Đồ án nấu luyện thép bằng lò hồ quang điện 120 Tấn thép hợp kim 50CrNiW

Mục tiêu tổng quát: Phát triển ngành thép Việt Nam nhanh chóng trở thành một ngành phát triển hoàn chỉnh theo công nghệ truyền thống, sử dụng tối đa nguồn quặng sẵn có trong nước, trên cơ sở xây dựng khu liên hợp luyện kim công suất 4-5 triệu tấn thép /năm, sử dụng tối đa và có hiệu quả nguồn nguyên liệu khoáng trong nước, áp dụng các công nghệ mới hiện đại đang được sử dụng trên thế giới, cố gắng thoả mãn tối đa nhu cầu trong nước về thép cán (cả về số lượng, chủng loại, quy cách và chất lượng sản phẩm)

ĐAMH: NẤU LUYỆN THÉP BẰNG LÒ HỒ QUANG ĐIỆN 120 TẤN THÉP HỢP KIM 50CrNiW LỜI NÓI ĐẦU Đồ án mơn học phần thiết yếu chương trình giáo dục đại học Bách khoa Tp Hồ Chí Minh, hội để sinh viên bước đầu áp dụng vào thực tế kiến thức học hội tốt để sinh viên gặt hái kỹ mới, kiến thức thực tế Thực đồ án mơn học làm quen cách thực luận văn tốt nghiệp sau Dù với tư cách sinh viên lần đầu thực nên khơng thể tránh khỏi sai sót, q trình dài tìm tịi cố gắng, em mong thầy bảo nhiều Đồ án thực dẫn tận tình thầy Thơng Em xin cám ơn thầy nhiều kính chúc thầy nhiều sức khỏe để tiếp tục nghiệp cao Hướng dẫn: ThS.Nguyễn Duy Thơng trang ĐAMH: NẤU LUYỆN THÉP BẰNG LỊ HỒ QUANG ĐIỆN 120 TẤN THÉP HỢP KIM 50CrNiW Phần I: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH NẤU LUYỆN THÉP I TỔNG QUAN VỀ NGÀNH NẤU LUYỆN / Tình hình sản lượng gang thép toàn giới : Theo đánh giá tổng qt Cơ quan thơng tin ngành thép tồn cầu (MEPS) nguồn cung thép giới năm 2006 có bước tăng trưởng mạnh nhìn chung đáp ứng đủ nhu cầu Với sản lượng thép sản xuất toàn cầu năm 2006 đạt khoảng 1.237 triệu tấn, tăng gần triệu so với sản lượng 129,3 triệu năm 2005 Trong đó, nước thành viên EU đạt 35,8 triệu tấn, tăng 3,6 triệu tấn; nước thuộc khu vực thương mại tự Bắc Mỹ (NAFTA) đạt 133,5 triệu tấn, tăng 6,6 triệu tấn; khu vực Nam Mỹ đạt 45,7 triệu tấn, tăng 0,4 triệu tấn; khu vực Trung Đông Châu Đại Dương, khu vực tăng 0,1 - 0,2 triệu Riêng nước thuộc Liên Xô cũ giảm triệu tấn, từ 112,7 triệu năm 2005 xuống 17 triệu Dự báo thị trường thép giới tháng đầu năm 2007, nhà phân tích thị trường cho biết, giá quặng sắt nhập năm 2006 liên tục tăng cao sản lượng quặng sắt khai thác nước có xu hướng gia tăng, nên lượng quặng sắt nhập Trung Quốc năm 2006 có giảm so với năm 2005 Do nhu cầu giá gang thép giảm sút, thị trường gang thép toàn cầu biến thành "thị trường người mua" Cuộc khủng hoảng kinh tế tác động mạnh đến ngành chế tạo ô tơ bất động sản Đây hai ngành có nhu cầu gang thép lớn, việc sản xuất gang thép phải chịu ảnh hưởng nghiêm trọng Gần đây, chuyên gia dự tính, sản lượng gang thép đến năm 2015 tăng khoảng 50% Ngoài ra, nhu cầu giá gang thép giảm mạnh nên số lượng nhà sản xuất so với số người mua gang thép Công ty cố vấn Laplace Pháp cho biết, năm ngoái sản lượng gang thép toàn giới đạt 1,3 tỷ tấn, đến năm 2015, sản lượng đạt 2,1 đến 2,2 tỷ Sản lượng gang thép Trung Quốc tăng trưởng nhanh, chiếm khoảng 48% sản lượng thép giới / Tình hình sản lượng gang thép Việt Nam: Trong nước, theo số liệu Hiệp hội Thép Việt Nam, sản lượng thép sản xuất nước năm 2006 đạt khoảng 35 triệu tấn, tăng 14,27% so với năm 2005 Trong đó, sản lượng thép sản xuất Hiệp hội năm đạt khoảng 2,9 triệu Hướng dẫn: ThS.Nguyễn Duy Thông trang ĐAMH: NẤU LUYỆN THÉP BẰNG LÒ HỒ QUANG ĐIỆN 120 TẤN THÉP HỢP KIM 50CrNiW sản lượng sản xuất hiệp hội khoảng 600.000 Lượng thép tiêu thụ năm 2006 phạm vi nước đạt khoảng 3,45 triệu tấn; Trong đó, lượng thép tiêu thụ đơn vị thành viên Hiệp hội đạt khoảng 2,85 triệu tấn, lượng phôi thép nhập năm 2006 1,988 triệu với trị giá 767 triệu USD, giảm 10,7% lượng giảm 8,5% giá trị so với 2005 Hiệp hội Thép Việt Nam (VN) cho biết, mức tiêu thụ thép nước năm 2006 đạt gần 7,2 triệu tấn, sản xuất nước 4,7 triệu tấn, nhập thép thành phẩm 3,8 triệu Nếu tính theo đầu người, mức tiêu thụ thép VN năm 2006 đạt gần 85kg thép/người Theo kinh nghiệm nhiều nước, mức tiêu thụ thép gần điểm “cất cánh” ngành công nghiệp nước giới (100 kg/người) Tính đến cuối năm 2006, tồn kho thép xây dựng thành phẩm vào khoảng 230.000 tồn kho phôi thép vào hkoảng 294.000 Giá trị thép thành phẩm nhập toàn năm 2006 tỷ USD Nếu kể số ngoại tệ nhập nguyên liệu cho luyện kim thép (thép phế) phơi thép số ngoại tệ năm 2006 chi cho thép VN tỷ 158 triệu USD Chỉ riêng tháng đầu năm 2007, Việt Nam nhập nguyên liệu thành phẩm thép đạt số lượng 4, triệu với kim ngạch 2,4 tỷ USD Tuần đầu tháng 2/2008, giá phôi thép nhập tăng thêm 20 USD/tấn so với tháng thị trường giới tăng cao nguồn cung khan hiếm, doanh nghiệp nước nhập với số lượng hạn chế Do tác động giá phôi thị trường giới với chi phí đầu vào tăng cao, giá bán thép xây dựng nửa đầu tháng 2/2008 tăng thêm 700.000 đồng/tấn so với tháng trước Do đó, giá bán thép thành phẩm giao nhà máy doanh nghiệp sản xuất nước (chưa có thuế VAT phần chiết khấu) mức 13,5 - 14 triệu đồng/tấn Trong đó, giá bán lẻ thép xây dựng đại lý thị trường đội lên 16 triệu đồng/tấn Mục tiêu tổng quát: Phát triển ngành thép Việt Nam nhanh chóng trở thành ngành phát triển hồn chỉnh theo cơng nghệ truyền thống, sử dụng tối đa nguồn quặng sẵn có nước, sở xây dựng khu liên hợp luyện kim công suất 