Giáo Trình Thiết Bị Cơ Khí Xưởng Luyện Thép Lò Điện, Ts.Dương Phúc Tý, PDF, 154 trang, 1 MB
NỘI DUNG:
Tài liệu này được viết trên cơ sở tham khảo một số tài liệu của nước ngoài và hồ sơ thiết bị của một số nhà máy luyện thép trong ngành Luyện thép của nước ta như Nhà máy Luyện - Cán thép Gia Sàng, Nhà máy Luyện thép Lưu xá, nhằm phục vụ trực tiếp cho việc giảng dạy của giáo viên và học tập của sinh viên. Do thiếu thốn tài liệu, do nhiều hạn chế khác nên cuốn sách còn có nhiều thiếu sót và chắc chắn là chưa đáp ứng được nhiều đối với sự mong đợi của bạn đọc. Tác giả mong được sự góp ý, bổ sung của bạn đọc để chất lượng cuốn sách được tốt hơn khi tái bản. Xin chân thành cảm ơn. Tác giả CHƯƠNG I KHÁI QUÁT VỀ LÒ ĐIỆN HỒ QUANG §1- CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA LÒ ĐIỆN HỒ QUANG SỰ Sự phát triển không ngừng của kỹ thuật đòi hỏi phải sản xuất ra các loại thép có các tính chất cơ học cao hơn so với thép được luyện trong lò Máctanh và lò chuyển. Để đáp ứng với đòi hỏi của thực tiễn sản xuất, các chuyên gia trong ngành Cơ khí - Luyện kim đã tạo được hệ thống thiết bị có khả năng luyện được thép có chất lượng cao hơn đó là lò Điện, loại lò dùng năng lượng điện để luyện thép. Ưu thế cơ bản của lò điện so vời lò Máctanh là ở chỗ: Nhờ nhiệt độ của lò điện cao hơn nên có thể luyện được các loại thép hợp kim có chứa các nguyên tố hợp kim có nhiệt độ nóng chảy cao như vonfram, molipden và tạo ra xỉ lỏng hoạt tính với hàm lượng vôi cao, có khả năng khử hoàn toàn photpho và lưu huỳnh trong thép. Lò điện bao gồm lò hồ quang và lò cảm ứng. Trong các nhà máy hiện đại phần lớn người ta dùng lò hồ quang. Nhiệt lượng của hồ quang điện sinh ra giữa các điện cực và kim loại được dùng để nung chảy kim loại và nguyên liệu rắn. Lò điện hồ quang với điện cực thẳng đứng bao gồm các bộ phận sau: - Khoảng không gian làm việc của lò 6 (Buồng lò) với cửa nạp liệu và tháo xỉ 5 và miệng rót 13; - Vòm lò 3 được lát bằng gạch chịu lửa có thể tháo và nâng lên được; - Bệ lò số 9; - Ba điện cực số 2 (Số điện cực theo số pha của dòng điện); - Giá điện cực 1 và cơ cấu quay nghiêng lò; - Thân lò số 8 bên trong được xây bằng gạch chịu lửa, bên ngoài được bọc bằng vỏ thép số 7. Giữa lớp gạch chịu lửa và lớp vỏ lò có một lớp vật liệu cách nhiệt. - Dòng điện được dẫn vào lò từ máy biến áp đặc biệt biến dòng điện có điện áp từ 6000 - 30000 V thành dòng điện có điện áp từ 95 - 280 V - Vật liệu làm điện cực là than chì (grafit) vì chúng có điện trở nhỏ độ bền cơ học và độ bền nhiệt cao. Các điện cực được kẹp trong giá kẹp và nhờ cơ cấu nâng hạ mà chúng có thể di chuyển theo phương thẳng đứng để điều chỉnh độ dài của hồ quang điện và đồng thời điều chỉnh nhiệt độ trong bể nấu. - Để giảm tiêu hao nhiệt, người ta chèn kín khe hỗ giữa lỗ vòm và điện cực bằng vòng làm nguội đặc biệt 14 - Phần bệ của lò gồm hai gối tựa số 10, các con lăn số 11 và bộ phận đỡ thân lò bằng thép đúc số 12 được liên kết chặt với đáy lò. - Việc quay nghiêng lò để tháo xỉ hoặc rót thép được thực hiện bởi cơ cấu quay nghiêng kiểu điện - cơ hoặc kiểu thuỷ lực. Xỉ được tháo ra qua cửa sổ 5 khi quay nghiêng lò. - Liệu được nạp vào lò bằng cần cẩu. Để giảm thời gian nạp, ở những lò hiện đại người ta không nạp liệu qua cửa sổ mà nạp từ phía trên đỉnh lò. Để làm việc đó phải đẩy vòm lò sang bên hoặc đẩy thân lò lệch khỏi vòm lò. Việc nạp liệu được tiến hành nhờ gầu xúc với thời gian từ 5 - 7 phút. Dung lượng của lò điện hồ quang thường là 30 - 40tấn. Lượng tiêu hao điện năng vào khoảng 600 - 1000 kwh/tấn. - Thời gian luyện từ 3,5 đến 5 giờ. Hiện nay lò điện có dung lượng 200 tấn đang được dùng- rộng rãi trên thế giới Hình 2 giới thiệu dạng tổng thể của lở điện hồ quang. §2- SƠ LƯỢC VỀ QUÀ TRÌNH SẢN XUẤT THÉP TRONG LÒ ĐIỆN Nguyên liệu để sản xuất thép trong lò điện- cũng giống như ở lò Mác tanh nhưng vật liệu làm phụ gia và vật liệu hợp kim thì khác hơn. Do giá thành năng lượng điện cao nên lò điện hồ quang chỉ dùng để luyện thép có chất lượng cao từ thép vụn và một lượng nhỏ gang thỏi hoặc dùng để luyện lại phế liệu của thép hợp kim với chất phụ gia đắt tiền. Nguyên liệu để luyện thép trong lò điện phải chứa 5% - 6% Các bon. Lượng các bon đó lớn hơn lượng cacbon chứa trong thép khi đã luyện xong. Đáy lò điện được xây bằng gạch magie cho nên tính ưu việt của lò là có thể luyện thép từ nguyên liệu có chứa photpho và lưu huỳnh. Quá trình sản xuất thép chất