để mang đi nhiệt lượng.

Dùng tổng nhiệt trở để biểu thị lượng nhiệt của nước thép truyền cho nước làm nguội mang đi trong bình kết tinh như sau:

Hệ số truyền nhiệt tổng (h) được xác định với h1, là hệ số truyền nhiệt đối lưu của thép lỏng cho lớp vỏ, ước tính đạt 1 W/cm² Độ dày của lớp vỏ (em) cho phép chênh lệch nhiệt độ trong lớp vỏ có thể lên tới 550°C/cm.

Hệ số dẫn nhiệt của thép và hệ số truyền nhiệt giữa lớp vỏ và bình kết tinh (h0) đóng vai trò quan trọng trong quá trình truyền nhiệt Hệ số này phụ thuộc vào trạng thái tiếp xúc của lớp vỏ với thành đồng; nếu có khe hở xuất hiện, nhiệt trở sẽ tăng lên đáng kể Cụ thể, hệ số dẫn nhiệt trong khe hở được xác định là h0 = 0,2 W/cm² Chiều dày của thành bình kết tinh được làm bằng đồng cũng là yếu tố cần xem xét trong quá trình này.

Cu- Hệ số dẫn nhiệt của đồng h- Hệ số truyền nhiệt của nước khi đối lưu cưỡng bức.

Khi tốc độ chảy của nước đạt 6 m/s thì hệ số truyền nhiệt cho nhiệt cho nước làm nguội có thể biểu thị là :

T- Nhiệt độ nước làm nguội

F- Diện tích mặt truyền nhiệt hữu ích của bình kết tinh.

Trong đó, w- Lưu lượng nước làm nguội c- Nhiệt dung riêng của nước làm nguội

t- Độ chênh lệch nhiệt độ nước vào và ra bình kết tinh

F- Diện tích truyền nhiệt hữu ích của bình kết tinh Ảnh hưởng của thao tác công nghệ đến truyền nhiệt của bình kết tinh: a) Tốc độ và lưu lượng nước làm nguội: Lượng nước đi qua khe hở của bình kết tinh trong một đơn vị thời gian có ảnh hưởng rất lớn đến sự truyền nhiệt của bình kết tinh.Thực nghiệm chứng tỏ có 3 trạng thái truyền nhiệt giữa nước làm nguội và mặt tiếp xúc của thành như hình 1.6 dưới đây.

Hình 1 6 Quan hệ giữa thành đồng bình kết tinh và truyền nhiệt vào nước [1]

 Đối lưu cưỡng bức: giữa nhiệt lưu và nhiệt độ thành bình có quan hệ tuyến tính

Sôi mầm xảy ra khi cục bộ trên thành bình đạt nhiệt độ cao, khiến lớp nước làm nguội gần bề mặt quá nhiệt xuất hiện hơi nước và sôi Trong tình huống này, sự trao đổi nhiệt giữa bình kết tinh và nước làm nguội chủ yếu phụ thuộc vào áp lực nước và bề mặt quá nhiệt, thay vì tốc độ dòng chảy của nước.

Khi nhiệt độ vượt quá giới hạn nhất định, nước gần bề mặt quá nhiệt sẽ hình thành màng hơi nước, dẫn đến tăng nhiệt trở và giảm nhiệt lưu, làm tăng nguy cơ phá hoại bình kết tinh Để tránh hiện tượng này, cần kiểm soát chênh lệch nhiệt độ nước vào và ra trong khoảng 5-6 °C, không vượt quá 10 °C, đồng thời duy trì áp suất nước làm nguội trong bình kết tinh khoảng 2 bar Lượng nước cung cấp cho bình kết tinh tối đa là 500-600 m³/h cho phôi tấm và phôi vuông lớn, trong khi phôi vuông nhỏ chỉ cần 100-150 m³/h Với tốc độ truyền nhiệt đạt 84.10^5 kJ/m².h, nhiệt độ bề mặt lạnh có thể vượt quá 100 °C, gây ra hiện tượng sôi và tích tụ cặn, tạo lớp cách nhiệt làm tăng nhiệt trở Do đó, bình kết tinh cần sử dụng nước mềm đã loại bỏ các chất khoáng hòa tan Bên cạnh đó, việc bôi trơn bình kết tinh bằng dầu như dầu hạt cải giúp giảm trở lực kéo và cải thiện điều kiện truyền nhiệt, đặc biệt ở nhiệt độ cao khi dầu phân ly thành hợp chất C-H, hỗ trợ truyền nhiệt hiệu quả hơn.

Hiện nay, nhiều máy đúc sử dụng xỉ bảo vệ để tạo ra lớp xỉ lỏng trên mặt nước thép trong bình kết tinh Khi bình kết tinh rung, xỉ loãng sẽ chảy vào khe hở, hình thành lớp màng xỉ đồng đều, vừa có tác dụng bôi trơn vừa cải thiện điều kiện truyền nhiệt Màng xỉ này giảm truyền nhiệt phía trên bình kết tinh khoảng 15% nhưng lại tăng truyền nhiệt ở phía dưới lên 20-25%, giúp thu được lớp vỏ đồng đều và đủ dày Tốc độ kéo cũng ảnh hưởng đến nhiệt lưu bình quân của bình kết tinh; nâng cao tốc độ kéo có thể làm tăng nhiệt nhưng lại làm lớp vỏ mỏng hơn Việc lựa chọn tốc độ kéo phù hợp không chỉ đảm bảo độ dày của lớp vỏ mà còn tối ưu hóa năng lực sản xuất của máy đúc Thực nghiệm cho thấy, khi tốc độ kéo và các điều kiện công nghệ khác không đổi, độ quá nhiệt tăng 10°C chỉ làm tăng lượng nhiệt lưu tối đa từ 4% đến 7,5%, cho thấy ảnh hưởng của độ quá nhiệt đến nhiệt lưu bình quân là rất nhỏ.

Khi nhiệt độ đúc tăng từ 1577 °C đến 1622 °C, sự khác biệt về nhiệt lưu trong quá trình truyền nhiệt đối lưu của bình kết tinh không đáng kể Chiều dày phần giữa vỏ của chu vi phôi đúc hầu như không thay đổi, trong khi chiều dày lớp vỏ ở phần góc phôi giảm dần theo nhiệt độ đúc, dẫn đến nguy cơ kéo thủng cao hơn Tính toán lý thuyết cho thấy mỗi khi tăng độ quá nhiệt 10 °C, chiều dày lớp vỏ ra khỏi bình kết tinh sẽ giảm.

3% Do vậy, nhiệt độ đúc cao không những không có lợi cho truyền nhiệt mà còn có hại đối với sự sinh trưởng đồng đều của lớp vỏ.

1.1.1 Truyền nhiệt của khu vực làm nguội lần hai

Phôi thép ở trạng thái lỏng được đưa vào khu vực làm nguội thứ hai, nơi nước được phun trực tiếp để làm nguội cho đến khi phôi đông đặc hoàn toàn Nhiệt độ bề mặt của phôi thép đã trở nên đồng đều trước khi được chuyển đến máy kéo uốn Để hoàn tất quá trình đông đặc, phôi thép cần tỏa ra nhiệt lượng khoảng 210-234 kJ/kg.

