ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM
TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA
Khoa Công nghệ vật liệu
Bộ môn kim loại hợp kim
----------

Tiểu luận môn Trang thiết bị sản xuất và
xử lý vật liệu kim loại
Đề tài: Thiết Bị Xưởng Đúc Liên Tục
Nhóm sinh viên thực hiện:
Phạm Phi Hùng V0901080
Thái Thái Châu V0904062
Tháng 3 năm 2013


MỤC LỤC


ĐÚC LIÊN TỤC
1. Lịch sử hình thành quá trình đúc liên tục
Ngay từ giữa thế kỉ XIX , Bessemer đã đề xuất ý tưởng rót đúc liên tục thép. Sau đó,
có nhiều người đã nghiên cứu nhưng do giới hạn về khoa học kỹ thuật lúc bấy giờ
chưa thể áp dụng vào sản xuất. Cho mãi đến năm 1933, người đặt nền móng cho máy
đúc liên tục là S. Junghans đề xuất và phát triển cơ cấu rung bình kết tinh mới có cơ
sở cho đúc liên tục ứng dụng vào công nghiệp. Bắt đầu từ thập kỷ 30 của thế kỷ
trước , máy đúc liên tục đã ứng dụng thành công vào sản xuất kim loại màu. Sau chiến
tranh thế giới thứ II hàng loạt thiết bị thiết bị thử nghiệm bán công nghiệp của các
nước Liên Xô cũ , Mỹ, Anh, Áo …ra đời nhằm nghiên cứu đúc phôi thép liên tục.
Năm 1950 S. Junghans hợp tác với công ty Mannesmans xây dựng chiếc máy đúc đầu
tiên trên thế giới có thể đúc phôi liên tục 5 tấn thép.
Từ chiếc máy đúc liên tục đầu tiên này ra đời cho đến nay đã trải qua một quá trình

phát triển hơn nửa thế kỷ và ngày nay đã tiến tới giai đoạn đột phá mới là đúc- cán
liên tục. Hiện nay trên thế giới thì các nước như Đan Mạch , Irelan chiếm 100% là sử
dụng đúc liên tục . Còn các nước Bắc Âu công nghiệp phát triển như Pháp, Đức, Ý,
Áo… và Nhật là trên 95% sử dụng phương pháp này.
Ở Việt Nam , chiếc máy đúc liên tục được lắp đặt đầu tiên nhập của Ấn Độ là ở nhà
máy thép Biên Hoà năm 1996 cho lò điện hồ quang 19 tấn. Tiếp đó là nhà máy luyện
thép Lưu Xá năm 1997 cho lò 30 tấn…và hàng loạt nhà máy cũng áp dụng phương
pháp đúc liên tục, cho thấy sự kỹ thuật đúc liên tục ngày càng phổ biến trên toàn thế
giới.
2. Nguyên lý của quá trình đúc liên tục.
2.1. Định nghĩa
Đúc liên tục là quá trình rót liên tục kim loại lỏng vào bình kết tinh có hộp nước làm
nguội, kim loại lỏng kết tinh đến đâu được kéo ra đến đấy ở đầu kia của bình kết tinh.
Trong các nhà máy sản xuất và chế biến thép, đúc liên tục là khâu trung gian giữa
khâu luyện thép và khâu cán thép.
3


Một hệ thống máy đúc liên tục bao gồm các bộ phận chính như sau: Thùng rót chính,
thùng rót trung gian, xe chở thùng rót trung gian, bình kết tinh, cơ cấu rung bình kết
tinh, cơ cấu làm nguội lần 2, máy kéo nắn phôi, máy cắt phôi, và cơ cấu chuyển phôi
đúc thành phẩm tới vị trí yêu cầu.

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 đông đặc tạo nên lớp vỏ phôi. Khi chiều

