Nguyên vật liệu chính
Thép vụn nhập.
Đặc điểm của thép vụn nhập dùng cho sản xuất thép như sau: - Thành phần hoá học: Sắt (Fe): ≥98% Carbon (C): 0,05 – 0,35% Mangan (Mn): 0,1 – 0,6% Silic (Si): 0,1 – 0,5% Phốtpho (P): 0,02 – 0,04% Tạp chất: ≤1,5% - Kích thước Dài: <500 mm Rộng: <500 mm Dày: <500 mm - Trọng lượng Trọng lượng: <500 kg/cục Tỷ trọng đống: 700 kg/m3 Nguyên liệu phụ Các Ferô hợp kim
Các loại pherô hợp kim thường dùng trong luyện thép có đặc điểm như sau: a. Fero mangan có hàm lượng các bon cao Hàm lượng: 70 – 75% Mn, 7%C, 1%Si.
Cỡ cục: 20 – 50 mm
Tỷ trọng biểu kiến: 3,5 tấn/m3
b. Ferơ mangan có hàm lượng cacbon thấp: Hàm lượng: 85 – 95%Mn, max 1%C, 1,5%Si Cỡ cục: 20 – 50 mm.
Tỷ trọng biểu kiến: 3,5 tấn/m3
c. Ferô silico-mangan
Hàm lượng: 60 – 65%Mn, max 1%C, 14-17%Si Cỡ cục: 20 – 50 mm
Tỷ trọng biểu kiến: 3,5 tấn/m .3
Chương 3: Luyện thép
---------------------------------------------------------------------------------------------
Ngày nay, có hai lưu trình luyện thép được nhiều cơng ty gang thép áp dụng trên thế giới, đó là lưu trình lị cao – lị thổi oxy sản xuất thép từ quặng sắt và lưu trình dùng lị điện sản xuất thép trên cơ sở thép vụn.
Với lưu trình lị cao – lị thổi oxy, các sản phẩm thép được sản xuất thông qua công đoạn làm giàu quặng và các thiết bị như thiết bị thiêu kết quặng, lò cao, lò thổi, thiết bị đúc và thiết bị cán. Trong khi lưu trình lị điện, các sản phẩm thép được sản xuất từ các thiết bị như lò điện, thiết bị đúc và thiết bị cán. Có nhiều hạn chế trong việc lựa chọn lưu trình lị cao – lị thổi oxy để sản xuất các sản phẩm thép, vì cần nhiều thiết bị để chuyển nguyên liệu thành các sản phẩm thép. So sánh với lưu trình lị điện – đúc liên tục trên cơ sở thép vụn, lưu trình lị cao – lị thổi có đặc điểm là chu trình sản xuất dài hơn, tiêu hao năng lượng nhiều hơn, chiếm nhiều diện tích hơn, thời gian xây dựng dài hơn, chi phí đầu tư lớn hơn và trình độ quản lý phức tạp hơn, cũng như yêu cầu về nguồn cung cấp quặng sắt và than cốc phải ổn định.
Lưu trình lị điện – đúc liên tục để sản xuất sản phẩm thép có nhiều ưu thế vì có ít thiết bị, chu trình sản xuất ngắn, trình độ quản lý đơn giản, bố trí gọn trong diện tích nhỏ, thời gian xây dựng ngắn hơn, chi phí đầu tư vừa phải, cũng như kế hoạch sản xuất linh động hơn và dễ thỏa mãn yêu cầu của thị trường. Lưu trình lị điện – đúc liên tục thích hợp nhất đối với các nhà máy thép có vốn vừa phải và khơng có nguồn quặng sắt và than cốc. Với việc nhập khẩu sắt thép vụn có chất lượng tốt, dễ dàng như hiện nay lưu trình lị trung tần có kết hợp thổi khí trơ tinh luyện + đúc liên tục khắc phục được nhược điểm của lò điện EAF + LF và cả lị thổi oxy nói trên do chi phí sản xuất khá thấp.
Hiện nay Cơng ty đã có dây chuyền sản xuất thép thỏi với lưu trình EAF + LF ( lò điện + lò thùng )+ đúc liên tục để sản xuất các mác thép chất lượng cao BCT34, SD390, SD490, Gr60… theo các tiêu chuẩn JIS 3505, JIS 3507, JIS 3212…
Với mác thép có chất lượng thơng thường như, BCT38, BCT51, SD 295A… theo các tiêu chuẩn TCVN 1765 – 75, TCVN 3104 – 75 sử dụng lưu trình lị trung tần, tinh luyện bằng khuấy đảo khí trơ + đúc liên tục để sản xuất có chi phí sản xuất cạnh tranh nhất.
Lưu trình cơng nghệ lị trung tần – máy đúc liên tục được mơ tả tóm tắt như hình 2.
