Đúc cán thép tấm liên tục

Đúc phôi thép là công đoạn sau cùng của lưu trình luyện thép. Phôi đúc, thỏi đúc là sản phẩm của luyện thép và là nguyên liệu cho gia công áp lực: cán và rèn dập. So với các công đoạn trong lưu trình luyện thép thì đây là một công đoạn ngắn nhất, đơn giản nhất, song nó lại liên quan trực tiếp đến chất lượng của vật liệu thép và suất thu hồi kim loại của cả lưu trình luyện thép trước đó cũng như gia công áp lực sau này. Hơn nữa, nó còn liên quan đến các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của nhà máy luyện thép. Chính vì vậy, cùng với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật công nghệ, nhiều kỹ thuật mới, thiết bị mới đã không ngừng được sử dụng vào công đoạn đúc phôi này. Ngày nay, thiết bị và công nghệ đúc phôi thép có nhiều biến đổi to lớn, nó không chỉ có nhiệm vụ làm đông đặc nước thép mà còn phải hoàn thành tốt việc tinh luyện nước thép mà khâu luyện trước đó chưa hoàn thành hoặc thực hiện không có hiệu quả, đồng thời phải ngăn chặn các tác nhân có hại làm thay đổi đến chất lượng sản phẩm thép.

MỤC LỤC

DANH MUC HÌNH i

DANH MUC TỪ VIẾT TẮT ii

MỤC LỤC iii

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1

1 Tổng quan 1

1.1 Công nghệ Đúc phôi thép 1

1.1.1 Đúc khuôn 2

1.1.2 Đúc liên tục 2

1.2 Lý thuyết cán 3

1.3 Sơ lược về thép tấm 4

CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH SẢN XUẤT THÉP TẤM 5

2 Quy trình sản xuất thép tấm 5

2.1 Xử lý nguyên liệu đầu vào 6

2.2 Tạo dòng chảy kim loại 6

2.3 Đúc liên tục 7

2.4 Công đoạn cán 8

CHƯƠNG 3: QUÁ TRÌNH ĐÚC LIÊN TỤC 8

3 Quá trình đúc liên tục 8

3.1 Lưu trình công nghệ đúc liên tục 8

3.2 Thiết bị cho quá trình đúc liên tục 9

3.2.1 Thùng rót trung gian 9

3.2.2 Bình kết tinh 10

3.2.3 Khuôn rung 11

3.2.4 Thanh dẫn giả 11

3.2.5 Vòi phun nước làm nguội 12

3.2.6 Trục kéo và nắn thẳng 12

3.2.7 Thiết bị cắt 13

3.3 Công nghệ đúc phôi thép tấm liên tục 13

3.3.1 Khống chế nhiệt độ nước thép trong thùng rót 13

3.3.2 Khống chế thành phần hóa trong nước thép 14

3.3.3 Khống chết nhiệt độ nước thép trong thùng rót trung gian 15

3.3.4 Xác định và khống chế tốc độ kéo 15

3.3.5 Khống chế làm nguội phôi đúc 16

3.4 Một số thiết bị đúc thép tấm khác 16

CHƯƠNG 4: QÚA TRÌNH CÁN TẤM LIÊN TỤC 20

4 Quá trình cán thép tấm liên tục 20

4.1 Kỹ thuật cán thép tấm 21

4.1.1 Cán ở giá cán thô 21

4.1.2 Cán ở giá cán tinh 22

4.1.3 Yêu cầu sản phẩm sau cán 23

4.2 Lưu trình cán thép tấm 23

CHƯƠNG 5: MỘT SỐ ỨNG DỤNG 26

5 Một số sản phẩm của thép tấm 26

TÀI LIỆU THAM KHẢO 29

sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật công nghệ, nhiều kỹ thuật mới, thiết bị mới đã không ngừng được sử dụng vào công đoạn đúc phôi này Ngày nay, thiết bị và công nghệ đúc phôi thép có nhiều biến đổi to lớn, nó không chỉ có nhiệm vụ làm đông đặc nước thép mà còn phải hoàn thành tốt việc tinh luyện nước thép mà khâu luyện trước đó chưa hoàn thành hoặc thực hiện không có hiệu quả, đồng thời phải ngăn chặn các tác nhân

có hại làm thay đổi đến chất lượng sản phẩm thép

Công nghệ đúc phôi thép có đúc khuôn (đúc thỏi) và đúc liên tục (đúc phôi liên tục)