Phun trực tiếp lên bề mặt phôi đúc tạo ra những dòng nước hóa mù, dẫn đến sự giảm nhiệt độ đột ngột trên bề mặt Hiện tượng này tạo ra một độ chênh lệch nhiệt độ lớn giữa bề mặt và trung tâm phôi, là động lực chính cho quá trình truyền nhiệt từ bên trong ra ngoài của phôi thép.

Hình 1.7 minh họa quá trình truyền nhiệt từ bên trong ra bên ngoài của phôi thép trong khu vực làm nguội lần hai Trong quá trình này, sự bốc hơi của dòng nước đã hấp thụ khoảng 32% nhiệt lượng, trong khi nhiệt lượng gia nhiệt của nước làm nguội và bức xạ từ bề mặt phôi lần lượt chiếm khoảng 25% và 17% được truyền cho trục dẫn.

Hình 1 7 Các phương thức truyền nhiệt của phôi ở vùng làm nguội lần 2 [1]

THIẾT BỊ ĐÚC LIÊN TỤC

Phân loại và đặc điểm máy đúc liên tục

2.1.1 Phân loại máy ĐLT theo nhiều cách

Dựa vào quỹ tích chuyển động của phôi và hình dáng cấu trúc của máy đúc, máy đúc có thể được phân loại thành các kiểu như: thẳng đứng, uốn cong và uốn cong nhiều điểm Các kiểu này bao gồm cong nhưng BKT thẳng, cong liên tục, cong với bán kính khác nhau (như cong hình bầu dục) và nằm ngang Hình 2.1 minh họa các kiểu máy đúc này.

Dựa vào kích thước và hình dạng của phôi, máy đúc được phân loại thành các kiểu như phôi vuông lớn, phôi vuông nhỏ, phôi dẹt (tấm dày) và phôi tấm mỏng Thông tin chi tiết về kích thước và hình dạng được trình bày trong bảng 2.1.

Dựa trên phôi thép chịu áp lực tĩnh của nước thép, tỷ lệ giữa chiều cao H của máy đúc và chiều dày của phôi được phân loại thành 4 kiểu máy đúc: áp lực cao, áp lực chuẩn, áp lực thấp và áp lực siêu thấp, như được trình bày trong bảng 2.2.

Hình 2 1 Giản đồ các kiểu máy đúc

1 – Đứng, 2 – Uốn, 3 – BKT thẳng uốn nhiều điểm, 4 – BKT thẳng cong, 5 – cong, 6 – cong nhiều đoạn, 7 – nằm ngang

Bảng 2 1 Bảng các loại tiết diện phôi (mm) và kiểu máy đúc

Bảng 2 2 Đặc trưng phân loại máy theo áp lực tĩnh của nước thép

2.1.2 Đặc điểm các kiểu máy đúc

Máy đúc kiểu đứng:Thiết bị chính gồm: BKT, khu vực làm nguội thứ 2, hệ trục kéo

(đỡ), máy cắt (sau khi phôi đông đặc hoàn toàn) Tất cả được bố trí theo phương thẳng đứng.

Máy đúc kiểu uốn có thiết kế đặc trưng với phần rót đúc và đông đặc tương tự như máy thẳng đứng Khi phôi đã đông đặc hoàn toàn hoặc gần hoàn tất, nó sẽ được uốn cong 90 độ, sau đó được nắn thẳng và di chuyển theo phương nằm ngang.

Máy đúc cong được phân loại thành hai loại chính: BKT cong và BKT thẳng, dựa trên hình dạng Hiện nay, máy đúc liên tục cong với nhiều bán kính, được gọi là máy ĐLT hình elip (bầu dục), đã xuất hiện.

Máy đúc cong BKT có thiết kế đặc biệt với độ cong của khu vực làm nguội thứ hai, tạo ra chiều dài liên tục bằng với bán kính cong Đường thẳng cắt qua tâm tại điểm uốn, cho phép phôi thép nằm ngang và được cắt theo chiều dài quy định Đặc điểm nổi bật của máy đúc này là chiều cao cơ bản bằng bán kính cong, thường sử dụng bán kính cong bên ngoài, dẫn đến chiều cao máy chỉ bằng 1/3 chiều cao của máy đúc đứng.

Hình 2 2 Máy đúc cong từ BKT

1- Thùng rót; 2- Giàn quay; 3- Thùng trung gian; 4- Cơ cấu rung; 5- Bán kính cong; 6- Đoạn hình rẽ quạt; 7- Máy kéo uốn; 8- Giàn thao tác; 9- Vùng nằm ngang; 10- Chỗ để cơ cấu đỡ đầu phôi; 11- Máy cắt; 12- Con lăn chuyển phôi

Máy đúc cong BKT thẳng (hình 2.1(4)) có thiết kế bao gồm một đoạn BKT thẳng, sau đó uốn cong liên tục đến một điểm nhất định Tiếp theo, sản phẩm được nắn thẳng và cắt, sau đó chuyển phôi đều ở vị trí nằm ngang.

Máy đúc hình elip được thiết kế để giảm chiều cao, bằng cách chia bán kính của cung tròn thành nhiều bán kính nhỏ hơn, tạo ra độ cong giống như hình elip Nhờ vào cấu trúc này, máy đúc không chỉ có chiều cao thấp hơn mà còn nâng cao hiệu quả trong quá trình đúc.

Máy đúc nằm ngang là loại máy có thiết kế thấp nhất, với tất cả các thiết bị chính như thùng rót trung gian, BKT, khu vực làm nguội thứ hai, máy kéo và cắt được bố trí trên một đường thẳng nằm ngang.

Hình 2 3 Sơ đồ máy đúc nằm ngang

1- Thùng rót; 2- Thùng trung gian; 3- BKT; 4- Khu vực làm nguội lần 2; 5- Cơ cấu kéo; 6- Máy cắt; 7- Giàn làm nguội

Khi kéo phôi từ máy đúc nằm ngang, việc thùng rót và BKT nối kín gây khó khăn cho việc di chuyển, dẫn đến nguy cơ kéo đứt hoặc thủng chảy thép Qua nhiều thử nghiệm, phương pháp kéo phôi rung đã được phát triển, với đồ thị rung thể hiện kiểu kéo - dừng - đẩy lùi - dừng Trong mỗi chu kỳ, quá trình hình thành lớp vỏ phôi đúc diễn ra như mô tả.

Sau mỗi hành trình kéo phôi, lớp vỏ ngoài của phôi được hình thành Khi bắt đầu kéo vỏ phôi ra khỏi vách ngăn, nước thép mới chảy vào và truyền nhiệt qua hai lớp, trong khi ở giữa chỉ có một lớp BKT truyền nhiệt, dẫn đến việc hình thành lớp vỏ mỏng nhất Qua mỗi chu kỳ kéo phôi đẩy ngược và dừng, lớp vỏ mỏng sẽ dày lên do quá trình liên tục này.