4


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, quá trình làm nguội xảy ra mãnh liệt, phôi thép
hoàn toàn ở thể đông 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 yêu cầu.
2.2. Ưu điểm của phương pháp đúc liên tục.
+ Năng suất cao và có thể cấp phôi liên tục cho phân xưởng cán;
+ Đúc trực tiếp ra phôi nên không cần qua khâu cán phá;
+ Hiệu suất thu hồi kim loại lớn (do không cần hệ thống rót, bù ngót ...), hiệu
suất thu hồi thường trên 95 - 96%;
+ Tốc độ kết tinh của kim loại nhanh, tổ chức kim loại sít đặc;
+ Chất lượng thép và chất lượng bề mặt phôi tốt, thiên tích ít;
+ Giảm diện tích mặt bằng sản xuất;
+ Dễ cơ khí hóa và tự động hóa;
+ Cải thiện điều kiện lao động và giảm ô nhiễm môi trường;
Do những ưu điểm trên, mặc dầu đòi hỏi vốn đầu tư lớn, phương pháp này vẫn
được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất phôi thép cán hiện nay.
3. Phân loại các hệ thống đúc liên tục.
Căn cứ vào phương pháp bố trí thiết bị và ra phôi, người ta chia ra:
+ Hệ thống đúc liên tục thẳng đứng: toàn bộ thiết bị chính như thùng kết tinh,
hệ thống trục kéo, máy cắt... bố trí theo phương thẳng đứng. Để đúc liên tục, bộ phận
cắt phôi định kỳ cắt phôi và hạ xuống hệ thống vận chuyển bố trí theo phương ngang
.
Hệ thống này tiết kiệm diện tích mặt bằng, chất lượng phôi tốt (vì kim loại nguội đề
u

xung quanh, điều kiện nổi tạp chất thuận lợi... ) nhưng có hạn chế là đòi hỏi chiều ca
o

5


xây dựng lớn, khó khăn trong việc bố trí thiết bị, chi phí xây dựng cao và áp lực cộ
t
kim loại lỏng lớn.

+ Hệ thống đúc liên tục kiểu uốn: thùng kết tinh thẳng và bố trí theo phương thẳng
đứng, phôi sau khi ra khỏi thùng kết tinh được kéo xuống theo phương thẳng đứng
một khoảng cách nhất định, được máy uốn cong, sau đó được nắn thẳng và tiếp tục
được kéo theo phương ngang. Hệ thống này giảm được chiều cao thiết bị, phôi có thể
cắt theo chiều dài tuỳ ý nhưng khi uốn phôi dễ bị nứt.
+ Hệ thống đúc liên tục kiểu cong: phôi được uốn cong ngay sau khi ra khỏi thùng kết
tinh hoặc cong ngay trong thùng kết tinh theo một bán kính cong hoặc một số bán
kính cong kế tiếp. Hệ thống đúc lien tục kiểu cong có chiều cao bố trí thiết bị nhỏ
không cần phải bố trí máy uốn, áp lực cột kim loại lỏng nhỏ, chi phí xây dựng thấp
hơn phương pháp đứng, nhưng trong quá trình đúc điều kiện nổi tạp chất không tốt,
đòi hỏi kỹ thuật đúc phức tạp hơn, trong đó việc chon bán kính cong có ý nghĩa rất
lớn, nếu chọn không đúng có thể gây ra nứt phôi trong quá trình kéo
6


+ Ngoài ra còn có phương pháp đúc liên tục trong khuôn điện tử:
Kim loại lỏng không tiếp xúc với khuôn , trong thiết bị này thì 1 cuộn cảm ứng dùng
dòng điện xoay chiều sẽ thay cho khuôn. Lực điện từ do dòng điện cảm ứng sinh ra
trong kim loại tác dụng với từ trường của cuộn cảm ứng sẽ ép kim loại lỏng theo hướng
đường kính. Rót, làm nguội và kéo ra liên tục ta sẽ được vật đúc. Tiết diện vật đúc có

thể là hình tròn, vuông, chữ nhật hoặc hình phức tạp.

4. Thiết bị chính của máy đúc liên tục
4.1. Sơ đồ chính của thiết bị.
Hệ thống thiết bị đúc liên tục
gồm các bộ phận chính sau:
+ Thùng rót;
+ Thùng rót trung gian;
+ Thùng kết tinh;
7


+ Bộ phận rung thùng kết tinh;
+ Bộ phận làm nguội lần hai;
+ Hệ thống kéo phôi;
+ Máy cắt phôi.

