Bài Thuyết Trình môn Trang thiết bị sản xuất và xử lý vật liệu Kim Loại

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU
BỘ MƠN KIM LOẠI VÀ HỢP KIM
-----------***-----------

Bài Thuyết Trình mơn
Trang thiết bị sản xuất và xử lý vật liệu Kim Loại

Chế Tạo Phơi Bằng Phương Pháp Đúc liên tục

• GVHD: Võ Thế Sơn
• SVTH : Nguyễn Trần Trung Tín MSSV: V1203873

TP.HCM, Tháng 02 năm 2016


Mục lục

Mở đầu

Ý tưởng đúc liên tục đã được đề xuất từ năm 1856 để đúc tấm gang bởi Henry
Bessemer, nhưng thực tế từ 1943 mới bắt đầu phát triển cho đúc thép thỏi. Nãm 1948
có 1 máy đầu tiên trên thế giới nhưng cho đến nay đã có tới gần ngàn máy với tổng sản
lượng gần trăm triệu tấn thép/ năm, đã tạo ra một sản lượng rất lớn. Các nhà máy luyện
kim hiện đại đều dùng phương pháp tiên tiến này để thay cho đức thỏi thông thường
trong khuôn kim loại, đã mang lại hiệu quả kinh tế lớn.
Phương pháp này đã được dùng đúc ống gang đường kính tới 100 mm, dài tới
10 m từ 1952, so với đúc ly tâm thì đơn giản hơn nhiều về thiết bị. ở nước ta năm
1965, nghiên cứu ứng dụng thành công phương pháp này để đúc ống gang đường kính
150. dê tài này được bộ mơn Kỹ thuật đúc trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội đã phôi
hợp cùng ban KHKT Hải Phịng và Xí nghiệp đúc Tân Long, Hải Phịng thực hiện.

Bên cạnh đó là các cơ sở xí nghiệp chuyên đúc ống đường kính 100 – 800 theo
phương pháp tiên tiên này.

2


Các nhà máy luyện kim hiện đại đều dùng phương pháp tiên tiến này để thay
cho đức thỏi thông thường trong khuôn kim loại, đã mang lại hiệu quả kinh tế lớn.

3


1. Sản phẩm:
Vật liệu : Thép là hợp kim với thành phần chính là sắt (Fe), với cacbon (C), từ
0,02% đến 2,14% theo trọng lượng, và một số nguyên tố hóa học khác. Chúng làm
tăng độ cứng, hạn chế sự di chuyển của nguyên tử sắt trong cấu trúc tinh thể dưới tác
động của nhiều nguyên nhân khác nhau. Số lượng khác nhau của các nguyên tố và tỷ
lệ của chúng trong thép nhằm mục đích kiểm sốt các mục tiêu chất lượng như độ
cứng, độ đàn hồi, tính dễ uốn, và sức bền kéo đứt. Thép với tỷ lệ cacbon cao có thể
tăng cường độ cứng và cường lực kéo đứt so với sắt, nhưng lại giòn và dễ gãy hơn. Tỷ
lệ hòa tan tối đa của carbon trong sắt là 2,14% theo trọng lượng (ở trạng thái Austenit)
xảy ra ở 1.147 độ C; nếu lượng cacbon cao hơn hay nhiệt độ hịa tan thấp hơn trong
q trình sản xuất, sản phẩm sẽ là xementit có cường lực kém hơn. Pha trộn với
cacbon cao hơn 2,06% sẽ được gang. Thép cũng được phân biệt với sắt rèn, vì sắt rèn
có rất ít hay khơng có cacbon, thường là ít hơn 0,035%. Ngày nay người ta gọi ngành
công nghiệp thép (không gọi là ngành công nghiệp sắt và thép), nhưng trong lịch sử,
đó là 2 sản phẩm khác nhau. Ngày nay có một vài loại thép mà trong đó cacbon được
thay thế bằng các hỗn hợp vật liệu khác, và cacbon nếu có, chỉ là khơng được ưa
chuộng.
Trước thời kì Phục Hưng người ta đã chế tạo thép với nhiều phương pháp kém

