ĐỒ ÁN THIẾT KẾ LÒ ĐIỆN HỒ QUANG NẤU LUYỆN THÉP ШX15 SẢN LƯỢNG 20 TẤN MẺ.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ VẬT LIỆU CHUYÊN NGÀNH KIM LOẠI VÀ HỢP KIM MÔN: NẤU LUYỆN KIM LOẠI VÀ HỢP KIM  LỚP: VL12KL  * - ĐỀ TÀI: ĐỒ ÁN THIẾT KẾ LÒ ĐIỆN HỒ QUANG NẤU LUYỆN THÉP ШX15 SẢN LƯỢNG 20 TẤN/ MẺ GVHD: Ths NGUYỄN DUY THƠNG Nhóm 11: Nguyễn Hùng Nhân V1202523 Trương Văn Nguyên V1202470 Tp.HCM, Ngày 23 tháng 11 năm 2015 MỤC LỤC Lời cảm ơn - ĐÁNH GIÁ CỦA THẦY: - Lời mở đầu - TỔNG QUAN VỀ: LỊCH SỬ, PHÂN LOẠI, CẤU TẠO CỦA LỊ HỒ QUANG………………………-7CHƯƠNG 1: TÍNH TỐN THỂ NỒI LỊ VÀ THIẾT KẾ LỊ - 1.1 TÍNH TỐN CÁC KÍCH THƯỚC NỒI LỊ SẢN LƯỢNG 20 TẤN: .- 11 1.1.1 Hình dạng nồi lò:………………………………………………………… -11- 1.1.2 Các kích thước nồi lò : .- 12 1.1.3 Các kích thước không gian nấu chảy: - 15 1.2 THIẾT KẾ LÒ VÀ CÁC BỘ PHẬN CỦA LÒ: - 20 1.2.1 Xây lò hồ quang: - 20 1.2.2 Thiết bị lò: - 25 1.2.3 Thiết bị điện: - 26 CHƯƠNG 2: CHUẨN BỊ LÒ VÀ TÍNH TỐN PHỐI LIỆU NẤU THÉP .- 25 2.1 CHUẦN BỊ LÒ: - 25 2.2 TÍNH TỐN PHỐI LIỆU NẤU THÉP TRONG LÒ HỒ QUANG DUNG LƯỢNG 20 TẦN: .- 28 2.2.1 Tính tốn phối liệu chính: - 29 2.2.2 Kiểm tra thành phần nguyên tố khác: - 30 2.3.TÍNH TỐN LƯỢNG XỈ TRONG MẺ: -312.3.1 Các chất tạo xỉ bazo: - 312.3.2 Tính tốn khối lượng xỉ: - 342.4 CÔNG TÁC CHUẦN BỊ: - 35 2.4.1 Kiểm tra thiết bị: - 35 2.4.2 Chất liệu: - 37 CHƯƠNG 3:CƠNG NGHỆ NẤU LUYỆN THÉP TRONG LỊ HỒ QUANG - 37 3.1 GIAI ĐOẠN NẤU CHẢY: .- 37 3.1.1 Trình tự tiến hành: - 37 3.1.2 Khử P: - 38 3.1.3 Biện pháp rút ngắn thời gian nấu chảy: .- 39 3.2 GIAI ĐOẠN OXY HÓA: - 41 3.2.1 Nhiệm vụ giai đoạn là: - 41 3.2.2 Thực trình: - 42 3.3 GIAI ĐOẠN HOÀN NGUYÊN: - 42 3.3.1 Nhiệm vụ: - 42 3.3.2 Thực hiện: - 42 3.3.3 Khử oxy: .- 42 3.3.4 Khử lưu huỳnh: - 42 3.3.5 Hợp kim hóa thép: - 42 CHƯƠNG 4: CHẾ ĐỘ ĐIỆN VÀ CHẾ ĐỘ NHIỆT TRONG LÒ - 51 4.1 CHẾ ĐỘ NHIỆT: - 51 4.2 CHẾ ĐỘ ĐIỆN: - 54 NHĨM 11- ĐỒ ÁN MƠN HỌC CHƯƠNG 5:BIỆN PHÁP RÚT NGẮN THỜI GIAN NẤU LUYỆN, TĂNG NĂNG SUẤT62CHƯƠNG 6: NHỮNG SỰ CỐ XẢY RA TRONG QUÁ TRÌNH NẤU LUYỆN.- 65 KẾT LUẬN - 69TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………………-70- NHĨM 11- ĐỒ ÁN MƠN HỌC - LỜI CÁM ƠN!!! Đồ án môn học nấu luyện môn học quan trọng cần thiết cho người kỹ sư tương lai chúng em, hiển nhiên mơn học khơng dàng, đòi hỏi người làm cần phải nắm vững khái niệm nguyên lý chuyên ngành kim loại mà chúng em thầy truyền đạt kiến thức vào năm đầu bước vào chuyên ngành, sau cần phải tự rèn luyện tìm hiểu thêm kiến thức từ bên ngồi, chúng em học ba mơn: hóa lý q trình luyện kim, thí nghiệm nấu luyện mơn nấu luyện kim loại hợp kim thầy quãng thời gian qua Nhờ dạy tận tình chi tiết thầy mà chúng em có nhìn rõ ràng mơn Đồ án mơn học, khơng bỡ ngỡ nhiều phải đối diện với tập đòi hỏi tự tư tự thiết kế vậy, cộng thêm hướng dẫn tỷ mĩ chu đáo thầy ngày học lý thuyết Đồ án mơn học nên chúng em phần có nhìn khái quát bước thực đồ án cuối hoàn thành, nhiên đồ án sinh viên thiếu kinh nghiệm chúng em nên không tránh khỏi sai sót nên mong thầy tận tình góp ý để làm chúng em hồn thiện Ngồi ra, em xin cám ơn giúp đỡ bạn lớp hỗ trợ chúng em việc thực đồ án Chúng em xin chân thành cám ơn thầy bạn NHÓM 11- ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐÁNH GIÁ CỦA THẦY: ………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………… NHĨM 11- ĐỒ ÁN MƠN HỌC LỜI MỞ ĐẦU Vào kỷ 20, sau chiến tranh giới lần thứ công nghiệp ngày phát triển mạnh Trên giới lần thứ công nghiệp ngày phát triển mạnh Trên giới lúc ngành công nghiệp, ngành luyện thép hợp kim, ngành đúc chi tiết, ngành chế tạo máy, ngành điện tử … đangđà phát triển sản lượng chất lượng sản phẩm Do yếu cầu điều kiện kỹ thuật , sắt thép thông thường trước không thảo mãn với dụng cụ, máy móc, thiết bị tối tân, đòi hỏi chúng phải làm việc điều kiện nhiệt độ áp suất cao, chống ăn mòn, điện hóa, chống bào mòn học, chống nóng, chống g ỉ,… đòi hỏi phải sản sau61t chủng loại thép hợp kim có tính đặc biệt độ bền học cao, độ bền chống ăn mòn mơi trường axit, nước sông… Đặc biệt cần phải sản xuất loại thép có tính đàn hồi cao, có tính nhiễm từ tốt, có tính chống nhiễm từ cao Do tính chất đặt biệt nên thép sản xuất từ lò thổi khí, lò Besmer, lò Mactin khơng thể đáp ứng mà phải nấu luyện loại lò điện Vậy phương pháp luyện thép lò điện công nghệ đại Để luyện théo hợp kim lò điện, người ta tận dụng điện biến chúng thành nhiệt dạng hồ quang xoay chiều ( AC-EAF), lò điện hồ quang chiếu (DC_EAF) để sản xuất thép cacbon chất lượng, thép hợp kim thấp, trung bình cao với sản lượng lớn Để luyện số mác thep hợp kim chuyên dùng thép hợp kim cao cacbon, người ta sử dụng loại lò điện cảm ứng cao tần, trung tần tần số công nghiệp Để nấu lại thép hợp kim, tinh luyện kim lọai thép đạt chất lượng cao người ta sử dụng lò điện xỉ, lò điện cảm ứng chân khơng, lò hồ quang chấn khơng , lò điện tử chân khơng sâu, lò plasma,… để nung ngun liệu ferro, loại vật liệu, dụng cụ, chi tiết máy người ta sử dụng lò điện trở nung trực tiếp gián tiếp Đặc điểm bật lò hồ quang: - Tập trung lượng nhiệt lớn để nung chảy kim loại nhanh đặc biệt kim loại khó - chảy vofram, molipden,… Lò có nhiệt độ cao >=1700° C nên tạo điều kiện hòa tan nguyên tố hợp kim nhiều thép, thỏa mãn đầy đủ phản ứng luyện kim (oxy hóa, khử), tăng tốc độ phản ứng hóa học, thúc đẩy trình xảy nhanh chóng triệt để Dễ dàng nâng nhiệt độ cho bể kim loại, điều chỉnh xác thành phần hóa học thép lỏng xỉ Đảm bảo cháy hao nguyên tố hợp kim thấp, giảm hàm lượng phospho lưu huỳnh thấp (P,S < 0,02%) Giá thành thép lò điện cao tiêu tốn điện điện cực lớn Vì cần phải: - Chọn tính tốn hợp lý phế thép, đảm bảo phospho lưu huỳnh, kích thước liệu phải phù hợp với dung lượng lò phương pháp chất liệu vào lò đảm bảo vận hành lò tốt - Sử dụng khống chế chế độ điện cách tối ưu trình nấu thép, đảm bảo thời gian nấu mẻ thép thấp nhất, suất lò cao - Áp dụng triệt đề biện pháp cường hóa giai đoạn nấu chảy, oxy hóa hồn ngun - Áp dụng công nghệ thổi oxy, nung liệu trước, tạo xỉ bọt,… khử bỏ tạp chất khí có hại thép cách triệt để Tuy nhiên, đồ án giới hạn tính tốn lò phối liệu, thiết kế lò cách vận hành sinh viên nên sơ khai không chun sâu vào lò hồ quang Vì có nhiều NHĨM 11- ĐỒ ÁN MƠN HỌC thiếu sót, khơng đầy đủ.Hi vọng có sai sót mong thầy bạn góp ý kiến đóng góp để làm hoàn thiện TỔNG QUAN Lịch sử phát triển lò hồ quang: Lò