4.2. Các bộ phận cơ bản của hệ thống thiết bị
+Thùng rót: dùng để vận chuyển thép lỏng từ lò đến vị trí rót. Thùng rót thường
được chế tạo có dạng hình trụ, vỏ ngoài bằng thép bên trong xây gạch chịu lửa hoặ
c
đầm bằng vật liệu chịu lửa. Trên đáy thùng rót có bố trí lỗ rót thép, để điều chỉnh qu
á
trình rót dùng cơ cấu cần nút.
+Thùng rót trung gian: dùng để khống chế tốc độ rót, phân dòng kim loại khi đúc
nhiều vị trí, tiếp tục làm đồng đều kim loại và nhiệt độ nước thép.
Cấu tạo của thùng rót trung gian trình bày trên hình 8.13

8



+Thùng kết tinh: nhiệm vụ của thùng kết tinh là làm nguội kim loại và định hình tiết
diện và kích thước phôi. Cấu tạo thùng kết tinh có dạng như hình 8.1. Thành thùng kết
tinh được chế tạo bằng đồng, mặt trong là trụ thẳng hoặc uốn cong, tiết diện ngang là
hình tròn hoặc vuông. Giữa thành ngoài và thành trong của thùng kết tinh là hộp nước
làm nguội. Do khi đi từ trên xuống, kim loại nguội và đông đặc, tạo thành lớp vỏ rắn,
lớp vỏ rắn tăng dần chiuề dày và co giảm kích thước. Khi lớp vỏ rắn co, sẽ hình thành
khe hở giữa kim loại và thành thùng kết tinh, làm giảm tốc độ nguội nên phần dưới
của thùng kết tinh có độ côn để hạn chế khe hở. Chiều dài thùng kết tinh được chọn
phụ thuộc vào tốc độ đúc, phải đảm bảo sao cho chiều dày lớp kim loại đông đặc khi
ra khỏi khuôn đủ bền dưới tác dụng của áp lực kim loại lỏng bên trong và lực kéo
phôi. Ciều dày lớp vỏ rắn khi ra khỏi khuôn thường vào khoảng 8-12 mm.

+Cơ cấu rung khuôn: dùng để rung khuôn trong quá trình đúc, chống lại sự dính
bám của kim loại vào thành thùng kết tinh gây ra đứt phôi khi kéo. Khi lớp vỏ rắn mớ
i

9


o
hình thành, nhiệt độ chỉ thấp hơn nhiệt độ kết tinh khoảng 5 C, độ bền của thép
còn rất thấp, dưới tác dụng của lực kéo có thể bị rạn nứt và dính vào thành thùng kế
t
tinh. Khi thùng kết tính dịch chuyển xuống, lớp kim loại dính bám bị đẩy lên do đó vế
t
nứt không thể hình thành, khi thỏi được kéo xuống sẽ dễ dàng tách khỏi thành thùn
g
kết tinh và được kéo ra.
Trong đúc liên tục, sử dụng ba phương thức rung khuôn: rung đồng bộ, rung

trượt âm và rung hình sin. Khi rung đồng bộ, bình kết tinh đi xuống đồng bộ với phôi
,
sau đó đi lên với tốc độ gấp ba lần tốc độ kéo phôi. Phương thức này hiện nay ít dùn
g
vì kết cấu phức tạp do đòi hỏi sự đồng bộ giữa cơ cấu rung và cơ cấu kéo phôi. Kh
i
rung trượt âm, bình kết tinh đi xuống với tốc độ cao hơn tốc độ kéo một ít gọi là trượ
t
âm, sau đó đi lên với tốc độ khá lớn. Phương thức rung này phù hợp với yêu cầu củ
a
công nghệ đúc liên tục, có lợi cho việc hàn gắn các vết nứt lớp vỏ và cho phép nân
g
cao tốc độ kéo. Khi rung hình sin, quan hệ giữa tốc độ rung và thời gian có dạng hìn
h
sin, ưu điểm của phương thức rung này là sự thay đổi tốc độ trong quá trình
rung chậm, không gây xung lực, kết cấu rung đơn giản, do đó hiện nay được sử dụng
rất phổ biến.
+Thiết bị làm nguội lần hai: khi ra khỏi bình kết tinh nhiệt độ mặt ngoài của thỏi
o
còn rất cao từ 1000 -1100 C,và bên trong vẫn còn kim loại lỏng tiếp tục kết tinh.
Để
10


thỏi đúc nguội nhanh và kết tinh hoàn toàn, người ta bố trí hệ thống vòi phun nướ
c
phun trực tiếp lên mặt ngoài thỏi. Trong vùng này cũng bố trí các trục lăn để nắn thẳn
g
thỏi đúc tránh hiện tượng cong vênh thỏi. Tốc độ phun của nước làm nguội lần 2
không được quá cao để tránh bắn tóe, nhưng cũng không được quá thấp để tránh nướ

