ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA Khoa Công nghệ vật liệu Bộ môn kim loại hợp kim - - Tiểu luận môn Trang thiết bị sản xuất xử lý vật liệu kim loại Đề tài: Thiết Bị Xưởng Đúc Liên Tục Nhóm sinh viên thực hiện: Phạm Phi Hùng V0901080 Thái Thái Châu V0904062 Tháng năm 2013 MỤC LỤC ĐÚC LIÊN TỤC Lịch sử hình thành trình đúc liên tục Ngay từ kỉ XIX , Bessemer đề xuất ý tưởng rót đúc liên tục thép Sau đó, có nhiều người nghiên cứu giới hạn khoa học kỹ thuật lúc chưa thể áp dụng vào sản xuất Cho đến năm 1933, người đặt móng cho máy đúc liên tục S Junghans đề xuất phát triển cấu rung bình kết tinh có sở cho đúc liên tục ứng dụng vào công nghiệp Bắt đầu từ thập kỷ 30 kỷ trước , máy đúc liên tục ứng dụng thành công vào sản xuất kim loại màu Sau chiến tranh giới thứ II hàng loạt thiết bị thiết bị thử nghiệm bán công nghiệp nước Liên Xô cũ , Mỹ, Anh, Áo …ra đời nhằm nghiên cứu đúc phôi thép liên tục Năm 1950 S Junghans hợp tác với công ty Mannesmans xây dựng máy đúc giới đúc phơi liên tục thép Từ máy đúc liên tục đời trải qua trình phát triển nửa kỷ ngày tiến tới giai đoạn đột phá đúc- cán liên tục Hiện giới nước Đan Mạch , Irelan chiếm 100% sử dụng đúc liên tục Còn nước Bắc Âu cơng nghiệp phát triển Pháp, Đức, Ý, Áo… Nhật 95% sử dụng phương pháp Ở Việt Nam , máy đúc liên tục lắp đặt nhập Ấn Độ nhà máy thép Biên Hồ năm 1996 cho lò điện hồ quang 19 Tiếp nhà máy luyện thép Lưu Xá năm 1997 cho lò 30 tấn…và hàng loạt nhà máy áp dụng phương pháp đúc liên tục, cho thấy kỹ thuật đúc liên tục ngày phổ biến toàn giới Nguyên lý trình đúc liên tục 2.1 Định nghĩa Đúc liên tục q trình rót liên tục kim loại lỏng vào bình kết tinh có hộp nước làm nguội, kim loại lỏng kết tinh đến đâu kéo đến đầu bình kết tinh Trong nhà máy sản xuất chế biến thép, đúc liên tục khâu trung gian khâu luyện thép khâu cán thép Một hệ thống máy đúc liên tục bao gồm phận sau: Thùng rót chính, thùng rót trung gian, xe chở thùng rót trung gian, bình kết tinh, cấu rung bình kết tinh, cấu làm nguội lần 2, máy kéo nắn phôi, máy cắt phôi, cấu chuyển phôi đúc thành phẩm tới vị trí yêu cầu Khi thực đúc thép trình tự bước thực sau: Thùng rót chứa thép lỏng cầu trục đưa tới vị trí làm việc, mở miệng rót đáy thùng, thép lỏng rót xuống thùng rót trung gian phía Khi lượng thép lỏng thùng rót trung gian đạt tới giá trị thích hợp, thực mở cốc rót thép lỏng chảy vào bình kết tinh gắn với cấu rung, bịt kín phía nước thép từ từ dâng lên bình kết tinh Dưới tác động nước làm nguội gián tiếp, thép lỏng xung quanh thành bình kết tinh đơng đặc tạo nên lớp vỏ phôi Khi chiều dầy lớp vỏ đạt tới giá trị định đủ độ bền để chống lại áp lực tĩnh nước thép phía trong, cấu kéo nắn làm việc, kéo phận bịt đầu phôi kéo theo phôi thép bên thể lỏng khỏi bình kết tinh Đến khu vực làm nguội thứ 2, nước trực tiếp phun vào phơi thép, q