4-5 triệu thép /năm, sử dụng tối đa có hiệu nguồn ngun liệu khống nước, áp dụng công nghệ đại sử dụng giới, cố gắng thoả mãn tối đa nhu cầu nước thép cán (cả số lượng, chủng loại, quy cách Hướng dẫn: ThS.Nguyễn Duy Thông trang ĐAMH: NẤU LUYỆN THÉP BẰNG LÒ HỒ QUANG ĐIỆN 120 TẤN THÉP HỢP KIM 50CrNiW chất lượng sản phẩm) Từ thay nhập tiến tới xuất sản phẩm thép Phấn đấu đến 2020 có ngành thép phát triển bền vững với tốc độ tăng trưởng cao, bảo đảm tốt chất lượng, đầy đủ số lượng chủng loại sản phẩm thép, đáp ứng cho nhu cầu phát triển kinh tế xã hội đất nước Như nhu cầu thép vào năm 2010 10 triệu tấn; năm 2015 16 triệu năm 2020 20 triệu Trong sản xuất nước theo mốc năm tương ứng đạt 51%; 61%; 62% 70% vào năm 2020 II Tồng quan loại lò Trên giới, lò điện xây dựng Pháp vào năm 1889 với dung lượng tấn/mẻ dung lương biến áp 2000kVA để nấu thép hợp kim Đến năm 1900 Mỹ sử dụng lò điện hồ quang 10 ÷ 20 tấn/mẻ để nấu thép hợp cacbon thép hợp kim Năm 1910 Nga xây dựng lị điện ÷ 15 tấn/mẻ để nấu thép cácbon thép hợp kim thấp Sau chiến tranh giới lần thứ hai, lò điện xây dựng phát triển rông rãi khắp thể giới, Đức ứng dụng lị hồ quang 10 ÷ 60 tấn/mẻ để sản xuất thép dụng cụ thép hợp kim, Tiệp Khắc sử dụng lò điện hồ quang 20 ÷ 30 tấn/mẻ để nấu tất loại thép cácbon thép hợp kim thấp Ngày người ta sử dụng rộng rãi phổ biến loại lò điện hồ quang với dung lượng 100 ÷ 400 tấn/mẻ, dung lượng biến áp 35.000 ÷ 165.000 kVA Đặc biệt Mỹ người ta chạy thường xun loại lị 360 tấn/mẻ với chế độ siêu cơng suất 160.000 kVA để sản xuất thép cácbon chất lượng, bảo đảm suất 100 ÷ 200 thép/giờ Từ năm 1990 đến người ta biết thiết kế xây dựng loại lò điện hồ quang lò hồ quang chiều cơng suất (150 tấn/mẻ), lị hồ quang thân cột ( Thụy Điển) có dung lượng lị 100 ÷ 300 tấn/mẻ Sản lượng thép lị điện hồ quang chiếm 80 ÷ 90 tổng lượng thép lị điện Số lượng thép lại sản xuất từ lò cảm ứng cao tần, trung tần, tần số cơng nghiệp Lị cảm ứng cao tần có dung lượng 50 ÷ 100 kg/mẻ với tần số làm việc f = 35.000 ÷ 55.000 Hz sử dụng để sản xuất loại thép hợp kim chuyên dùng Hiện loại lị sử dụng để nấu thép mà chủ yếu để bề mặt chi tiết máy Lị cảm ứng trung tần có dung lượng 100, 200, 300, 500, 900 1000 kg/mẻ với tần số làm việc từ 1000 đến 3000 Hz sử dụng để nấu thép hợp kim cao có hàm lượng cacbon thấp ( C ≤ 0,10%) Loại lò ứng phổ biến khắp nơi xưởng đúc, xưởng khí, xưởng luyện thép, luyện gang… Ngày công nghiệp điện tử đà phát triển lị điện cảm ứng trung tần trang thiết bị tối tân để vận hành thuận lợi nhanh chóng xác Hướng dẫn: ThS.Nguyễn Duy Thông trang ĐAMH: NẤU LUYỆN THÉP BẰNG LÒ HỒ QUANG ĐIỆN 120 TẤN THÉP HỢP KIM 50CrNiW III • • • • • Tỷ lệ sản xuất thép lò điện số quốc gia giới từ năm 1990 đến năm 2000: - Liên bang Nga: 10 ÷ 15 % tổng lượng thép sản xuất - Mỹ: 30 ÷ 40 % tổng lượng thép sản xuất - Nhật Bản: 31 ÷ 41 % tổng lượng thép sản xuất Tổng quan lò hồ quang điện Theo cấu tạo phạm vi ứng dụng, lò điện hồ quang chia làm ba loại: lò điện hồ quang trực tiếp, lò hồ quang gián tiếp lị hồ quang phủ kín (cịn gọi lị ferro) Lò hồ quang trực tiếp: Trong lò này, điện biến thành nhiệt dạng hồ quang, nhiệt hồ quang phát xa trực tiếp lên kim loại chứa lò Ở loại lò này, điện cực bố trí thẳng đứng theo hình tam giác Nguồn điện xoay chiều bap đưa vào lị với cơng suất điện lớn Trong q trình nấu luyện thép, chế độ điện khơng ổn định, loại lò sử dụng phổ biến để luyện loại thép cacbon, thép hợp kim Theo cấu tạo mạng điện, lị có hai loại: lị có dây đất lị khơng có dây đất: Lị có dây đất: Nguồn điện dẫn từ than xuống kim loại xuống dây đất Hiện loại lị sử dụng để luyện thép Ưu điểm: tập trung nhiệt hoàn toàn cho liệu nằm điện cực, liệu kim loại vùng chảy nhanh Chế độ điện tương đối ổn định trình nấu luyện thép Khuyết điểm: tuổi thọ đáy lò thấp, thường đạt 10 – 20 mẻ hỏng đáy lị Chảy liệu khơng khắp đáy lị Hay có tượng rị điện xuống đáy lị, nguy hiểm cơng nhân đứng thao tác trước lị Lị khơng dây đất: loại lị dùng phổ biến để luyện thép hợp kim có ưu điểm sau: Tận dụng nhiệt lưu chuyển khắp mẻ, chảy liệu mạnh, suất lò cao, hiệu suất nhiệt η = 0,70 – 0,75 nên tổn phí lượng điện Khơng có tượng rị điện bên ngồi vỏ lị nên đảm bảo an tồn cho cơng nhân trực tiếp nấu luyện Lị hồ quang gián tiếp: lị nhỏ, điện cực bố trí nằm ngang xun vào lịng lị Nguồn điện dùng chiều xoay chiều Cơng suất điện đưa vào lị không lớn, chế độ điện tương đối ổn định trình nấu luyện Hồ quang điện sinh điện cực cách xa liệu chứa lị, xạ nhiệt trực tiếp xuống kim loại Do người ta sử dụng lị để nấu kim loại màu, kim loại dễ chảy Cu, Pb, Zn… Ưu điểm: Dễ điều chỉnh điện cực, chế độ điện thao tác nấu luyện, cấu tạo lò đơn giản, gọn nhẹ, dễ khống chế nhiệt độ kim loại lị Hướng dẫn: ThS.Nguyễn Duy Thơng trang ĐAMH: NẤU LUYỆN THÉP BẰNG LÒ HỒ QUANG ĐIỆN 120 TẤN THÉP HỢP KIM 50CrNiW • Khuyết điểm: Nhiệt độ lị thấp (1300 – 1400 oC), khơng thể nấu luyện thép hợp kim, tuổi thọ lò thấp q trình nấu luyện cần quay lị góc 120 – 180 o , lị dễ bị tẩm thực xỉ kim loại lỏng Lò hồ quang phủ kín hay cịn gọi lị ferro hợp kim: Hồ quang điện cháy lớp liệu rắn bao quanh điện cực Liệu nung nóng nhiệt hồ quang xạ trực tiếp thể tích kim loại tác dụng Joule dòng điện qua liệu Biến áp lò thiết kế theo