c
tiếp xúc lâu với mặt thỏi bị hóa hơi nhiều, tạo thành lớp hơi nước trên mặt thỏi là
m
giảm tốc độ làm nguội. Trong vùng làm nguội lần hai, lượng nhiệt truyền qua hơi nướ
c
33%, qua nước 25% và trục lăn 17%, phần còn lại truyền nhiệt bằng bức xạ ra
không khí.
+ Hệ thống trục kéo và nắn thẳng: đảm bảo kéo phôi ra khỏi thùng kết tinh theo
tốc độ đúc yêu cầu và nắn thẳng phôi. Để kéo phôi người ta dùng hệ thống các trụ
c
lăn, dẫn động từ các động cơ riêng lẽ hoặc phối hợp nhiều trục cùng một động cơ qu
a
các bộ truyền. Tốc độ kéo thường vào khoảng 6 m/phút.
+ Máy cắt: để đảm bảo quá trình đúc liên tục, khi phôi đạt một chiều dài nhất định
cần phải tiến hành cắt phôi. Hiện nay để cắt phôi người ta dùng phổ biến thiết bị cắ
t
bằng khí. Thiết bị cắt được gắn trên hệ thống xe lăn, khi phôi đạt chiều dài cần thiết
,
cơ cấu kẹp phôi gắn trên xe lăn tiến hành kẹp chặt phôi, làm cho xe lăn mang thiết b
ị
cắt chuyển động cùng với phôi và cắt phôi. Khi phôi được cắt xong, cơ cấu kẹp phô
i
nhả ra và xe lăn chuyển động trở lại vị trí ban đầu.

11


5. Sự kết tinh của kim loại khi đúc liên tục
Quá trình kết tinh của thỏi đúc liên tục thể hiện trên hình vẽ.
Khi kim loại lỏng quá nhiệt được rót vào thùng kết tinh tiếp xúc trực tiếp với

thành thùng kết tinh làm bằng đồng, bên ngoài có nước làm nguội nên nguội nhanh v
à
mất dần nhiệt quá nhiệt. Khi lớp ngoài đạt đến nhiệt độ kết tinh, thì quá trình kết tin
h
xẩy ra và lớp kim loại rắn hình thành. Tiếp tục dịch chuyển xuống phía dưới, kim loạ
i
lỏng tiếp tục được làm nguội và kết tinh, chiều dày lớp kim loại kết tinh tăng dần, kh
i
lớp kim loại kết tinh đủ bền, chống được áp lực của kim loại lỏng bên trong thì bắt đầ
u
co, hình thành nên khe hở giữa kim loại và thành thùng kết tinh, làm cho tốc độ nguộ
i
giảm xuống. Khi ra khỏi thùng kết tinh, đến vùng làm nguội thứ hai, nhờ sự làm nguội
trực tiếp của nước, tốc độ nguội tăng lên và quá trình kết tinh xẩy ra nhanh cho đế
n
khi phôi đúc kết tinh hoàn toàn.

12


Trong thùng kết tinh, tốc độ làm nguội phụ thuộc rất lớn vào sự tiếp xúc giữa
kim loại và thành thùng kết tinh. Nhiệt trở của kim loại rắn vào khoảng 1%, nhiệt trở
tiếp xúc giữa kim loại rắn với thành thùng kết tinh vào khoảng 1%, nhiệt trở của
thành thùng kết tinh bằng đồng vào khoảng 0,2 - 0,3%, nhiệt trở tiếp xúc giữa thành
thùng kết tinh với nước vào khoảng 1%, nhiệt trở của khe hở rất lớn vào khoảng 70
- 80%. Bởi vậy, để tăng tốc độ nguội trong thùng kết tinh cần hạn chế khe hở bằng
cách tạo độ côn ngược ở mặt trong thành thùng kết tinh (thường chế tạo với độ cô
n
1%) hoặc phủ kín khe hở bằng vật liệu dẫn nhiệt tốt hơn không khí.
Trong vùng làm nguội lần hai, nhờ sự tiếp xúc trực tiếp giữa kim loại và nước,

sự bốc hơi của nước, tốc độ làm nguội nhanh, kim loại kết tinh nhanh và cuối cùn
g
13