hồ quang loại lò điện sử dụng phổ biến giới nước ta việc nấu luyện thép Lịch sử phát triển lò hồ quang: Trên giới, lò điện xây dưng Pháp vào năm 1889 với dung lượng tấn/mẻ để nấu luyện thép hợp kim Đến năm 1900 Mỹ sử dụng loại lò điện hồ quang 10-60 tấn/ mẻ để nấu thép dụng cụ thép hợp kim Ở Tiệp Khắc sữ dụng lò hồ quang 20-30 tấn/mẻ để nấu loại thép cacbon thép hợp kim thấp Ngày người ta sử dụng phổ biến rộng rải lò hồ quang 100-400 tấn/mẻ dung lượng điện áp 35.000-165.000 kVA Đặc biệp Mỹ chạy thường xuyên loại lò 360 tấn/ mẻ chế độ siêu công suất 160.000 kVA để sản xuất thép cacbon chất lượng, đảm bảo suất 100-120 thép/ Từ năm 1900 đến người ta thiết kế xây dựng loại lò hồ quang đại lò hồ quang chiều siêu cơng suất (150 tấn/ mẻ), lò hồ quang thân cột (Thụy Điển) có dung lượng lò 100-300 tấn/ mẻ Sản lượng thép lò hồ quang chiếm 80-90% tổng lượng thép lò điện Số lượng thép lại sản xuất từ lò cảm ứng cao tần,trung tần lò tần số cơng nghiệp Ở nước ta có nhiều nhà máy sử dụng lò hồ quang đặt biệt như: - Nhà máy luyện thép Lưu Xá ( công ty gang thép Thái Nguyện) - Nhà máy cán thép Gia sàng - Nhà máy khí ( cơng ty gang thép Thái Ngun) - Nhà máy luyện thép biên hòa (cơng ty thép Miền Nam) - Nhà máy thép Nhà Bè ( cộng ty thép Miền Nam) - Nhà máy thép Thủ Đức ( công ty thép MiềnNam) - Phân xưởng nhà máy khí ( cơng ty thép Miền Nam)… Nói chung sản xuất thép nước ta chủ yếu lò điện hồ quang Đặc điểm lò hồ quang (lò hồ quang xoay chiều ba điện cực) : Lò điện hồ quang chủ yêu tận dụng lượng nhiệt chùm hồ quang phát điện cực kim loại chùa lò, có số đặc điểm sau: - Ưu điểm:  Biến điện thành hồ quang dó sử dụng lượng nhiệt hữu ích tối đa NHĨM 11- ĐỒ ÁN MÔN HỌC  Nhiệt độ ba điện cực đạt t 30000C dó nâng nhiệt độ thép lỏng lên t 16000C, thỏa mãn điều kiện kỹ thuật luyện mác thép hợp kim khác  Trong q trình nấu luyện lò tạo đươc mơ trường hồn ngun, mơi trường oxy hóa Có thể khống chế điểu khiển cách xác thành phần hóa học nhiệt độ thép lỏng Đảm bảo khử S, P tốt, khử tạp chất phi kim, tạp khí chất có hại cho chất lượng thép đến mức tối thiểu Đồng thời, khống chế cháy hao nguyên tố hợp kim đến mức cho phép Đảm bảo chất lượng thép xuất lò ( hệ số thu hồi 90%)  Kết cấu thiết bị tương đối đơn giản, chiếm diện tích mặt ít, vốn đầu tư xây dựng xưởng thấp thời gian xây dựng xưởng nhanh  Dễ áp dụng tự động hóa khí hóa q trình vận hành Dễ dàng tiến hành luyện thép mơi trường chân khơng Do đó, có khả nấu loại thép cacbon thép hợp kim có độ cao siêu - Nhược điểm:  Trong q trình phát hồ quang tạo mội trường khí ion hóa lò Do có khả hòa tan khí ( N2) thép lỏng làm giảm chất lượng sản phẩm đúc  Hồ quang nguồn điểm xạ nhiệt nhiệt phân bố khơng làm ảnh hưởng xấu đến trình nấu chảy liệu Làm tăng bay mạnh nguyên tố hợp kim như: mangan, wolfram…,phá hủy cục tường lò  Phối liệu sử dụng cho lò hồ quang chủ yếu thép phế liệu có thành phần tương đối ổn định, P S phải thấp Thép phế liệu nội nhà máy không đủ cung cấp cho lò, đa phần phải nhập ngoại tốn chi phí  Tiêu hao điện điện cực lớn Ở số nước chua chế tạo điện cực grafit, giá tiền điện cao Giá thép thảnh phẩm phụ thuộc lớn vào hai yếu tố ( chiếm 6570% giá