Sản xuất thép chống lò từ nguồn phôi trong nước tại Nhà máy cán thép Lưu Xá - TISCO

Steel production for mining pits from local steel ingot sources at the steel mill Luu Xa - TISCO

TS NGHIÊM GIA, Hội KHKT Đúc và Luyện kim Việt Nam KS VŨ VĂN ÚY và một số công sự của  Nhà máy Cán thép Lưu Xá - TISCO Email: nghiemgia53@gmail.com

Nhu cầu nhập khẩu vì thép chống lò đặc chủng cho khai thác khoáng sản nói chung và cho khai thác than hầm lò của Tập đoàn Công nghiệp Than- Khoáng sản Việt Nam (TKV) ngày càng tăng cao và tốn nhiều ngoại tệ. Trong khi đó lượng phôi thép vuông (150x150) mm sản xuất từ quặng sắt khai thác tại các mỏ trong nước khá nhiều. Quy cách và chất lượng phôi thép vuông này do Tổng công ty Thép Việt Nam - CTCP (VNSTEEL) sản xuất hoàn toàn phù hợp để cán ra vì thép chồng lò. Do đó việc liên kết các doanh nghiệp cơ khí của TKV và VNSTEEL để sản xuất vì thép chống lò hoàn toàn có cơ sở và chắc chắn sẽ mang lại hiệu quả kinh tế cao. Xuất phát từ nhu cầu thép chống lò và nguồn phôi sẵn có, Nhà máy Cán thép Lưu Xá (thuộc Công ty cổ phần Gang-thép Thái Nguyên - TISCO là đơn vị thành viên của VNSTEEL) đã nghiên cứu thiết kế hệ thống lỗ hình và quy trình công nghệ cán ra được vì thép chống lò đặc chủng (tương đương với thép chống lò nhập khẩu có mã hiệu CB17, CB22, CB27...) dùng trong khai thác than hầm lò của TKV từ nguồn phôi thép (150x150) mm do VNSTEEL sản xuất. Sản phẩm vì thép chống lò do Nhà máy Cán thép Lưu Xá - TISCO sản xuất đã được Hội đồng khoa học của TKV chấp thuận và cho phép sử dụng như các loại vì thép chống lò mà TKV đã nhập khẩu. Dưới đây sẽ giới thiệu tóm tắt báo cáo kết quả Dự án nghiên cứu, thiết kế, sản xuất và ứng dụng vì thép chống lò (gọi tắt là Dự án thép chống lò) do nhóm chuyên gia của Nhà máy Cán thép Lưu Xá - TISCO đã thực hiện thành công. 1. CƠ SỞ THỰC HIỆN DỰ ÁN THÉP CHỐNG LÒ Nhà máy Cán thép Lưu Xá thuộc Công ty cổ phần Gang-thép Thái Nguyên (TISCO) được thành lập từ tháng 05/1972 với dây chuyền cán thép hình cỡ trung của Trung Quốc (gồm 6 xưởng với tổng diện tích bằng 31.000 m2) sản xuất các sản phẩm thép:  L63L130;  I100I160;  C80C160;  Thép  tròn 50100. Do nhu cầu thị trường và để đa dạng hoá các chủng loại sản phẩm nhà máy đã đầu tư thêm thiết bị của Đài Loan và Ấn Độ sản xuất thép cây 1440 và thép dây 6, 8, 10. Đến nay nhà máy đã đầu tư hiện đại hoá các thiết bị điều khiển, cân điện tử, máy kiểm tra cơ lý của sản phẩm... Trong những năm nhà máy luôn tăng trưởng, sản lượng vượt công suất thiết kế. Các sản phẩm của nhà máy tham gia các hội chợ (theo thương hiệu TISCO) đã đạt được nhiều huy chương vàng, cúp vàng và được người tiêu dùng bình chọn hàng