Tài liệu Đúc liên tục phôi đồng không oxi theo phương pháp upcast

Nội dung text: Tài liệu Đúc liên tục phôi đồng không oxi theo phương pháp upcast

1. Hình 1. Dây chuyền công nghệ đúc phôi đồng liên tục UPCAST Trong dây chuyền UPCAST có thể có 1 lò (năng suất đến 6000 t/năm) hay hai lò (năng suất cao hơn 6000 t/năm). Trong dây chuyền một lò, việc xử lý đồng catôt được thực trong lò nung nóng sơ bộ đồng catôt và nạp liệu bằng máy bán tự động. Trong dây chuyền hai lò, chỉ có máy nạp liệu tự động (không cần phải nung nóng sơ bộ đồng catôt). 1.2. Hiệu qủa nấu bằng lò cảm ứng. Năng lượng cần thiết để nung nóng và nấu chảy đồng catôt và để giữ nhiệt được tạo ra trong các bộ cảm ứng dạng kênh. Bộ cảm ứng là thiết bị sử dụng năng lượng hiệu quả nhất để nấu đồng. Bộ cảm ứng bao gồm các cụm chi tiết sau: - Vỏ thép được làm nguội bằng không khí hay bằng nước, có thể tháo ra khỏi thân lò - Kênh chứa đồng lỏng, làm việc như cuộn dây thứ cấp - Lớp lót chịu lửa của kênh – lớp chịu lửa có thành phần cơ bản là silic oxit (thạch anh). Hình 2. Sơ đồ khuôn kết tinh Bộ cảm ứng dạng kênh dùng để nung nóng trực tiếp đồng lỏng trong lò không qua thiết bị công nghệ trung gian, đó là phương pháp nấu chảy bằng điện hiệu quả nhất. Phương pháp này đảm bảo điều chỉnh nhiệt độ chính xác. Do dao động nhiệt độ kim loại lỏng có thể ảnh hưởng xấu đến quá trình đông đặc, nên điều chỉnh nhiệt độ là yếu tố rất quan trọng, không chỉ để tiết kiệm năng lượng điện mà còn đảm bảo chất lượng phôi đồng. Nhiều khu công nghiệp, nhất là ở châu Á và Nam Mỹ có điện thế của lưới điện không ổn định. Tất cả các dây chuyền UPCAST mới được trang bị thiết bị đặc biệt để tối ưu hoá nguồn điện, nhờ vậy mà không còn sự dao động điện thế. Người thao tác có thể 2
2. Lò được lót bằng gạch cao nhôm và sau vài năm (5-6 năm hoặc cao hơn) mới xây lại lò. Tuổi thọ lớp lót của bộ cảm ứng trong lò nấu chảy thường vào khoảng 1 năm và cao hơn một ít trong lò giữ nhiệt. Tuổi thọ của lớp lót được quyết định bởi các phản ứng hóa học, xảy ra trong lớp lót khi sấy lò lần đầu tiên. Khi tiếp xúc lớp lót với kim loại lỏng tạo thành lớp oxit thiêu kết (“dạng thủy tinh”). Trên hình 3 là ví dụ tạo thành lớp như vậy: hình 3a là tổ chức cơ sở của vật liệu chịu lửa cao nhôm không tham gia phản ứng hóa học; trên hình 3b cũng là vật liệu đó lấy từ lò đã làm việc, ở chỗ tiếp xúc với kim loại lỏng. Đồng lỏng xâm nhập vào vật liệu cơ sở do tác động của lực mao dẫn và dưới tác động của khuếch tán ở trạng thái rắn. Hiện tượng này chỉ xảy ra trong lớp chịu lửa xốp ban đầu và xảy ra trong thời gian mở lò. Sản phẩm của phản ứng hoá học giữa vật liệu cơ sở và đồng như hình bên phải. Các vùng sáng hơn là nền đã được thiêu kết, còn các vết tối là độ xốp đặc trưng của gốm. Hình 3a. Tổ chức của vật liệu Hình 3b. Tổ chức của cùng vật liệu, chịu lửa cao nhôm chưa tham gia nhưng đã tham gia phản ứng, ở phản ứng dạng thiêu