Hình 1.1: Nhôm đúc thỏi Hình 1.2: Nhôm đúc liên tục

Đúc phôi thép không đơn thuần là công nghệ tạo hình từ thể lỏng Khâu đầu tiên của luyện thép là phải nấu chảy nguyên liệu để thực hiện các phản ứng luyện kim nhằm đạt yêu cầu mác thép sau đó lại đông đặc nước thép tạo sản phẩm cho gia công áp lực hoặc

cấp cho đúc tạo hình Chính vì vậy, trong những năm gần đây, nhiều tiến bộ đột phá trong công nghệ đúc phôi thép đã xuất hiện Kỹ thuật đúc phôi đang mang nhiều yếu tố cạnh tranh giữa các nhà máy và các quốc gia, do vậy thu hút được sự chú ý của nhiều chuyên gia ở các đơn vị sản xuất, trường học và viện nghiên cứu

1.1.1 Đúc khuôn

Công nghệ đúc khuôn (hay còn gọi là đúc tĩnh), thép lỏng được rót vào khuôn định hình, nguội và đông đặc tạo thành thỏi có kích thước và hình dạng theo yêu cầu Hình dạng và kích thước thỏi đúc phụ thuộc hình dáng và kích thước của lòng khuôn Phù hợp với quy sản xuất nhỏ, nhất là ở các nhà máy cơ khí chế tạo sản xuất các loại thép hợp kim cao chuyên dùng như thép không gỉ, thép công cụ hay tạo phôi lớn cho rèn dập thì đúc khuôn lại là chủ yếu Trong công nghệ đúc khuôn còn có đúc áp lực và đúc chân không

Hình 1.3: Khuôn đúc thỏi nhôm

1.1.2 Đúc liên tục

Đúc liên tục là bằng máy đúc, thực hiện 1 dây chuyền từ thép lỏng đến rót sau đó làm nguội và cắt trực tiếp thành phôi đúc Đúc liên tục là một khau trung gian nối khâu cán thép và luyện thép, và là một bộ phận quan trọng trong một nhà máy nấu luyện thép Ngày nay, đúc liên tục có nhiều ưu điểm nổi trội hơn về năng suất, chất lượng, về suất thu hồi kim loại so với đúc khuôn nên nó phát triển hết sức nhanh chóng, chiếm tỉ lệ rất lớn,

từ 80 – 90% Nó thông dụng đối với qui mô sản xuất lớn và đối với thép kết cấu, một số thép hợp kim chuyên dùng như thép không gỉ

Hình 1.4: Quá trình sản xuất phôi thép qua công đoạn đúc liên tục

Hình 1.5: Một trục cán thép tấm đang hoạt động Ngoài ra cán còn được thực hiện sản xuất các vật liệu kĩ thuật cao, và ngày này tỳ lệ kim loại được sản xuất ra phải trải qua cán từ 70% - 80%

Sản phẩm cán tấm chia làm 4 loại:

- Tấm dày: chiều dày >25mm

- Tấm dày vừa: chiều dày từ 4-25mm

- Tấm mỏng: chiều dàu 0,2-4 mmm

- Tấm cực mỏng: chiều dày 0,0001 – 0,2 mm

Thép tấm dày có thể sản xuất dưới dạng tấm rời hoặc cuộn, độ dày 4-160mm Thép dày hơn 60 mm gọi là thép phiến Thép tấm dày thường có chiều rộng (600 ÷ 5000)𝑚𝑚, chiều dài (2 ÷ 25)𝑚

Dựa vào trạng thái cán, có thể chia thành 2 loại: cán tấm nóng và cán tấm nguội

Các sản phẩm tấm dày và dày vừa luôn luôn nên cán ở trạng thái nóng, đặc biệt đối với thép

Cán tấm nóng: Cán ở nhiệt độ cao trên nhiệt độ kết tinh lại của kim loại và dưới nhiệt độ nóng chảy Sản phẩm là tấm có chiều dày từ 2mm trở lên

Cán tấm nóng tiến hành trên các máy cán tấm chuyên dùng, bán liên tục và liên tục có các giá cán hai trục, ba trục hoặc bốn trục Trục cán phải phẳng và có độ bóng thích hợp, độ bền tốt và ít giãn nở vì nhiệt

Hình 1.6: Thép tấm dày dạng tấm rời Hình 1.7: Thép tấm cuộn cán nóng

CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH SẢN XUẤT THÉP TẤM

Hình 2.1 Một quy trình sản xuất thép

2.1 Xử lý nguyên liệu đầu vào

Đối với nguyện liệu là các loại quặng được khai thác dưới lòng đất như: quặng viên,

quặng sắt, quặng thiêu kết và các chất phụ gia như than cốc, đá vôi và thép phế liệu sẽ được đưa vào lò nung, tại đây, hỗn hợp nguyên liệu đầu vào được nung nóng tới 1 nhiệt