lượng cao với việc oxy hoá cacbon của liệu tương tự như quá trình luyện thép vụn của lò Máctanh, nghĩa là nó cũng bao gồm các giai đoạn nạp liệu, nấu chảy, sôi - khử và tinh luyện. Sau khi kết thúc nạp liệu, các điện cực được hạ sát với nguyên liệu và khi đóng điện sẽ xuất hiện hồ quang giữa điện cực và kim loại làm nóng chảy nguyên liệu. Việc nấu chảy kim loại bắt đầu tiến hành ở trong vùng có nhiệt độ cao tức là ở dưới các điện cực. Trong quá trình nấu chảy kim loại sẽ xẩy ra quá trình oxy hoá sắt, silic mangan, và các tạp chất khác có trong liệu. Các oxyt vừa được tạo thành khi tác dụng tương hỗ với chất trợ chảy (trợ dung) sẽ tạo thành xỉ lỏng hoạt tính. Ở giai đoạn này người ta chờ thêm vôi và quặng sắt tức là tạo ra những điều kiện đầy đủ để chuyển hoá photpho từ kim loại sang xỉ lò. Trong giai đoạn nấu chảy này cũng hình thành một lớp kim loại và một lớp xỉ, sau khi giữ nhiệt cho kim loại một thời gian ờ dưới lớp xỉ thì cuối cùng xỉ được tháo ra khi quay nghiêng lò về phía cửa nạp liệu khi đó hàm lượng cacbon trong thép chỉ còn khoảng 0,5- 0,6% sẽ tham gia vào giai đoạn sôi. Mục tiêu của giai đoạn sôi là để khử cacbon đạt đến định mức. Khi bắt đầu giai đoạn này, phải rắc thêm vôi một lần nữa để nâng nhiệt độ lên đến cực đại nhằm tạo ra xỉ có tính oxy hoá cao. Sau khi kim loại lỏng sôi, quặng sắt được nạp vào trên bề mặt của xỉ và nhờ đó sẽ xẩy ra phản ứng oxy hoá cacbon và phần còn lại của photpho, silic. Khi điều khiển tốc độ cháy hoàn toàn của cacbon, hàm lượng cacbon trong thép có thể đạt được từ 0,02 - 0,03% (thấp hơn so với định mức yêu cầu). Sau lần nạp mẻ quặng sắt này thì ngừng lại, duy trì dòng điện một thời gian ngắn nữa và sau đó tháo xỉ oxy hoá ra ngoài. Giai đoạn luyện cuối cùng có tên gọi là tinh luyện. Nó được hoàn thành nhờ môi trường hoàn nguyên của lò và đây cũng là giai đoạn quan trọng nhất của quá trình luyện. Trong giai đoạn này kim loại được oxy hoá, khử lưu huỳnh đến giới hạn cần thiết, tạo cho thép có thành phần hoá học theo yêu cầu và điêu chỉnh nhiệt độ của nồi nấu. Nhiệt độ của kim loại cần phải đảm bảo sao cho việc rót khuôn tốt §3 - KẾT CẤU CỦA XƯỞNG LUYỆN THÉP Xưởng luyện thép bao gồm: Toà nhà chính, sân khuôn, gian tháo vật đúc, gian làm nguội vật đúc, gian làm sạch và bôi trơn khuôn. a- Toà nhà chính bao gồm bốn /gian: Gian nguyên liệu, gian lò, gian rót thép, kho chứa phôi cán. Gian nguyên liệu 1 để nhập, bảo quản và xuất nguyên liệu cho phân xưởng nguyên liệu và các phân xướng khác. Gian này thường được bố trí như sau: - Thép vụn và gang thỏi được xếp trong các hố chứa sâu dưới mặt đất; - Fero được để trên mặt đất 2; - Vật liệu dạng hạt rời để trong các boong ke di động 6; - Kho chứa ở cuối gian là nơi bảo quản hợp kim fero và điện cực. - Tại gian này cũng đặt máy nghiền và các toa thả dốc để nghiền than cốc và fero silic 7. - Trong gian liệu có đường sắt để vận chuyển nguyên liệu. Hai bên đường sắt và trên nền xưởng có đặt những boong ke di động để chứa nguyên liệu rời rạc. Tại đây bố trí cần cẩu số 5 có dầm ngang để di chuyển boongke cùng với dụng cụ chất và tháo tải trọng như nam châm, gầu ngoạm và các kẹp để gắp máng. Những khối nặng được di chuyển bằng xe bốc xếp hàng. Gian lò II - Trong đó đặt các lò điện hồ quang 11 cùng với trạm biến áp 12. Để vận hành lò ờ độ cao xác định, sàn làm việc được thiết kế có ban công đi thông sang gian liệu. Trấn sàn đó đặt đài điều khiển, các lò để nung nóng nguyên liệu và các giá đặt thùng, máng. Phía dưới sàn là kho chứa gạch chịu lửa, các buồng quạt thông gió, trạm nạp acquy cùng các xe bốc xếp tiếng, xe goòng cùng thùng xỉ số 15 di chuyển trên đường ray số 14, các thiết bị điện như máy phát tần số thấp và các thiết bị điện khác. Gian rót thép III: Kim loại lỏng được rót từ gầu 16 trực tiếp vào khuôn hoặc thông qua gầu trung gian 19 và thiết bị đặc biệt số 20 để rót liên tục. Tại đây đắt hai đường goòng thông suốt. Dọc theo một đường có bố trí diện tích để rót thép. Chiều dài của diện tích đó phải đảm bảo sao cho có thể đặt hai toa xe goòng chở khuôn. Còn con đường goòng kia để vận chuyển phế liệu của quá trình sản xuất. Ngoài ra ỡ gian này người ta còn bố trí những giá cho gầu rót thép, các thiết bị để sấy chúng và các máy để sấy gậy bịt lò. Ở đây cũng bố trí các thiết bị để tinh chế thép trong chân không. Gian này được bố trí cẩu rót thép kiểu cầu lăn số 18, cần cẩu công xôn treo tường số 17. Ở nơi nối tiếp