thành sản phẩm)… Phân loại: Lò hồ quang phân loại theo cấu tạo ứng dụng,lò hồ quang gồm ba loại: lò hồ quang gián tiếp, lò hồ quang trực tiếp lò hồ quang phủ kín 3.1 Lò hồ quang trực tiếp EAF ( electric arc furnace): - Theo cấu tạo mạch điện chia làm hai loại: lò hồ quang xoay chiều AC-EAF lò hồ quang chiều DC-EAF - Lò hồ quang trực tiếp đươc sử dụng phổ biến giới nước ta NHĨM 11- ĐỒ ÁN MƠN HỌC 3.2 Lò hồ quang gián tiếp sử dụng hai điện cực grafic: - Loại sử dụng nguồn điện chiều nguồn điện hai chiều, hai điện cực nằm ngang xun qua hơng lò vào lò Nhiệt độ lò đạt khơng cao khoảng 1300-1350oC Do đó, loại lò thích hợp nấu hợp kim dể chảy đồng(Cu), chì(Pb), kẽm, thiếc… 3.3 Lò điện hồ quang phủ kín hay gọi lò ferro hợp kim: Điện áp vào lò phụ thuộc vào hợp kim Ferro nấu luyện Trong trình nấu, hồ quang phát ba điện cực tự thiêu kết, chùm hồ quang ngắn rộng bị chiềm sâu bể liệu dó liệu tiếp thu nhiệt hồ quang nhiệt trở liệu mà nóng chảy Q trình nấu Ferro trình liên tục kéo dài khoảng thời gian định Ferro hợp kim tháo ngồi qua cửa hơng lò theo định kì NHĨM 11- ĐỒ ÁN MƠN HỌC Cấu tạo nguyện lý thiết bị: 4.1 Cấu tạo chung lò hồ quang: Lò hồ quang gồm phận sau: - Buồng lò - Thiết bị nghiêng lò - Thiết bị hạ điện cực - Thiết bị điện: máy biến áp, mạng điện… 4.2 Nguyên lý hoạt động lò hồ quang: - Lò hồ quang sử dụng nguồn nhiệt lửa hồ quang sinh điện cực kim loại nấu - Khi nấu, điện cực cấp điện hạ xuống chạm vào mặt kim loại gây ngắn mạch, cường độ dòng điện tăng cao - Sau nâng điện cực lên cách bề mặt kim loại nấu khoảng cách định Cường độ dòng điện cao sẻ làm phát sinh lửa hồ quang điện cực kim loại nấu, gọi hồ quang trực tiếp - Nhiệt độ lửa hồ quang cao tập trung nên lượng nhiệt truyền cho kim loại lớn chủ yếu truyền nhiệt xạ - Khi kim loại chảy lỏng,khoảng cách điện cực kim loại điều chỉnh thích hợp để lửa hồ quang cháy ổn định NHÓM 11- ĐỒ ÁN MƠN HỌC 10 Một sốvật liệu chịu lửa có λ tăng theo nhiệt độ (như gạch đinát, samốt), số có λ giảm theo nhiệt độ(gạch mannhêdit, cacbơrun) Tính chất vật liệu chịu lửa liên quan mật thiết đến lượng nhiệt lò mát nhiệt qua thể xây 1.1 Tính tốn cân nhiệt: 1.1.1 Cân nhiệt q trình nấu :  Cơng thức cân băng nhiệt :  Nhiệt cấp vào : : nhiệt hồ quang cung cấp : nhiệt liệu nung trước : nhiệt trình lò : nhiệt sinh q trình oxy hóa C,Mn,Si,P,S… : nhiệt sinh xỉ hình thành từ oxyt  Nhiệt sử dụng : : nhiệt nấu thép đến nhiệt độ to : nhiệt tháo xỉ : nhiệt khí thải : nhiệt qua thể xây lò  Nhiệt liệu nung trước ( 300oC)  Nhiệt dung riêng thép (Fe-C) là: 460 J/kg.K  Nhiệt dung riêng CaO: 0,2kcal/Kg.oC  Nhiệt dung riêng Mn: 0,11 kcal/Kg.oC  Nhiệt dung riêng Mg: 0,2 kcal/Kg.oC  Nhiệt dug riêng Al: 0,21 kcal/Kg.oC NHĨM 11- ĐỒ ÁN MƠN HỌC 57 Phân phối nhiệt trình nấu luyện: Thời kỳ Hồ quang xạ trực tiếp lên mặt kim Hồ quang xạ nhiệt trực tiếp loại lên tường nắp lò Nấu chảy PKL= 0,1PHQ + 0,45PHQ = 0,55 PHQ PT = 0,45PHQ Oxy hóa PKL = 0,55PHQ * 0,6 = 0,33PHQ PT = 0,55PHQ * 0,4 = 0,22PHQ Hoàn nguyên PKL = 0,55PHQ * 0,5 = 0,275PHQ PT = 0,55PHQ *0,5 = 0,275PHQ Nhận xét:      Thời kỳ đầu cần lượng nhiệt đưa vào lớn nhất, trao đổi nhiệt hồ quang xuống kim loại theo