hiệu quả, nhưng đến thế kỉ 17 sau tìm ra các phương pháp có hiệu quả hơn thì việc sử
dụng thép trở nên phổ biến hơn. Với việc phát minh ra quy trình Bessemer vào giữ thế
kỉ 19, thép đã trở thành một loại hàng hoá được sản xuất hàng loạt ít tốn kém. Trong
q trình sản xuất càng tinh luyện tốt hơn như phương pháp thổi ôxy, thì giá thành sản
xuất càng thấp đồng thời tăng chất lượng của kim loại. Ngày nay thép là một trong
những vật liệu phổ biến nhất trên thế giới và là thành phần chính trong xây dựng, đồ
dùng, cơng nghiệp cơ khí. Thơng thường thép được phân thành nhiều cấp bậc và được
các tổ chức đánh giá xác nhận theo chuẩn riêng.
Hình dạng:
•

Phơi thanh (Billet) là loại phơi thanh có tiết diện 100×100, 125×125, 150x150
dài 6-9-12 m. Thường dùng để cán kéo thép cuộn xây dựng, thép thành vằn.

•

Phơi phiến (Slab) loại phôi thành thường dùng để cán ra thép cuộn cán nóng,
thép tấm cán nóng, thép cuộn cán nguội hoặc thép hình.Có

•

Phơi Bloom là loại phơi có thể sử dụng thay thế cho phôi thanh và phôi phiến.

4


Chất lượng:
Đúng thành phần của mác thép yêu cầu, đảm bảo đặc tính cơ lý (độ bền, giới
hạn đứt, …)
Sản lượng: 20000 tấn/năm

2. Công nghệ sản xuất:
2.1 Các phương pháp đúc:
Đúc trong khuôn cát:
+ Ưu điểm
-

Đối với sản xuất nhỏ(<100) chi phí đầu tư nhỏ nhất

-

Đúc được cả hợp kim đen và hợp kim màu.

-

Có thể đúc các chi tiết cực lớn.

-

Chi phí cho dụng cụ là nhỏ nhất.

+ Nhược điểm
-

Độ chính xác thâp hơn các phương pháp đúc đặc biệt, địi hỏi dung sai kích thước
lớn.

-

Trọng lượng đúc vượt hơn nhiều so với trọng lượng vật cần đúc.

-

Chất lượng bề mặt không cao.

Đúc trong khuôn kim loại:
+ Ưu điểm
Tốc độ kết tinh của hợp kim đúc lớn nhờ khả năng trao đổi nhiệt của hợp kim
lỏng với thành khuôn cao, do đó cơ tính của vật đúc đảm bảo tốt.
Độ bóng bề mặt, độ chính xác của lịng khn cao nên tạo ra chất lượng vật
đúc tốt.
-

Tuổi thọ của khuôn kim loại cao.

5


Do tiết kiệm được thời gian làm khuôn nên nâng cao năng suất, giảm giá
thành.
+ Nhược điểm
Khuôn kim loại không đúc được các vật đúc quá phức tạp, thành mỏng và khối
lượng lớn
Khn kim loại khơng có tính lún và khơng có khả năng thốt khí. Điều này sẽ
gây ra những khuyết tật của vật đúc.
-

Giá thành chế tạo khuôn cao.