“gia cố” Hành trình kéo sau đó cả lớp vỏ mới lại kéo ra khỏi vách ngăn.

Hình 2 4 Đường cong khi rung kéo phôi & Sơ đồ hình thành lớp vỏ

Bình kết tinh:Dùng BKT nhiều cấp tương đối dài tức là ta kết hợp “nguội một” và

Quá trình làm nguội "nguội hai" loại bỏ việc phun nước lên bề mặt phôi, sử dụng BKT với cấu trúc dài và được chia thành nhiều đoạn Đoạn đầu tiên bằng đồng có độ côn nhất định, tiếp theo là đoạn ống lồng bằng graphit, thường chia thành 3 đến 5 khúc tùy theo yêu cầu công nghệ Khi nước thép chảy vào đoạn ống đồng, lớp vỏ nhanh chóng hình thành, sau đó tiếp tục phát triển trong đoạn ống graphit Ống graphit giúp giảm tốc độ làm nguội và giảm trở lực kéo phôi thép, với độ côn nhỏ hơn so với đoạn bằng đồng.

Vành phân cách là một thành phần quan trọng trong máy đúc kiểu nằm ngang, được lắp với miệng rót vào BKT, giúp tạo ra công năng cho mặt lỏng của nước thép Quá trình đông đặc bắt đầu từ vành phân cách, cho phép vỏ đông đặc dễ dàng tách rời Do đó, chất lượng vành phân cách ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng và sản lượng phôi đúc Để đạt hiệu quả tối ưu, vành phân cách cần có độ cách nhiệt cao, khả năng chịu mài mòn và dễ gia công.

Máy đúc kiểu xoay tròn, còn gọi là máy đúc xoay ly tâm đứng, chuyên dùng để đúc vành tròn Trong quá trình rót đúc, BKT, đoạn làm nguội thứ 2 và máy kéo cùng với phôi xoay quanh một trục thẳng đứng Đặc điểm nổi bật của máy này là thùng rót trung gian được thiết kế với ống rót dài hình cong.

Thiết bị chính của máy đúc liên tục

2.2.1 Các tham số thiết kế

Các tham số chính ảnh hưởng đến kích thước tổng thể và thiết bị của máy ĐLT bao gồm tiết diện phôi đúc, tốc độ kéo, đường kính cong của máy, và chiều dài cột kim loại lỏng (độ dài luyện kim).

Tiết diện phôi đúc: Xác định tiết diện phôi đúc chủ yếu dựa vào tiết diện phôi liệu của máy cán và khả năng thực tế của máy đúc

Nguyên tắc để xác định tiết diện phôi đúc là:

 Căn cứ và lượng cán, tức là tỷ lệ giữa diện tích mặt cắt của phôi đúc và diện tích mặt cắt của sản phẩm theo yêu cầu

 Phải tính đến sự ăn khớp giữa dung lượng lò thép và năng lực sản xuất của máy đúc

Khi lựa chọn công nghệ đúc, việc chọn phương pháp phù hợp là rất quan trọng Ví dụ, nếu sử dụng công nghệ đúc rót kiểu rót nhúng chìm, kích thước của phôi vuông cần phải lớn hơn 150 mm và chiều dày của phôi dẹt phải được đảm bảo.

>120 mm Tỷ số chiều rộng và chiều dày nên chọn 1,2-1,4.

Kích thước tiết diện phôi lớn giúp đảm bảo chất lượng phôi tốt hơn, trong khi kích thước nhỏ lại giảm vốn đầu tư và chi phí sản xuất Do đó, việc lựa chọn tiết diện phôi kinh tế, tức là kích thước nhỏ nhất nhưng vẫn đảm bảo chất lượng là rất quan trọng.

Bán kính cong của máy đúc, được định nghĩa là bán kính cong mặt ngoài (m) của phôi đúc, là một tham số quan trọng Tham số này không chỉ quyết định chiều dày phôi đúc lớn nhất có thể thực hiện mà còn ảnh hưởng đến chiều cao tổng của máy đúc.

Xác định bán kính cong dựa vào lý thuyết và kinh nghiệm là rất quan trọng Để đảm bảo phôi thép vào máy kéo nắn hoàn toàn đông đặc, cần lưu ý rằng phôi phải được xử lý trước khi tiến vào trục kéo nắn đầu tiên Bên cạnh đó, khi phôi cong được nắn thẳng, mặt cong trong sẽ bị kéo giãn trong khi mặt cong ngoài bị nén lại Nếu độ biến dạng của mặt bị kéo giãn vượt quá giới hạn cho phép, sẽ xảy ra hiện tượng nứt Do đó, độ giãn dài khi nắn thẳng phải nhỏ hơn độ giãn dài cho phép Hình 2.10 minh họa tình trạng biến dạng của phôi trước và sau khi nắn thẳng, cho thấy mặt trong của phôi kéo dài ra AA’ và mặt ngoài bị ép lại AA’.

Hình 2 9 Sơ đồ biểu thị sự biến dạng khi nắn thẳng

Thùng rót trung gian là một cơ cấu quá độ của rót thép từ thùng chứa vào BKT.

Thùng rót trung gian đóng vai trò quan trọng trong việc ổn định dòng thép, giảm tác động va đập khi thép chảy vào bể chứa (BKT), giúp nước thép có dòng chảy hợp lý và kéo dài thời gian lắng để đảm bảo đồng đều nhiệt độ, đồng thời tách biệt tạp chất phi kim Đối với máy đúc nhiều dòng, thùng rót trung gian là nơi phân chia dòng nước thép, còn đối với máy đúc nhiều mẻ liên tục, nó giúp chứa nước thép dư trong thời gian thay thùng chứa Hình dáng của thùng rót trung gian thường là hình thang đơn giản để thuận tiện trong chế tạo, với điểm rót được duy trì cách miệng rót của thùng trung gian ít nhất 500 mm nhằm giảm dòng xoáy Để tối ưu hóa diện tích tản nhiệt, các loại thùng rót hình chữ T và chữ V đã được phát triển.

Thùng rót trung gian bao gồm: vỏ thùng, nắp thùng, cần nút và miệng rót

Hình 2.11 là kết cấu của thùng rót trung gian phôi dẹt 2 miệng rót Hình 2.12 là thùng rót trung gian phôi vuông 4 dòng.

Vỏ ngoài của thùng chứa được làm từ thép tấm dày từ 12-20 mm, hàn chắc chắn, và được xây dựng bằng gạch chịu lửa Thùng có dung tích lớn, đi kèm với thiết kế tường chắn xỉ và tường thấp nhằm ngăn chặn dòng rót chảy xuống, giúp duy trì sự ổn định của nước thép trong thùng rót trung gian Thiết kế này không chỉ đảm bảo dòng thép rót đều mà còn hỗ trợ quá trình tách biệt các tạp chất phi kim, giúp chúng nổi lên hiệu quả hơn.