giữa gian rót và kho phôi thép cán có đặt thiết bị rót liên tục số 20. Một phần phía trên của thiết bị đúc liên tục nhô lên phía trên mặt phẳng nền nhà còn nửa kia thì ở dưới hố. Kho phôi cán được bố trí ở gian cuối cùng IV của toà nhà chính. Phôi cán được nhập vào kho sau khi tiếp nhận chúng từ thiết bị đúc liên tục. Trong gian này còn được bố trí các thiết bị sau: - Giàn con lăn vận chuyển số 24; - Lò số 22 vời ống khói 23 để ủ phôi và các giá để xếp phôi; - Nhà kho được bố trí cần cẩu chuyên dùng số 21 để vận chuyển phôi; - Các trạm điện treo số 4, 13 và một thanh ray đi dấn các trạm của toà nhà chính nhằm phục vụ cho việc sửa chữa cần cẩu của tất cả các gian. b – Khu vực tháo vật đúc ra khỏi khuôn Tại khu vực này, vật đúc được tháo khỏi khuôn nhờ cần cẩu tháo khuôn ba nguyên công. Đường sắt được đặt xuyên suốt trong toà nhà mà dọc theo nó là các toa xe chở khuôn đúc. Ở đây cũng có các khoang tàu để sữa chữa các cơ cấu ép phôi ra khỏi khuôn của cân câu. c . Sân khuôn: Là nơi có đường sắt xuyên suốt để thu nhận toa bằng cùng với ống rót trung tâm, các toa xe cùng với các tấm đáy khuôn và khuôn rỗng. Trong sân khuôn có diện tích cần thiết để lắp ráp các bộ phận cùng với khuôn, các băng tải để chuyển gạch xiphông, lò để sấy ống rót trung tâm và các giá để lắp chúng và lò sấy khuôn. Ở phía dưới khu vực lắp ráp có nhà kho chứa gạch xiphông và thiết bị sấy nóng vữa chịu lửa. Trong nhà có bố trí cần cẩu cầu lăn. d - Gian lên nguội, làm sạch và bôi trơn khuôn: Nơi đây có bố trí vòi phun gương sen được chế tạo dưới dạng cầu vượt. Dọc theo con đường của toa chở khuôn có bố trí thiết bị làm sạch khuôn bằng thuỷ lực. Cùng một lúc có thể làm sạch 2 khuôn bằng vòi nước áp lực 50 N/cm2. Nước được dẫn qua vòi phun rồi đi vào trong lòng khuôn. Áp lực cao của nước được tạo rá nhờ trạm bơm. Khuôn được bôi trơn ở gian đặc biệt nhờ máy bôi trơn. Các toa chở khuôn được dẫn đi qua gian bôi trơn bằng đường sắt. Dọc theo con đường sắt đó có bố trí các khu vực làm việc để kiểm tra việc bôi trơn khuôn. Các xe goòng chở khuôn được đẩy đi dọc theo đường tàu nhờ cần đẩy. §4- LÒ ĐIỆN HỒ QUANG Nói chung các lò điện hồ quang có dung lượng từ 5 tấn trở lên đều được thiết kế với việc chất liệu bằng cơ khí hoá. Liệu được chất từ phía trên bằng gầu liệu sau một đến hai lần nạp. Loại lò nạp liệu từ phía trên có những đặc tính ưu việt dưới đây: - Cho phép chất liệu hầu hết khoảng không gian làm việc của lò. - Cho phép dùng sắt phế với kích thước lớn và sắt phế được xếp một cách hợp lý. - Cho phép rút ngắn thời gian từ lúc ra lò đến lúc bắt đầu của lần luyện tiếp sau, do đó tăng năng suất của lò và giảm tiêu hao điện năng. Hiện trên thế giờ đang tồn tại các dạng lò điện sau đây: - Loại lò có thân di động: Là loại lò mà thân có thể đẩy lệch ra khỏi vòm lò khi nạp liệu, còn khung lò, vòm lò, các điện cực được nâng lên và đứng yên tại chỗ (h.4a). - Loại có giá di động: Là loại lò mà giá của nó có thể đẩy lệch khỏi thân khi nạp liệu, còn thân lò thì đứng yên (h.4b). - Loại có vòm lò quay: Vòm lò cùng với các điện cực được nàng lên và quay sang một bên khi mỡ buồng lò để nạp liệu (h.4c). 4.1 - LÒ ĐIỆN HỒ QUANG KIỂU дCB (KIỂU THÂN DI ĐỘNG) Trên hình 5 chỉ ra dạng tổng thể của lò kiểu дCB với cơ cấu truyền dẫn thuỷ lực đẩy thân lò. Khi nạp liệu điện cực 1 và vòm số 2 được nâng lên còn thân lò được đẩy về phía cửa số 4. Phần kết cấu kim loại chịu tải chính của lò gồm: - Khung nửa chữ л số 7 và hai giá lắc hình quạt số 8 - Vòm lò số 2 mặt bên trong được lát bằng gạch chịu lửa và được treo lên khung bằng 4 dây xích. Vòm lò được nâng lên bằng xi lanh thuỷ lực số 9. - Cơ cấu thuỷ lực để quay nghiêng lò và di chuyển thân lò được cung cấp dầu áp lực cao nhờ thiết bị bơm dầu đặc biệt. - Vỏ lò được lắp với giá lắc 8, hai rẽ quạt của giá được đặt trên các dầm di động mà các dầm đó chuyển động trên các con lăn của dàn con lăn số 15. Khi nạp liệu, xi lanh thuỷ lực 16 đẩy dàn con lăn 15 và đồng thời thân lò sẽ được đưa ra khỏi khung lò. - Trước khi đẩy thân lò ra khỏi khung phải giải phóng thân lò khỏi mọi liên kết với khung. Khi được đưa trở về dưới khung thì nó lại được liên kết chắc chắn trơ lại với khung. - Ở vị trí giới hạn của giá lắc thì thân lò có thể nghiêng 400 cùng với khung chữ л để rót kim loại và nghiêng 10o về phía ngược lại để tháo xỉ. - Để quay nghiêng khung chữ л có hai xi lanh thuỷ lực số 19. Cần pitông của hai xi lanh này