nhiều mức điện áp (15 ÷ 31 mức) từ 120V xuống tới 50 ÷ 60 V Mức điện áp phụ thuộc vào loại ferro cần nấu Khi nấu ferro crom (FeCr) cần có điện áp (thứ cấp) 120 ÷ 180 V; nấu ferro silic (FeSi) cần có điện áp 90 ÷ 70 V; cịn nấu ferro mangan (FeMn) cần có điện áp 80 ÷ 60 V Trong trình nấu ferro, hồ quang phát điện cực tự thiêu kết, chùm hồ quang ngắn rộng bị chìm sâu bể liệu, liệu tiếp thụ nhiệt hồ quang nhiệt điện trở thân liệu mà nóng chảy Q trình nấu luyện ferro hợp kim trình xảy liên tục kéo dài thời gian định Sản phẩm tháo qua lỗ hơng lị theo định kỳ Hướng dẫn: ThS.Nguyễn Duy Thơng trang ĐAMH: NẤU LUYỆN THÉP BẰNG LỊ HỒ QUANG ĐIỆN 120 TẤN THÉP HỢP KIM 50CrNiW Phần II: QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ NẤU LUYỆN THÉP HỢP KIM 50CrNiW VỚI SẢN LƯỢNG 120 TẤN/MẺ Chương 1: XÁC ĐỊNH HÌNH DẠNG LỊ 1.1 Hình dạng lị Hình dạng tối ưu nồi lị hình nón cụt phần đáy hình chỏm cầu , góc nghiêng phần 45o so với phương ngang Với hình dạng bảo đảm cho kim loại nóng nhanh im loại lỏng tích lại phần chỏm cầu Góc nghiêng 45o so với phương ngang tạo điều kiện thuận lợi cho việc vá lò giúp nồi lò giữ nguyên hình dạng trình nấu luyện Với thực tế lò 120 nấu luyên thép hợp kim thấp Một thép tích 0.145m3 nên thể tích kim loại lỏng nồi lị là: Vkl = 17,4m3 Trong giai đoạn oxy hóa, mẻ nấu lị hồ quang có lượng xỉ lớn nhất, 15% thể tích kim loại: Vxỉ = 2,61m3 Do đó, thể tích kim loại lỏng xỉ 20m3 Chiều cao cửa chất liệu cao mức kim loại lỏng từ 75 – 80mm, chiều sâu nồi lò đường kính phải tương ứng Khi thể tích nồi lò xác định, chiều sâu nồi lò bé bề mặt kim loại tiếp xúc với xỉ lớn, đường kính khơng gian lị, đường kính vỏ lị bề mặt tỏa nhiệt lò tăng lên Kết tốn hao nhiều lượng cho thép Ngày nay, lò lớn, chiều sâu nồi lò đạt đến 700 – 1500mm, kim loại đồng hóa nhiệt độ nhờ máy khuấy điện từ 1.2 Xác định dung tích lị: Dung tích lị nấu thiết kế 120 1.3 Xác định kích thước nồi lị Sau đây, ta xác định kích thước nồi lị sở chọn kích thước làm chuẩn, chẳng hạn tổng chiều sâu nồi lị H Ta có: Đường kính nồi lò: D = 5H Chiều sâu phần chỏm cầu: h1 = 0,2H Chiều sâu phần hình nón: h2 = 0,8H Vậy thể tích lị thể tích hình nón cụt cộng với thể tích hình chỏm cầu: Với Thế vào ta có V = 12,1H3 = 0,0968D3 [m3] Hướng dẫn: ThS.Nguyễn Duy Thông trang ĐAMH: NẤU LUYỆN THÉP BẰNG LÒ HỒ QUANG ĐIỆN 120 TẤN THÉP HỢP KIM 50CrNiW Thể tích thể tích xỉ cộng thể tích kim loại, tức 20m Từ suy ra: D = 5912mm, H = 1182mm h1 = 236mm, h2 = 946mm d = D – 2h2 = 4020mm 1.4 Xác định kích thước khơng gian lị Chân tường lò thường làm cao mức nạp liệu 100 – 200mm để xỉ không tiếp xúc với lớp gạch xây tường lị Đường kính khơng gian nấu chảy tính mức này: Dkg = 5912 + 200 = 6112mm Khi xác định chiều cao không gian nấu chảy Ht từ ngưỡng liệu đến chân nắp lò cần ý điểm sau: H mà tăng tuổi thọ nắp lị tăng theo xa lửa hồ quang, đồng thời nấu luyện liệu nhẹ, bề mặt mát nhiệt lò tăng lên Tuy nhiên, người ta thường cho nắp lị xa bề mặt kim loại giảm thời gian dừng lò để tu sửa cải thiện số tiêu kinh tế - kỹ thuât Do đó, thường chọn H1 = (0,4 – 0,6)Dkg, giá trị nhỏ tương ứng với lò lớn Với lò xét có dung tích mẻ nấu 120 H1 = 2445mm h2 = 0,15(Dkg + 1000) = 0,15(6112 + 1000) = 1067mm Vậy chiều cao tổng cộng tính từ mặt kim loại đến nắp lò H = H1 + h2 = 2445 + 1067 = 3512mm Do đó: Suy ra: D1 = Dkg + (2.234) = 6580mm Các kích thước khác tường lị chọn theo chiều cao nồi lò H sau: H1 = (2.1 ÷ 2.2)H = 2600mm D3 = (5.42 ÷ 5.44)H +200 = 6630mm Chiều cao lị: 1.5 Xác định kích thước thân cửa lò Chiều rộng cửa lò: a = 0.3D3 = 1990mm Chiều cao cửa lò: b = 0.8a = 1592mm 1.6 Xác định độ dày tường, đáy nắp lị Chiều dày lớp lót tường lò 450 – 550mm cho loại lò 50T, 550 – 650mm cho loại lò từ 100 đến 200T Với lị xét có dung tích 120 Hướng dẫn: ThS.Nguyễn Duy Thơng trang ĐAMH: NẤU LUYỆN THÉP BẰNG LÒ HỒ QUANG ĐIỆN 120 TẤN THÉP HỢP KIM 50CrNiW chọn chiều dày 600mm, suy đường kính vỏ lị: D T = Dkg + 2δ = 6112 + (2x600) = 7312mm Vỏ lò dày 25mm nên đường kính ngồi vỏ lị là: D N = DT + (2x25) = 7362mm Chiều dày đáy lò thường chiều sâu nồi lò H, ta chọn 1100mm Khi có đặt máy khuấy trộn điện từ chiều dày đáy lị giảm 10 – 15% để stato máy khuấy gần kim loại lỏng hơn, làm gia tăng hiệu khuấy trộn Chương : XÂY LÒ & VÁ LÒ 2.1: Chọn vật liệu xây lị tính tuổi thọ lị: Hướng dẫn: ThS.Nguyễn Duy Thông trang ĐAMH: NẤU LUYỆN THÉP BẰNG LÒ HỒ QUANG ĐIỆN 120 TẤN THÉP HỢP KIM 50CrNiW Buồng nấu luyện lị điện lót vật liệu chịu lửa để tạo nên bể chứa kim loại nóng chảy để giảm mát nhiệt cho môi trường xung quanh Các thành phần chủ yếu lò bao gồm đáy, tường, nắp lò Độ bền vững lớp lót ảnh hưởng đáng kể đến suất lị chất lượng thép nấu luyện Lớp lót cần yêu cầu sau: - - - - Nhiệt độ vùng hồ quang lên đến hàng ngàn độ C, lớp lót lị chịu nhiệt lớn (gần 1700oC) nên vật liệu chế tạo lớp lót phải có độ chịu nóng cao Độ chịu nóng nhiệt độ mẫu tiêu chuẩn bắt đầu biến dạng trọng lượng thân Vật liệu chịu nóng cịn chịu ứng suất lớn nên u cầu có nhiệt độ biến mềm tác dụng tải trọng cao Có độ bền nén cao Chịu thay đổi nhiệt độ thường xuyên, cần có độ ổn định nhiệt cao tức khả giữ nguyên vẹn hình dáng độ bền nhiệt độ thay đổi đột ngột Cần có độ ổn định mặt hóa học hay bị ăn mịn tiếp xúc thường xuyên với