TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT VẬT LIỆU BỘ MÔN KỸ THUẬT GANG THÉP ĐỒ ÁN MÔN HỌC LUYỆN THÉP Đề tài: LẬP PHƯƠNG ÁN SẢN XUẤT THÉP KẾT CẤU CHẾ TẠO MÁY 40X SỬ DỤNG LÒ ĐIỆN HỒ QUANG DUNG TÍCH 20 TẤN/ MẺ SINH VIÊN THỰC HIỆN : PHAN THANH LONG : TRẦN TIẾN PHONG LỚP : KỸ THUẬT GANG THÉP GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN : TS. NGUYỄN HOÀNG VIỆT HÀ NỘI – 2011 CHƯƠNG 1 - CHỌN DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT 1.1. Thành phần hóa học mác thép, đặc điểm và ứng dụng 1.1.1 . Thành phần hóa học và cơ tính mác thép 40X Mác thép cần luyện là thép kết cấu chế tạo máy hợp kim thấp 40X (ΓOCT) có thành phần hóa học như sau: Bảng 1.1: Thành phần hóa học của thép mác 40X %C %Si %Mn %P %S %Cr %Ni 0,36÷0,4 4 0,17÷0,3 7 0,5÷0,8 ≤ 0,035 ≤ 0,035 0,8 ÷ 1,1 ≤ 0,3 Bảng 1.2: Cơ tính của mác thép 40X σ b (kG/mm 2 ) σ 0,2 (kG/mm 2 ) σ -1 (kG/mm 2 ) Độ cứng HB ψ (%) δ (%) a k (J) 90 70 52 203-285 50 16 6 1.1.2. Đặc điểm và ứng dụng - Là thép cộ bền cao, giới hạn chảy cao, tăng khả năng chịu tải, giảm nhẹ kết cấu, bền ăn mòn trong môi trường khí quyển. - Ứng dụng chủ yếu trong lĩnh vực chế tạo máy. Chế tạo các chi tiết chịu tải trọng tĩnh và va đập, bánh răng, trục, trục khuỷu, trục cam,… Ngoài ra có thể sử dụng để chế tạo khuôn dập nguội dùng để dập các chi tiết có kích thước nhỏ. 1.1.3. Đặc điểm của các nguyên tố trong thép Mác thép 40X thuộc nhóm thép hóa tốt, hợp kim thấp. - C (0,36 – 0,44)%: • Đạt được cơ tính tổng hợp cả về độ cứng, độ dẻo, dai. - Si (0,17 – 0,37)%: • Hóa bền pha Ferit • Silic không tạo cácbit và làm thoát cácbon trong thép. • Si có tác dụng làm tăng độ thấm tôi • Si có tác dụng làm tăng tính ổn định ram. • Chống oxy hoá cho thép ở nhiệt độ cao. • Si còn có tác dụng tăng tính đàn hồi. • Mở rộng vùng α, nâng cao nhiệt độ chuyển biến γ – α. - Mn (0,5 – 0,8)%: • Loại trừ được tác hại của Lưu huỳnh do tạo nên MnS ở 1620 o C. • Là nguyên tố hóa bền thép tương đối mạnh , rẻ dễ kiếm không có ảnh hưởng mạnh tới tính hàn của thép. • Mn làm lớn hạt, có xu hướng giòn ram và làm giảm độ dẻo, độ bền. • Tăng độ thấm tôi. • Tăng tính đàn hồi cho thép. • Mở rộng vùng ổn định γ và làm cho nhiệt độ chuyển biến γ - α hạ xuống. - Cr (0,8 – 1,1)%: • Liên kết với cácbon tạo cácbit phức tạp, dễ hòa tan vào austenit khi nung lên trên 900 o C. Do tạo các loại cácbit phân tán nhỏ mịn nên Cr có tác dụng chống ram, nâng cao độ bền nóng cho thép. • Có tác dụng làm tăng mạnh khả năng chống mài mòn cho thép. • Tăng độ thấm tôi. • Mở rộng vùng α, nâng cao nhiệt độ chuyển biến γ – α. • Là nguyênt ố bền ăn mòn - Ni (≤ 0,3)%: • Ni là nguyên tố không tạo cácbit, nâng cao độ thấm tôi. • Làm tăng độ cứng và tính chống mài mòn cho thép. • Mở rộng vùng ổn định γ và làm cho nhiệt độ chuyển biến γ - α hạ xuống. • Làm nhỏ hạt, chống giòn ram. - P, S (≤ 0,035)%: • Nhằm tránh ảnh hưởng đến cơ tính của thép, S gây bở nóng, P gây bở nguội ngoài ra P còn có tác dụng chống ăn mòn trong khí quyển giống như đồng. 1.2. Chọn công nghệ sản xuất 1.2.1. Lựa chọn cong nghệ sản xuất Do đặc tính công nghệ, chủng loại