Phương pháp này chỉ thích hợp trong dạng sản xuất hàng loạt với vật đúc đơn
giản, nhỏ hoặc trung bình

Đúc liên tục :
+ Ưu điểm
- Có khả năng đúc được các loại ống, thỏi và các dạng định hình khác bằng thép,
gang, kim loại màu, có tiết diện khơng đổi và chiều dài không hạn chế; đúc được tấm
kim loại thay cho cán
- Kim loại đông đặc dần dần từ phía dưới lên trên và được bổ sung liên tục nên
khơng bị rỗ co, rỗ khí, rỗ xỉ, ít bị thiên tích; có độ mịn chặt cao, thành phần hóa học
đồng nhất và cơ tính cao. Vì đúc trong khn kim loại nên tổ chức nhỏ mịn, cơ tính
cao và chất lượng bề mặt tốt
- Năng suất cao, giảm hao phí chế tạo khn, khơng tốn kim loại vào hệ thống rót,
phế phẩm ít nên giá thành chế tạo thấp.
+ Nhược điểm
- Tốc độ nguội quá nhanh gây nên ứng suất bên trong lớn, làm cho vật đúc dễ bị
nứt (nhất là những kim loại có sự chuyển pha ở thể đặc). Cũng vì lý do này kim loại
vật đúc bị hạn chế. Để khắc phục hiện tượng này, người ta có thể làm nguội khn
bằng dầu mà khơng dùng nước.
- Khơng đúc được vật phức tạp, vật có tiết diện thay đổi.
Đúc trong khuôn mẫu chảy:
+ Ưu điểm
- Vật liệu đúc có độ chính xác cao nhờ lịng khn không phải lắp ráp theo mặt
phân khuôn, không cần chế tạo thao riêng.
6


-

Độ nhẵn bề mặt bảo đảm do bề mặt lòng khn nhẵn, khơng cháy khn …

-

Vật đúc có thể là vật liệu khó nóng chảy, nhiệt độ rót cao.

+ Nhược điểm
- Quy trình chế tạo một vật đúc gồm nhiều công đọan nên năng suất không cao.
Do vậy ngời ta phải cần cơ khí hóa hoặc tự động hóa q trình sản xuất.
- Đúc theo khn mẫu chảy chỉ thích hợp để chế tạo các vật đúc với kim loại q
cần phải tiết kiệm, những chi tiết địi hỏi chính xác cao…

Ta dựa vào các ưa và nhược điểm của các phương pháp đúc và yêu câu của sản
phâm đi tới quyết định cuối cùng là chọn phương pháp đúc liên tục.

7


2.2 Công nghệ đúc :
2.2.1 Công nghệ :

8


2.2.2 Thiết bị:
1. Máy đúc liên tục :

9


2. Máy hồi liệu và nắn thẳng :

10

3. Khuôn :

11


4. Lò nồi tháp pháo :

12


5. Thùng xe trung gian :

6. Hệ thống vận chuyển từng bước :

13


14


7. Hệ thống cáp treo :

15


3. Máy đúc liên tục CCM :
3.1 Nguyên lý và cấu tạo:
Một hệ thống máy đúc liên tục bao gồm các bộ phận chính như sau: Thùng rót
chính, thùng rót trung gian, xe trở thùng rót trung gian, bình kết tinh, cơ cấu rung bình

kết tinh, có cấu làm nguội lần 2, máy kéo nắn phôi, máy cắt phôi, và cơ cấu chuyển
phơi đúc thành phẩm tới vị trí u cầu.

16


Khi thực hiện đúc thép trình tự các bước thực hiện như sau: Thùng rót chính chứa
thép lỏng được cầu trục đưa tới vị trí làm việc, mở miệng rót ở đáy thùng, thép
lỏng được rót xuống thùng rót trung gian phía dưới. Khi lượng thép lỏng trong
thùng rót trung gian đạt tới một giá trị thích hợp, thực hiện mở cốc rót thép lỏng
chảy vào bình kết tinh được gắn với cơ cấu rung, do được bịt kín phía dưới nước
thép từ từ dâng lên trong bình kết tinh. Dưới tác động của nước làm nguội gián
tiếp, thép lỏng xung quanh thành bình kết tinh sẽ đơng đặc tạo nên lớp vỏ phôi. Khi
chiều dầy của lớp vỏ này đạt tới một giá trị nhất định đủ độ bền để chống lại áp lực
tĩnh của nước thép phía trong, cơ cấu kéo nắn làm việc, kéo bộ phận bịt đầu phôi
và kéo theo phôi thép bên trong vẫn là thể lỏng ra khỏi bình kết tinh. Đến khu vực
làm nguội thứ 2, nước trực tiếp phun vào phôi thép, q trình làm nguội xảy ra
mãnh liệt, phơi thép hồn tồn ở thể đơng đặc trước khi đến trục kéo. Thép phôi
sau khi qua máy kéo nắn, được nắn thẳng và đưa đến máy cắt phôi và được cắt ra
từng đoạn theo chiều dài qui định. Phôi thép sản phẩm sau đó được chuyển tới vị
trí u cầu.