liên kết bản lề với các rẽ quạt. - Khung chữ л cùng với các rẽ quạt được đặt trên các dầm bệ. Bởi vì đường kính của các rẽ quạt của giá và rẽ quạt của khung chữ л bằng nhau do đó thân lò được lặp lại chuyển động của khung chữ n nhờ độ nghiêng của nó. - Để quay thân lò quanh trục thẳng đứng một góc ±40o nhằm mục đích đẩy nhanh tốc độ nóng chảy của liệu thì vỏ lò cùng với đường ray hình tròn của nó được đặt trên 4 bệ 17 cùng với các gối tựa và con lăn tựa. Chuyển động quay được thực hiện nhờ cơ cấu dẫn động bằng điện số 18. Tuy nhiên loại cơ cấu này hiện nay ít dùng. - Việc bảo dưỡng lò (nạo xỉ dính, sửa lại lớp lót. . . ) được thực hiện thông qua cửa số 4. Với các lò có dung lượng từ 10 - 20 tấn thì cánh cửa lò được nâng bằng các xi lanh khí nén. Với các lò có dung tích lớn hơn thì cửa lò được nâng bằng tời điện. - Liệu được chất vào lò bằng gầu liệu 22. - Vòm lò, tấm cửa lò, vỏ của miệng rót 20, vành của vòm, vành làm nguội điện cực số 21, các ống dẫn điện, thân của giá kẹp điện cực đều được làm nguội bằng nước. Nhược điểm của lò điện kiểu дCB: - Đòi hỏi diện tích lớn để di chuyển thân lò; - Kết cấu phức tạp, cồng kềnh làm tăng trọng lượng và giá thành thiết bị; - Cơ cấu di chuyển thân lò hay hỏng hóc. 4.2 – LÒ ĐIỆN HỒ QUANG KIỂU VÒM QUAY (дCB) Lò điện hồ quang kiểu дCл ra đời đã khắc phục được nhược điểm của lò kiểu дCB với các đặc tính ưu việt là: -Tiết kiệm được diện tích sản xuất; - Không có khung chữ л nặng nề; - Không cần diện ích ở dưới lò với các cơ cấu nâng, đẩy và đẩy các cơ cấu khác... Xêri lò дCл gồm các loại дCл-12, дCл-25, дCл-50 với vòm quay và truyền dẫn thuỷ lực của các cơ cấu chính. Lò дCл-200 đã được sử dụng rộng rãi ỡ nhiều nước trên thế giới. So sánh hai loại lò ta thấy: Dung lượng kim loại trung bình của lò дCл nhỏ hơn loại дCB 15 -20% nhưng diện tích cần thiết chỉ chiếm khoảng 1 5% so với lò дCB. Trên hình 6 chỉ ra dạng tổng thể của lò дCл có dung lượng 50 tấn với vòm quay và tất cả các cơ cấu đều truyền dẫn bằng thuỷ lực: - Trước khi nạp liệu cần phải nâng điện cực 18 và vòm 14 lên và quay chúng sang một bên. - Liệu được chất vào lò bằng gầu liệu số 7. - Phần kết cấu kim loại chịu tải chính của lò là giá lắc đặt trên các dầm bệ số 8 và hai bánh rẽ quạt số 9. - Việc nghiêng lò được thực hiện bởi hai xi lanh thuỷ lực số 1 được cung cấp dầu từ các thiết bị bơm dầu đặc biệt. - Vỏ lò số 5 với lớp lót lò số 13. - Cửa sổ làm việc số 4. - Vòng vòm số 6 và miệng rót 10; sàn số 11, cơ cấu quay thân 10 số 12 cùng với các gối tựa của nó được lắp trên giá tắc. - Vòm 14 và trụ 22 của giá điện cực 23 được lắp đặt trên phiến chịu lực 16. - Để mở phần trên của lò khi nạp liệu cần phải nâng phiến 16 cùng với vòm, các cơ cấu di chuyển số 3 phía trên vỏ lò số 5 bằng cơ cấu nâng 19 và quay chúng sang bên cạnh nhờ cơ cấu thuỷ lực số 2. - Để nghiêng lò cần phải tách phiến 16 ra khỏi bệ số 20. Phiến 16 sẽ đi đến với vỏ lò số 5. - Vỏ lò hình côn-trụ, đáy của vỏ lò dược làm bằng thép không gỉ điều đó là cần thiết để đảm bảo vận hành của thiết bị khuấy kim loại bằng điện từ. - Vòng làm nguội bằng nước 15 được chế tạo bằng cách hàn thép lá. - Giá điện cực được liên kết chặt vào trụ đứng mà trụ đó có thể di chuyển trong các ống trụ trượt (nòng trượt) đặc biệt. - Điện cực được kẹp chặt vào giá điện cực bằng cơ cấu lò xo và nới lỏng bằng xilanh khí nén. - Cơ cấu nâng điện cực được chế tạo dưới dạng một máy nâng thuỷ lực (kích thuỷ lực) mà muông của nó liên kết bản lề với trụ của giá điện cực. - Để điều chỉnh sự di chuyển của điện cực người ta dùng bộ điều chỉnh thuỷ lực điều chỉnh bằng tiết lưu. - Dây dẫn điện mềm số 21 được làm từ một chuỗi dây cáp đồng được làm nguội bằng nước. - Khí cháy được dãn ra khỏi lò qua ống khói 17 lắp trong vòm lò. Hình 7 giới thiệu hình dạng tổng quan của lò дCл có dung lượng 200 tấn với vòm quay, nạp liệu từ phía trên. - Kết cấu chịu tải chính của lò là hai giá lắc hình rẽ quạt số 6 được đặt trên hai dầm móng số 3. - Trên giá lắc đặt các bệ con lăn của cơ cấu quay 7. - Trên cơ cấu quay đó gắn vỏ lò có cửa sổ làm việc số 8 và miệng rót 11. Vỏ lò có dạng hình côn - trụ, đáy vỏ lò được làm bằng thép không nhiễm từ, điều đó là cần thiết cho việc sử dụng thiết bị khuấy kim loại bằng điện từ. - Trên sàn của giá lắc người ta lắp giá quay cùng mang khung nửa chữ n số 10 và các cơ cấu nâng và quay vòm lò. Việc quay vòm lò được thực hiện bởi tời điện nhờ giá đặc biệt với bản lề