hướng từ xuống, giai đoạn sau nguồn nhiệt hấp thụ kim loại giảm đi, truyền nhiệt theo tính dẫn nhiệt kim loại chủ yếu Giai đoạn nấu chảy giai đoạn định, chiếm 70-80% thời gian, tổn hao điện lớn cần áp dụng biện pháp cường hóa q trình nấu luyện Giai đoạn hồn ngun có nhiệt độ lò cao ảnh hưởng mạnh đến tuổi thọ lò, khơng nên kéo dài giai đoạn Bức xạ nhiệt hồ quang kim loại lên tường nắp lò thay đổi theo giai đoạn: giai đoạn đầu lượng xạ lớn, giai đoạn lượng nhỏ cần nhiệt cho phản ứng luyện kim xảy ra, giai đoạn tường nắp lò bị xạ lên nhiều hai nguồn cung câp: hồ quang kim loại xạ lên Ở lò lớn ta tăng cơng suất điện lên 40-50% dễ gây tổn hại đến tường nắp lò 4.2 Chế độ điện: 4.2.1 Tính tốn cơng suất điện : Năng suất lò tính tốn máy biến áp: a Năng suất lò: Năng suất lò xác định dung lượng lò cơng suất máy biến thế, số ngày làm việc năm, lượng kim loại đạt chất lượng tốt so với liệu mẻ nấu, quy trinh công nghệ, hiệu suất điện nhiệt Sự mát lò phân tán:  Mất mát điện máy biến  Mất mát qua dẫn điện cực  Mất mát nhiệt qua tường lò  Mất mát qua đáy nắp lò  Bức xạ nhiệt điện cực lớp lót q trình nạp liệu NHĨM 11- ĐỒ ÁN MƠN HỌC 58  Do nước làm nguội, khí lò cửa lò,cửa mở… Năng suất ngày đêm lò tính theo cơng thức: G 24 �g T1  T2  T3 (tấn/ ngày) Trong đó: g: trọng lượng mẻ nấu T1: thời gian dừng lò để thao tác, vá lò, làm lò, thời gian chuyển từ mẻ nấu trước sang mẻ nấu sau [giời] T2: thời gian nấu chảy liệu rắn [giờ] T3:Thời gian lưu kim loại lỏng lò[giờ] T1=3giờ T2=5giờ T3=2giờ tấn/ngày b Cơng suất máy biến thế: Công suất máy biến áp lò tính theo cân nhiệt lò với dung lượng cho trước thời gian hai mẻ nấu Ngồi có phương pháp dựa mối quan hệ công suất máy biến dung lượng lò đường kính vỏ lò theo lò có: Cơng suất máy biến tương ứng với dung lượng lò khác nhau: Dung lượng lò (tấn) 25 50 75 100 150 200 250 400 Công suất máy biến để sản 15-18 20-25 - 30-35 - 55-70 - - 18-22 28-32 30-45 40-50 45-60 60-80 90 120 xuất hợp kim (MVA) Công suất máy biến dể sản xuất thép cacbon (MVA) Với lò xét có dung lượng 20tấn nấu thép cacbon nên P=20MVA c Các cấp điện thế: NHÓM 11- ĐỒ ÁN MƠN HỌC 59 Có thể tăng điện áp cấp cho lò cách cách tăng điện thứ cấp máy biến Trong lò có điện đạt đến 600V Mức điện cao lò hồ quang bazơ tính theo công thức thực nghiệm: V  15 P (V ) Với lò có cơng suất dang xét: V  36 P (V ) Số cấp điện tương ứng với mức điện cao Mức điện cao 200-250 260-300 320-400 400-500 600 2-4 4-6 6-8 8-12 Đến 23 (V) Số cấp điện Quan hệ dung lượng lò phạm vi thay đổi điện thế: Dung lượng 1,5 12 25 50 100 115-280 120-320 132-390 146-430 163-480 lò(tấn) Phạm vi thay 104-225 116-242 đổi điện Lò xét có 4.2.1 Tính tốn điện cực phân bố điện cực : 4.2.1.1 Tính tốn điện cực : a Đường kính điện cực Cơng thức : 0, 406 �I �l d dc  K (cm) Trong : 103 �p I : dòng điện dây= �Vmax l : điện trở suất điện cực 500oC( với điện cực grafic l=10  mm2/m) K : hệ số( với điện cực grafic K=2,1W/cm2 ) NHĨM 11- ĐỒ ÁN MƠN HỌC 60 =520mm Ta chọn đường kính điện cực 520mm b Chiều dài điện cực : Ldc  �H   a   hc  L  a Trong : �H :chiều cao lò  a : chiều dày nắp lò : chiều cao hộp nước làm nguội hc : chiều cao phận cặp điện cực 1, 