trình làm nguội xảy mãnh liệt, phơi thép hồn tồn thể đông đặc trước đến trục kéo Thép phôi sau qua máy kéo nắn, nắn thẳng đưa đến máy cắt phôi cắt đoạn theo chiều dài qui định Phôi thép sản phẩm sau chuyển tới vị trí u cầu 2.2 Ưu điểm phương pháp đúc liên tục + Năng suất cao cấp phơi liên tục cho phân xưởng cán; + Đúc trực tiếp phôi nên không cần qua khâu cán phá; + Hiệu suất thu hồi kim loại lớn (do khơng cần hệ thống rót, bù ngót ), hiệu suất thu hồi thường 95 - 96%; + Tốc độ kết tinh kim loại nhanh, tổ chức kim loại sít đặc; + Chất lượng thép chất lượng bề mặt phơi tốt, thiên tích ít; + Giảm diện tích mặt sản xuất; + Dễ khí hóa tự động hóa; + Cải thiện điều kiện lao động giảm ô nhiễm môi trường; Do ưu điểm trên, đòi hỏi vốn đầu tư lớn, phương pháp ứng dụng rộng rãi sản xuất phôi thép cán Phân loại hệ thống đúc liên tục Căn vào phương pháp bố trí thiết bị phôi, người ta chia ra: + Hệ thống đúc liên tục thẳng đứng: tồn thiết bị thùng kết tinh, hệ thống trục kéo, máy cắt bố trí theo phương thẳng đứng Để đúc liên tục, phận cắt phôi định kỳ cắt phôi hạ xuống hệ thống vận chuyển bố trí theo phương ngang Hệ thống tiết kiệm diện tích mặt bằng, chất lượng phơi tốt (vì kim loại nguội đề u xung quanh, điều kiện tạp chất thuận lợi ) có hạn chế đòi hỏi chiều ca o xây dựng lớn, khó khăn việc bố trí thiết bị, chi phí xây dựng cao áp lực cộ t kim loại lỏng lớn + Hệ thống đúc liên tục kiểu uốn: thùng kết tinh thẳng bố trí theo phương thẳng đứng, phơi sau khỏi thùng kết tinh kéo xuống theo phương thẳng đứng khoảng cách định, máy uốn cong, sau nắn thẳng tiếp tục kéo theo phương ngang Hệ thống giảm chiều cao thiết bị, phơi cắt theo chiều dài tuỳ ý uốn phôi dễ bị nứt + Hệ thống đúc liên tục kiểu cong: phôi uốn cong sau khỏi thùng kết tinh cong thùng kết tinh theo bán kính cong số bán kính cong Hệ thống đúc lien tục kiểu cong có chiều cao bố trí thiết bị nhỏ khơng cần phải bố trí máy uốn, áp lực cột kim loại lỏng nhỏ, chi phí xây dựng thấp phương pháp đứng, trình đúc điều kiện tạp chất khơng tốt, đòi hỏi kỹ thuật đúc phức tạp hơn, việc chon bán kính cong có ý nghĩa lớn, chọn khơng gây nứt phơi q trình kéo + Ngồi có phương pháp đúc liên tục khuôn điện tử: Kim loại lỏng không tiếp xúc với khuôn , thiết bị cuộn cảm ứng dùng dòng điện xoay chiều thay cho khn Lực điện từ dòng điện cảm ứng sinh kim loại tác dụng với từ trường cuộn cảm ứng ép kim loại lỏng theo hướng đường kính Rót, làm nguội kéo liên tục ta vật đúc Tiết diện vật đúc hình tròn, vng, chữ nhật hình phức tạp Thiết bị máy đúc liên tục 4.1 Sơ đồ thiết bị Hệ thống thiết bị đúc liên tục gồm phận sau: + Thùng rót; + Thùng rót trung gian; + Thùng kết tinh; + Bộ phận rung thùng kết tinh; + Bộ phận làm nguội lần hai; + Hệ thống kéo phôi; + Máy cắt phôi 4.2 Các phận hệ thống thiết bị +Thùng rót: dùng để vận chuyển thép lỏng từ lò đến vị trí rót Thùng rót thường chế tạo có dạng hình trụ, vỏ ngồi thép bên xây gạch chịu lửa hoặ c đầm vật liệu chịu lửa Trên đáy thùng rót có bố trí lỗ rót thép, để điều chỉnh qu trình rót dùng cấu cần nút +Thùng rót trung gian: dùng để khống chế tốc độ rót, phân dòng kim loại đúc nhiều vị trí, tiếp tục làm đồng kim loại nhiệt độ nước thép Cấu tạo thùng rót trung gian trình bày hình 8.13 +Thùng kết tinh: nhiệm vụ thùng kết tinh làm nguội kim loại định hình tiết diện kích thước phơi Cấu tạo thùng kết tinh có dạng hình 8.1 Thành thùng kết tinh chế tạo đồng, mặt trụ thẳng uốn cong, tiết diện ngang hình tròn vng Giữa thành ngồi thành thùng kết tinh hộp nước làm nguội Do từ xuống, kim loại nguội đông đặc, tạo thành lớp vỏ rắn, lớp vỏ rắn tăng dần chiuề dày co giảm kích thước Khi lớp vỏ rắn co, hình thành khe hở kim loại thành thùng kết tinh, làm giảm tốc độ nguội nên phần thùng kết tinh có độ để hạn chế khe hở Chiều dài thùng kết tinh chọn phụ thuộc vào tốc độ đúc, phải đảm bảo cho chiều dày lớp kim loại đông đặc khỏi khuôn đủ bền tác dụng áp lực kim loại lỏng bên lực kéo phôi Ciều dày lớp vỏ rắn khỏi khuôn thường vào khoảng 8-12 mm +Cơ cấu rung khn: dùng để rung khn q trình đúc, chống lại dính bám kim loại vào thành thùng kết tinh gây đứt phôi kéo Khi lớp vỏ rắn mớ i o hình thành, nhiệt độ thấp nhiệt độ kết tinh khoảng C, độ bền thép thấp, tác dụng lực kéo bị rạn nứt dính vào thành thùng kế t tinh Khi thùng kết tính dịch chuyển xuống, lớp kim loại dính bám bị đẩy lên vế t nứt khơng thể hình thành, thỏi kéo xuống dễ dàng tách khỏi thành thùn g kết tinh kéo Trong đúc liên tục, sử dụng ba phương thức rung khuôn: rung đồng bộ, rung trượt âm rung hình sin Khi rung đồng bộ, bình kết tinh xuống đồng với phơi , sau lên với tốc độ gấp ba lần tốc độ kéo phôi Phương thức dùn g kết cấu phức tạp đòi hỏi đồng cấu rung cấu kéo phôi Kh i rung trượt âm, bình kết tinh xuống với tốc độ cao tốc độ kéo gọi trượ t âm, sau lên với tốc độ lớn Phương thức rung phù hợp với yêu cầu củ a cơng nghệ đúc liên tục, có lợi cho việc hàn gắn vết nứt lớp vỏ cho phép nân g cao tốc độ kéo Khi rung hình sin, quan hệ tốc độ rung thời gian có dạng hìn h sin, ưu điểm phương thức rung thay đổi tốc độ q trình rung chậm, khơng gây xung lực, kết cấu rung đơn giản, sử dụng phổ biến +Thiết bị làm nguội lần hai: khỏi bình kết tinh nhiệt độ mặt ngồi thỏi o cao từ 1000 -1100 C,và bên kim loại lỏng tiếp tục kết tinh Để 10 thỏi đúc nguội nhanh kết tinh hoàn tồn, người ta bố trí hệ thống vòi phun nướ c phun trực tiếp lên mặt thỏi Trong vùng bố trí trục lăn để nắn thẳn g thỏi đúc tránh tượng cong vênh thỏi Tốc độ phun nước làm nguội lần không q cao để tránh bắn tóe, khơng thấp để tránh nướ c tiếp xúc lâu với mặt thỏi bị hóa nhiều, tạo thành lớp nước mặt thỏi m giảm tốc độ làm nguội Trong vùng làm nguội lần hai, lượng