ờ đằng chuôi và một hệ thống con lăn chuyển động lăn theo đường ray mà tâm của đường lăn nằm trên trục của bản lề chuôi (sẽ trình bày kỹ hơn trong phần cơ cấu xoay vòm). - Vòm lò số 9 được nâng lên bởi 2 hệ thống nâng kiểu đòn bẩy ghép đôi cùng với cơ cấu dẫn động lừ hai động cơ điện qua các kích trục vít. - Việc nghiêng lò do hai thanh răng đảm nhiệm. Cơ cấu dẫn động số 5 của cơ cấu nghiêng lò gồm hai động cơ điện, hai hộp giảm tốc bánh răng và hai hộp dẫn hướng. - Để đảm bảo chuyển động quay của thân lò xung quanh trục thẳng đứng một góc ± 40o người ta đặt vỏ lò lên đường ray vòng trên 8 gối tựa. Mỗi gối tựa là một cặp con lăn đỡ và chặn. - Dẫn động cơ cấu quay thân lò là động cơ điện, hộp giảm tốc bánh răng với bánh răng côn trên trục ra. Bánh răng này ăn khớp với bánh răng côn hình rẽ quạt (một phần bánh răng côn) được gắn với phần dưới của vỏ lò (xem phần cơ cấu xoay thân lò). - Thiết bị khuấy kim loại kiểu điện từ được lắp đặt trong lỗ hình chữ nhật của giá lắc trên các gối đỡ góc đặc biệt. Hệ thống rối đỡ a stato cho phép tháo, lắp nó mà không cần tháo vỏ lò. - Giá điện cực được lắp trên trụ ống lồng 1 và trụ đó di chuyển được trong các ống (nòng) trượt hình trụ. - Cơ cấu nâng hạ điện cực số 2 là cơ cấu kiểu điện - cơ với bộ truyền bánh răng thanh răng. Trụ cùng với điện cực được hạ xuống dưới tác dụng của phần trọng lượng không cân bằng của trụ. Khi không có điện cực thì trụ được hạ xuống một cách cưỡng bức nhờ thanh răng. Điện cực được kẹp chặt bằng cơ cấu lò xo, được nới lỏng bằng khí nén. - Để thoát khí và bụi trong lò người ta thiết:kế một lỗ ở vòm tương tự như lỗ của điện cực. Phía trên các lỗ này ngưỡng đặt các ống làm nguội bằng nước. Khí lò nóng đi qua ống đó rồi đến hệ thống gom và lọc và sẽ được lọc sạch bụi và khói. Đặc trưng kỹ thuật của lò điện hồ quang được giới thiệu ở bảng sau đây: Quy cách дCлc-12 дCл-25 дCл-50 дCл-100 дCл-200 Dung tích (tấn) 12 25 50 100 200 Đường kính trong của vỏ (mm) 4950 6750 8300 Công suất của máy B.áp (kW) 5000 9000 15000 25000 60000 Điện áp thứ cấp (V) 116,5 đến 278 115 đến 317,5 220 đến 220 đến 380 380 131 đến 131 đến 131 đến 41 7 41 7 41 7 150 đến 150 đến 150 đến 150 đến 690 690 690 690 Cường độ dòng điện tối đa (A) 10400 16350 23550 34500 43500 Đường kính phân bố điện cực (mm) 1000 1250 1600 1750 2200 Hành trình của điện cực (mm) 2200 2600 3500 3600 5000 Quy cách của nồi nấu (mm) - Đường kính - Chiều sâu 3400 555 4000 4000 775 775 5100 5100 5100 955 955 955 5160 5160 5160 5160 1080 1080 1080 1080 6960 6960 6960 6960 6960 1480 1480 1480 1480 1480 Mức tiêu hao năng lượng- (kWh/tấn) 470 460 440 420 400 3-6 Tốc độ dịch chuyển điện 3-6 3-6 2,6 3,5 cực ( m/ph) Thời gian tối thiểu để nghiêng lò một góc 40o (giây) 80 146 120 80 90 Tiêu hao tối đa nước làm nguội (m3/ giờ) 30 30 35 60 120 Trọng lượng phần kết cấu kim loại (tấn) 78 149 235 440 1160 Trọng lượng của lò đã lát gạch (tấn) 137 231 385 CHƯƠNG II CÁC CƠ CẤU CHÍNH CỦA LÒ ĐIỆN HỒ QUANG §1 GIÁ ĐIỆN CỰC CỦA LÒ ĐIỆN HỒ QUANG Chức năng chính của giá điện cực là kẹp chặt điện cực trên trụ trượt hoặc tháp di động và dẫn điện từ dây cáp đến điện cực. Giá điện cực bao gồm: - Ụ là phần trực tiếp giữ điện cực - Cơ cấu kẹp điện cực - Hệ thống đường ống dẫn điện - Hệ thống đường ống dẫn nước làm mát - Cần (còn gọi là thân) là phần để lắp đặt các bộ phận nói trên của giá. Phân loại cơ cấu kẹp điện cực Nếu căn cứ vào kiểu dẫn động kém thì cơ cấu kẹp điện cực được phân ra thành: - Cơ cấu kẹp lò xo - khí nén - Cơ cấu kẹp lò xo - Thuỷ lực - Cơ cấu kẹp điện - cơ - Cơ cấu kẹp khí nén - bánh lệch tâm - Cơ cấu kẹp khí nén - tải trọng Theo cấp tạo của chi tiết kẹp mà người ta phân ra: - Cơ cấu kẹp guốc phanh (hình 8a,b) Khi kẹp bằng guốc phanh, xilanh áp lực có thể đặt đồng trục với lò xo hoặc không đồng trục với lò xo và nếu không đồng trục thì lực kẹp từ xilanh truyền qua hệ thống tay đòn (hình 8a,b) . Trong trường hợp kẹp bằng đai (vòng kẹp) như hình 8c thì toàn bộ hệ thống làm việc an toàn hơn, kết cấu đơn giản, còn kích thước của ụ (còn gọi là đầu) nhỏ hơn một ít. Sơ đồ này được ứng - Cơ cấu kẹp bằng bằng đai (hình 8c) dụng tốt cho điện cực có kích thước lớn. Hiện nay giá điện cực kiểu lò xo - khí nén được dùng rộng rãi. Giá điện cực được lắp cố định với trụ trượt của cơ cấu di chuyển điện cực. Sơ đồ động của cơ cấu kẹp lò xo - khí nén được trình bày trên hình 9. Cơ cấu này thường dùng cho các lò дCл - 100. Cấu tạo của cơ cấu gồm: - Cái kẹp số 3 với thanh kéo điều chỉnh - Tay đòn 4 liên kết bản lề với giá đỡ cố định 5. Trong cơ cấu/kẹp có 3 lò xo số 7 được đặt nối tiếp và được phân cách bằng những vòng đệm 9. Lực nén của lò xo được điều chỉnh bằng ecu 6. Các lò xo này được đặt trong vỏ số 8 gắn tiền với xilanh khí nén 12. Lò xo thường xuyên tác động vào cần pitông 10 với một lực xác định được điều chỉnh bởi ecu 6 và tiếp đó tác dụng vào tay đòn 4 và đai kẹp 13 để kẹp chặt điện cực 1 với bề mặt làm việc của giá điện cực 2. - Để tháo điện cực người ta cho khí nén vào xi lanh 12, khi đó pitông 11 chuyển động sang trái tách rời điện cực số 1 trong đó: η - hiệu suất của cơ cấu do tính đến ma sát trong các bản lề và trong cơ cấu dẫn hướng; k - hệ số dự trữ = 1,2 - 1,3. Đường kính của xilanh khí nén được xác định phụ thuộc vào áp lực không khí trong xilanh p - (N/cm2 hoặc kG/cm2 ) Việc tính toán thiết kế các bộ phận của cơ cấu kẹp điện cực kiểu lò xo khí nén như chi tiết kẹp (má động), đòn kẹp hoặc hệ thống đòn kẹp (nếu dùng cơ cấu phóng đại lực kẹp), lò xo xoắn ốc - Cần muông 10 dưới tác dụng của lò xo 7 chỉ kẻo đai 13. Đó là ưu điểm của cơ cấu này. Lực kẹp cần thiết để kẹp điện cực: N = Qf trong đó: Q - trọng lượng của điện cực – (N hoặc kG); f - hệ số ma sát giữa điện cực và cái kẹp; f = 0,1 - 0,15 tuỳ thuộc vào trạng thái bề mặt tiếp xúc. Ứng lực trên cần pitông: trụ, được thực hiện theo tài liệu hướng dẫn thiết kế chi tiết máy. Ở đây chỉ đề cập thêm một số điểm mà trong các tài liệu đó chưa đề cập đến: 1- Tính toán lò xo đĩa Các thông số của lò xo đĩa bao gồm: D - Đường kính lớn của lò xo; d - Đường kính lỗ; ho - Chiều cao lò xo ở trạng thái không chịu lực; y – Chiều cao của lò xo khi bị nén bởi lực F. Giới hạn của y thường là: y = 75%ho; s - Chiều dày của đĩa. Quan hệ giữa lực nén F và các thông số của lò xo được xác định: trong đó: E - môđun đàn hồi của vật liệu; α, β, γ- các hệ số phụ thuộc vào tỷ số Dd được xác định theo bảng μ = 0,3 . Hình 10 là đồ thị thực nghiệm giúp cho người thiết kế có dữ liệu để thiết kế lò xo đĩa. Điều kiện để lò xo làm việc an toàn là: 2- Thiết kế má tĩnh của đầu kẹp Các chi tiết cấu thành của giá điện cực là những chi tiết bình thường, nên việc tính toán thiết kế chúng không có gì đặc biệt. Riêng má tĩnh và má động của bộ phận kẹp trực tiếp điện cực là những chi tiết quan trọng vì chúng vừa làm nhiệm vụ kẹp chặt điện cực không cho điện cực tụt xuống, đồng thời chúng cũng làm nhiệm vụ dẫn điện từ máy biến áp lò đến điện cực để tạo hồ quang. Vì vậy nó cần phải được chú ý đúng mức trong khi thiết kế. Má tĩnh và mặt trong của má động làm việc trong điều kiện khắc nghiệt vì nhiệt độ cao và môi trường có tính ăn mòn cao vì chất khí trong lò luyện thoát ra là loại khí có khả năng ăn mòn kim loại. Để đảm bảo chất lượng phục vụ, má tĩnh phải đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật sau: - Dẫn điện tốt. - Giải phóng nhiệt nhanh. - Khả năng chống mòn cơ học và ăn mòn hóa học cao. Vật liệu làm má tĩnh thường được chọn là loại có khả năng dẫn điện, dẫn nhiệt tốt, có khả năng chống ăn mòn cao. Diện tích tiếp xúc giữa má tĩnh và điện cực phải đủ lớn để tránh hiện tượng phóng lửa tại vùng tiếp xúc. Khi so sánh giữa vật liệu làm điện cực và vật liệu làm má tĩnh, loại nào có tính dẫn điện kém hơn thì điện tích tiếp xúc được tính theo vật liệu đó. Diện tích tiếp xúc được tính: trong đó: Idm- cường độ dòng điện định mức để tạo ra hồ quang điện (A); E - độ dẫn điện của vật liệu làm điện cực hoặc vật liệu làm má tĩnh, được đặc trưng bởi cường độ dòng điện cho phép đi qua một đơn vị diện tích tiếp xúc (A/cm2). Trong thực tế, độ dẫn điện của điện cực bé hơn độ dẫn điện của kim loại, vì vậy khi tính toán người ta thường lấy độ dẫn điện của điện cực làm chỉ tiêu để tính toán diện tích tiếp xúc dẫn điện cần thiết S. Bề mặt của má tĩnh tiếp xúc với điện cực ít khi được làm thành một mặt liên tục mà thường được làm thành các vấu. Bên trong má tĩnh được chế tạo rỗng để dẫn nước làm mát đi qua (Hình 11). Dưới dây, là ví dụ về tính toán má tĩnh trong cơ cấu kẹp điện cực của lò điện hồ quang 6 tấn, là loại lò đang được dùng phổ biến trong các cơ sở sản xuất vừa và nhỏ ở nước ta. 1- Chọn vật liệu: Dựa vào yêu cầu kỹ thuật đối với má tĩnh, ta chọn vật liệu để chế tạo má tĩnh là đồng thanh. 