27 �Z �n L : chiều dài lưutrữ =  �d n : số mẻ nấu Z : suất tiêu hao điện cực (kg/tấn)  : trộng lượng riêng điện cực d :đường kính điện cực a : số phụ thuộc nguyên vật liệu điện cực Các thơng số tính tốn : �H =h1+h2+H1+h3=130+520+1380+431,3=2461,3mm  a =  nap =300mm ha=10mm hc=200mm 1, 27 �Z �n L =  �d = a=100mm a �H 2461,3 300 hc 10 200 a L 0,34 100 Ldc=3071,64mm NHĨM 11- ĐỒ ÁN MƠN HỌC 61 Bảng giá trị điện cực chọn : Điện cực sử dụng Graphit Đường kính điện cực 520mm Chiều dài điện cực 2900mm 4.2.1.2.Sự phân bố điện cực : Khi lò chạy bình thường hồ quang phát liên tục theo pha, ba pha không phát hồ quang phát yếu pha sẻ chịu tải điện, nhiệt phát lớn Kéo dài thời gian nấu tuổi thọ lò giảm, áo lò bị cháy mòn cục trầm trọng Vì vậy, lò hồ quang ba pha điện cực d n p D1 bố trí thẳng đứng, theo chiều tam giác Tùy theo dung lượng lò mà chọn tỉ số phù hợp Thơng thường n=0,25 �0,4 Lò nhỏ n=0,35 �0,4, lò lớn n=0,25 �0,3 dp đừơng kính phân bố điện cực, D1 đừơng kính lò Vì lò có dung lượng lớn 20tấn/mẻ : � ta chọn n=0,4 D=3250 � dp=0,4 �3250=1300mm Vậy đường kính phân bố điện cực 1300mm, tương đương với khoảng cách từ đường tâm lò tới đường tâm điện cực 650mm NHĨM 11- ĐỒ ÁN MƠN HỌC 62  Khi sử dụng điện cực grafic cần ý :  Trong bảo quản điện cực grafic cần tránh mưa gió làm ẩm điện cực, trình vận chuyển cần tránh va đập Trước lúc sử dung cần sấy khô nhiệt độ gần 100OC  Khi nối điện cực cần vặn chặt tránh tạo khe hở dẫn đến sinh hồ quang mối nối dòng điện di qua  Khi nạp liệu tránh để liệu va đập vào điện cực 4.3 Đề suất chế độ công suất điện : Tùy theo yêu cầu gia đoạn nấu, người ta yêu cầu cấp điện áp khác Do máy biến áp cần có nhiều cấp điện áp thường sáu cấp điện áp tùy theo cách mặc hình hay tam giác : Thí dụ sáu cấp điện áp máy biến áp :  Khi mắc tam giác 260V-220V-180V  Khi mắc hình 150V-127V-104V Tùy giai đoạn người ta sử dụng điện áp thích hợp, thơng thường:  Gia đoạn nấu chảy 240 �380V  Gia đoạn oxy hóa 160 �200V  Gia đoạn hoàn nguyên 140 �115V Theo yêu cầu nấu luyện điện áp giảm dần từ giai đoạn nấu chảy đến oxy hóa đến hồn ngun Các giai đoạn: Giai đoạn 1’(0 � t1): Giai đoạn chạy ổn định điện áp để tránh dòng điện mạnh gây hỏng thiết bị Giai đoạn 1(t1 � t2): Giai đoạn nấu liệu sử dụng công suất cao nhất.Để giảm thời gian nấu Giai đoạn nầy chiếm thời gian nhiều gần 70 �80% thời gian Vì cần áp dụng biện pháp cường hóa để giảm thời gian nấu luyện NHĨM 11- ĐỒ ÁN MÔN HỌC 63 Giai đoạn 2(t2 � t3): Giai đoạn oxy hóa cơng suất thấp giai đoạn nấu chảy giữ giữ mức tương đối cao để tạo điều kiện thuận lợi cho q trình oxy hóa tạp chất Giai đoạn 3(t3 � t4):Giai đoạn hoàn nguyên cần nhiệt độ ổn định nên công suất giai đoạn nầy nhỏ hai giai đoạn trước, nhiệt độ cao sẻ ảnh hưởng đến q trình hồn nguyện Cơng suất điện thời kỳ:  Thời kỳ nấu chảy:  Thời kỳ 1: P=25-30%Pđm  Thời kỳ 2: P=40-45%Pđm  Thời kỳ 3: P=Pđm  Thời kỳ 4: P=50%Pđm  Thời kỳ oxy hóa:  P=60-65%Pđm  Thời kỳ hồn nguyên:  P=45-50%Pđm Bảng phân phối chế độ điên thời kỳ: Chế điện độ Pđm Công suất 45000 thường Ptb Thời kì nấu chảy 33750 11250 NHĨM 11- ĐỒ ÁN MƠN HỌC Thời kì Thời kì oxy hồn Thời kì Thời kì Thời kì Thời kì hóa ngun 