xỉ lỏng, kim loại lỏng khí nóng Tuổi thọ lớp lót phụ thuộc đáng kể vào độ co giãn vật liệu chịu lửa nguội bị nung nóng Vì thế, xây lò cần ý chừa mối giãn nỡ viên gạch Độ dẫn nhiệt thấp giúp cho việc giảm mát nhiệt suất tiêu hao điện Cần có độ dẫn nhiệt thấp Các loại vật liệu tạo lớp lót: • Gạch Đinat: loại vật liệu chịu lửa axit, nguyên liệu chủ yếu để sản xuất gạch đinat đá thạch anh với hàm lượng SiO2 cao 1650oC Nhiệt độ bắt đầu biến dạng tải trọng Độ chịu nóng Khối lượng riêng • Thành phần hóa học: SiO2 93,2 – 95% o CaO 2,4 – 3% 1710 – 1720oC 2,34 – 2,38 MgO 0,80% Al2O3 1,10 – 2,0% Fe2O3 0,75 – 1,10% Nhiệt độ bắt đầu biến dạng tải trọng gạch đinat nhỏ nhiệt độ nóng chảy 60 – 70oC chứng tỏ có độ bền cao Đến 600 oC độ ổn định nhiệt gạch đinat thấp nung chậm khơng thể nung nhanh Nó khơng tác dụng với xỉ axit bị xỉ bazơ bào mòn tường lò tạo silicat dễ nóng chảy Hướng dẫn: ThS.Nguyễn Duy Thơng trang 10 ĐAMH: NẤU LUYỆN THÉP BẰNG LÒ HỒ QUANG ĐIỆN 120 TẤN THÉP HỢP KIM 50CrNiW Cháy hao 0,1 0,3 % vào xỉ % bay 5570 5055 10 1,5 15 2040 _ _ _ _ _ _ 50 20 20 - _ 100 _ _ _ 90 _ _ _ 50 80 80 100 _ _ _ _ _ 10 _ _ _ Bảng thăng kim loại thời kỳ nấu chảy Nguyên tố Fe C Mn Si S P Lượng Lượng cháy Lượng Mất bay Lượng lại kim hao (kg) vào xỉ (kg) Kg %(các loại lỏng (kg) nguyên tố (kg) kl lỏng) 128200 3846 3462 384 124738 99,1 727,6 182 182 545,6 0,433% 585 293 58,5 234,5 292 0,23% 476 286 143 143 190 0,15% 65 9,75 1,95 7,8 55,3 0,044% 62,6 18,78 18,78 43,8 0,034% Tổng khối lượng nguyên tố sau thời kỳ nấu chảy là: 125865 kg b) Thời kì oxi hố u cầu: - Khử C đến 0,41% - Khử S, P xuống 0,03% Các chất thêm vào: Quặng sắt: 120kg Vôi: 1500kg Huỳnh thạch: 250kg Bảng phần trăm cháy hao kim loại thời kì oxi hố Tên C Si Mn Cr Ni S P Al Cháy hao 0,1 70100 % 50% 1015 % 80 % 20 % 1520% _ _ 70% _ % vào xỉ % oxi 100 hoá 50% 80% 100 % _ 20% Hướng dẫn: ThS.Nguyễn Duy Thông trang 17 Ti C u _ _ Fe Ca 810 % 50 % 50 % _ ĐAMH: NẤU LUYỆN THÉP BẰNG LÒ HỒ QUANG ĐIỆN 120 TẤN THÉP HỢP KIM 50CrNiW Bảng thăng kim loại thời kỳ oxy hóa: Nguyên tố Lượng có Lượng kim cháy hao loại lỏng (kg) Lượng Lượng kl bay lỏng kg % (các nguyên tố) Fe 124738 12474 6237 6237 112264 99,25% C 545,6 55 55 490 0,42% Mn 292 43,8 35 8,8 248 0,22% Si 190 152 76 76 38 0,03% S 55,3 0 55,3 0,04% P 43,8 30,66 30,66 13,14 0,01% Tổng khối lượng nguyên tố sau oxy hóa là: 113108kg c) Thời kì hồn ngun Lượng chất khử chất tạo xỉ thêm vào: Nguyên liệu Al Vôi Huỳnh thạch Đôlômit SiCa MnSi Lượng vào xỉ Khối lượng cho 1T (kg) 40 15 25 1,5 50 Khối lượng cho 120T (kg) 120 4800 1800 3000 180 6000 Các chất hợp kim hóa thêm vào: MFeCr = (120000.0,65%:95%):65% = 1263 kg MFeNi = (120000.1,6%:90%):99,1% = 2153 kg MFeW = (120000.0,55%:90%):70% = 1048 kg Khối lượng chất có kim loại lỏng:  MC = 490 + MFeCr 6,6% + MFeW 0,5% +MFeMn.4,5% +MFeNi.4,5% = 657,5kg  MFe = MFeCr.27,25% + MFeW.22,3% +MFeMn 19,9% + MFeNi.28,12% = 114800 kg  MS = 55,3 + MFeCr.0,04% + MFeNi.0,03% + MFeMn.0,04% = 56 kg  MP = 13,14 + MFeCr.0,07% + MFeMn.0,038% = 14,2 kg Bảng phần trăm cháy hao thời kỳ hồn ngun: Hướng dẫn: ThS.Nguyễn Duy Thơng trang 18 ĐAMH: NẤU LUYỆN THÉP BẰNG LÒ HỒ QUANG ĐIỆN 120 TẤN THÉP HỢP KIM 50CrNiW Tên Cháy hao W Si 80 Mn _ Cr _ Ni _ S 50-60% P _ Al 100 % Fe _ Ca _ % từ Fero 90 90-95% 95-98% 40-50% vào kim loại % vào xỉ 10 20% 5-10% 2-5% 50-60% % bay 80 Bảng cân kim loại sau thời kỳ hồn ngun: Ngun tố Lượng có kim (kg) sẵn Lượng cháy hao (kg) loại Lượng lại kim loại kg %(các nguyên tố) Fe 114800 114800 96,05 C 657,5 657,5 0,56 Cr 1263 486 777 0,65 Ni 2153 480 1673 1,6 W 1048 331 717 0,6 Mn 1106 389 717 0,6 S 56 44 12 0,01 P 14,2 14,12 0,01 Như vậy, sau hoàn nguyên, tổng khối lượng lai mẻ nấu 119530kg, gần xác mục tiêu đề Hàm lượng nguyên tố phù hợp với mác thép 50CrNiW u cầu Chương 4: LẬP QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ 4.1 Quy trình lị chất liệu • u cầu: - Chất liệu để nấu chảy liệu nhanh nhất, thời gian chất liệu nấu chảy chiếm 50% tổng thời gian luyện mẻ thép Liệu xếp sít chặt đảm bảo chất nhiều, truyền nhiệt tốt Hướng dẫn: ThS.Nguyễn Duy Thông trang 19 ĐAMH: NẤU LUYỆN THÉP BẰNG LÒ HỒ QUANG ĐIỆN 120 TẤN THÉP HỢP KIM 50CrNiW Các loại liệu khó chảy, cục to nên chất vào vùng điện cực Phân bố liệu: Tỉ lệ tối ưu kích thước cục liệu sau: 15% liệu nhỏ, 45% liệu trung bình 40% liệu lớn Thứ tự nạp liệu sau: trước hết, phủ đáy lò liệu nhỏ để bảo vệ đáy lò khỏi bị hỏng bị cục liệu lớn rớt xuống Sau phủ lớp cốc Kế lớp liệu lớn, ý đặt điện cực, lớp liệu sát tường bên liệu có kích thước trung bình Cuối cùng, người ta nạp vào lị phần liệu nhỏ lại với gang vụn Với thứ tự nạp liệu này, liệu sát, liệu nhỏ điền đầy khoảng trống cục liệu lớn, độ dẫn điện liệu tốt giúp góp phần làm hồ quang cháy ổn định rút ngắn thời gian nấu chảy - Vụn điện cực, chế tạo xỉ chất với liệu Người ta cho cốc vào lị với tính tốn cho hàm lượng C liệu cao giới hạn dưới, mác thép cacbon cao 0,3%, với thép cacbon trung bình hàm lượng C liệu lớn giới hạn 0,1%, thép cacbon thấp 0,5% • Các phương pháp chất liệu vào lị: - Với loại lị lớn, người ta dùng máy nạp liệu, máy chuyển động vào gần cửa lò, gàu lật chứa sẵn liệu lật xuống đáy lị Phương pháp nhanh khơng xác, cửa lò hay bị phá hỏng bị gàu lật chạm vào