Hình 2 10 Thùng rót trung gian & Thùng rót trung của máy đúc 4 dòng vuông 1- Nắp; 2- Thùng; 3- Miệng rót; 4- Cơ cấu cần nút

Dung lượng thùng rót trung gian thường chiếm từ 20-40% dung tích thùng chứa Đối với thùng chứa nhỏ, nên sử dụng giới hạn dung tích trên, trong khi thùng chứa lớn nên áp dụng giới hạn dưới Điều này giúp duy trì lượng nước thép trong thùng trung gian trong khoảng thời gian 5 phút khi rót bình thường.

Nắp thùng rót trung gian có chức năng chính là giữ nhiệt và giảm thiểu tổn thất nhiệt cho nước thép Đối với thùng nhỏ, nắp thường được thiết kế liền khối, trong khi thùng lớn thường được cấu tạo từ nhiều bộ phận khác nhau.

Nắp được chế tạo từ thép tấm hàn, sử dụng trong xây dựng gạch chịu lửa, và bao gồm cửa rót, lỗ cần nút cùng lỗ gia nhiệt Để kiểm soát lưu lượng nước thép, cần áp dụng các biện pháp hiệu quả.

Có 3 cách được sử dụng: Khống chế bằng cần nút, đường kính miệng rót không đổi và bàn trượt

Cần nút có cấu trúc tương tự như cần nút thùng chứa, cho phép ngâm lâu trong nước thép ở nhiệt độ cao Để đảm bảo hiệu quả làm mát, cần nút sử dụng không khí nén hoặc khí trơ.

Khống chế bằng giám sát trực tiếp mặt nước thép trong BKT, nâng hạ để điều chỉnh lượng nước thép chảy vào BKT d)Kiểu bàn trượt:

Kết cấu bao gồm ba tấm trượt, trong đó tấm trượt trên và tấm trượt dưới được cố định, trong khi tấm trượt giữa có khả năng di chuyển để điều chỉnh diện tích miệng rót và lưu lượng nước thép Phương pháp khống chế này mang lại ưu điểm an toàn, đáng tin cậy, không xảy ra sự cố chảy thép, rất thích hợp cho thùng rót trung gian trong quá trình rót thép liên tục và cho phép thực hiện khống chế tự động.

Hình 2 11 Cơ cấu bàn trượt 3 khối

1- Miệng rót trong; 2- Tấm cố định trên; 3- Tấm trượt; 4- Tấm cố định dưới; 5- Miệng rót chìm

Bình kết tinh là một bộ phận quan trọng nhất của thiết bị máy ĐLT, nó được xem như trái tim của máy ĐLT

Công nghệ ĐLT yêu cầu BKT:

Có khả năng truyền nhiệt tốt, để làm cho nước thép trong BKT nhanh chóng đông đặc thành một lớp vỏ ban đầu đủ dày

Kết cấu vững chắc, đơn giản; dễ chế tạo, tháo lắp; thuận tiện điều chỉnh và duy tu bảo dưỡng

Có khả năng chịu mài mòn tốt và tuổi thọ cao

Trọng lượng BKT nhỏ nhất để giảm lực quán tính khiến sự rung động của BKT được bình ổn.

Vật liệu làm BKT cần có độ bền và độ cứng đủ để giảm thiểu biến dạng cong vênh và mài mòn cơ học của lớp áo trong Điều này giúp duy trì tính ổn định và không làm thay đổi kích thước của không gian BKT.

Đồng đỏ là một trong những vật liệu kim loại lý tưởng nhờ vào khả năng dẫn nhiệt tốt, độ bền cơ học cao và khả năng chịu mài mòn Với nhiệt độ chảy lên tới 1083 độ C, đồng đỏ không dễ dàng bám dính với thép, làm cho nó trở thành lựa chọn phổ biến trong nhiều ứng dụng công nghiệp.

Để cải thiện đặc tính của đồng ở nhiệt độ cao, có thể bổ sung vi lượng bạc, crom hoặc ziriconi để tạo ra các hợp kim Cu-Ag, Cu-Cr, Cu-Zr với hiệu suất tốt Để gia tăng tuổi thọ BKT và giảm mài mòn, lớp crom mỏng từ 0,03-0,08 mm được mạ trên bề mặt làm việc, có thể kết hợp với lớp niken trước đó BKT có hai loại chính là thẳng và cong, với các mặt cắt vuông, tròn, dẹt và dị hình Kết cấu BKT có thể là cả khối, lòng ống hoặc tổ hợp.

Kích thước tiết diện BKT: Kích thước tiết diện BKT xác định việc làm nguội phôi.

Khống chế tự động và đo kiểm trong quá trình đúc liên tục

Điều khiển và tự động hóa là giải pháp hiệu quả cho sản xuất liên tục và nâng cao năng suất máy đúc, đồng thời cải thiện chất lượng phôi đúc Sự phát triển của kỹ thuật đúc liên tục đòi hỏi thiết bị đo kiểm và các cơ cấu điều khiển tự động ngày càng chính xác và tinh vi hơn Hệ thống điều khiển vi tính được ứng dụng rộng rãi để tự động hóa quá trình đúc liên tục.

2.3.1 Đo kiểm nhiệt độ nước thép trong thù rót trung gian Đúc liên túc yêu cầu nhiệt độ nước thép rất khắt khe, nhất là nhiệt độ nước thép trong thù rót trung gian cần ổn định, do vậy phải kiểm tra nhiệt độ nước thép trong thùng rót trung gina một cách chặt chẽ. Điểm đo nhiệt độ: thường dung can nhiệt có dậu nhiệt độ nhanh và máy hiện số Chất lượng của đầu đo nhiệt độ chính xác, mỗi loại dấu đo đều phải lấy mẫu kiểm tra, súng đo cũng thường xuyên kiểm tra cách điện Giữa dây dẫn bù và than súng bằng kim loại phải cách điện, điện trở nên < 50MΩ nếu không đồng hồ không làm việc bình thường

2.3.2 Khống chế mặt nước thép trong bình kết tinh

Để đảm bảo sự ổn định trong quá trình trao đổi nhiệt của BKT, mặt nước thép cần duy trì ở một mức độ nhất định Ngoài ra, phía mặt nước thép cũng cần có một lớp xỉ dày tối thiểu.

Đo bằng đồng vi phóng xạ là phương pháp sử dụng nước thép để hấp thụ tia γ, từ đó liên tục đo chiều cao mặt nước thép trong bể chứa Nguyên lý làm việc này giúp đảm bảo độ chính xác và hiệu quả trong việc theo dõi mức nước.

Hình 2 12 Hệ thống khống chế mặt nước thép trong BKT Co-60

1- BKT; 2– Nguồn phóng xạ; 3- Cơ cấu lóe sáng; 4- Hộp dây nối trung gian; 5- Mạch phóng đại; 6- Mạch đồng hộ biểu thị tuyến tính; 7- Mạch cảnh báo mức nước thép cao nhất; 8- Nguồn điện cao áp thay đổi một chiều – xoay chiều; 9- Nguồn điện áp thấp; 10- Hiển thị vị trí mặt nước thép.