độ nhất định để tạo thành dòng kim loại nóng chả

Đối với các nguyên liệu là các loại thép phế liệu: Nguyên liệu tại đây được phân loại

trước khi đi vào trực tiếp lò hồ quang

2.2 Tạo dòng chảy kim loại

Các nguyên liệu đầu vào được trộn lẫn và đưa vào từ phần đỉnh của lò cao Sau đó khí nóng sẽ được đưa trực tiếp vào phần dưới lò Khí CO phát sinh tại công đoạn này dưới việc đốt cháy than cốc Nhiệt độ trong lò gia tăng lên tới 2000ºC, quặng sắt sẽ trở thành thép nóng chảy ở dưới lò, gọi là thép đen nóng chảy Trong thép đen chứa Cacbon (S),

Silic (Si), Lưu Huỳnh (S) và gồm nhiều thành phần tạp chất khác Sau đó, thép đen sẽ được tinh lọc lại để trở thành thép nóng nóng chảy nguyên chất

Dòng kim loại nóng chảy được dẫn tới lò cơ bản, hoặc lò hồ quang điện Tại đây, kim loại nóng được xử lý, tách tạp chất (trong quặng chứa các thành phần kim loại và tạp chất) nhằm tạo sự tương quan giữa các thành phần hoá học trong quá trình sản xuất thép Giai đoạn này quyết định mác thép sản phẩm Ví dụ nếu muốn tạo ra mác thép SD 390 thì

thành phần hóa học sẽ được điều chỉnh theo quy định bằng cách thêm hoặc bớt hàm

lượng các nguyên tố hóa học để cho ra mác thép SD390 Việc quyết định loại mác thép cho sản phẩm sẽ được thực hiện trong giai đoạn này

Phôi Bloom là loại phôi có thể sử dụng như hai loại phôi thanh và phôi phiến

Hình 2.2: Các sản phẩm của quá trình đúc liên tục Sau khi, phôi được đúc có thể để ở hai trạng thái: trạng thái nóng và trạng thái nguội

Trạng thái nóng (hot direct rolling) trạng thái này duy trì phôi ở một nhiệt độ cao sau đó đưa thẳng vào quá trình cán nóng

Trạng thái nguội của phôi để xuất bán hoặc chuyển tới các nhà máy khác để làm nóng lại (Reheating furnace) sau đó đưa vào nhà máy cán nguội để sản xuất thép cán nguội

3.1 Lưu trình công nghệ đúc liên tục

Hình 3.1 Một quy trình đúc liên tục phôi slab Cấu tạo: gồm Ladle Furnace: Thùng rót, Ladle turret: Giá đỡ thùng rót, Tundish: Thùng trung gian, Mold: Khuôn, Vibration mold: Khuôn rung, Cooling Spray Nozzle: Vòi phun

làm mát, Electron-magnetic induction stirret: Cảm ứng điện, Support guide roller: Cơ cấu vận chuyển, Dummy br: Thanh dẫn giả, Flame cutter: Máy cắt

Quá trình đúc: Nước thép được vận chuyển từ lò Hồ quang điện sang lò LF thông qua thùng rót, tại đây nước thép được điều chỉnh lại thành phần sao cho đạt được thành phần như yêu cầu, sau đó thùng rót sẽ được cẩu trục di chuyển tới giá đở thùng, tại đây kim loại

sẽ được rót vào thùng trung gian thông qua lỗ rót ở đấy thùng rót, từ đó qua trình đúc liên tục bắt đầu

3.2 Thiết bị cho quá trình đúc liên tục

3.2.1 Thùng rót trung gian

Thường được xây bằng 1 lớp gạch chịu lửa, và lớp làm việc được đầm bằng bột chịu lửa, thường có hình dạng đơn giản thường là hình thang, hiện nay để giảm thiểu diện tích tản nhiệt, đã phát minh ra laoi5 thùng rót hình chữ T và V

Công dụng thùng rót trung gian là để tạo dòng chạy, ổn định dòng thép, giúp tạp chất nổi lên không đi trực tiếp vào phôi thép

Hình 3.2 Thùng rót

3.2.2 Bình kết tinh

Là một bộ phận quan trọng nhất trong các thiết bị của máy đúc liên tục, được xem là trái tim của máy đúc liên tục Có 2 loại Bình kết tinh là loại thẳng và loại cong, còn về kết cấu thì có 3 loại loại cả khối, kiểu long ống, kiểu tổ hợp