trình làm việc - Chất liệu từ xuống: Đây phương pháp chất liệu tốt, bảo đảm suất cao, thiết bị chất liệu đơn giản Khi nắp lò mở ra, cần trục đưa thùng chất liệu vào lò đáy thùng mở ra, liệu thùng rơi xuống đáy lò Hiện nay, người ta sử dụng rộng rãi phương pháp chất liệu xuống dùng thùng nạp liệu cho tất loại lò 4.2 Thao tác thời kỳ nấu chảy: Đây giai đoạn quan trọng định suất lò Nhiệm vụ giai đoạn nấu chảy liệu khử phần Photpho Sau nạp liệu xong, điện cực hạ xuống ta thông điện vào Trong khoảng phút đầu sử dụng công suất thấp (khoảng 30% công suất định mức) Hồ quang phát có nhiệt độ cao (3000 – 4000 oC) làm chảy liệu Quá trình nung chảy liệu chia làm thời kì: • Thời kỳ 1: khoảng 10 – 15 phút sau thông điện vào lò Hồ quang phát xạ trực tiếp phần lên mặt liệu, phần lớn lại xa đỉnh lò, tường lò Trong thời kỳ khơng nên sử dụng cơng suất điện lớn q tia hồ quang khơng ổn định dễ gây hư hỏng tường đỉnh lị • Thời kỳ 2: khoảng 15 – 20 phút sau thông điện vào lò Một số liệu rắn điện cực chảy lỏng tụ xuống đáy lò, để lại mặt liệu hố Điện cực cắm sâu xuống hố, tia hồ quang phát trực tiếp vào liệu, cột liệu tụt dần, đáy lị ngày tích tụ thêm kim loại lỏng thời kỳ này, nhiệt từ phía truyền vào liệu: • - Hướng dẫn: ThS.Nguyễn Duy Thơng trang 20 ĐAMH: NẤU LUYỆN THÉP BẰNG LÒ HỒ QUANG ĐIỆN 120 TẤN THÉP HỢP KIM 50CrNiW nhiệt xạ hồ quang, nhiệt kim loại lỏng đáy lò, nhiệt phản xạ từ đỉnh lò xuống mặt liệu Tùy theo dung tích lị mà thời kỳ kéo dài từ đến • Thời kỳ 3: thời kỳ định thời gian nấu chảy suất tiêu hao điện trình Sau thơng điện vào lị khoảng 1g15ph đến 1g30ph hố phát triển bề rộng lẫn bề sâu, đường kính hố lớn đường kính điện cực từ 30 – 40%, mức kim loại lỏng tăng nhanh, hồ quang phát liệu che kín Lúc chưa nên đưa vào công điện tối đa để rút ngắn thời gian nấu chảy Việc sử dụng mức điện áp cao làm tăng hiệu suất điện với cơng suất, U tăng I giảm, kết mát điện giảm Trong thời kì này, hồ quang phát tiếng kêu êm, lửa khói nâu bốc nhiều lên đỉnh lị • Thời kỳ 4: thời kỳ này, kim loại lỏng chiếm đến ¾ hồn tồn, cịn cục liệu rắn nằm sát tường bên xung quanh lò Thời kỳ cần phải đẩy nốt cục liệu vào bể kim loại lỏng Điện cực cách xa mặt kim loại, hồ quang phát êm, lửa khói trắng xuất lửa khơng dâng cao thời kỳ  Các nhân tố ảnh hưởng giai đoạn này: - Chế độ điện: để đảm bảo nấu chảy liệu nhanh, suất lò cao suất tiêu hao điện thấp ta cần có chế độ điện hợp lý Cơng suất đưa vào cho lò 120 sau: Thời kỳ Thời kỳ Thời kỳ Thời kỳ Thời kỳ - - - Công suất điện tiêu hao 25 – 30% công suất định mức 30 – 40% công suất định mức 50 – 70% công suất định mức 40 – 50% công suất định mức Kỹ thuật chất liệu: trình tự nạp liệu nói phần nạp liệu để đảm bảo nung chảy liệu nhanh Ở cần ý điều phần liệu gồm liệu nhẹ phải nhỏ sử dụng mức điện tối đa từ đầu mẻ nấu Kích thước buồng phản ứng: nồi lị sâu đường kính lị nhỏ nấu chảy nhanh chóng điện cực nhúng sâu liệu, kim loại tiêu thụ nhiệt hồ quang nhiều Vòng phân bố điện cực hợp lý nấu chảy nhanh Thành phần hóa học liệu thép vụn chứa hàm lượng C cao dễ chảy, C khó chảy điện trở suất lớn hơn, đòi hỏi phải cung cấp nhiệt nhiều nấu chảy hoản toàn 4.3 Thao tác thời kỳ oxi hóa:  Trình tự giai đoạn oxy hóa sau: Hướng dẫn: ThS.Nguyễn Duy Thơng trang 21 ĐAMH: NẤU LUYỆN THÉP BẰNG LÒ HỒ QUANG ĐIỆN 120 TẤN THÉP HỢP KIM 50CrNiW Việc lấy mẫu thử kim loại đánh dấu thời điểm kết thúc giai đoạn nấu chảy bắt đầu giai đoạn oxy hóa Trong giai đoạn này, máy biến lò sử dụng mức điện áp trung bình Cho vào lị quặng sắt nung nóng (khoảng 1% khối lượng mẻ liệu), sau 10 phút, ta nghiêng lị góc 4o – 6o phía cửa nạp liệu để tháo xỉ Ta tháo khoảng 60 – 70% xỉ, trình tháo xỉ khơng cắt điện Xỉ đầu mang hầu hết lượng Photpho bị oxy hóa giai đoạn nấu chảy khỏi lị Sau đó, ta cho CaO vào, lượng chiếm khoảng – 1,5% lượng mẻ liệu Khi lị hình thành xỉ lỗng kim loại nung đến nhiệt độ yêu cầu lị nghiêng phía cửa nạp liệu đồng thời cho thêm vào lò phần quặng sắt CaO Thực tế cho thấy rằng, để oxy hóa 0,01% C cần 0,6 – 1kg quặng cho kim loại Nhiệt độ kim loại cao tốn quặng để oxy hóa cacbon Việc cho thêm quặng sắt vào kim loại nóng làm cho nồi lị kim loại sơi mãnh liệt (do việc bọt khí CO) Xỉ bị sủi bọt trào qua cửa lò vào thùng chứa xỉ Việc để xỉ trào tự có vai trị quan trọng việc khử Photpho Điều giải thích sau: nhiệt độ kim loại tăng lên liên tục giúp cho phản ứng hồn ngun Photpho xảy mạnh mẽ nên muốn giảm hàm lượng Photpho kim loại có cách phải thường xuyên tạo xỉ Cho thêm quặng sắt vào sôi kim loại bắt đầu giảm Cứ trước lần cho quặng vào, ta khuấy khuấy trộn nồi lò lấy mẫu thử để phân tích hàm lượng Cacbon, Mn, P Dựa theo kết phân tích, ta dễ dàng khống chế phản ứng oxy hóa, khơng phép cho quặng sắt vào kim loại nguội quặng làm giảm nhiệt độ nồi lị, sơi khơng thể xảy Đồng thời lị có nhiều quặng chưa kịp phản ứng tăng nhiệt độ chúng oxy hóa C mạnh làm trào xỉ kim loại lên sàn thao tác Trong trình dùng quặng tốc độ oxy hóa cacbon 0,6%/giờ giai đoạn đầu 0,3%/giờ giai đoạn cuối Khi hàm lượng cacbon thấp giới hạn hàm lượng Photpho khoảng 0,01% ta tháo 80% lượng xỉ đồng thời chuyển sang giai đoạn sôi Thời gian sôi khoảng 10 phút, suốt thời gian oxy hòa tan sắt lỏng tiếp tục tác dụng với C, lớp xỉ mỏng tạo điều kiện