 Đo bằng tia hồng ngoại : Lợi dụng phức xạ của hồng ngoại tìm vị trí điểm đen cảu mặt nước thép:

Hình 2 13 Hệ thống khống chế và đo mặt nước thép trong BKT bằng tia hồng ngoại

1- BKT; 2- Đầu đo; 3- Màn hình hiển thị mặt nước thép; 4- Cơ cấu điện tử; 5- Máy ghi mặt nước thép; 6- Cơ cấu điều chỉnh mặt nước thép

 Đo bằng cặp nhiệt kế : Đặt ở một chiều cao nhất định trong BKT cặp nhiệt điện kế

Hình 2 14 Xác định vị trí mặt nước thép bằng can nhiệt

 Đo bằng kích quang : Máy kích quang kiểu LADAR của nhà máy ENDRESS và HAUSER cảu đức đo chiều cao của nước thép trong BKT.

Hình 2 15 Nguyên lý đo mặt nước thép bằng kích quang

1- Vòng nước; 2- BKT; 3- Ống dẫn ánh sáng; 4- Cơ cấu truyền cảm; 5,9- Nguồn cắp điện; 6- Không khí thổi quét; 7- Nước làm nguội

Khi phôi thép bị dính gay, nó sẽ gây ra tình trạng thủng trong BKT, nơi mà vỏ bị nứt hình chữ V mở rộng theo chiều ngang Đồng thời, phôi cũng bị kéo xuống khỏi BKT, dẫn đến việc hình thành phôi thủng.

Hình 2 16 Lưu trình hệ thống dự báo và phòng tránh cháy thép (phôi thủng

2.3.4 Khống chế nước làm nguôi vùng làm nguội lần hai

Khi phôi thép rời khỏi BTK, nó vẫn ở trạng thái lỏng và cần được làm nguội cho đến khi đông đặc hoàn toàn Trong giai đoạn làm nguội thứ hai, việc duy trì nhiệt độ bề mặt ổn định là rất quan trọng, và phương pháp làm nguội cần được xác định dựa trên loại thép, tiết diện phôi và tốc độ kéo Trước đây, việc kiểm soát nước làm nguội thường sử dụng phương pháp nhiệt độ nhiều cấp, nhưng hiện nay, mô hình truyền nhiệt số đã trở thành phương pháp tối ưu để tính toán nhiệt độ bề mặt phôi thép, đồng thời điều chỉnh theo nhiệt độ thực tế, nhằm đảm bảo nhiệt độ bề mặt nằm trong vùng làm nguội thứ hai Việc này giúp tính toán lượng nước làm nguội cần thiết một cách hiệu quả.

Những vật liệu chịu lửa dung cho đúc liên tục

Trong những năm gần đây, kỹ thuật đúc liên tục đã có nhiều bước tiến đáng kể Bên cạnh lý thuyết và trình độ thiết bị, công nghệ cơ bản, việc nghiên cứu và chế tạo các loại vật liệu chịu lửa cao cấp đóng vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy sự phát triển của công nghệ đúc liên tục Điều này không chỉ nâng cao hiệu suất mà còn góp phần lớn vào sự tiến bộ của ngành đúc.

Bảng 2 4 Thành phần hóa học và tính năng các loại gạch xây thùng rót

2.4.1 Vật liệu chịu lửa dung cho thùng rot (áo thùng) Áo thùng bao gồm: lớp vĩnh cửu, lớp làm việc, vành đai xỉ và lớp đấy Lớp vĩnh cửu thường xây bằng gạch samot, cũng có khi dung gạch cao nhôm Lớp làm việc dung gạch cao nhôm hoặc gạch manhe cacbon, đầm thiêu kết bằng vật liệu nhôm manhe, gạch zircon thạch anh… Dùng kết cấu cần thì thì có gạch ống và gạch cao nhôm Hiện nay thùng rót đúc liên tục ít dung cần nút mà phần lớn chuyển sang cơ cấu trượt Đấy lò dung gạch samot, gạch cao hôm, lớp dần nhôm manhe, gạch cao lanh.

2.4.2 Vật liệu chịu lửa xây thùng rót trung gian

Sự phát triển của sản xuất đúc liên tục không chỉ yêu cầu ổn định lực tĩnh của nước thép để kiểm soát dòng rót và loại bỏ tạp chất trong thùng rót trung gian, mà còn cần phải đáp ứng khả năng đúc liên tục nhiều mẻ và có chức năng gia nhiệt hiệu quả.

Vì vậy vật liệu chịu lửa sửa dung phải chiệu nhiệt độ cao, chất lượng tốt, xây và tháo thuận lợi.

Hiện nay, xu hướng sử dụng dung miệng trườn lắp ở phía ngoài thay thế cho cần nút ngày càng phổ biến, nhờ vào khả năng khắc phục sự cố thường gặp ở đầu cần nút và phù hợp cho quá trình đúc liên tục trong thời gian dài, đặc biệt là với lò thùng (LF) Cơ cấu này có thể sử dụng nhiều lần và thay đổi thuận lợi, kéo dài tuổi thọ của thùng chứa, đồng thời giảm tiêu hao vật liệu chịu lửa Hơn nữa, nó giúp tăng tốc độ chu chuyển, giảm tổn thất nhiệt của áo thùng và tiết kiệm nhiên liệu sấy nòng thùng.

Hình 2 17 Nguyên lý làm việc cyar miệng trường (bàn trượt) kiểu hai tầng1- Miệng rót trên; 2- Bàn trườn; 3- Bàn trườn dưới; 4- Miệng rót dưới.

CÔNG NGHỆ ĐÚC THÉP LIÊN TỤC

Công nghệ

3.1.1.1 Khống chế nhiệt độ nước thép trong thùng rót

• Nước thép ĐLT cần phải có nhiệt độ thích hợp và ổn định:

 Quá thấp dễ đóng tảng ở0 thùng chứa hoặc thùng rót trung gian, dẫn đến đứt và chất lượng bề mặt phôi xấu

Nhiệt độ quá cao trong quá trình đúc thép dẫn đến sự phát triển của lớp tinh thể hình trụ, tạo điều kiện cho các khuyết tật như xốp, nứt và thiên tích xuất hiện Ngoài ra, nhiệt độ cao còn làm tăng tốc độ oxy hóa nước thép và gây tổn thất vật liệu chịu lửa, làm bẩn thép Hơn nữa, lớp vỏ quá mỏng do nhiệt độ cao có thể gây ra sự cố chảy thủng phôi thép, buộc phải giảm tốc độ đúc, từ đó làm giảm năng suất của máy đúc.

 Bởi vậy bảo đảm nhiệt độ đúc thích hợp là tiền đề của sản xuất, là cơ sở của chất lượng phoi đúc

• Thổi khí Ar để đồng đều nhiệt độ:

 Có 2 cách thổi (hình 1) Cách thổi dưới phạm vi thổi rộng hơn, hiệu quả tốt hơn mà lại bỏ đi được ống thổi cắm từ trên.