17


3.2 Thơng số:
- Cơng suất đúc 8 tấn/dịng/giờ.
- Cơng suất điện 25kW/dòng,
- Điện áp 3PH – 380VAC.
- Dòng điện định mức 75A/dịng đúc.

- Các động cơ chính gồm rung chấn, nắn kéo, sàn con lăn, bơm lần 1, bơm lầm
2…
- Chế độ điều khiển tự động hoặc bằng tay
- Điều khiển tốc độ các động cơ bằng biến tần.
- Điều khiển trung tâm dùng PLC.
- Cài đặt tham số bằng màn LCD cảm ứng.
- Hiển thị điện áp, dòng điện, công suất, cosj.
- Hiển thị tốc độ các động cơ.
- Tự động hố q trình gom phơi, gạt phơi.
3.3 Chọn mua thiết bị :
Máy được sản xuất bởi Công ty Cổ phần Cơ điện tử ASO - ASO
Mechatronics.,JSC
Địa chỉ: KM 15, Quốc lộ 3 TX Sông Công - Thái Nguyên - Việt Nam - Điện thoại:
(084) 3645669 - Fax: (084) 280.3645667 Website:
4. Mặt bằng xưởng:
4.1 Nguyên tắc bố trí mặt bằng:
Có thể nói việc bố trí thiết bị là một trong những giai đoạn quan trọng nhất của quá
trình thiết kế. Nó địi hỏi phải có nhiều tích luỹ thực tế, kiến thức lý thuyết và có nhiều
sáng tạo, đồng thời phải tuân theo những nguyên tắc chủ yếu sau:
1/ Các thiết bị phải đặt theo thứ tự và liên tục nhau thành một dây chuyền, rút ngắn
nhất quãng đưòng và thời gian vận chuyển. Nơi trút vào của máy sau phải thấp hơn
hay bằng chỗ đổ ra của máy trước, nếu máy trước thấp hơn thì phải kê trên bệ, nếu
thấp hơn nhiều thì phải bố trí băng tải cổ ngỗng hay băng tải nghiêng có gờ, và nhiều
khi cố tạo ra như vậy nhằm tạo khoảng trống cho người đi lại đối với các dây chuyền
quá dài. 40 Phải chú ý đến cấu tạo của thiết bị để bố trí đúng hướng.
2/ Các thiết bị có thể sắp xếp ngang hàng nhau hoặc cũng có thể xếp máy này trên máy
kia trong những trường hợp cần thiết nhằm tiết kiệm diện tích, tiết kiệm bơm, vừa đảm
bảo chất lượng sản phẩm cao. Ví dụ trong sản xuất cà chua bột thì máy nghiền đặt sát
trên máy chà.
3/ Dây chuyền sản xuất phải đi theo chiều liên tục, khơng quẩn tại một chỗ hay quay

lại vị trí cũ. Dây chuyền có thể nhập lại hay tỏa ra theo yêu cầu kỹ thuật.
4/ Cần triệt để sử dụng diện tích khu nhà: Thường gặp trong cùng một phân xưởng mà
có những dây chuyền sản xuất dài ngắn khác nhau, hoặc độ cao các thiết bị chênh nhau
nhiều.
18