2- Chọn kết cấu thân má tĩnh: Thân rỗng để dẫn nước làm mát lưu thông, bề mặt tiếp xúc với điện cực không chế tạo thành một mặt trơn liên tục mà được chế tạo thành các vấu lồi. 3- Tính toán diện tích tiếp xúc dẫn điện cần thiết S và số vấu trên má tĩnh Diện tích tiếp xúc cần thiết S giữa má tĩnh và điện cực là diện tích mà dòng điện sẽ đi qua để tạo hồ quang. Nếu diện tích đó bé hơn so với yêu cầu thì sẽ sinh ra hiện tượng phóng điện làm hỏng mặt tiếp xúc. Nếu diện tích đó quá lớn thì lãng phí vật liệu đồng thời khó đảm bảo việc tiếp xúc đồng đều trên toàn bộ diện tích. Diện tích tiếp xúc cần thiết S được tính theo công thức (*) Với lò 6 tấn, dòng điện định mức được dẫn vào lò có trị số từ 12.000A đến 15.000 A và độ dẫn điện của điện cực thường là E=12A/cm2. Vì vậy, trị số Iđm trong trường hợp này được chọn là 15000A và diện tích tiếp xúc cần thiết được tính: Diện tích tiếp xúc là một phần mặt trụ có bán kính bằng bán kính R của điện cực. Nó là một hình chữ nhật uốn cong với bán kính R. Vì vậy S được tính theo công thức: S = h.b (cm2) trong đó: h và b lần lượt là chiều cao và chiều dài của diện tích chữ nhật cong Để tính toán diện tích tiếp xúc S, phải chọn trước chiều cao của diện tích tiếp xúc h. Đối với loại lò 6 tấn, thường chiều cao h được chọn khoảng từ 35 : 45 cm. Giả sử ta chọn h = 40 cm, khi đó ta có chiều dài tiếp xúc sẽ là: Để cho má tĩnh và điện cực tiếp xúc tốt với nhau thì không nên chế tạo mặt tiếp xúc là một' mặt liên tục mà nên chia ra thành các vấu như hình vẽ Giả sử ta chia thành 4 vấu thì chiều dài tiếp xúc cần thiết cho mỗi vấu sẽ là: Mỗi vấu thường cách nhau 2 : 4 cm. Nếu ta chọn chiều rộng rãnh phân cách giữa hai vấu là 3 cm, khi đó chiều dài tổng cộng của cung tiếp xúc sẽ là: bt = b + 3.3 = 31,25 + 9 = 40,25 cm Vì đường kính của điện cực lò 6 tấn D = 300 mm, do đó chiều dài tiếp xúc đó tương ứng với góc ôm α: Hình 12 giới thiệu kết cấu của giá điện cực kiểu kìm, làm nguội bằng nước. Các bộ phận của giá gồm: - Má kẹp 1 và 3 để kẹp điện cực, chúng liên kết với nhau bởi trục số 5 và vít căng số 2. - Các má kẹp liên kết với chuôi 7 nhờ trục số 5. - Chuôi 7 được kẹp cố định với cần côngxôn của cơ cấu di chuyển điện cực. - Nói chung giá điện cực làm việc trong điều kiện nặng nề. Vì nó phải làm việc trong môi trường nhiệt độ cao nên các má kẹp được làm nguội bằng nước chảy trong ống số 8. - Dòng điện được dẫn tới má kẹp qua các lá đồng mỏng số 6. Giá điện cực phải di chuyển dọc theo trục của dầm côngxôn và có thể quay được quanh trục đó. Nhờ ốc định tâm số 4 mà chúng di chuyển được theo phương thẳng đứng. Hình 1 3 giới thiệu kết cấu đầy đủ của một giá điện cực kiểu lò xo khí nén. Hình 14, 15 giới thiệu kết cấu của giá đến cực kẹp chặt điện cực bằng nêm. Ví dụ về tính toán thiết kế giá điện cực Giá điện cực đa dạng, nhiều kiểu dẫn động kẹp khác nhau trên hình 16 là sơ đồ cấu tạo và kích thước cơ bản của giá điện cực với một bộ gồm ba cơ cấu. Kích thước ngoài dấu ngoặc là kích thước của cơ cấu kẹp điện cực giữa. Kích thước trong ngoặc là kích thước của hai cơ cấu kẹp hai bên. Hiện nay giá điện cực kiểu lò xo - khí nén được dùng rộng rãi vì hệ thống này làm việc an toàn, kết cấu đơn giản, kích thước ụ nhỏ hơn một ít so với cơ cấu kẹp bằng guốc phanh. Trong ví dụ này, sẽ trình bày cách thức tính toán, thiết kế giá điện cực với cơ cấu kẹp chặt kiểu lò xo - khí nén của lò điện 6 tấn do nước Nga chế tạo. 1- Sơ đồ cấu tạo và kích thước cơ bản của giá điện cực của lò điện 6 tấn Trên hình 16 là sơ đồ cấu tạo và kích thước cơ bản của giá điện cực với một bộ gồm ba cơ cấu. Kích thước ngoài dấu ngoặc là kích thước của cơ cấu kẹp điện cực giữa. Kích thước trong ngoặc là ích thước của hai cơ cấu kẹp hai bên. Các bộ phận cơ bản gồm có: 1 - điện cực than; 2 - đai kẹp điện cực; 3 - chốt nối; 4- thanh truyền động kẹp; 5 - thân giá; 6 - lò xo kẹp điện cực; 7- ốc điều chỉnh; 8- xilanh khí nén; 9- pitông khí nén; 10 - tấm chặn lò xo. 2 - Nguyên lý hoạt động của cơ cấu kẹp điện cực Sau khi đưa điện cực số 1 vào vị trí như hình vẽ, đai kẹp số 2 ôm lấy điện cực, bình thường lò xo số 6 đã được nén vào 1 khoảng nhất định nhờ đai ốc số 7 tạo ra lực kẹp chặt cần thiết. Để đưa điện cực vào thì xilanh khí nén phải nén thêm lò xo vào một đoạn nữa để nới lỏng đai kẹp. Sau khi điều chỉnh xong điện cực thì lò xo được nới lỏng trở về vị trí ban đầu để thực hiện kẹp chặt điện cực Khi muốn tháo điện cực ra khỏi giá điện cực, người ta đưa khí nén vào buồng xilanh số 8, lúc đó pitông số 9 bị đẩy tịnh