Thổi khí khuấy trộn trong thùng chứa không chỉ đảm bảo nhiệt độ đồng đều mà còn giúp loại bỏ nitơ, hyđrô và các tạp chất phi kim nổi lên.

Hình 3 1 Sơ đồ thổi khí Ar vào thùng chứa a) Thổi từ trên; b) Thổi từ dưới 1- Cần thổi; 2- Thùng chứa; 3- Gạch thấu khí

Hình 3 2 Sự thay đổi nhiệt độ nước thép trong thùng rót trung gian1- Không thổi khí; 2- Thổi khí

Hình 3 3 Ảnh hưởng của thổi khí Ar đến khử tạp chất phi kim

Hình 3 4 Mối quan hệ giữa lượng tiêu hao khí Ar với khử khí [H] và [N] trong thùng chứa. a- Khử [H]; b- Khử [N]

Chất hồi liệu điều chỉnh nhiệt độ có thể giảm nhiệt độ nước thép hiệu quả Cụ thể, với khoảng 1% hồi liệu, nhiệt độ nước thép có thể giảm khoảng 14°C Để giảm nhiệt độ nước thép xuống 10°C, cần sử dụng 0,7 kg hồi liệu cho mỗi tấn nước thép.

• Gia nhiệt tăng nhiệt độ nước thép trong thùng chứa:

 Đầu những năm 90 thế kỷ 20 đã xuất hiện nhiều công nghệ gia nhiệt cho thùng chứa như CAS-OB (Composition Adjustment by Sealed Argon Bubbling

 Oxygen Blowing), IR-UT (Injection Refining with Temperature Raising Capability)…

• Giữ nhiệt cho thùng chứa:

 Đậy nắp: Nhiệt bức xạ qua miệng thùng là rất lớn Đậy nắp giữ nhiệt cho bề mặt nước thép và xỉ phía trên.

 Dùng lớp cách nhiệt nhẹ giảm tổn thất nhiệt qua áo lò

 Tăng tốc độ nâng nhiệt sấy thùng và tăng tốc độ quay vòng sử dụng thùng để giảm thời gian chờ đợi.

 Cho chất giữ nhiệt trên bề mặt nước thép: trấu lúa, rơm rạ, nham thạch xốp… đều có tính giữ nhiệt tốt.

3.1.1.2 Khống chế thành phần nước thép

Hàm lượng cacbon trong thép nên duy trì trong khoảng 0,18-0,23% để tránh phản ứng bao tinh gây ứng suất chuyển pha lớn, có thể dẫn đến nứt dọc bề mặt phôi Đối với quá trình đúc liên tục nhiều mẻ, sự chênh lệch hàm lượng cacbon giữa hai mẻ không được vượt quá 0,02%.

Silic và mangan đóng vai trò quan trọng trong việc khử oxi của thép, đồng thời ảnh hưởng đến cơ tính và tính đúc của sản phẩm Hai nguyên tố lưu huỳnh (S) và phốt pho (P) rất nhạy cảm với hiện tượng nứt, đặc biệt trong quá trình đúc liên tục, khi bề mặt phôi phải chịu ứng suất nhiệt lớn và ứng suất cơ do kéo nắn thẳng Hiện nay, nhiều kỹ thuật tinh luyện mới đã giúp giảm hàm lượng S và P xuống dưới 0,03%, với tổng hàm lượng S và P không vượt quá 0,05% Đối với một số loại thép đặc biệt, hàm lượng S và P nên được giảm xuống dưới 0,005%.

3.1.1.3 Khống chế mức độ khử oxy

Trong quá trình đúc thép lắng, nhôm (Al) đóng vai trò là nguyên tố khử oxy cuối cùng Nghiên cứu cho thấy, khi nồng độ [Al] dưới 0,0015%, dễ hình thành bọt khí dưới lớp vỏ phôi đúc Ngược lại, nếu nồng độ [Al] vượt quá 0,006%, sẽ dẫn đến tình trạng tắc lỗ rót và gia tăng tạp chất trong phôi Do đó, việc kiểm soát nồng độ [Al] là rất quan trọng và cần phù hợp với từng loại thép đúc.

• Thông thường dùng chất khử hỗn hợp Mn-Si-Al.

Canxi có khả năng khử oxy mạnh mẽ, vì vậy hợp chất khử oxy như Ca-Si, Si-Ca-Al-Fe, và Si-Ca-Ba-Al-Fe đang được sử dụng phổ biến Khi trong sắt lỏng chứa 10% Si, độ hòa tan của canxi có thể đạt tới 0,35% Sử dụng Si-Ca để khử oxy tạo ra sản phẩm CaO.SiO2 dễ nổi lên, giúp tránh hiện tượng kết bướu tắt lỗ rót Ca-Si-Ba-Fe là một chất khử oxy hiệu quả, đang được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong việc làm sạch thép.

3.1.2 Khống chế nhiệt độ nước thép trong thùng rót trung gian

3.1.2.1 Xác dịnh nhiệt độ đúc

Nhiệt độ đúc liên tục đề cập đến nhiệt độ của nước thép trong thùng trung gian, được xác định bằng nhiệt độ chảy tch cộng với độ quá nhiệt thích hợp Δt.

• Như vậy khống chế nhiệt độ đúc thực chất là khống chế độ quá nhiệt t của nước thép trong thùng trung gian

Thời gian chờ (t) phụ thuộc vào loại thép, kích thước phôi và điều kiện đúc Cụ thể, khi sử dụng thép carbon thấp và kích thước phôi nhỏ, t sẽ lớn Ngược lại, với thép carbon trung bình có hàm lượng Si và Mn cao cùng kích thước phôi lớn, giá trị của t sẽ thấp hơn.

Bảng 3 1 Độ quá nhiệt trong thùng rót trung gian

Hàm lượng cacbon trong thép,

% Độ quá nhiệt trong thùng rót trung gian

Bảng 1 thể hiện mối quan hệ giữa độ quá nhiệt và hàm lượng cacbon trong thép Khi thực hiện rót mẻ đầu tiên, cho phép sai lệch nhiệt độ của thép trong thùng rót trung gian cao hơn nhiệt độ tối đa là 5°C.

• Tch- Nhiệt độ bắt đầu nóng chảy, còn gọi là nhiệt độ đường pha lỏng của thép

( 0 C) thường được tính theo các công thức kinh nghiệm sau:

• Tch= 1537- 88[%C] + 8[%Si] + 5[%Mn] + 30[%P] + 25[%S] + 5[%Cu] + 4[%Ni] + 2[%Mo] + 2[%V] + 1,5[%Cr]

• Tch = 1536 – 90[%C] + 6,2[%Si] + 1,7[%Mn] + 28[%P] + 50[%S] + 2,6[%Cu] + 2,9[%Ni] + 1,8[%Cr] + 5,1[%Al]

3.1.2.2 Ứng dụng giữ nhiệt và vòng Al-Mg của thùng rót trung gian.