thuận lợi cho việc bọt khí CO Nồi lò dần đến trạng thái cân cacbon oxy kim loại Đây điều kiện thuận lợi cho việc tiến hành trình khử oxy giai đoạn hoàn nguyên Thời gian tiến hành giai đoạn oxy hóa bao gồm giai đoạn sôi quặng sôi 40 – 100 phút Việc tháo xỉ công việc nặng nhọc cửa nạp liệu mở nên thao tác có nhiệt độ cao Để tạo điều kiện tháo xỉ thuận lợi ta dùng thiết bị máy khuấy trộn kiểu điện từ, xỉ dồn phía cửa nạp liệu tháo dễ dàng Yêu cầu việc tháo xỉ phải tháo thật sạch, khơng P Hướng dẫn: ThS.Nguyễn Duy Thơng trang 22 ĐAMH: NẤU LUYỆN THÉP BẰNG LÒ HỒ QUANG ĐIỆN 120 TẤN THÉP HỢP KIM 50CrNiW - - - - - - - cịn lại xỉ bị hồn nguyên giai đoạn hoàn nguyên trở lại kim loại lỏng  Các nhân tố ảnh hưởng giai đoạn oxy hóa: Chế độ nhiệt có vai trị quan trọng giai đoạn oxy hóa Chỉ nồi lị nung nóng tốt đảm bảo hiệu oxy hóa C nồi lị sơi mãnh liệt tạo điều kiện khử khí tốt Nhiệt độ nồi lò tăng với mức độ khử C Cuối giai đoạn oxy hóa, nhiệt độ kim loại phải cao nhiệt độ đường lỏng từ 100 – 130oC Để khử P tốt phải liên tục tạo xỉ mới, độ bazơ xỉ phải nằm khoảng 2,7 – Do phải tháo xỉ thường xuyên nên chúng phải có độ chảy loảng thích hợp, ta cho huỳnh thạch vào để tăng độ chảy lỗng Có thể kết hợp việc oxy hóa quặng sắt với việc sử dụng oxy nguyên chất để rút ngắn giai đoạn oxy hóa, tăng suất lò  Vấn đề sử dụng oxy nguyên chất giai đoạn oxy hóa: Khi liệu chứa nhiều 0,6% C ta áp dụng phương pháp thổi oxy vào lò, oxy nguyên chất đến 98% Đối với lò này, ta thổi oxy vòi phun đặt cửa lò, đầu vòi phun nhúng sâu vào kim loại lỏng đến 100 – 200mm, đường kính vịi phun 10 – 15mm, áp suất oxy – 10at Trong q trình thổi, vịi phun di chuyển theo phương ngang để tránh làm hư đáy lị Khi đầu ống bị cháy ta tiếp tục đẩy ống vào 4.4 Thao tác thời kỳ hoàn nguyên Giai đoạn hoàn nguyên giai đoạn quan trọng q trình nấu luyện thép, có ảnh hưởng định đến chất lượng thép nấu luyện  Nhiệm vụ giai đoạn hoàn nguyên: Khử oxy oxyt: FeO, MnO, SiO2… chủ yếu khử oxy FeO hàm lượng FeO lớn, tồn có ảnh hưởng lớn đến chất lượng thép Khử S đến giới hạn cho phép Khống chế thành phần nhiệt độ kim loại theo quy định mác thép cần nấu Tinh luyện hợp kim hóa thép Khử khí nitơ, hydro thép  Trình tự tiến hành giai đoạn hồn nguyên: Sau cào xỉ oxy hóa xong, ta giảm mức điện sử dụng Lúc này, kim loại nóng, nhiệt xạ lớn cần đưa cơng suất điện thấp vào lị Trong giai đoạn đòi hỏi tia hồ quang phát phạm vi rộng, tia hồ quang ngắn, đảm bảo giữ nhiệt khắp bề mặt kim loại để tạo điều kiện khử oxy tốt Để đảm bảo hoàn nguyên tốt, người ta cho chất khử oxy hóa yếu vào lị trước, sau loại trung bình cuối chất khử mạnh Các phản ứng khử S thực chất xảy song song với phản ứng khử oxy mức độ cịn phụ thuộc vào khả khử oxy Sau khử oxy gần xong cho chất tạo xỉ vơi, huỳnh thạch để tăng độ bazơ tăng tính chảy lỗng xỉ, tạo điều kiện khử S nhanh Hướng dẫn: ThS.Nguyễn Duy Thông trang 23 ĐAMH: NẤU LUYỆN THÉP BẰNG LÒ HỒ QUANG ĐIỆN 120 TẤN THÉP HỢP KIM 50CrNiW Sau khử oxy lưu huỳnh xong, ta cho nguyên tố hợp kim vào lò với thứ tự định mà ta bàn kỹ phần - Khử oxy lần cuối tiến hành trước rót từ – phút, ngồi cịn khử oxy lần cuối thùng rót  Các phương pháp khử oxy: • Phương pháp khử oxy lắng: chất khử oxy cho trực tiếp vào kim loại lỏng, phản ứng oxy xảy kim loại Quá trình khử oxy nhanh tạo tạp chất phi kim loại lại thể tích kim loại Phương pháp sử dụng nhiều để khử oxy thép cacbon, thép kết cấu nấu luyện loại lò điện hồ quang cỡ nhỏ trung bình - Dùng Mn: ta thấy Mn nguyên tố có khả khử oxy yếu nên thường dùng để khử oxy (còn gọi khử oxy sơ bộ) Muốn dùng Mn FeMn để khử oxy cần tính tốn kỹ để sau khử oxy xong, hàm lượng Mn không vượt mác thép Việc đưa Mn vào lò thời kỳ đầu giai đoạn hồn ngun nhằm mục đích sau:  Khử oxy thép đến mức độ định  Tạo điều kiện khử D Mn kết hợp với S thành sunfua bền vững dễ nỗi lên xỉ.: [FeS] + [Mn] = [Fe] + (MnS)  Tạo nên liên kết hóa học bền với oxyt khác - Dùng Al: Nhôm chất khử oxy mạnh Mn, Si, C, người ta đưa Al vào cuối giai đoạn hoàn nguyên cho vào thùng rót Mục đích đưa Al vào để khử oxy triệt để, điều chỉnh độ hạt tinh thể, làm cho thép kết tinh nhỏ mịn, Mức độ khử oxy Al tùy thuộc lượng Al đưa vào lò: Nếu lượng Al đưa vào < 0,02% ta có phản ứng: 4[O] + 2[Fe] + [Al] = (FeO.Al2O3) ta có O:Al = 2:1 Nếu lượng Al đưa vào > 0,02% ta có phản ứng: 3[FeO] + 2[Al] = 3[Fe] + Al2O3 3[MnO] + 2[Al] = 3[Mn] + Al2O3 (Cr2O3) + 2[Al] = 2[Cr] + Al2O3 Ta nghiên khả oxy hóa Al thơng qua phản ứng: 2[Al] + 3[O] = Al2O3, ΔG = -215,942 + 57,3T K = [Al]2.[O]3 - lg K = − - 47200 + 12,52 T Vì nhiệt độ cao khả khử oxy Al Khả khử oxy Al khả khử oxy Si, Al hòa tan vào thép lỏng so với Si Al bị oxy hóa hồn tồn Khử oxy bẳng Al cần ý số đặc điểm sau: Khi đưa lượng Al vào khử oxy q lượng Al khơng có tác dụng mà cịn lơi kéo thêm Fe nhiều vào xỉ Hướng dẫn: ThS.Nguyễn Duy Thơng trang 24 ĐAMH: NẤU LUYỆN THÉP BẰNG LỊ HỒ QUANG ĐIỆN 120 TẤN THÉP HỢP KIM 50CrNiW Không đưa Al vào dư lượng sản phẩm Al Al 2O3 có kích thước nhỏ, đa số lại thép lỏng làm tăng lượng tạp chất phi kim làm giảm tính thép  Dùng Si: Si chất khử oxy mạnh Mn C Khả khử Si tùy thuộc vào lượng Si đưa vào lò Nếu đưa Si vào lị q có phản ứng: 4[O] + [Fe] + [Si] = (2FeO.SiO2), ta có O:Si = Nếu đưa Si thì: 3[O] + [Fe] + [Si] = (FeO.SiO2), ta có O:Si = Nếu đưa vào đủ: 2[O] + [Si] = SiO2 , ta có O:Si = Nếu Si có dư: [O] + [Si] = (SiO), ta có O:Si = Ta nhận thấy đưa Si vào q lượng khơng đủ Fe vào xỉ nhiều, hiệu khử oxy Si không cao Nếu đưa Si vào với lượng thích hợp tăng hiệu khử oxy Si, đồng thời thu hồi nhiều Fe Khi Si đưa vào đầy đủ: 2[O] + [Si] = (SiO2), ΔG = -92735 + 28,7T - lg K Si = −20270 + 6, 27 T K Si = a[Si] a[2O ] = f Si [Si ].