5/ Đối với các thiết bị lớn nên đặt sâu vào trong phân xưởng, không nên đặt chắn cửa
sổ làm che tối bên trong và ảnh hưởng đến việc lưu thơng khơng khí trong phịng. Các
cửa sổ và cửa ra vào phải đủ để chiếu sáng và thuận tiện cho việc đi lại, phải làm đúng
kích thước qui chuẩn để đảm bảo thi cơng nhanh chóng và dễ dàng.
6/ Để đảm bảo vệ sinh và các điều kiện an toàn về lao động, cần tuân theo một số qui
định sau:
* Các phòng sử dụng nhiệt nhiều, áp lực hơi lớn như: nấu nước đường, nước muối,
rửa chai hộp … phải có tường ngăn cách riêng cao như 1,8 m.
* Giữa các máy với phần xây dựng của nhà (cửa, tường, cột …) phải có khoảng
cách nhất định để đi lại. Cần phải bố trí sao cho thuận tiện trong việc thao tác và sữa
chữa ở từng thiết bị.
* Khoảng cách trống giữa hai dãy máy phải trên 1,8 m; trường hợp cần xe qua lại
thì khoảng cách này phải trên 3 m. Ở những vị trí cần thiết có thể chừa lối đi lại
khoảng 0,8 m đến 1 m.
* Các dàn đặt thiết bị trên đó có cơng nhân làm việc hoặc phải thường xuyên quan
sát phải làm sàn rộng 1,5 đến 2 m, có thang lên rộng trên 0,7 m và sàn làm cao cách
mặt nền nhà từ 2 m trở lên.
* Những thiết bị đặt sâu xuống đất như thùng chứa, nồi thanh trùng … phải có nắp
đậy kín hoặc có thành cao so với nền nhà là 0,8 m.
* Các đường ray để cho tời điện chạy phải cao trên 4 m, đường ray có thể gắn trên
xà, kê trên cột hoặc tường, để thuận tiện và tiết kiệm thường làm đường ray khép kín.
Hình vẽ 4.3 42
* Tại những khu vực sử dụng nhiệt nhiều không nên có cửa kính.

7/ Các điều kiện bảo hiểm:
* Phân xưởng dài phải làm thêm các cửa phụ để thoát người nhanh khi xảy ra sự cố
bên trong. Dây chuyền khơng nên kéo dài q mà khơng có chỗ qua lại.
* Các thiết bị làm việc áp lực hoặc chân không phải cách nhau trên 0,8 m
* Các đường ống dẫn phải sơn đúng màu qui định. đường ống hơi và các bộ phận
truyền nhiệt phải được bao cách nhiệt.
* Các thiết bị làm việc dưới áp lực và chân khơng cần phải có áp kế và van an
tồn.

4.2 Bố trí mặt bằng:
Cử
a
vào

Ngun liệu

Lị nấu chảy

Lị giữ nhiệt

Thùng kết
tinh
19


Cử
a ra

Kho

Gia công

Máy cắt tự
động

Máy kéo

5. Kết luận:
Với những ưu điểm như khả năng đúc được các loại ống, thỏi và các dạng định
hình khác bằng thép, gang, kim loại màu, có tiết diện khơng đổi và chiều dài khơng
hạn chế; đúc được tấm kim loại thay cho cán, năng suất cao, giảm hao phí chế tạo
khn, … cơng nghệ chế tạo phôi bằng phương pháp đúc liên tục đang dần trở nên phổ
biến và dần được thay thế cho các công nghệ cũ tại Việt Nam. Tuy nhiên, để khắc phục
các nhược điểm như gây ra ứng suất do nguội nhanh, không đúc được các chi tiết phức
tạp cần phải tích cực suy nghĩ giải pháp, cải tiến quy trình cơng nghệ để hồn thiện
phương pháp này hơn.

20