Tổn thất nhiệt bức xạ từ bề mặt nước thép trong thùng rót trung gian chiếm tới 80-90% tổng tổn thất nhiệt của thùng Do đó, việc áp dụng các biện pháp giữ nhiệt cho thùng rót trung gian là rất cần thiết.

Bảng 3 2 So sánh các biện pháp giữ nhiệt

Phủ che chắn Không che phủ

Tấm cách nhiệt và chất giữ nhiệt

Tổn thất nhiệt trên bề mặt, kJ/m 2 ph

• Ngoài ra còn phải tính đến việc sấy nóng thùng rót.

Để đảm bảo quá trình rót diễn ra thuận lợi và tránh tình trạng lỗ rót bị bịt hoặc dính, cần rắc bột phát nhiệt Si-Ca quanh lỗ rót Tuy nhiên, phương pháp này tiêu hao nhiều hợp kim đắt tiền và khó kiểm soát.

• Dùng vòng chất phát nhiệt Al-Mg đặt bao quanh lỗ rót.

Bảng 3 3 Các tham số của vật liệu phát nhiệt.

3.1.2.3 Gia nhiệt cho nước thép trong thùng rót trung gian

• Công nghệ gia nhiệt nước thép trong thùng rót trung gian: Có hai cách gia nhiệt – cảm ứng và plasma trong đó plasma được ứng dụng rộng rãi hơn

 Gia nhiệt cảm ứng: Tốc độ gia nhiệt có thể đạt 25 0 C/ph và hiệu suất nhiệt tới 90%

Hình 3 5 Gia nhiệt cảm ứng mặt bên thùng trung gian

1- Lõi sắt; 2- Vòng cảm ứng; 3- Nước thép; 4- Thùng trung gian; 5- Vật liệu chịu lửa; 6- Vòng làm nguội; 7- Đường dẫn nước thép; 8- Miệng rót

Hình 3 6 Thay đổi nhiệt độ gia nhiệt và không gia nhiệt nước thép trong thùng trung gian

Công nghệ gia nhiệt bằng plasma sử dụng cơ cấu plasma để gia nhiệt cho thùng trung, dao động trong khoảng 5 0 C, giúp nâng cao khả năng đúc nước thép khi nhiệt độ đúc chỉ cần cao hơn nhiệt độ chảy từ 15-20 0 C.

Năng lượng gia nhiệt cho nước thép tập trung với nhiệt độ cao, sử dụng khí trơ để bảo đảm chất lượng thép không bị ảnh hưởng Quy trình gia nhiệt diễn ra nhanh chóng và ổn định, đồng thời không gây ô nhiễm môi trường.

3.1.3 Xác dịnh và khống chế tốc độ kéo

3.1.3.1 Xác định tốc độ kéo :

Khi xác định kích thước và tính chất của thép đúc, cần xem xét kích thước tiết diện phôi, nhiệt độ và loại thép Điều này bao gồm việc xác định chiều dày lớp vỏ tối thiểu khi ra khỏi BKT và tính toán chiều dài luyện kim của máy đúc, với cột kim loại lỏng nằm ở giữa.

 Tính theo chiều dày lớp vỏ ra khỏi BKT:

 Theo định luật đông đặc của nước thép: δ=K √ τ (mm)

- Chiều dày lớp vỏ khi ra khỏi BKT, mm

K- Hằng số đông đặc trong BKT, mm/ph 0,5

- Thời gian phôi lưu trong BKT, p[h

 Giả sử chiều dày tối thiểu của lớp vỏ ra khỏi BKT là min, khi chiều dài BKT là

L (đối với BKTdài 700mm thì chọn L = 650 mm), V là tốc độ kéo lớn nhất: δ=K √ V L  V = L ( δ K min ) 2

 Thông thường min = 10-15 mm (phôi nhỏ chọn giới hạn dưới, phôi dẹt chọn giới hạn trên)

 Tính theo chiều dài cột kim loại lỏng ở giữa:

 Theo định luật kết tinh, thời gian đôngđặc hoàn toàn là:

D- Chiều dày phôi đúc, mm

K- Hệ số đông đặc bình quân, mm.ph 0,5

(phôi dẹt là 27, phôi vuông là 30) l- Chiều dài cột kim loại lỏng ở giữa, m v‘- Tốc độ kéo lý thuyết, m/ph

 Theo công thức thực nghiệm:

Cấp phôi nóng và cán trực tiếp

3.2.1 Lưu trình công nghệ và ưu điểm của cấp phôi nóng và cán trực tiếp

Cấp phôi nóng và cán trực tiếp là một công nghệ mới xuất hiện vào đầu thập kỷ 80 của thế kỷ trước

Cấp phôi nóng là đưa phôi đúc xong còn nóng đỏ chuyển đến lò nung của xưởng cán gia nhiệt theo yêu cầu rồi cán ra sản phẩm.

Cán trực tiếp là quá trình sử dụng phôi đúc hoàn thiện, không có khuyết tật, ngay khi còn nóng và bổ sung một chút nhiệt để tạo ra sản phẩm, thường được gọi là đúc cán liên tục.

3.2.1.1 Lưu trình công nghệ cán như sau

Căn cứ vào nhiệt độ phôi cấp cho xưởng cán và lưu trình công nghệ khác nhau mà có thể chia thành 5 loại:

1) Nhiệt độ phôi trên 1000 0 C: Không cần qua lò nung gia nhiệt, chỉ cần bổ sung gia nhiệt cho phần góc cạnh của phôi một chút là có thể cán được Đây là lưu trình công nghệ: Đúc – cán trực tiếp ( CC – DR).

2) Nhiệt độ phôi thấp hơi thấp hơn đường A3: vì tổ chức kim tương chưa phá sinh chuyển biến pha γ →α nên đưa phôi chất vào lò nung gia nhiệt từ 700-1000 0 C đến nhiệt độ cán Đây là lưu trình công nghệ phôi đúc – trực tiếp chất nóng – cán.

3) Nhiệt độ phôi đã thấp hơn A3 nhưng vẫn trên A1: Lúc này phôi đúc chất vào lò nung gia nhiệt để cán đã ở trạng thái tổ chức hai pha (γ+α) Đây là công nghệ phôi đúc – chất nóng – cán (CC-HCR).

4) Nhiệt dộ phôi dưới A1 (400-700 0 C): Phôi đúc đã ở trong điều kiện chuyển biến hoàn toàn thành peclit, chất vào lò nung nhiệt để cán, đây là công nghệ pjooi đúc chất nóng cán( CC- HCR).

5) Phôi để nguội theo truyền thống chất vào lò nung gia nhiệt – cán (CC-HCR).

Công nghệ chất nóng cán trực tiếp thường được chia thành ba loại chính: Cán trực tiếp (DR), trực tiếp chất nóng (DHCR) và chất nóng (HCR), tương tự như hai loại hình (3) và (4).