( f 0' [O]) lg K Si = lg a[Si ] + lg a[O ] = lg[ Si] + lg[O] + lg f Si + lg f 0' Các nhân tố ảnh hưởng đến khả khử oxy Si bao gồm: - Nhiệt độ mơi trường: nhiệt độ cao mức độ khử oxy Si giảm, điều thể bảng sau: T[oC] KSi 1540oC 1,2.10-5 1590oC 3,3.10-5 1650oC 9,10.10-5 - Lượng Si đưa vào lò Các nguyên tố hợp kim kim loại lỏng Do kim loại có mặt nguyên tố hợp kim Ni, Cr…nên xuất oxyt NiO, Cr2O2… Trên đây, ta khảo sát phương pháp khử oxy lắng, điều cần ý phương pháp lượng tạp chất phi kim loại thép tăng lênm cần phải tính tốn kỹ lưỡng chất khử phải theo trình tự định • Khử oxy phương pháp khuyếch tán: Khử oxy phương pháp khuếch tán khử bề mặt kim loại xỉ, cụ thể dùng than cốc cốc vụn, ferro silic, nhôm, silicô canxi dạng bột Nguyên lý phương pháp dựa vào định luật phân bố oxy hai pha xỉ kim loại lỏng, theo định luật nhiệt - Hướng dẫn: ThS.Nguyễn Duy Thông trang 25 1700o 2,0.10 ĐAMH: NẤU LUYỆN THÉP BẰNG LÒ HỒ QUANG ĐIỆN 120 TẤN THÉP HỢP KIM 50CrNiW độ định độ bazơ xỉ định, tỉ số nồng độ oxyt sắt xỉ kim loại số: L= ( FeO ) = const [FeO] Vì vậy, làm giảm tổng lượng FeO xỉ lượng oxy tương ứng từ kim loại vào xỉ Trong lị điện, ta tạo xỉ với lượng FeO 0,5% nhỏ nữa, hàm lượng oxy kim loại giảm đến 0,005% Chương 5: GIẢI QUYẾT MÔT SỐ SỰ CỐ VÀ ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN TĂNG NĂNG SUẤT 5.1 Giải số cố 5.1.1 Sự cố a) Mô tả cố: thời kỳ thứ q trình nung chảy liệu có xảy tượng: tốc độ điện cực lớn gây điện cực chạm vào liệu rắn va to, đầu điện cực chạm vào liệu nguội lạnh gây tượng chập mạch, hồ quang đôi lúc bị tắt b) Hướng giải quyết: để đảm bảo thông điện tốt hồ quang phát liên tục nên điện cực sát mặt liệu cục than để dẫn điện tốt Hướng dẫn: ThS.Nguyễn Duy Thông trang 26 ĐAMH: NẤU LUYỆN THÉP BẰNG LÒ HỒ QUANG ĐIỆN 120 TẤN THÉP HỢP KIM 50CrNiW 5.1.2 Sự cố a) Mô tả cố: thời kỳ thứ trình tự nung chảy liệu dễ bị cố sau: đầu điện cực dễ bị gãy cục liệu to rơi từ miệng hố xuống b) Hướng giải quyết: chất liệu không nên để cục to xung quanh điện cực, không nên vội vàng đẩy liệu xuống hố thời gian Thời kỳ không nên mở cửa lị xem hồ quang gây tiếng ồn ảnh hưởng không tốt đến công nhân trực tiếp nấu luyện 5.1.3 Sự cố Nổ thùng rót rót thép lỏng Nguyên nhân : thùng rót thép có độ ẩm cao rót thép lỏng có nhiệt độ cao vào thùng rót => phát nổ Biện pháp :nung nóng thùng rót thép để loại bỏ độ ẩm Cơng nhân ngủ trưa thùng rót thép rót thép vào thùng rót => nạn chết người Biện pháp : kiểm tra kĩ thùng rót trước rót thép đảm bảo tiêu chuẩn an toàn lao độn 5.1.4 Sự cố Gãy điện cực Nguên nhân ; thường xảy giai đoạn nấu chảy điên cực va đập với liệu.vì phải dàn liệu chất kiệu nhỏ Biện pháp : gãy miếng nhỏ điện cực khơng tao tiếp tục nấu chảy ý thêm thành phần cacbon Nếu gãy miếng lớn điện cực ngừng phát điện , nâng điện cực lên mở nắp lò ra, lấy điện cực bị gãy , thay điện cực mới, kiểm tra việc chất liệu Sau hạ điện cực xuống tiếp tục phát điện nấu luyện , thao tác phải nhanh để tranh nhiệt 5.1.5 Sự cố Liệu bị treo Biện pháp : giảm công suất điện xuống 50% công suất đinh mức nâng điện cực lên kéo đảo liệu Hướng dẫn: ThS.Nguyễn Duy Thông trang 27 ĐAMH: NẤU LUYỆN THÉP BẰNG LÒ HỒ QUANG ĐIỆN 120 TẤN THÉP HỢP KIM 50CrNiW Nếu liệu bị treo nhiều thi ngừng phát điện nâng điện cực lên nghiêng lò Thành phần hóa học sau phân tích khơng đạt u cầu: Nếu giai đoạn oxy hóa thiếu cacbon pải bổ sung thêm than cốc hay vụn điện cực vào bể kim loại lỏng, lưu ý phải cào hết xỉ oxy hóa trước bổ sung Hoăc bổ sung cách tặt điện cực cho điện cực nhúng thẳng vào sâu ki loại Sự cố cúp điện trình nấu luyện Cúp điện thời gian ngắn :nguồn nhiệt điện cực cung cấp bị ngắn ta sử dụng nguồn nhiệt thay để trì nhiệt độ lị chờ cho có điện lại phun đồng thời dầu mazút với oxy phun bột than cốc với oxy Lưu ý viêc phun nhiên liệu thay làm tằng hàm lượng cacbon kim loại ta tiến hành khử cacbon giai đoạn oxyhóa • Cúp điện thời gian dài : Chờ cho lò nguội hẳn Chui vào lị đục lấy vài mấu móc cáp mà cẩu tảng thép đặc khổng lồ Xây đầm lại lị • Đang nấu thép phát lị bị mục Nếu bị mục tuyến xỉ ta tiếp tục nấu tiếp tiến thành vá lò bột manhetit cộng với nước thủy tinh Nếu bị mục hay tuyến xỉ ta nấu với chút tiến hành vá lò Nếu mà bị mục đáy lò trường hợp nghuy hiểm ta phải đảm bảo an toàn thiết bị người ngắt điện đổ đống thép lò nhanh tốt làm thép phế Rồi tiến hành vá lò 5.2 Phương án tăng suất: Để tăng suất nấu luyện cho mẻ, ta có số biện pháp sau: Biện pháp rút ngắn thời gian nấu chảy: - Ta dùng cấu quay thân lị để tạo nên hố liệu thay hố bình thường Quá trình quay tiến hành sau: trước bắt đầu nấu luyện, ta quay lò đạt góc 40o so với vị trí bình thường sau mẻ nấu tiến hành 35 – 40 phút Hướng dẫn: ThS.Nguyễn Duy Thơng trang 28 ĐAMH: NẤU LUYỆN THÉP BẰNG LÒ HỒ QUANG ĐIỆN 120 TẤN THÉP HỢP KIM 50CrNiW - - - - hố