18000 45000 22500 27000 20250 64 CHƯƠNG 5: BIỆN PHÁP RÚT NGẮN THỜI GIAN NẤU LUYỆN VÀ TĂNG NĂNG SUẤT Dùng liệu sạch, liệu chứa nguyên tố P, S , nguyên tố hợp kim, phi kim - Nung liệu trước ngồi lò, làm liệu kích thước hợp lý - Dùng gang lỏng làm phối liệu, 30-50% gang lỏng làm tăng suất, giảm thép phế, giảm 10% thời gian, giảm 10-20% điện Với gang lỏng nhiệt độ 1430 0C cung cấp 250 kWh dạng nhiệt NHĨM 11- ĐỒ ÁN MƠN HỌC 65 Cách dùng gang lỏng - Năng suất lò cao, suất tiêu hao lò thấp, công suất điện phù hợp với giai đoạn.Áp dụng chế độ điện cao, lò siêu cơng suất - Kích thước lò nồi lò sâu đường kính lò nhỏ nấu chảy nhanh chóng điện cực nhúng sâu liệu, kim loại tiêu thụ hồ quang nhiều - Cơ cấu quay thân lò tạo nên hố liệu - Thổi oxy nguyên chất kèm theo Ar, N2, … cường hóa q trình luyện thép - Đưa công suất tối đa vào thời kỳ nấu chảy liệu để nấu chảy nhanh - Sử dụng biện pháp khuấy trộn cảm ứng điện từ - Tháo xỉ thường xuyên tạo xỉ liên tục, thường xuyên điều chỉnh độ sệt xỉ, độ linh hoạt xỉ, nâng cao nhiệt độ cho xỉ, độ bazo ổn định (3-4) - Khử P giai đoạn nấu chảy, oxy hóa, khử triệt để P, S, O , - Giảm suất tiêu hao điện cực: hạn chế nhiệt độ nung cháy bề mặt, bịt kín khe hở lò, lỗ xung quanh điện cực,phủ lên bề mặt điện cực lớp sơn hỗn hợp Al-Ni, Al-Cr - Sử dụng nồi lò thay nấu luyện - Ngồi nối mạch hình tam giác/sao, tam giác/ tam giác, sao/sao để thay đổi hiệu suất hồ quang điện cho phù hợp với giai đoạn nấu - Tinh luyện thép ngồi lò - Làm nguội tường, nắp lò nước - Có thể thiết kế lỗ thép lệch tâm đáy lò để tránh xỉ lẫn vào thép lỏng - Phun bột than hay dầu mazut: giảm 40ph/mẻ NHÓM 11- ĐỒ ÁN MÔN HỌC 66 - Nối thêm cuộn cảm để trì hồ quang phát ổn định, giảm mức độ phóng hồ quang gián đoạn - Thiết kế lò với hệ thống nung liệu trước nhờ khí thiên nhiên, nhiên liệu phụ: CONSTEEL process Ưu điểm : tiết kiệm từ 80-120 kWh/tấn thép lỏng, nâng cao suất 33%, giảm tiêu thụ điện cực 40%, giảm tác phát thải bụi 30% Ngồi ra, nắp lò ln đóng kín, hệ thống nước làm mát cho nắp lò, than lò, tường lò khơng bị hồ quang ảnh hưởng, mơi trường làm việc an tồn Thiết kế lò với hệ thống dùng khí lò để nung liệu trước: SINGLE SHAFT FURNACE NHĨM 11- ĐỒ ÁN MƠN HỌC 67 Hiệu : Điện giảm 120kWh/t Điện cực giảm 0,7kg/t Lượng oxy thổi vào giảm 11Nm3/t CHƯƠNG 6: NHỮNG SỰ CỐ XẢY RA TRONG QUÁ TRÌNH NẤU LUYỆN 6.1 Sự cố thường gặp giai đoạn nấu chảy liệu: - Tốc độ điện cực lớn dễ gãy điện cực chạm vào liệu rắn to, đầu điện cực chạm vào liệu nguội gây tượng chập mạch, hồ quang đôi lúc bị tắt, tượng treo liệu Để đảm bảo thông số điện tốt, hồ quang phát liên tục nên lót điện cực sát mặt liệu cục than để dẫn điện tốt Dùng thép lỏng đổ vào chỗ treo liệu - Ngồi ra, thép hay xỉ vật lạ bắn vào cho gờ đặt nắp lò làm nắp bị vênh, hạ điện cực gây gãy điện cực - Đầu điện cực dễ bị gãy cục liệu to rơi từ miệng hố xuống, chất liệu khơng nên để cục to xung quanh điện cực, không nên vội vàng đẩy liệu xuống hố - Nguồn hồ quang không ổn định Vậy cần đưa cuộn kháng tham gia việc trì ổn định nguồn hồ quang., nguồn hồ quang ổn định nên cắt bỏ cuộn kháng để giảm tổn thất nhiệt 6.2 Nấu thép thép thành phần nguyên tố