tiến về phía điện cực, đồng thời đẩy thanh truyền đông kẹp số 4 cùng đai ốc điều chỉnh số 7, nén lò xo số 6 vào một đoạn nữa. Lúc đó đai kẹp số 2 được nới lỏng và điện cực hạ xuống dễ dàng. 3 - Thiết kế và tính toán các chi tiết của cơ cấu 3.1- Tính lò xo kẹp điện cực a- Chọn vật liệu: Vật liệu làm lò xo được chọn là dây thép lò xo 70C3A có giới hạn bền σb = 1600N/mm2. Từ đây ta xác định ứng tiếp cho phép của vật liệu làm lò xo b- Chọn đường kính dây thép lò xo và tỷ số giữa đường kính dây d và đường kính trung bình của lò xo D. Theo kinh nghiệm của các nhà thiết kế lò điện, ta chọn tỷ số Dd = 6 và đường kính dây lò xo d = 40. Vậy đường kính trung bình của lô xo D = 240 mm. c- Chọn chuyển vị làm việc lớn nhất của lò xo λ = 50mm, d- Chọn số vòng làm việc của lò xo n: Ta chọn n= 15 vòng. e- Chuyển vị của mỗi vòng lò xo khi kẹp điện cực: f- Tính bước của lò xo: g- Tính chiều dài lò xo: L = 44,2 .14 : 618,8mm h- Kiểm tra bền củai lò xo Điều kiện để lò xo làm việc an toàn: trong đó: k - hệ số điều chỉnh xét đến ảnh hưởng của ứng suất cắt và độ cong của vòng dây. K được tính theo công thức: P là lực tác dụng nén lò xo khi làm việc. P được tính toán như sau: Khi làm việc, số cây than nối nhau thành điện cực nhiều nhất trên một giá là ba cây. Trọng lượng một cây than trong thực tế là q=150 kG. Vậy trọng lượng của điện cực than trên 1 giá là: G1 = q.3 = 150.3 = 450 kG = 4500 N Điều kiện để điện cực không tụt xuống khi làm việc là lực ma sát sinh ra tại má kẹp phải lớn hơn trọng lượng bản thân điện cực G1: Fms ≥ G1 hay P.f ≥ G1 Thay các giá trị vào biểu thức tính k ta có: trong đó f là hệ số ma sát giữa vật liệu làm điện cực và vật liệu má kẹp. f = 0,1 ÷ 0,1 5 . Trong trường hợp này ta chọn f = 0,1 3 Khi đó lực kẹp cần thiết để kẹp chặt điện cực được tính theo công thức sau: Vậy lò xo đủ bền khi chịu tải. Tuy nhiên lực P đó mới là lực nén ban đầu để kẹp chặt điện cực chứ chưa phải là lực lớn nhất tác dụng lên lò xo. Lực lớn nhất Pmax tác dụng lên lò xo là lực nén lò xo để nới lỏng má kẹp khi cần phải tháo điện cực. Theo kinh nghiệm, lực tác dụng cần thiết để tháo điện cực thường được chọn từ 1,1 đến 1,2 lần lực nén ban đầu P. Ta chọn Pmax= 1,15 P. Pmax = 1,15P = 1,15.3461 5 = 39807N Cuối cùng ta phải Kiểm tra bền khi lò xo chịu lực tháo Pmax: Thay giá trị P vào công thức ta có: Vậy lò xo đảm bảo an toàn khi làm việc. 3.2- Thiết kế thân giá diện cực Chọn vật liệu làm thân giá là thép 45. Thân giá gồm có 2 ống được ghép lồng vào nhau. Dựa vào đường kính của lò xo kẹp = 240 mm ta chọn đường kính của ống trong dt = 245 mm. Theo dự kiến thì ống trong có tác dụng ngăn nước làm mát và đỡ tấm chặn lò xo nên chiều dày của ống ta chọn δ = 5 mm. Vậy đường kính ngoài của ống trong Dt= 245 mm + 10 mm = 255 mm. Dự kiến khe hở giữa hai ống để nước làm mát lưu thông lấy bằng 10 mm. Như vậy đường kính trong của ống ngoài sẽ bằng: dn : 255 + 20 = 275 mm. Ống ngoài là thân giá nên nó phải chịu toàn bộ trọng lượng của điện cực cùng với hệ thống kẹp điện cực, hệ thống dẫn điện, dẫn nước làm mát. Vì vậy ta chọn chiều dày của ống δ=: 7,5 mm. Đường kính ngoài của ống ngoài (thân giá) sẽ bằng: Dn = 275 + 1 5 = 290 mm . Toàn bộ kết cấu của thân giá với hệ thống dẫn điện và làm mát được trình bày trên hình 10 và 1 6. Trọng lượng của thân giá được tính như sau: G∑ = Gn + Gt. trong đó: Gn - trọng lượng ống ngoài; Vậy trọng lượng của thân giá là: G∑ = Gu + Gt = 1900 + 1080 = 2980N Tính trọng lượng của các bộ phận khác lắp ráp trên thân giá: Các bộ phận lắp trên giá bao gồm: Thanh truyền động kẹp, xilanh và pitông khí nén, thanh dẫn nhiệt, ống dẫn nước làm mát, nước làm mát và các chi tiết phụ khác, má kẹp điện cực và các dây mềm. Trọng lượng của tất cả các bộ phận đó của lò 6 tấn là Gt - trọng lượng ống trong. Áp dụng công thức: trong đó: d- đường kính ống : l - chiều dài ống; γ = 7,85.106. Theo công thức đó, trọng lượng của ống ngoài sẽ là: Trọng lượng của ống trong sẽ là: 11370N Tổng trọng lượng của toàn giá điện cực là: G2 = 2980 + 11370 = 14350 N Kiểm nghiệm độ bền thân giá điện cực Điều kiện bền được xác định theo công thức sau: Mu - mô men uốn; Wu - ứng suất uốn; [σ] - ứng suất cho phép = 110 N/mm2. Ứng suất uốn được tính như sau:
XEM VÀ TẢI VỀ:
[linkxem]https://drive.google.com/file/d/1iWrtPwzuvUrsbFHG_8AqJ6PHngNaiByB/preview[/linkxem][linktai]https://drive.google.com/file/d/1iWrtPwzuvUrsbFHG_8AqJ6PHngNaiByB/view[/linktai]