nhiệt truyền qua nướ c 33%, qua nước 25% trục lăn 17%, phần lại truyền nhiệt xạ khơng khí + Hệ thống trục kéo nắn thẳng: đảm bảo kéo phôi khỏi thùng kết tinh theo tốc độ đúc yêu cầu nắn thẳng phôi Để kéo phôi người ta dùng hệ thống trụ c lăn, dẫn động từ động riêng lẽ phối hợp nhiều trục động qu a truyền Tốc độ kéo thường vào khoảng m/phút + Máy cắt: để đảm bảo trình đúc liên tục, phôi đạt chiều dài định cần phải tiến hành cắt phôi Hiện để cắt phôi người ta dùng phổ biến thiết bị cắ t khí Thiết bị cắt gắn hệ thống xe lăn, phôi đạt chiều dài cần thiết , cấu kẹp phôi gắn xe lăn tiến hành kẹp chặt phôi, làm cho xe lăn mang thiết b ị cắt chuyển động với phôi cắt phôi Khi phôi cắt xong, cấu kẹp phô i nhả xe lăn chuyển động trở lại vị trí ban đầu 11 Sự kết tinh kim loại đúc liên tục Quá trình kết tinh thỏi đúc liên tục thể hình vẽ Khi kim loại lỏng nhiệt rót vào thùng kết tinh tiếp xúc trực tiếp với thành thùng kết tinh làm đồng, bên ngồi có nước làm nguội nên nguội nhanh v dần nhiệt nhiệt Khi lớp ngồi đạt đến nhiệt độ kết tinh, trình kết tin h xẩy lớp kim loại rắn hình thành Tiếp tục dịch chuyển xuống phía dưới, kim loạ i lỏng tiếp tục làm nguội kết tinh, chiều dày lớp kim loại kết tinh tăng dần, kh i lớp kim loại kết tinh đủ bền, chống áp lực kim loại lỏng bên bắt đầ u co, hình thành nên khe hở kim loại thành thùng kết tinh, làm cho tốc độ nguộ i giảm xuống Khi khỏi thùng kết tinh, đến vùng làm nguội thứ hai, nhờ làm nguội trực tiếp nước, tốc độ nguội tăng lên trình kết tinh xẩy nhanh cho đế n phơi đúc kết tinh hồn tồn 12 Trong thùng kết tinh, tốc độ làm nguội phụ thuộc lớn vào tiếp xúc kim loại thành thùng kết tinh Nhiệt trở kim loại rắn vào khoảng 1%, nhiệt trở tiếp xúc kim loại rắn với thành thùng kết tinh vào khoảng 1%, nhiệt trở thành thùng kết tinh đồng vào khoảng 0,2 - 0,3%, nhiệt trở tiếp xúc thành thùng kết tinh với nước vào khoảng 1%, nhiệt trở khe hở lớn vào khoảng 70 - 80% Bởi vậy, để tăng tốc độ nguội thùng kết tinh cần hạn chế khe hở cách tạo độ côn ngược mặt thành thùng kết tinh (thường chế tạo với độ n 1%) phủ kín khe hở vật liệu dẫn nhiệt tốt không khí Trong vùng làm nguội lần hai, nhờ tiếp xúc trực tiếp kim loại nước, bốc nước, tốc độ làm nguội nhanh, kim loại kết tinh nhanh cuối cùn g 13 đông đặc hoàn toàn Do chênh lệch nhiệt độ mặt bên lớn có th ể gây ứng suất nhiệt làm nứt bề mặt thỏi, vùng làm nguội lần hai cần b ố trí làm nguội tăng dần từ xuống Khi đúc liên tục, làm nguội nhanh rót liên tục, kim loại có cấu trúc tinh thể hạt nhỏ khơng có lỗ co, rỗ khí phân tán, tâm bù ngót kh ó khăn nên thường xuất rỗ xốp đường tâm So với đúc khuôn, chất lượng thỏi đú c phương pháp đúc liên tục cao Đúc liên tục thẳng đứng Đúc liên tục thẳng đứng phương pháp chế tạo vật đúc dài cách rót kim loại lỏng vào thùng kết tinh Khi kim loại đông đặc có độ bền vừa đủ , dịch chuyển vùng kim loại khỏi thùng kết tinh theo phương thẳng đứng Vật có thiết diện ngang giống hồn tồn có độ dài vơ tận Nếu q trình có khoảng thời gian gián đoạn , máy phải dừng lại để thay cấu làm việc cơng nghệ gọi đúc bán liên tục 14 Nguyên lý hoạt động thiết bị , kim loại lỏng từ thùng rót chuyển qua hệ thống phân phối vào thùng kết tinh Thùng kết tinh có độ dài lớn dao động lên xuống theo chu kì xác định Vật đúc kéo xuống phía đến chiều dài yêu cầu cắt thành thỏi Hệ thống phun nước làm nguội thứ cấp có tác dụng làm nguội hồn tồn thỏi đúc khỏi thùng kết tinh , vật đúc chưa đơng đặc hồn tồn mà phần tâm vật đúc trạng thái lỏng Từ nguyên lý mô tả , ta đặt thêm ruột đúc thùng kết tinh để đúc chi tiết rỗng, thí dụ ống nước chi tiết có dạng tương tự Ruột đúc trường hợp ruột cố định thùng kết kinh ruột cát di động theo vật đúc Đúc liên tục nằm ngang Thiết bị thường dung để đúc vật đúc đồng nhơm có thiết diện tròn đặc, đường kính từ 20 đến 200 mm Cơ chế trình : kim loại lỏng từ nồi nấu rót sang thùng chứa Thùng chứa làm samốt-graphit gia nhiệt mỏ đốt để trì nhiệt độ kim 15 loại lỏng Tạo lỗ thủng thành bên thùng chứa gá vào thùng kết tinh có nước làm nguội Vật đúc sau qua khu vực làm nguội 5, qua trục kéo cắt thành đoạn theo yêu cầu nhờ máy cưa Trục kéo hoạt động theo quy luật kéo-dừng có chu kỳ Cơng nghệ đúc liên tục nằm ngang áp dụng để chế tạo chi tiết có tính đặc biệt , thí dụ qui trình bọc đồng cho lõi thép cơng nghiệp dây điện, đúc thỏi gnag cầu liên tục nằm ngang… Mơ hình bọc đồng mơ tả hình vẽ Khn graphit làm nhiệm vụ vòi phun gắn đáy lò nấu dây hợp kim Fe-Ni đường kính mm kéo chạy ngang qua miệng vòi phun với tốc độ thích hợp để đồng lỏng kết tinh day thép cách lien tục Để thiết lập thông số tối ưu trình cần điều khiển trình truyền nhiệt nồi graphit tức phải trì chế độ nhiệt kim loại lỏng nồi lò 16 *Một số hình ảnh thiết bị sản phẩm công nghệ đúc liên tục: 17 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.Các phương pháp đúc đặc biệt -Nguyễn Hữu Dũng-nhà xuất khoa học kỹ thuật 2.giáo trình cơng nghệ thiết bị luyện thép-Hồng Cơng Minh-đại học bách khoa Đà Nẵng 3.Thiết bị công nghệ đúc phôi thép- PGS.TS Ngơ Trí Phúc TS Nguyễn Sơn Lâm-nhà xuất bách khoa Hà Nội 18 ... kính Rót, làm nguội kéo liên tục ta vật đúc Tiết diện vật đúc hình tròn, vng, chữ nhật hình phức tạp Thiết bị máy đúc liên tục 4.1 Sơ đồ thiết bị Hệ thống thiết bị đúc liên tục gồm phận sau: + Thùng... máy áp dụng phương pháp đúc liên tục, cho thấy kỹ thuật đúc liên tục ngày phổ biến toàn giới Nguyên lý trình đúc liên tục 2.1 Định nghĩa Đúc liên tục q trình rót liên tục kim loại lỏng vào bình... giới đúc phơi liên tục thép Từ máy đúc liên tục đời trải qua trình phát triển nửa kỷ ngày tiến tới giai đoạn đột phá đúc- cán liên tục Hiện giới nước Đan Mạch , Irelan chiếm 100% sử dụng đúc liên