kết trong lớp lót lò Qua lớp này, không hề xảy ra sự di chuyển khối lượng (ngoại trừ di chuyển do khuếch tán), còn lớp chịu lửa của lò là môi trường trơ về mặt hóa học đối với đồng lỏng. Việc khử oxi từ đồng lỏng chỉ xảy ra trên bề mặt đồng lỏng khi có mặt lớp than gỗ hay than graphit. Trong thời gian khử oxi không xảy ra tiêu hao lớp chịu lửa. Nấu chảy theo công nghệ UPCAST đảm bảo thu được kim loại lỏng có độ sạch cao, nhờ đó phôi đồng thu được theo quá trình này là vật liệu rất tốt để sản xuất ra sản phẩm chất lượng cao. Dây kéo từ phôi như vậy được kéo liên tục đến đường kính 0,015-0,02 mm khi sản xuất dây điện từ tráng men và đến 0,001 mm để sản xuất dây siêu dẫn nhiệt độ thấp. 1.6. Phôi kéo dây được sản xuất trên hệ thống UPCAST. Phôi UPCAST được sản xuất từ đồng không oxi và có tổ chức đúc. Do không có oxi trong phôi đồng nên giảm được bước kéo trên máy kéo dây. Tuy nhiên, tổ chức đúc khi kéo nguội đòi hỏi tiêu hao năng lượng để ủ nhiều hơn so với dây đã được cán nóng. Đó là do quá trình kết tinh lại xảy ra gần biên giới hạt. Trong kim loại ở trạng thái đúc có cỡ hạt lớn (kích cỡ hạt có thể đạt vài milimet), ngay cả sau khi kéo và biến dạng, vẫn còn một lượng biên giới hạt tương đối ít. Do vậy cần thêm năng lượng để bắt đầu quá trình kết tinh lại. Để ủ thành công trong quá trình ủ lần đầu, dây được kéo ngay sau khi đúc cần 10-15% năng lượng 4
3. - Các nhà sản xuất cáp và dây đồng có kích cỡ từ nhỏ đến vừa sẽ chọn hệ thống UPCAST để sản xuất phôi kéo 8 mm thay thế cho việc mua từ các nguồn bên ngoài. - Các nhà sản xuất đồng hay phôi đồng, cần đa dạng hóa sản phẩm gồm nhiều loại đồng khác nhau (đồng không oxi) hay sử dụng tính linh hoạt của UPCAST để sản xuất phôi có đường kính khác nhau cho khách hành (ví dụ phôi có đường kính 8-10-12-16-18-24 mm). - Các nhà sản xuất dây kéo nhỏ hay kéo nhiều loại dây chỉ chấp nhận phôi kéo chất lượng tốt. Các nhà sản xuất đặc biệt cần đồng không oxi cho sản xuất (ví dụ, các nhà sản xuất cáp – LAN) - Các nhà sản xuất hợp kim đồng (đồng thau, đồng thanh, niken-bạc, đồng thau chứa chì v.v ) và các nhà sản xuất kim loại qúy. II. Những vấn đề chủ yếu của công nghệ sản xuất phôi đồng không oxi trên hệ thống UPCAST. 2.1. Thành phần hóa của đồng không oxi. Thành phần hóa học của đồng không oxi theo các tiêu chuẩn ASTM B170-99 và GOST 859-78 như bảng 3. Bảng 3. Thành phần hóa học của đồng không oxi Nguyên tố ASTM B170-99 GOST 859-78 C10100 C10200 M00 M0 M0 (OFE) (OF) Cu, min % 99,99 Cu (+Ag), 99,5 99,99 99,97 99,95 min % ppm, max ppm, max ppm, max ppm, max ppm, max Sb 4 10 20 20 As 5 10 20 20 Bi 1 5 10 10 Cd 1 Fe 10 10 40 40 Pb 5 10 30 40 Mn 0,5 Ni 10 10 20 20 O2 5 10 10 10 30 P 3 5 20 20 Se 3 Ag 25 S 15 20 30 40 Te 2 Sn 2 10 20 20 Zn 1 10 30 30 2.2. Yêu cầu đối với nguyên liệu. - Để đảm bảo phôi đồng đúc ra nhẵn láng, không oxi, đồng điện phân phải phù hợp với các yêu cầu sau: 6