Việt Nam chất lượng cao nhiều năm liên tục. Không dừng lại ở các sản phẩm truyền thống, đội ngũ cán bộ khoa học của Nhà máy Cán thép Lưu Xá cùng với Tổng công ty Thép Việt Nam - CTCP (VNSTEEL) đã thực hiện thành công Dự án sản xuất vì thép chống lò cho nhu cầu của TKV. Để sản xuất than hầm lò đạt hiệu quả đáp ứng nhu cầu sản lượng than theo “Quy hoạch phát triển ngành than Việt Nam”, TKV sẽ phải giải quyết tốt 4 vấn đề sau: i) Giảm tổn thất tài nguyên; ii) Tăng năng suất và sản lượng khai thác; iii) Giảm giá thành; iv) Đảm bảo an toàn và bào vệ môi trường trong khai thác khoáng sản. Do nhu cầu sản lượng than khai thác than hầm lò ngày càng tăng, nên hàng năm TKV phải nhập khẩu một lượng khá lớn các loại vì thép chống lò đặc chủng cho các công trình khai thác than với với giá cao và tốn nhiều ngoại tệ. Từ thực tế và nhu cầu đó TKV đã đề nghị Nhà máy Cán thép Lưu Xá - TISCO (thuộc VNSTEEL) thực hiện “Dự án sản xuất thép chống lò bằng phôi thép (150x150) mm” 2. CÁC CÔNG ĐOẠN SẢN XUẤT PHÔI CHO DỰ ÁN THÉP CHỐNG LÒ Phôi thép (150x150) mm do Công ty cổ phần Gang-thép Thái Nguyên (TISCO) tự sản xuất bằng nguồn quặng sắt trong nước qua các công đoạn sau đây: i) Khai thác và tuyển quặng sắt từ các mỏ (Hình 1) của VNSTEEL cho luyện gang theo công nghệ lò  cao; ii) Luyện gang theo công nghệ lò cao, xem hình 2; iii) Luyện thép bằng lò điện hồ quang và phôi thép vuông (150x150) mm, xem hình 3 và 4. [caption id="attachment_2001" align="aligncenter" width="450"] Hình 1. Lãnh đạo TCT và Ban Kỹ thuật TCT khảo sát thực trạng khai thác mỏ quặng sắt Ngườm Cháng (tỉnh Cao Bằng) để chuẩn bị kế hoạch sản xuất phôi cho Dự án cán thép chống lò[/caption] [caption id="attachment_2000" align="aligncenter" width="450"] Hình 2. Công đoạn sản xuất gang theo công nghệ Lò cao từ nguồn quặng sắt các mỏ của VNSTEEL[/caption] [caption id="attachment_1999" align="aligncenter" width="450"] Hình 3. Công đoạn sản xuất phôi thép tại Nhà máy Luyện thép Gia Sàng - TISCO (thuộc VNSTEEL)[/caption] [caption id="attachment_1998" align="aligncenter" width="600"] Hình 4. Phôi thép dùng để sản xuất thép chống lò tại Nhà máy cán thép Lưu Xá -TISCO (thuộc VNSTEEL)[/caption] 3. MÔ TẢ TÓM TẮT GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT (CÁN) THÉP CHỐNG LÒ 3.1. Chọn số lần cán và tính toán hệ số giãn dài (µ), chọn nhiệt độ nung và nhiệt độ cán Số lần cán chọn là 9 lần (theo công thức tính toán nêu trong báo cáo dự án) và được phân bố cho các giá cán cán như sau: i) Tại giá I cán 5 lần từ lỗ hình số 1 đến lỗ hình số 5; ii) Giá II cán 3 lần từ lỗ hình số 6 đến lỗ hình số 8; iii) Giá III cán 1 lần từ lỗ hình số 9. Tính toán hệ số µ= 8,03: Theo lý thuyết và kinh nghiệm thực tế ở nhà máy ở lần cán đầu lấy µ nhỏ (µ = 1,15÷1,25) để làm bong vảy rèn. Không lấy µ quá lớn vì sẽ làm vẩy rèn ép chặt vào bề mặt vật cán. Những lần cán sau lợi dụng vật cán còn đang ở nhiệt độ cao, tăng  tối đa để tăng năng suất và giảm số lần cán. Ở những lần cán cuối, giảm dần µ. Vì ở những lần cán này nhiệt độ vật cán đã giảm, trở lực biến dạng tăng đồng thời giảm µ để cho kích thước sản phẩm chính xác, tránh hiện tượng điền đầy. Chọn nhiệt độ nung và nhiệt độ cán: Ngoài việc làm giảm trở kháng biến dạng, tăng tính dẻo của kim loại để dễ gia công. việc nung phôi còn có tác dụng làm giảm lực cán, hạ thấp lượng tiêu hao năng lượng, tăng tuổi thọ trục cán. Vì vậy, việc nung phôi trước khi cán là một việc hết sức quan trọng trong toàn bộ qui trình công nghệ cán. Việc lựa chọn các nhiệt độ nung và cán như sau: i) Nhiệt độ kết thúc nung  là nhiệt độ cao nhất mà phôi nhận được có tính dẻo đạt trị số cao, tổ chức kim loại ở trạng thái một pha các bít tan hết vào kim loại. Trong báo cáo Dự án thép chống lò với phôi đúc liên tục (mác thép tương đương CT5) nhiệt độ kết thúc ra lò nằm trong Dự án thép chống lò với phôi đúc liên tục (mác thép tương đương CT5) nhiệt độ kết thúc ra lò nằm trong khoảng: t^o_nung = (1220÷1280) ^oC, chọn nhiệt độ nung là 1250 ^oC; ii) Nhiệt độ bắt đầu cán có ý nghĩa quyếtđịnh tới chất lượng, năng suất. Nhiệt độ bắt đầu cán theo tính toán trong khoảng t^o _cán = (1150÷1200) ^oC, chọn t^o _cán = 1170 ^oC); iii) Nhiệt độ kết thúc cán quyết định đến chất lượng của sản phẩm. Đối với thép CT5 tính toán nhiệt độ kết thúc cán đảm bảo nằm trong khoảng t^o _{kết thúc cán} = (850÷950) ^oC, chọn nhiệt độ kết thúc cán để tính toán t^o _{kết thúc cán} = 870 ^oC. Kết quả tính toán phân phối hệ số giãn dài μ phân phối hệ số μ và nhiệt độ cán cho từng lần cán nêu trong bảng 1. Bảng 1. Kết quả tính toán hệ số biến dạng µ và nhiệt độ cho từng lần cán

Lỗ hình	Hệ số biến dạng (µ)	HS biến dạng thân (µt)	HS biến dạng đỉnh (µd)	HS biến dạng chân (µc)	Nhiệt độ cán (oC)
K1	1,16	-	-	-	1180
K2	1,17	-	-	1,17	1150
K3	1,4	-	-	1,4	1130
K4	1,35	-	1,6	1,6	1100
K5	1,35	1,25	1,45	1,36	1070
K6	1,3	1,2	1,35	1,34	1040
K7	1,3	1,2	1,35	1,35	990
K8	1,2	1,15	1,15	1,26	940
K9	1,15	1,1	1,1	1,2	870