Hình 3.3: BKT Kiểu cả khối Hình 3.4: BKT kiểu ống lồng vào nhau Tuổi thọ thường của 1 bình kết tinh thường được bảo trì dưới 200 mẻ, tuổi thọ khuôn lũy

kế dưới 600 mẻ Các con lăn chân khuôn quay nhẹ nhàng, không bám dính xỉ hoặc thép Các béc phun chân không hoạt động tốt, không bị tắt hoặc phun không đều, hướng phun vuông góc với bề mặt phôi

Chức năng chính của khuôn kết tinh là tạo một lớp vỏ rắn đủ chắc chắn để chứa phần thép lỏng bên trong lõi

Yêu cầu công nghệ của bình kết tinh:

- Có khả năng truyền nhiệt tốt để nhanh chóng làm nước thép đông đặc

- Kết cấu vững chắc đơn giản dễ tháo lắp

- Có khả năng chịu mài mòn tuổi thọ cao

- Trọng lượng cần nhỏ để giãm lực quán tính khiến sự rung động của bình kết tinh được bình ổ

- Có đủ độ bền và cứng để giảm biến dạng cong vênh và mài mòn lớp áo của bình kết tinh

Vật liệu làm bình kết tinh: thì đồng đỏ là tương đối lý tưởng vì có cơ tính và độ bền cơ nhất định, độ dẫn nhiệt tốt và không dễ bám dính với thép Để cải thiện thêm đặc tính của đồng ở nhiệt độ cao, người ta thường pha thêm vi lượng bạc, crom hoặc ziriconi để tạo ra các hợp kim này với đồng, và để nậng cao tuổi thọ bình kết tinh, giảm sự mài mỏn, tránh lớp vỏ phôi tiếp xúc trực tiếp với thành bình tạo ra các vết nứt trên bề mặt người ta tráng

ở ngoài 1 lớp mã Crom khoảng 0,03 – 0,08 mm Có thể mã 1 lớp Niken trước sau đó tới lớp Crom

Nhiệm vụ: mồi phôi ban đầu, và dẫn phôi đi ra theo hệ thống

Trường hợp sử dụng hệ thống mồi phôi: Trong lúc khởi động lại máy đúc liên tục cần có

hệ thống mồi phôi để phôi đi ra ngoài

Hình 3.3: Thanh dẫn giả của nhà máy thép Miền Nam Nguyên lý hoạt động: Ban đầu thanh dẫn giả được đưa theo đường ra phôi đúc, đưa vào trong máy đúc liên tục, sau đó tiến hành nối đầu thanh dẫn giả bằng những tấm thép có kích thước như tấm phôi hoặc bé hơn, tác dụng là làm mối nối giữa thanh dẫn giả với kim loại lỏng và mau khô tại vị trí này, sau đó tiến hành đúc liên tục, phôi được dẫn ra bằng thanh dẫn giả, và ra khỏi máy đúc liên tục và được ngắt với thanh dẫn giả bằng cách giật mạnh phôi

3.2.5 Vòi phun nước làm nguội

Vòi phun lý tưởng là có thể làm cho nước làm nguội mù hóa, như vậy tốc độ phun cao, tạo ra được mặt bao phủ tương đối lớn và phân bố đồng đều trên bề mặt phôi đúc

Hiệu quả làm nguội của nước quyết định bởi hiệu ứng Leydenfrost, tức là khả năng hạt bụi nước có thể xuyên qua lớp hơi nước, có khả năng đó mới có tác dụng làm nguội lớn

Có hai phương pháp phun mù làm nguội là: dùng nước phun mù làm nguội và dùng khí nước phun mù làm nguội, tức là dùng thêm không khí nén để nâng cao thêm khả năng mù hóa của nước

3.2.6 Trục kéo và nắn thẳng

Có đủ lực kéo và nắn thẳng phôi đúc khắc phục trở lực rất lớn có thể xảy ra trong quá trình đúc và có biện pháp bảo vệ quá tải một cách an toàn chắc chắn

Có thể điều chỉnh được tốc độ thuận nghịch rất nhạy để đáp ứng sự thay đổi tốc độ kéo trong các điều kiện khác nhau và nhanh chóng đưa được cơ cấu đỡ đầu phôi

Trên kết cấu có thể thay đổi được tiết diện phôi trong một phạm vi nhất định, cho phép những phôi không thể nắn thẳng vẫn qua được