không yêu cầu mác thép: - %C thép lớn nhiều mác thép yêu cầu NHĨM 11- ĐỒ ÁN MƠN HỌC 68 - %C thép nhỏ nhiều mác thép yêu cầu - Những thành phần nguyên tố thép lúc thép cao hay thấp mác thép yêu cầu, lượng P,S, O… Trường hợp ta khắc phục lúc thép Sản lượng thép tới 20 cố gây tổn hại lớn cho đơn vị sản xuất Vì đòi hỏi trình nấu cần thường xuyên kiểm tra phân tích thành phần kim loại lỏng giai đoạn để có phương pháp giảm hàm lượng nguyên tố vượt yêu cầu 6.3 Trong trình nấu thép, nhà máy cúp điện: - Cần nhanh chóng cung cấp nguồn điện dự trữ để cung cấp cho lò - Khi nấu thép giai đoạn oxy hóa điện: + Nếu thời gian ngắn có lại: cấu kẹp điện cực thủy lực, điện cực thép lỏng tiếp tục oxy hóa, hệ thống làm nguội nắp tường lò cần tiếp tục hoạt động + Nếu điện thời gian dài mà khơng có nguồn điện dự phòng bắt buộc phải chờ lò nguội, cẩu thép đặc ra, xây đầm lò lại - Khi oxy hóa xong điện: điện cực không nâng lên phải oxy hóa lại, cần nâng điện cực lên Nếu thời gian dài cần tăng [C] để oxy hóa lại, nâng nhiệt độ kim loại lỏng KẾT LUẬN Sau tháng nhận đề tài, thông qua đồ án giúp chúng em hiểu thêm nhìn tổng quan cơng nghệ luyện thép lò điện hồ quang, cách tính tốn thiết kế, lựa chọn thiết bị cho dây chuyền thông qua phương pháp nêu đồ án Nhưng nhiều vấn đề mà chúng em giải chưa tốt Chúng em cố gắng tìm hiểu thêm qua tài liệu cơng nghệ luyện thép, khắc phục kiến thức mà thiếu sót để hồn chỉnh thêm đồ án Trong trình thực đề tài chúng em gặp nhiều khó khăn bị hạn chế kiến thức thời gian thực đề tài, nhờ hướng dẫn tận tình thầy: ThS Nguyễn Duy Thơng nên cuối hồn thành thời hạn, chúng em mong nhận giúp đỡ thầy góp ý bạn để rút nhiều kinh nghiệm làm đạt kết cao Một lần em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ tận tình thầy Nguyễn Duy Thơng giúp em hồn thành đồ án này! Sau vài nhận xét chúng em rút ra: -Ưu điểm khử P, S gần triệt để, khử P giai đoạn nấu chảy, thổi oxy để tăng suất khử tạp chất, nấu dung lượng dung lượng lớn (100-400 tấn, chí cao nữa) dễ dàng kết hợp với loại lò khác Lò hồ quang xoay chiều kiềm tính sử dụng rộng rãi phổ biến nấu luyện thép cacbon thép hợp kim với sản lượng nhỏ đến lớn NHĨM 11- ĐỒ ÁN MƠN HỌC 69 Tài liệu tham khảo: - Sách Kỹ Thuật Lò Điện Luyện Thép , tác giả Trần Văn Dy, NXB KHOA HOC VÀ KỸ THUẬT (Năm 2006) - Sách Luyện Thép Lò Điện , tác giả Phạm Phố, Phan Huy Bình, NXB Đại Học Quốc Gia - Sách Lý Thuyết Các Quá Trình Luyện Kim, tác giả TS Bùi Văn Mưu, NXB Giáo Dục 1997 -XIN CHÂN THÀNH CÁM ƠN THẦY ĐÃ XEM NHĨM 11- ĐỒ ÁN MƠN HỌC 70 NHĨM 11- ĐỒ ÁN MƠN HỌC 71 ... để nấu luyện thép hợp kim Đến năm 1900 Mỹ sử dụng loại lò điện hồ quang 10-60 tấn/ mẻ để nấu thép dụng cụ thép hợp kim Ở Tiệp Khắc sữ dụng lò hồ quang 20- 30 tấn/ mẻ để nấu loại thép cacbon thép. .. triển lò hồ quang: Lò hồ quang loại lò điện sử dụng phổ biến giới nước ta việc nấu luyện thép Lịch sử phát triển lò hồ quang: Trên giới, lò điện xây dưng Pháp vào năm 1889 với dung lượng tấn/ mẻ.. . 100- 120 thép/ Từ năm 1900 đến người ta thiết kế xây dựng loại lò hồ quang đại lò hồ quang chiều siêu cơng suất (150 tấn/ mẻ), lò hồ quang thân cột (Thụy Điển) có dung lượng lò 100-300 tấn/ mẻ Sản