4. - Thử áp lực nước làm nguội của áo nước, áo nước của khuôn kết tinh phải chịu được áp lực nước khoảng 6-8 kG/cm2 trong khoảng 1 giờ. - Đưa khuôn kết tinh vào lò để sấy nóng đồng đều, nối các đường nước ra vào khuôn (đường nước vào lắp phía dưới, đường nước ra lắp phía trên như hình 2), mở van cho một lượng nước thích hợp qua áo khuôn, rồi lắp khuôn vào máy đúc. - Điều chỉnh độ cao của khuôn kết tinh sao cho đầu khuôn graphít cắm ngập vào đồng lỏng với độ sâu khoảng 100 mm (mặt đồng lỏng cách bọc bảo vệ áo nước khoảng 30 mm). Nếu độ sâu khuôn kết tinh cắm vào đồng lỏng vượt qua chiều cao của bọc bảo vệ thì có nguy cơ khuôn bị nứt, hỏng, chảy nước làm nguội vào đồng lỏng gây nổ. - Nối khuôn với bơm chân không (nếu có). - Kiểm tra cơ cấu báo mức đồng lỏng, kiểm tra cặp nhiệt độ. - Kiểm tra nước trong tháp nước dự phòng. - Kiểm tra hoạt động của máy phát điện để dự phòng vào lúc mất điện lưới. 2.5. Công nghệ nấu chảy và giữ nhiệt đồng lỏng. Công nghệ nấu chảy đồng không oxi trong lò cảm ứng có kênh bao gồm các công đoạn: nạp liệu, nấu chảy đồng, khử oxi bằng cách giữ dưới lớp than gỗ và nung quá nhiệt đồng lỏng để đảm bảo rót vào lò giữ nhiệt. Trong quá trình nấu chảy, bề mặt đồng lỏng phải được che phủ bằng than gỗ khô với bề dày lớp than vào khoảng 150 mm. Người ta rót đồng lỏng từ lò nấu chảy vào lò giữ nhiệt khi nhiệt độ đồng đạt 1170±10oC. Trước khi rót phải kiểm tra máng dẫn và sấy máng, đồng lỏng trong lò nấu chảy cần có thời gian giữ nhiệt khoảng 15-20 phút trước khi rót. Lúc rót, cần ngắt dòng điện trong thiết bị cảm ứng, tốc độ rót phải đều đặn. Sau khi rót cần làm sạch máng dẫn và kịp thời nấu chảy đồng catôt để bù lượng đồng đã rót. Nhiệt độ đồng lỏng trong lò giữ nhiệt được giữ trong phạm vi 1150±10oC. Bề dày lớp than phủ (than gỗ hay than graphit dạng vảy) trong lò giữ nhiệt khoảng 100-150 mm. Sau mỗi ca nấu đúc, phải hốt lớp than cũ trên bề mặt đồng lỏng ở lò nấu chảy và lò giữ nhiệt, chỉ để lại một lớp than mỏng, làm sạch tro và thay bằng lớp than mới. Trong quá trình nấu đúc, cần theo dõi nhiệt độ nước làm nguội các cuộn dây cảm ứng của lò. Nhiệt độ nước làm nguội này vào khoảng 20-30oC. 2.6. Thao tác công nghệ đúc phôi đồng liên tục. Khởi động thiết bị kéo phôi và điều chỉnh tốc độ kéo phôi (vào khoảng 400- 700 mm/phút đối với phôi có đường kính 14 mm), rồi kẹp chặt các con lăn dẫn phôi vào thanh dẫn. Nhiệt độ nước vào khuôn kết tinh khoảng 20-35oC, nhiệt độ nước ra khỏi khuôn kết tinh < 55oC, chênh lệch nhiệt độ nước ra vào khuôn kết tinh khoảng 15oC. áp lực nước vào khoảng 2-3 kG/cm2. Sau khi kéo phôi ra khỏi khuôn kết tinh, tháo thanh dẫn phôi ra và đưa phôi vào máy thu thành cuộn. 2.7. Xử lý sự cố trong quá trình đúc liên tục trên hệ thống UPCAST. - Nếu mất điện lưới mà máy phát điện dự phòng không thể đảm bảo yêu cầu sản xuất thì ngoài việc đảm bảo cung cấp nước làm nguội, phải lập tức lấy khuôn kết tinh ra 8