Kết cấu đơn giản, dễ lắp và duy tu bảo dưỡng, có đủ độ bền và độ vững chắc khi làm việc

Có 2 loại thiết bị cắt: Cắt bằng lửa, và cắt bẳng cơ khí hóa

3.3 Công nghệ đúc phôi thép tấm liên tục

3.3.1 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 ở thùng chứa hoặc thùng rót trung gian, dẫn đến đứt và chất lượng

bề mặt phôi xấu

Quá cao dẫn đến lớp tinh thể hình trụ phát triển tạo cơ hội cho các khuyết tật thiên tích ở tâm, xốp và nứt…phát triển Đồng thời tăng nhanh oxy hóa lại nước thép, tổn thất vật liệu chịu lửa làm bẩn thép Nhiệt độ quá cao còn dễ tạo ra lớp vỏ quá mỏng gây ra sự cố chảy thủng phôi thép, phải đổi tốc độ đúc chậm lại làm hạ thấp 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 phôi đúc

Các biện pháp không chế nhiệt độ nước thép:

- Thổi khí Ar để đồng đều nhiệt độ

- Giữ nhiệt cho thùng chứa

- Gia nhiệt tăng độ cho nước thep1trong thùng chứa

- Sử dụng chất hồi liệu điều chỉnh nhiệt độ

3.3.2 Khống chế thành phần hóa trong nước thép

* Các bon

- Hàm lượng cacbon nên tránh nằm trong phạm vi 0,18-0,23 vì ở phạm vi này nước thép kết tinh sinh ra phản ứng bao tinh có ứng suất chuyển pha tương đối lớn dễ làm cho bề mặt phôi bị nứt dọc

- Khi đúc liên tục nhiều mẻ, hàm lượng C chênh nhau giữa 2 mẻ không được quá 0,02%

* Silic và Mangan

- Trong phạm vi mác thép nếu tăng hàm lượng Mn (dùng giới hạn trên) sẽ tăng

độ bền của thép và cải thiện được tính lỏng của thép

- Sản phẩm khử oxi của silic SiO2 làm tăng độ nhớt của nước thép nên với yêu cầu của mác thép nên giảm hàm lượng Si (dùng giới hạn dưới)

- Khống chế tỷ lệ Mn/Si, ví dụ đúc liên tục máv thép CT38 nên khống chế tỷ lệ hàm lượng Mn/Si khoảng 4 có thể giảm được nứt nhiệt của C

* Lưu huỳnh và phốt pho:

- S và P là hai nguyên tố quan trọng ảnh hưởng rất nhạy cảm đến nứt của thép, đặc biệt là đúc liên tục Trên bề mặt phôi chịu ứng suất nhiệt lớn do bị làm nguội mạnh lại còn bị ứng suất cơ tác dụng lên do kéo nắn thẳng tăng tính nhạy cảm nứt phôi

- Hiện nay đã có nhiều kỹ thuật tinh luyện mới đã giảm S và P xuống dưới

0,03% hay cả S và P cộng lại không quá 0,05% Đối với một số mác thép đặc biệt nên giảm hàm lượng S và P dưới 0,005%

3.3.3 Khống chết nhiệt độ nước thép trong thùng rót trung gian

- Xác định nhiệt độ đúc

- Ứng dụng nhiệt Mg – Al của thùng rót trung gian, như sấy thùng rót tránh tổn thất nhiệt bằng các biện pháp giữ nhiệt, dùng chất phát nhiệt để bao quanh lỗ rót

- Gia nhiệt cho nước thép trong thùng rót trung gian bằng cách sử dụng plasma hoặc gia nhiệt cảm ứng

3.3.4 Xác định và khống chế tốc độ kéo

* Xác định tóc độ kéo là: là căn cứ vào kích thước tiết diện phôi, nhiệt độ và loại thép đúc Khi xác định dựa vào chiều dày lớp vỏ tối thiểu khi ra khỏi BKT hoặc là tính chiều dài luyện kim (cột kim loại lỏng ở giữa) của máy đúc

* Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ kéo: Laoi5 thép, kích thước hình dạn phôi, nhiệt độ dúc và hàm lượng lưu huỳnh và phốt pho

- Chiều cao mặt nước thép quá lớn, áp lực cột nước thép lớn, khó đảm bảo dòng rót ổn định và lực va đập tương đối lớn, chảy vào BKT tạo nên bắn tóe mạnh và

va đập mạnh vào lớp vỏ mới kết tinh làm cho chiều dày lớp vỏ không đều