Giáo trình công nghệ và thiết bị luyện thép 16

Trong phương pháp đúc khuôn (hay còn gọi là đúc tĩnh), thép lỏng được rót vào khuôn định hình, nguội và đông đặc tạo thành thỏi có kích thước và hình dạng theo yêu cầu. Hình dạng và kích thước thỏi đúc phụ thuộc hình dáng và kích thước của lòng khuôn. Đặc điểm của đúc khuôn là vốn đầu tư thấp, nhưng năng suất thấp, tỉ lệ hao phí kim loại lớn, thường được ứng dụng khi sản lượng nhỏ và vừa....
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình công nghệ và thiết bị luyện thép 16- 94 - Chương VIII ĐÚC PHÔI THÉP8.1. Phân loại và đặc điểm Đúc phôi là một khâu quan trọng trong quy trình sản xuất thép cán. Chất lượngphôi đúc ảnh hưởng lớn đến chất lượng của sản phẩm cán cũng như nhiều chỉ tiêu kinhtế, kỹ thuật khác. Tùy thuộc quy mô sản xuất và vốn đầu tư, có thể sử dụng phương pháp đúc phôibằng khuôn hoặc đúc liên tục. Trong phương pháp đúc khuôn (hay còn gọi là đúc tĩnh), thép lỏng được rót vàokhuôn định hình, nguội và đông đặc tạo thành thỏi có kích thước và hình dạng theoyêu cầu. Hình dạng và kích thước thỏi đúc phụ thuộc hình dáng và kích thước của lòngkhuôn. Đặc điểm của đúc khuôn là vốn đầu tư thấp, nhưng năng suất thấp, tỉ lệ hao phíkim loại lớn, thường được ứng dụng khi sản lượng nhỏ và vừa. Trong phương pháp đúc liên tục, thép lỏng được rót liên tục vào thùng kết tinhđược làm nguội bằng nước, trong thùng kết tinh thép lỏng nguội nhanh và đông đặctạo thành thỏi và được kéo ra khỏi thùng kết tinh một cách liên tục trong suốt quá trìnhđúc. Tiết diện ngang của phôi đúc phụ thuộc hình dạng tiết diện ngang của lòng thùngkết tinh, chiều dài phôi không hạn chế. Đặc điểm của phương pháp là năng suất cao,chất lượng phôi tốt, nhưng vốn đầu tư lớn, chỉ phù hợp khi sản lượng lớn.8.2. Lý thuyết về quá trình kết tinh Quá trình kết tinh của phôi đúc là quá trình vật lý phức tạp, hiểu rõ quá trình kếttinh cho phép ta tác động vào quá trình hình thành phôi, để đạt được cấu trúc kim loạitheo mong muốn và hạn chế các khuyết tật có thể xẩy ra. Như chúng ta đã biết, sự kết tinh của thép lỏng cũng như kim loại nói chung,gồm hai quá trình xẩy ra đồng thời: + Quá trình tạo mầm kết tinh: mầm tự sinh hoặc mầm có sắn, là các tinh thể xuấthiện ban đầu có kích thước lớn hơn hoặc bằng một kích thước tới hạn để có thể tiếptục phát triển (lớn lên) thành hạt tinh thể. + Quá trình phát triển tinh thể: tinh thể tiếp tục lớn lên và tạo thành hạt tinh thể. - 94 - Trong quá trình thép lỏng kết tinh, thường xẩy ra nhiều hiện tượng liên quan đếnsự hình thành phôi đúc như: co ngót, hòa tan và tiết khí, thiên tích ... ảnh hưởng lớnđến chất lượng phôi.8.2.1. Điều kiện hình thành và lớn lên của tinh thể Trong quá trình kết tinh thì năng lượng tự do của hệ sẽ giảm, tức là ΔG < 0 .Gọi Δf là biến thiên năng lượng tự do khi một đơn vị thể tích kim loại kết tinh ở độquá nguội ΔT , ta xác định được độ giảm năng lượng tự do của hệ do quá trình kết tinhmột thể tích V gây ra: ΔG V = −Δf .VTrong đó: ΔG V - biến thiên năng lượng tự do khi kết tinh; V - thể tích kim loại kết tinh; Δf - biến thiên năng lượng tự do đơn vị. Mặt khác, khi tinh thể hình thành bề mặt tinh thể có diện tích S được tạo ra,năng lượng bề mặt xác định bởi công thức: ΔG S = σ.STổng biến thiên năng lượng của hệ: ΔG = ΔG V + ΔG S = − Δf .V + σ.S (8.1)Giả sử tinh thể có dạng hình cầu bán kính r, thì thể tích (V) và diện tích bề mặt (S) củanó là: 3 V = .πr 3 4 S = 4πr 2Thay vào công thức (8.1), ta có: 3 ΔG = − .πr 3 + σ.4πr 2 4Biểu diễn ΔG V , ΔG S và ΔG trên đồ thị ta có hình 8.1. - 95 - ΔG ΔGS ΔG rk r ΔGV Hình 8.1 Biến thiên năng lượng tự do của hệ khi kết tinh Từ đồ thị ta nhận thấy, với r < rk khi tinh thể phát triển (lớn lên) thì năng lượngcủa hệ tăng do đó quá trình không thể tiếp tục. Ngược lại với r ≥ rk thì khi tinh thể pháttriển thì năng lượng của hệ giảm do đó quá trình có thể tiếp tục. Người ta gọi rk là kíchthước tới hạn của mầm tinh thể, giá trị của nó xác định bởi biểu thức: 2σ rk = (8.2) Δf Vậy điều kiện để mầm tinh thể lớn lên là phải có kích thước ban đầu lớn hơnkích thước tới hạn. Kích thước tới hạn của mầm phụ thuộc vào sức căng bề mặt σ giữa pha rắn(tinh thể) và pha lỏng (kim loại lỏng) và biến thiên năng lượng đơn vị Δf tức là phụthuộc vào độ quá nguội ΔT. Hình 8.2 biểu diễn sự phụ thuộc của bán kính tinh thể giới hạn ứng với cácnhiệt độ quá nguội khác nhau (T1 ΔG T1 Khi đúc khuôn thì lượng nhiệt tỏa ra ...