Sơ đồ khối quy trình cơng nghệ luyện thép bằng lị điện trung tần của dự án được trình bày trong hình 3:
Hình 2: Lưu trình cơng nghệ luyện thép chung
Hình 3: Sơ đồ khối quy trình cơng nghệ luyện thép lị trung tần của dự án
Thép phế liệu được thu mua về vận chuyển đến bãi chứa liệu, thép phế được phân loại sơ bộ. Thép phế được gia cơng chế biến theo kích thước và phân loại phù hợp tại khu vực chuẩn bị liệu và được vận chuyển đến gian lò, nạp vào lò điện bằng cầu trục vào các xe nạp liệu. Trong điều kiện bình thường, nguyên liệu dùng để nấu luyện được nạp làm từng đợt, mỗi đợt từ 15 - 20% lượng thép vụn yêu cầu.
Dự án bao gồm 4 dây chuyền luyện, mỗi dây chuyền luyện sử dụng 4 lò trung tần, mỗi lị cơng suất 50 tấn/mẻ và máy đúc liên tục 4 dòng. Sắt thép vụn (thép phế liệu) được nấu chảy và luyện trong lò trung tần. Trong quá trình nấu chảy phải thêm các phụ gia để đạt các mác thép yêu cầu. Khói bụi sản sinh ra trong quá trình nấu chảy được hệ
thống hút bụi hút và xử lý trước khi thải ra môi trường.
Thép lỏng tại lò điện trung tần sau khi nấu chảy, chuyển sang lò tinh luyện và luyện đạt thành phần hoá học và nhiệt độ đúc theo yêu cầu của mác thép, sẽ được chuyển đến giá đỡ thùng rót đặt trên sàn đúc của máy đúc liên tục. Giá đỡ thùng rót được thiết kế theo kiểu xoay để cho phép chuyển đổi nhanh thùng rót nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho việc đúc liên tục nhiều mẻ liên tiếp. Số lượng thùng rót cho mỗi dây chuyền là 7 thùng.
Hình ảnh minh họa cho thùng rót được trình bày như hình sau đây:
Hình 4: Thùng rót
(3) đặc điểm kỹ thuật chính của lị trung tần
Đặc điểm kỹ thuật chính của lị luyện thép (lị trung tần) như sau:
- Lò cảm ứng trung tần khơng có điện cực grafic nên khơng tăng carbon trong q trình nấu luyện.
- Hàm lượng khí có hại trong thép thấp do khơng có q trình phát hồ quang điện và xỉ bao bọc trên bề mặt kim loại lỏng ngăn cản sự hấp thụ khí từ bên ngồi.
- Khống chế và điều chỉnh nhiệt độ trong quá trình nấu luyện thuận lợi. Yêu cầu về chất lượng liệu cao.
Thơng số kỹ thuật chính của lị luyện trung tần 50 tấn được trình bày trong bảng 16:
STT Hạng mục Thơng số
1 Cơng suất 50 tấn/mẻ 2 Thời gian mẻ tiếp mẻ 85 - 90 phút/mẻ 3 Kiểu cảm ứng điện Cộng hưởng song song. 4 Công suất máy biến áp 25.000 KVA. 5 Bộ tụ và cuộn cảm ứng thân lò Làm mát bằng nước. 6 Hệ thống nghiêng lò Bằng thủy lực 7 Tần số hoạt động trung bình 500 - 1.000Hz 8 Điện áp hoạt động 1.500V - 2.000V 9 Tiêu hao điện 490 - 510 kWh/tấn
10 Tần số trung tần 150 HZ 11 Nhiệt độ luyện thép 1.600oC - 1620oC 12 Điện thế đầu ra 1.500V - 2.000V 12 Điện áp trung tần 22.000V
Bảng 16: Thơng số kỹ thuật chính của lò luyện trung tần 50 tấn
Nguồn sắt thép phế nhập từ cảng, được chuyển về nhà máy sơ chế, nguyên liệu sau khi sơ chế được chuyển về kho bãi của công ty.
Khi liệu vào bãi tập kết của nhà máy sẽ được các cẩu trục có nam châm điện hút sắt thép phế đưa vào các xe goong để cho vào lò.
Yêu cầu của liệu:
- Liệu đưa vào nấu luyện phải đảm bảo 04 tiêu chuẩn: Liệu sạch, tuyệt đối khơng có vật liệu nổ, ống kín, sạch các chất phi kim loại, kích thước phù hợp với miệng là của từng loại lị, để đúng vị trí quy định sau khi chế biến; - Các loại liệu lớn, cồng kềnh phải cắt ngắn kích thước đạt từ 50-60cm, nếu là tấm bản kích thước 50x50 cm. Tất cả các loại liệu dạng ống kín 01 đầu hoặc 02 đầu đều phải cắt thủng để thơng khí như: giàn giáo cầu xe, bình ga,... Riêng giảm xóc tập trung vào vị trí đã định để chuyển vào máy chặt. - Các loại vật liệu dính dầu mỡ, các chất phi kim loại phải đem tập trung xử lý : Các loại liệu nhẹ, rối lồng bồng phải đem ép trước khi nấu như: đờ xê, phoi tiện, lon , Cục ép phải phù hợp miệng lò từng loại lị. Cục ép phải chắc chắn khơng được vẽ khơng được lẫn cao su, rác giẻ lau, bao tay, ống kín, các loại phi kim loại khác
- Phế liệu được phân loại lọc bỏ các kim loại màu gây ảnh hưởng đến thành phần thép. Các vật liệu có hàm lượng carbon cao (phế liệu cứng) để riêng không được để lẫn với các liệu khác. Các ca nấu luyện phải nắm rõ thành phần của mác thép trước khi nấu. Các ca phải chuẩn bị vật tư nguyên liệu vào đầu ca theo quy định về mác thép và định mức của Công ty
- Các CN phục vụ phần tiếp liệu phải đảm bảo sẵn sàng
- Phải đảm bảo đủ nguyên liệu cho sản xuất: SiMn, FeMn, Chất thốt khí, que đo nhiệt độ, gổ cào xỉ, …
Luyện thép trong lò điện trung tần 50 tấn
- Sau khi ra thép ở mẻ trước, tiến hành phun nước vào lò để dễ dàng quan sát, kiểm tra nội hình của lị, nếu khơng đảm bảo thì tiến hành sửa chữa, đảo lị.
- Tiến hành nạp liệu (khoảng 2 xe goong) sau đó đóng điện với điện áp từ 0- 1500-2500V trong khoảng 1p30s, nấu chảy liệu đồng thời nạp liệu liên tục trong khoảng 1h. Khi đó lượng thép lỏng đạt 2/3 dung tích của lò.
- Tiến hành lấy mẫu lần 1 và thổi oxy. Điện áp khi thổi oxy dao động từ 1000-1500V và cường độ dòng điện dao động trong khoảng 800-1500 Ampe, thời gian từ 8-15p (tùy thuộc vào kinh nghiệm của người vận hành). Sau thổi oxy, tiến hành lấy mẫu lần 2.
- Dựa vào kết quả lấy mẫu lần 1, từ đó thay đổi loại liệu để TPHH của thép gần đạt so với tiêu chuẩn nấu luyện.
- Tăng công suất lên cực đại (2500V-2000Ampe) và tiếp tục nạp liệu lần 2 trong khoảng 15-20p.
- Giảm điện về 0 tiến hành lấy mẫu+ chắt xỉ
- Thổi oxy lần 2 với dòng điện từ 1000-1500V trong khoảng 10-15p tùy theo kinh nghiệm người vận hành.
- Lấy mẫu kiểm tra TPHH để chọn liệu phù hợp để nạp liệu lần 3
- Nạp liệu lần 3, tăng điện áp lên cực đại 2500V-2500A,nạp liên tục trong khoảng 10-15p
- Lấy mẫu sau đó giảm điện về 0 rồi tiến hành nghiêng lò cào xỉ
- Nâng điện áp lên 1000-1500V tiến hành thổi oxy lần 3 thời gian thổi dao động trong khoảng từ 5-10p (tùy vào TPHH của thép và kinh nghiệm của người vận hành).
- Ngừng thổi oxy giảm điện về 0, tiến hành hợp kim hóa. - Tăng điện áp lên 2500V-2500A nấu tiếp khoảng 5-10p
- Lấy mẫu và đo nhiệt độ nếu đạt điều kiện mác thép và nhiệt độ (1680-1710 oC) tiến hành ra thép
- Khi ra thép tiến hành thổi khí Ar nhằm đồng đều thành phần đồng đều nhiệt độ, nổi xỉ
- Thép lỏng được rót vào thùng chứa và được vận chuyển qua khu vực đúc liên tục.
Tinh luyện bằng lị LF:
Quy trình cơng nghệ
Sơ đồ khối quy trình cơng nghệ tinh luyện bằng lị tinh luyện LF được trình bày trong hình 5
Hình 5: Sơ đồ quy trình tinh luyện LF
Thuyết minh cơng nghệ
Trong q trình luyện thép, hệ thống nạp liệu sau lị và cho fero để tiến hành khử oxy và thao tác hợp kim hóa nước thép, khi cần thiết có thể cho xỉ tổng hợp để giảm hàm lượng lưu huỳnh và tạp chất trong nước thép. Khi nấu luyện trong lị điện hồn thành, xe chở thùng thép sẽ nhận thép lỏng ở ở lò điện, thùng nước thép sẽ được móc chuyển đến khu vực thao tác của lị tinh luyện để tiến hành luyện nước thép.