đa dạng nhưng khối lượng sử dụng trong công nghiệp không nhiều nên ta chọn dây truyền sản xuất như sau: Lò điện hồ quang dung tích 15 tấn/ mẻ, tinh luyện LF và đúc thỏi. Nguyên liệu đầu vào: Sử dụng thép phế, FeMn, FeSi, FeCr. Hình 1.1: Sơ đồ lưu trình công nghệ. 1.2.2. Tính chọn máy biến áp lò hồ quang siêu công suất - Lò điện hồ quang siêu công suất Tra bảng 1.10 42 Kỹ thuật luyện thép lò điện – Trần Văn Di ta có: Bảng 1.3: Thông số cơ bản lò điện hồ quang siêu công suất Dung lượng lò, tấn/ mẻ Đường kính trong vỏ lò, m Dung lượng biến áp lò KVA Đường kính điện cực, mm 15 3,65 12500 350 - Lò tinh luyện LF Mác thép có hàm lượng C (0,36 – 0,44), không yêu cầu quá khắt khe về hàm lượng P và S. Cần hợp kim hóa các nguyên tố Mn, Si, Cr và Ni là những nguyên tố có hệ số cháy hao lớn nên cần phải được tinh luyện. Chọn lò tinh luyện có dung tích 15 tấn/mẻ. 1.2.3. Chọn công nghệ đúc phôi thép Mác thép sản xuất là thép kết cấu chế tạo máy, có độ cúng khá cao, dung lượng lò thấp nên chọn phương pháp đúc phôi thép là đúc thỏi trong khuôn kim loại, rót dưới. Tính toán các thông số cơ bản cho đúc thỏi: - Thể tích một tấn thép lỏng là 0,145 m 3 . - Thể tích 15 tấn thép lỏng V 1 = 15.0,145 = 2,175 m 3 . - Ta chọn sản xuất phôi vuông kích thước 150x150x1200mm. - Thể tích của 1 phôi thép là V 2 = 0,15x0,15x1,2 = 0,027 m 3 . - Số thỏi đúc trong một mẻ là 1 2 2,175 81 0,027 V a V = = = (thỏi) - Nhiệt độ đúc T đ = 1680 o C. CHƯƠNG 2 – TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA LÒ ĐIỆN HỒ QUANG 2.1. Tính toán kích thước hình học của lò 2.1.1. Xác định thể tích kim loại và xỉ lỏng - Thể tích kim loại lỏng: V kl = V 0 .g kl (m 3 ) Trong đó: V 0 : Thể tích riêng của kim loại lỏng, V 0 = 0,145 m 3 /T. g kl : Dung lượng lò, g kl = 15 tấn. Vậy: V kl = V 0 .g kl = 0,145.15 = 2,175 (m 3 ). - Thể tích xỉ lỏng: V x = V 0x .g x (m 3 ) Trong đó: V 0x : Thể tích riêng của xỉ, xỉ bazơ có V 0x = 0,330 m 3 /T. g x : Trọng lượng của xỉ. Trọng lượng xỉ phụ thuộc vào dung lượng lò, phương pháp nấu luyện và tính chất axit hay bazơ của xỉ. Lò có dung lượng nhỏ, xỉ lò bazơ và phối liệu nấu luyện hoàn toàn bẳng thép phế nên ta chọn g x = 9%.g kl . g x = 9%.15 = 1,35 tấn. Vậy: V x = V 0x .g x = 0,330.1,35 = 0,4455 (m 3 ) 2.1.2. Đường kính mặt kim loại lỏng 3 2.1000. . kl kl D c V = c: Hằng số phụ thuộc vào đường kính mặt kim loại lỏng và chiều sâu kim loại chứa trong lò. Đáy lò hình cung tròn do vậy chiều cao phần đáy cầu H c = 20%H kl . c = 0,875 + 0,042a a: Tỷ số gữa D kl và H kl . Đối với lò hồ quang bazơ nhỏ và trung bình a = 3 ÷ 5, lò có dung tích 15T/ mẻ. Vậy ta chọn a = 4. → c = 0,875 + 0,042a = 0,875 + 0,042.4 = 1,043 Vậy: 3 3 2.1000. . 2.1000.1,043. 2,175 2703 kl kl D c V = = = mm 2.1.3. Chiều cao lớp kim loại lỏng và xỉ - Chiều cao lớp kim loại lỏng: 2703 a 676 4 kl kl kl kl D D H H a = → = = = mm - Chiều cao lớp xỉ: x x 2 2 1000. 1000.0,4455 78 0,785. 