So sánh hai công nghệ chất nóng cán và chất nguội truyền thống, ta thấy chất nóng cán trực tiếp có nhiều ưu điểm nổi trội như bảng

Bảng 3 7 Bảng so sánh các lưu trình công nghệ cấp phôi cán [3]

Chất nóng cán trực tiếp

Cán trực tiếp (CC – DR)

- Tiêu hao nhiên liệu cho cán , ×10 6 kj/t

- Thời gian từ ra thép đến lúc cán sản phẩm, h

Giảm tiêu hao năng lượng trong quá trình cán thép có thể đạt tới 1/3, đặc biệt khi nhiệt độ phôi càng cao Cụ thể, nếu tăng nhiệt độ phôi lên 100 độ C thông qua việc cấp nóng cán trực tiếp, sẽ tiết kiệm được khoảng 84.000 kJ năng lượng cho mỗi tấn thép sản xuất.

Việc nâng cao tỷ lệ thành phần từ 2 – 2,5% nhờ giảm vảy oxit sắt và cắt đầu giúp giảm hệ thống lò gia nhiệt, từ đó giảm vốn đầu tư, thu nhỏ diện tích chiếm đất, rút ngắn chu kỳ sản xuất và tăng vốn chu chuyển Tất cả những ưu điểm này góp phần làm giảm giá thành sản xuất.

3.2.2 Những kỹ thuật then chốt trong cấp nóng – cán trực tiếp

3.2.2.1 Kỹ thuật sản xuất phôi thép không khuyết tật

Mục tiêu đặt ra cho chất nóng cán trực tiếp là phải sản xuất được phôi thép không khuyết tật Yêu cầu phôi khắt khe rất nhiều

Gia nhiệt bổ sung nhanh và việc cán nóng trực tiếp có thể dẫn đến việc loại bỏ vảy oxit sắt không hiệu quả, làm khó khăn trong việc xử lý bề mặt và làm sạch các khuyết tật, đặc biệt là nứt, ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng phôi Chất lượng phôi có thể bị giảm do sự xuất hiện của tạp chất, dễ tạo ra thiên tích và xốp bên trong do nguội không đều, nhiệt độ cao và tốc độ kéo nhanh Hơn nữa, các khuyết tật trong phôi có thể phát sinh, gây ra hiện tượng phân lớp kéo đứt và dẫn đến gián đoạn trong quá trình sản xuất, gây ra những ảnh hưởng nghiêm trọng.

Bảng 3 8 Bảng phạm vi ứng dụng của các phương pháp kiểm tra khuyết tật của phôi đúc cán nóng [3]

Mức độ kiểm tra Nhiệt độ phôi 0 C Cách xử lý bề mặt

Nứt dọc dài >50, rộng 0,5 mm

Nứt ngang ở góc : rộng 1,0 mm và dài 20mm 700-800

Dùng lực,nước tẩy vảy sắt

Hình dạng kích thước theo phân cấp 900-1000

Gia nhiệt cảm ứng Nứt ngang, nứt dọc, rỗ khí, châm kim,… lộ ra ngoài: 100%

Bọt khí dưới lớp vỏ: 20%

Cháy xoáy Nứt ngang dài 2mm

700 Dùng lửa hàn bóc đi một lớp -15mm

Sóng siêu âm Nứt bên trong trên cấp 3: 100% kể cả nứt ở tâm 20% và tổng lượng cán > 85% cùng với việc kiểm soát nhiệt độ có thể cải thiện cấu trúc và tính năng của thép Thêm vi lượng Ti hoặc Nb, nâng cao nhiệt độ phôi và giảm thời gian đều nhiệt cũng có thể nâng cao độ bền và tổ chức tinh thể nhỏ mịn Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng trong quá trình làm nguội và giữ nhiệt trong phạm vi nhiệt độ austenit, có hiện tượng tách ra và lớn lên của hợp chất CN, AIN, MnS.

Mô hình 2 cho thấy khi nhiệt độ phôi giảm xuống đến đường A3, tổ chức hai pha (γ + α) sẽ xuất hiện Trong quá trình nung gia nhiệt, một phần austenit sẽ chuyển thành ferit Việc gia nhiệt thêm có thể tận dụng chuyển pha α → γ để làm mịn tổ chức austenit Tuy nhiên, độ mịn không đồng đều có thể ảnh hưởng đến tính năng của thép, do đó cần kiểm soát công nghệ cán để tránh hiện tượng này.

Mô hình 4 cho phép austenit khuếch tán chuyển biến pha thành ferit, peclit hoặc bainit Khi được gia nhiệt, austenit sẽ tái sinh và phát triển từng bước austenit hóa Về chất lượng thép, mô hình này vượt trội hơn so với mô hình 3, công nghệ thực hiện đơn giản và tiết kiệm năng lượng rõ rệt, rất phù hợp với các nhà máy chưa đủ điều kiện áp dụng công nghệ cấp nóng cán liên tục.

Đúc liên tục băng tấm mỏng

3.3.1 Đúc liên tục nằm ngang

Bản chất của quá trình: dùng để đúc liên tục các thanh đồng, nhôm có tiết diện tròn đều, đường kính 20-200mm

Hình 3 15 Nguyên lý hoạt động đúc liên tục nằm ngang

Kim loại lỏng từ nồi 1 được chuyển sang thùng chứa 2, được làm từ samot-graphit và được gia nhiệt bằng mỏ đốt để duy trì nhiệt độ Một lỗ được tạo ra để gắn thùng kết tinh 3, nơi có nước làm nguội Vật đúc sau đó được làm nguội 5, đi qua trục kéo 6 và máy cắt 7 Trục kéo 6 hoạt động theo chu kỳ dừng.

Có 2 loại thùng kết tinh là thùng kết tinh graphit và thùng kết tinh bằng bằng kim loại. Nên cơ chế kết tinh của 2 loại thùng này khác nhau

Hình 3 16 Sự hình thành vật đúc trong khuôn graphit

1 Ống lót graphit 2 Vòng đệm 3 Thùng kết tinh 4 Vỏ vật đúc 5 Khe hở khí 6.

Lớp vỏ đông đặc kế tiếp 7 Vỏ vật đúc ép vào thành kết tinh

Hình 3 17 Nguyên lý hình thành cật đúc trong thùng kết tinh kim loại

3.3.2 Cấu tạo thùng kết tinh:

Bộ phận bao gồm ống lót và thùng làm nguội có vai trò quan trọng trong việc truyền nhiệt từ vật đúc ra môi trường Ống lót được chế tạo từ vật liệu có hệ số dẫn nhiệt cao và hệ số ma sát thấp, đảm bảo không thấm ướt kim loại.

Hình 3 18 1 số ống lót bằng graphit cho đúc liên tục nằm ngang

3.3.3 Đặc điểm của đúc liên tục nằm ngang

Như đã tìm hiều về nguyên lý nhưng thông số quyết định đến quá trình

 Nhiệt độ nước làm nguội

Hình 3 19 Nguyên lý bọc đồng lên dây thép bằng đúc liên tục

ỨNG DỤNG CỦA ĐÚC THÉP LIÊN TỤC TẠI NHÀ MÁY THÉP THỦ ĐỨC 69