Nước thép ở trong lò tinh luyện được khuấy đảo bằng cách thổi Argon, gia nhiệt song song quá trình tạo xỉ lị để hồn thành việc khử oxy, khử lưu huỳnh và điều chỉnh nhiệt độ nước thép, đồng thời cho thêm fero để hoàn thành nhiệm vụ điều chỉnh các thành phần hợp kim, sau khi điều chỉnh thành phần và nhiệt độ sẽ tiến hành khử oxy, lưu huỳnh lần cuối cho nước thép và làm biến đổi hình thái tạp chất.
Đúc liên tục:
Sơ đồ khối quy trình cơng nghệ đúc liên tục được trình bày trong hình 6
Hình 6: Sơ đồ quy trình đúc liên tục
Thuyết minh cơng nghệ
Thép lỏng tại lị tinh luyện sau khi nấu luyện đạt thành phần hoá học và nhiệt độ đúc theo yêu cầu của mác thép, được chuyển đến giá đỡ thùng rót đặt trên sàn đúc của máy đúc liên tục.
Giá đỡ được thiết kế theo kiểu xoay để cho phép chuyển đổi nhanh thùng rót nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho việc đúc liên tục nhiều mẻ liên tiếp.
Hình 7: Sơ đồ mặt cắt dọc máy đúc liên tục
Để bắt đầu một quá trình đúc, thanh dẫn giả cứng (được nối với hệ thống kéo cơ khí bên ngồi) được đưa vào trong khuôn và được định vị sao cho đầu thanh dẫn giả tiếp sát với đáy khuôn. Thép lỏng được đưa đến sàn đúc trong thùng rót, tại đó thép lỏng sẽ được rót vào trong thùng trung gian với tốc độ điều chỉnh được. Kim loại lỏng chảy qua các lỗ xả đặt dưới đáy thùng trung gian và rót đầy khn.
Khi kim loại lỏng trong khuôn đạt định mức, thanh dẫn giả sẽ tự động kéo đi. Tốc độ kéo thanh dẫn giả được định trước trên cơ sở tốc độ đúc yêu cầu hay tốc độ chảy của kim loại từ thùng trung gian. Khi đầu thanh dẫn giả, mà lúc này đã kết nối với sản phẩm đã kết tinh, đi đến vị trí xác định trong hệ thống kéo, nó được tách rời khỏi phần sản phẩm đã kết tinh và thanh dẫn giả được đưa về vị trí ban đầu. Các dịng thép được kết tinh liên tục đi qua hệ thống máy kéo nắn để tới thiết bị cắt.
Sự kết tinh thép lỏng bắt đầu trong khn có nước làm nguội và liên tục khi dòng thép di chuyển qua máy đúc. Sự kết tinh bắt đầu tại mức kim loại dâng trong khuôn và tạo nên lớp vỏ tiếp xúc với thành khuôn. Những điều kiện đúc phải được thiết lập sao cho lớp vỏ kết tinh sau khi rời khỏi khn có đủ độ bền để khỏi bị vỡ khi di chuyển. Để tránh tình trạng dính lớp vỏ kết tinh vào thành khn, khn được rung theo phương pháp thẳng đứng. Ma sát giữa vỏ kim loại kết tinh và thanh khuôn được giảm thiểu nhờ sử dụng chất bôi trơn. Bên dưới khuôn và trong vùng làm nguội thứ cấp có các vịi phun nước để làm
nguội trực tiếp lên bề mặt dịng thép và nhờ đó dịng thép dần dần kết tinh hồn tồn.
Tiếp theo khu vực làm nguội thứ cấp là khu vực máy kéo và nắn thẳng dòng thép. Sau khi được nắn thẳng dòng, thép được cắt phân loại theo chiều dài định trước bằng thiết bị cắt (đèn cắt oxy-gas hay máy cắt thuỷ lực). Sau đó các đoạn thép được chuyển theo hệ thống đường con lăn để tới sàn nguội. Tại đây, thép thỏi sẽ được tập trung và chuyển đến khu vực bãi chứa phơi hoặc máy cán.
Hình 8: Máy đúc liên tục 3 dịng đang hoạt động
Thực hiện kiểm tra các thiết bị:
• Thùng thép: Khả năng hoạt động của đài xoay, cơ cấu trượt. Chiều đóng mở của xilanh và tình trạng nâng hạ, xoay của nắp đậy thùng thép.
• Thùng trung gian: Đã sấy hay chưa; thùng có bị sạt hay nứt khơng.