0,785.2,703 kl V H D = = = mm 2.1.4. Chiều cao phần đáy cầu H c = 20%H kl = 20%.676 = 135 mm 2.1.5. Chiều cao từ mặt xỉ tới ngưỡng cửa thao tác Đối với lò trung bình và nhỏ h 1 = 50 ÷ 80 mm. Chọn h 1 = 60 mm. 2.1.6. Chiều cao từ ngưỡng cửa tới điểm dốc của tường lò Lò có dung tích trung bình, chọn h 2 = 70 mm. 2.1.7. Chiều cao khoảng trống làm việc của lò Lò 15T/ mẻ → H tr = (0,45 ÷ 0,5)D d D d : Đường kính chỗ dốc tường lò D d = D kl + 2.(H x + h 1 + h 2 ).tg45 o D d = 2703 + 2.(78 + 60 + 70).1 = 3119 mm. → H tr = (0,45 ÷ 0,5)D d = (0,45 ÷ 0,5).3119 = (1403,55 ÷ 1559,5) mm. Chọn Htr = 1500 mm. 2.1.8. Chiều cao toàn bộ lò H v = δ d + H kl + H x + h 1 + h 2 + H tr δ d : Độ dày đáy lò Với lò có dung tích 15T, chọn δ d = 600 mm. H v = δ d + H kl + H x + h 1 + h 2 + H tr H v = 600 + 676 + 78 + 60 + 70 + 1500 = 2984 mm. 2.1.9. Độ dày tường và nắp lò - Độ dày tường lò: Theo tài liệu hướng dẫn, lò có dung tích 15 tấn ta chọn chiều dày tường lò: δ t = 525 mm. - Độ dày nắp lò: Chọn δ n = 300 mm. 2.1.10. Đường kính trong của vỏ lò D v = D d + 2δ Tmax = 3119 + 2.525 = 4196 mm 2.1.11. Chiều cao vòm nắp lò h 3 h 3 = (10 ÷ 15%)D n D n : Đường kính nắp lò xác định theo thực nghiệm. Thông thường lấy D n = D v = 4196 mm h 3 = (10 ÷ 15%)D n = (10 ÷ 15%).4196 = (416,9 ÷ 625,4) mm. Chọn h 3 = 500 mm 2.1.12. Kích thước cửa thao tác - Chiều rộng cửa B c : B c = (0,20 ÷ 0,30).D d = (0,20 ÷ 0,30).3119 = (624 ÷ 936) mm. Chọn B c = 800 mm. - Chiều cao cửa: h c = (0,7 ÷ 0,8).B c = (0,7 ÷ 0,8).800 = (560 ÷ 640) mm. Chọn h c = 600 mm. 2.1.13. Chiều cao toàn bộ lò kể cả nắp H v = δ d + H kl + H x + h 1 + h 2 + H tr + h 3 + δ n H v = 600 + 676 + 78 + 60 + 70 + 1500 + 500 + 300 = 3784 mm. 2.1.14. Thể tích khoảng trống làm việc của lò D tr = 0,875.D tb 2 .H tr d tb D D 2 l D + = D l = D d + 2l → D tb = D d + l l = H tr .tgα (α = 7 o ÷ 17 o ), chọn α = 12 o . → D tb = D d + H tr .tgα = 3119 + 1500.tg12 o = 3438 mm D tr = 0,875.D tb 2 .H tr = 0.875.3,438 2 .1,5 = 15,514 m 3 . 2.1.15. Thể tích toàn bộ lò V t = V kl + V x + V tr = 2,175 + 0,4455 + 15,514 = 18,1345 m 3 2.1.16. Đường kính phần đáy cầu d c = D kl – 2H 2 .tg45 o H 2 = 0,80.H n H n : Chiều cao nồi lò H n = H kl + H x = 78 + 676 = 754 mm. → d c = D kl – 2H 2 .tg45 o = 2703 – 2.754.1 = 1195 mm. 2.1.17. Kích thước ống rót thép - Chiều dài máng: L = 1500 mm. - Chiều cao của máng phía trong lò: B = 400 mm. - Chiều cao của máng phía ngoài: b = 350 mm. - Chiều rộng của máng: c = 250 mm. 2.1.18. Xác định tỷ trọng khối liệu kim loại - Tỷ trọng khối liệu kim loại phụ thuộc vào dung lượng lò. Lò 15T/ mẻ, vậy chọn δ kl = 1,25 T/m 3 . 2.1.19. Áp suất nén lên nắp lò CHƯƠNG 3 – TÍNH TOÁN PHÓI LIỆU LUYỆN THÉP . MÔN KỸ THUẬT GANG THÉP ĐỒ ÁN MÔN HỌC LUYỆN THÉP Đề tài: LẬP PHƯƠNG ÁN SẢN XUẤT THÉP KẾT CẤU CHẾ TẠO MÁY 40X SỬ DỤNG LÒ ĐIỆN HỒ QUANG DUNG TÍCH 20 TẤN/ MẺ SINH VIÊN THỰC HIỆN : PHAN THANH LONG :. biến áp lò hồ quang siêu công suất - Lò điện hồ quang siêu công suất Tra bảng 1.10 42 Kỹ thuật luyện thép lò điện – Trần Văn Di ta có: Bảng 1.3: Thông số cơ bản lò điện hồ quang siêu công suất Dung. cong nghệ sản xuất Do đặc tính công nghệ, chủng loại đa dạng nhưng khối lượng sử dụng trong công nghiệp không nhiều nên ta chọn dây truyền sản xuất như sau: Lò điện hồ quang dung tích 15 tấn/