tạo thành mẻ liệu, ta nâng điện cực lên khỏi mặt liệu, đỉnh lò, nâng lên đoạn 150 – 200mm thân lò đươc quay 80 o theo chiều ngược với chiều quay lần đầu, đỉnh lò điện cực lại hạ xuống lại đưa điện vào Sau 35 phút, điện cực lại tạo hố mới, người ta lại nâng điện cực đỉnh lò, quay thân lò 40o chiều với chiều quay lần đầu lò trở vị trí bình thường Ta hạ điện cực đỉnh lị, đưa điện vào, kết sau liệu hình thành đến hố nhiệt phân bố tương đối đồng đều, liệu rắn xung quanh dịng chảy lỏng nên khơng cần phải đẩy chúng vào nồi lò kim loại lỏng Ta thổi oxy nguyên chất vào kim loại lỏng sau liệu nung chảy từ ½ đến 2/3 tổng số mẻ nấu, áp suất thổi vào đạt từ – 7at Khi thổi oxy vào lò ta đạt thuận lợi là: trước hết, dòng oxy cắt nhỏ cục liệu cồng kềnh làm chúng nóng chảy nhanh, thứ hai nguyên tố liệu P, Si, C…khi bị oxy hóa tạo lượng nhiệt lớn góp phần vào việc nấu chảy liệu Dùng oxy nguyên chất ta rút ngắn thời gian nấu từ 15 – 20 phút Trên giới người ta gia nhiệt cho liệu 800 ÷ 1000 oC sau nạp liệu nóng đỏ kết hợp thổi oxy làm giảm thời gian nấu chảy khoảng 10%, tiêu thụ điện giảm 15% Khi nung liệu trước cịn giảm q trình thủy phân dầu mở bẩn liệu, có lợi cho việc giảm khí thể có hại kim loại lỏng thuận lợi cho việc nấu luyện Nếu thổi phối hợp khí thiên nhiên oxy vào lị để rút ngắn thời gian nấu chảy 25 – 30%, tiêu hao điện giảm 20 – 25% Ngồi ta đưa 20 – 50% gang lỏng luyện thép vào lò với phế thép để nấu luyện thép, giảm thời gian nấu chảy, giảm tiêu hao điện lớn làm đơn giản hóa q trình nấu chảy Vấn đề sử dụng oxy nguyên chất giai đoạn oxy hóa: Khi liệu nhiều 0,6% C ta áp dụng phương pháp thổi oxy vào lị, oxy nguyên chất đạt 98% Đối với lò lớn (120 tấn), ta dùng oxy thổi ổn định, đường kính ống thổi 15 – 20mm, bên ngồi ống người ta trát lớp bột chịu nhiệt, đơi ống có nước làm nguội Khoảng cách đầu phun bề mặt xỉ 100 – 200mm, áp suất oxy 10 – 15at  Ưu nhược điểm phương pháp thổi oxy: • Ưu điểm: Phản ứng oxy hóa nguyên tố xảy nhanh Ví dụ tốc độ oxy hóa C 1,5 – 2%C/giờ thép C cao 0,08%C/giờ thép C thấp Nhiệt độ kim loại lỏng tăng nhanh 30oC – 40oC/phút, nhờ mà kim loại lỏng xỉ có độ sệt thấp, cháy hao nguyên tố hợp kim Năng suất lị tăng 20 – 30%, tiết kiệm điện 20 – 50KWh/tấn Kim loại sôi mãnh liệt, xáo trộn kim loại khắp, giảm hàm lượng khí, tạp phi kim, tăng chất lượng thép Tuy vậy, việc sử dụng oxy nguyên chất có số nhược điểm sau: Hướng dẫn: ThS.Nguyễn Duy Thông trang 29 ĐAMH: NẤU LUYỆN THÉP BẰNG LÒ HỒ QUANG ĐIỆN 120 TẤN THÉP HỢP KIM 50CrNiW - - Nhiệt độ kim loại tăng nhanh nên việc khử P khó khăn Khống chế tốc độ cháy C khó, dễ làm cho thép không hợp quy cách đốt cháy C xuống thấp 0,06 – 0,08% Trong trình thổi oxy dễ gây tai nạn nỗ phun bắn kim loại lỏng Trong lò đại, người ta sử dụng oxy cách phổ biến để sản xuất thép máy biến thế, thép kết cấu, thép vịng bi, thép khơng gỉ, thép gió…khi sử dụng oxy để thổi vào lị chất lượng thép tốt so với bình thường bị bị nhiễm bẩn khí tạp chất phi kim loại  Phương pháp dùng quặng sắt: Phương pháp có đặc điểm sau so sánh với phương pháp thổi oxy nguyên chất: Phản ứng oxy hóa xảy chậm hơn, thép cacbon tốc độ oxy hóa trung bình 0,3 – 0,5%C/giờ Nhiệt độ kim loại lỏng tăng chậm, 5oC – 6oC/phút Thời gian oxy hóa lâu Tăng lượng xỉ, tăng cường độ lao động công nhân, tăng tạp chất bẩn  Việc nâng cao nhiệt độ nồi lò kim loại: Việc nâng cao nhiệt độ kim loại cuối giai đoạn oxy hóa có ảnh hưởng lớn đến chất lượng mẻ nấu Nếu tháo xỉ oxy hóa, kim loại có nhiệt độ cao nhiệt độ rót tạo điều kiện tốt cho việc tiến hành giai đoạn hoàn nguyên: xỉ tạo thành nhanh chóng, phản ứng khử oxy hóa tiến hành với tốc độ cao, việc khử S dễ dàng nguyên tố hợp kim nóng chảy thời gian ngắn Nếu tháo xỉ oxy hóa mà kim loại chưa đạt đến nhiệt độ đủ cao việc tiến hành giai đoạn hồn nguyên khó khăn, việc nung nóng kim loại giai đoạn hồn ngun bị kéo dài nồi lị khơng cịn khuấy trộn bọt CO Vì vậy, kim loại cần nung đến nhiệt độ đủ cao giai đoạn oxy hóa, giai đoạn ta dùng cấp điện trung bình Hướng dẫn: ThS.Nguyễn Duy Thơng trang 30 ĐAMH: NẤU LUYỆN THÉP BẰNG LÒ HỒ QUANG ĐIỆN 120 TẤN THÉP HỢP KIM 50CrNiW Phần IV: TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.Kỹ thuật lò điện luyện thép -PGS.TS Trần Văn Duy 2.Vật liệu kỹ thuật-PGS.TS Đặng Vũ Ngoạn 3.Luyện thép lò điện –Phạm Phổ –Phạm Huy Bình 4.Tính tốn kỹ thuật nhiệt luyện kim - Hoàng Kim Cơ 5.Materials Selection in Mechanical Design - Michael F.Ashby http://luyenkim.net www.meslab.org 8.www.key-to-steel.com nhiều địa trang web khác Hướng dẫn: ThS.Nguyễn Duy Thông trang 31 ... ThS.Nguyễn Duy Thơng trang ĐAMH: NẤU LUYỆN THÉP BẰNG LÒ HỒ QUANG ĐIỆN 120 TẤN THÉP HỢP KIM 50CrNiW Phần II: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ NẤU LUYỆN THÉP HỢP KIM 50CrNiW VỚI SẢN LƯỢNG 120 TẤN/MẺ Chương 1: XÁC ĐỊNH... ĐAMH: NẤU LUYỆN THÉP BẰNG LÒ HỒ QUANG ĐIỆN 120 TẤN THÉP HỢP KIM 50CrNiW • Khuyết điểm: Nhiệt độ lị thấp (1300 – 1400 oC), khơng thể nấu luyện thép hợp kim, tuổi thọ lị thấp q trình nấu luyện. ..ĐAMH: NẤU LUYỆN THÉP BẰNG LÒ HỒ QUANG ĐIỆN 120 TẤN THÉP HỢP KIM 50CrNiW Phần I: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH NẤU LUYỆN THÉP I TỔNG QUAN VỀ NGÀNH NẤU LUYỆN / Tình hình sản lượng gang thép toàn giới : Theo đánh