đông đặc hoàn toàn. Do chênh lệch nhiệt độ giữa mặt ngoài và bên trong lớn có th
ể
gây ra ứng suất nhiệt làm nứt bề mặt thỏi, do đó trong vùng làm nguội lần hai cần b
ố
trí làm nguội tăng dần từ trên xuống.
Khi đúc liên tục, do được làm nguội nhanh và rót liên tục, kim loại có cấu trúc
tinh thể hạt nhỏ và không có lỗ co, rỗ khí phân tán, nhưng ở tâm do sự bù ngót kh
ó
khăn nên thường xuất hiện rỗ xốp đường tâm. So với đúc khuôn, chất lượng thỏi đú
c
bằng phương pháp đúc liên tục cao hơn.
6. Đúc liên tục thẳng đứng.
Đúc liên tục thẳng đứng là phương pháp chế tạo vật
đúc rất dài bằng cách rót kim loại lỏng vào thùng kết
tinh. Khi kim loại đang đông đặc nhưng đã có độ bền
vừa đủ , dịch chuyển vùng kim loại này ra khỏi thùng
kết tinh theo phương thẳng đứng . Vật có thiết diện
ngang giống nhau hoàn toàn và có độ dài vô tận. Nếu
quá trình có khoảng thời gian gián đoạn , máy phải
dừng lại để thay cơ cấu làm việc thì công nghệ này
được gọi là đúc bán liên tục.

14



Nguyên lý hoạt động của thiết bị là ,
kim loại lỏng từ thùng rót được
chuyển qua hệ thống phân phối 1 và
đi vào thùng kết tinh 2 . Thùng kết
tinh 2 có độ dài khá lớn và dao động
lên xuống theo một chu kì xác định.
Vật đúc được kéo xuống phía dưới
đến một chiều dài yêu cầu và được
cắt thành từng thỏi . Hệ thống phun nước làm nguội thứ cấp 3 có tác dụng làm nguội
hoàn toàn thỏi đúc vì khi đi ra khỏi thùng kết tinh , vật đúc chưa đông đặc hoàn toàn
mà phần tâm vật đúc vẫn ở trạng thái lỏng.
Từ nguyên lý mô tả , ta có thể đặt thêm ruột đúc trong thùng kết tinh để đúc những chi
tiết rỗng, thí dụ ống nước hoặc chi tiết có dạng tương tự . Ruột đúc trong trường hợp
này có thể là ruột cố định trong thùng kết kinh hoặc ruột cát di động theo cùng vật
đúc.
7. Đúc liên tục nằm ngang.

Thiết bị này thường dung để đúc các vật đúc bằng đồng thanh hoặc nhôm có thiết diện
tròn đều và đặc, đường kính từ 20 đến 200 mm.
Cơ chế của quá trình : kim loại lỏng từ nồi nấu 1 được rót sang thùng chứa 2. Thùng
chứa 2 làm bằng samốt-graphit và được gia nhiệt bằng mỏ đốt để duy trì nhiệt độ kim
15


loại lỏng. Tạo một lỗ thủng ở một thành bên của thùng chứa này và gá vào đó thùng
kết tinh 3 có nước làm nguội. Vật đúc 4 sau khi đi qua khu vực làm nguội 5, đi qua
trục kéo 6 và cắt thành từng đoạn theo yêu cầu nhờ 1 máy cưa 7. Trục kéo 6 hoạt động
theo quy luật kéo-dừng có chu kỳ.
Công nghệ đúc liên tục nằm ngang còn
được áp dụng để chế tạo các chi tiết có tính

năng đặc biệt , thí dụ qui trình bọc đồng
cho lõi thép trong công nghiệp dây điện,
đúc thỏi gnag cầu liên tục nằm ngang….
Mô hình bọc đồng được mô tả như hình vẽ.
Khuôn graphit làm nhiệm vụ vòi phun
được gắn trên đáy của lò nấu và dây hợp
kim Fe-Ni đường kính 2 mm được kéo
chạy ngang qua miệng vòi phun với tốc độ
thích hợp để đồng lỏng có thể kết tinh trên
day thép một cách lien tục. Để thiết lập các
thông số tối ưu của quá trình cần điều
khiển được quá trình truyền nhiệt trong nồi
graphit tức là phải duy trì được chế độ
nhiệt của kim loại lỏng trong nồi lò.

16


*Một số hình ảnh về thiết bị và sản phẩm của công nghệ đúc liên tục:

17


TÀI LIỆU THAM KHẢO
1.Các phương pháp đúc đặc biệt -Nguyễn Hữu Dũng-nhà xuất bản khoa học và kỹ
thuật.
2.giáo trình công nghệ và thiết bị luyện thép-Hoàng Công Minh-đại học bách khoa Đà
Nẵng.
3.Thiết bị và công nghệ đúc phôi thép- PGS.TS Ngô Trí Phúc và TS. Nguyễn Sơn
Lâm-nhà xuất bản bách khoa Hà Nội.


18