  3.2. Chuẩn bị nguyên vật liệu, nạp phôi vào lò và ra phôi sau khi nung Căn cứ yêu cầu chất lượng thép chống lò, kỹ thuật cán và tiến độ giao hàng Nhà máy chuẩn bị đủ lượng phôi 150x150 mm, tính toán chiều dài, số lượng phôi cần cắt đảm bảo phù hợp với chiều dài sản phẩm. Cắt phôi bằng máy cắt hơi, sau khi cắt các đoạn phôi được phân loại xếp đống, ghi đầy đủ mác thép, chiều dài, số lượng... Nạp phôi vào lò nung: i) Phôi được xếp 1 hàng nằm trên 4 đường trượt đều đặn và ngay ngắn trước khi đẩy vào lò. Nạp vào lò tuần tự theo số hồ sơ lô thép cán, cuối mỗi lô thép có ghi số phôi hoặc thỏi đã nạp vào hồ sơ lô thép cán theo biểu mẫu; ii) Việc nung phôi tuân thủ theo đúng hướng dẫn vận hành lò nung liên tục và khống chế nhiệt độ tại: vùng sấy từ (800÷850) ^oC, vùng nung từ (1200÷1250) ^oC, vùng đều nhiệt từ (1150÷1200) ^oC và vật nung ra lò từ (1150÷200) ^oC. Ra phôi sau khi nung được thực hiện theo hiệu lệnh ra liệu phía sườn cho ra lò từng phôi. Khi máy cán chạy ổn định mới cho ra liệu liên tục, nhịp nhàng phù hợp với nhịp độ cán. Quá trình ra phôi phải kết hợp nhịp nhàng với nạp liệu tránh sự cố. 3.3. Quá trình cán vì thép chống lò Chuẩn bị cán thử: Quá trình cán thực hiện trên 3 giá cán 650, trước khi chạy máy cán phải kiểm tra tất cả các thiết bị tham gia vào quá trình cán và các yêu cầu kỹ thuật trong lắp đặt trục cán, dẫn đỡ và các phụ kiện khác... Trong thời gian cán thử, cán từng thanh một ở mỗi giá, theo dõi các giá cán, thao tác cán nhằm đảm bảo sản phẩm cán ra đạt yêu cầu về tiêu chuẩn chất lượng sản phẩm. Nếu đạt yêu cầu kỹ thuật cho phép chạy máy sản xuất. Nếu không đạt yêu cầu tiếp tục căn chỉnh lại đến khi đạt được các yêu cầu kỹ thuật mới tiến hành chạy máy sản xuất. Quá trình cán ra sản phẩm: Nếu sản phẩm không đạt yêu cầu, cán không ổn định cho dừng máy cán để kiểm tra, điều chỉnh hệ thống lỗ hình, khe hở trục, phân bố lượng ép, hộp dẫn đỡ, tấm kẹp... Sau khi kiểm tra, chỉnh định xong cho khởi động máy cán, điều chỉnh thao tác kiểm tra lần cuối mới cho tiến hành cán. Thường xuyên kiểm tra (30÷40 phút/lần) các chi tiết dễ long lỏng (như bulông ốp dọc trục, bulông bắt tấm dẫn nêm nắp máy cán, nêm trục giữa...) thấy lỏng phải xử lý ngay. Trong quá trình cán phải tuân thủ “Quy trình An toàn lao động” đã được phê duyệt. [caption id="attachment_2002" align="aligncenter" width="500"] Hình 5. Sản phẩm thép chống lò được sản xuất tại Nhà máy Cán thép Lưu Xá - TISCO (thuộc VNSTEEL)[/caption] 3.4. Hoàn thiện, kiểm tra sản phẩm và lưu kho vì thép chống lò Cưa đoạn, làm nguội sản phẩm và nắn thẳng: i) Việc cưa đoạn sản phẩm bằng máy cưa nóng HD 0905 với chiều dài 6 m hoặc 12 m (tùy theo yêu cầu của khách hàng) và có thể cưa 2 thanh một lúc; ii) Làm nguội sản phẩm trên sàn nguội, thu gom sản phẩm cuối sàn nguội, sau đó xếp đống và ghi đầy đủ các thông tin về sản phẩm (Lô sản phẩm, mác thép, ngày tháng, ca sản xuất...). Sản phẩm làm nguội trên sàn phải dàn đều, ngay ngắn không so le, chồng chéo. Sau đó sẽ dồn sản phẩm đến máng và cẩu về xếp vào khu vực chờ nắn; iii) Việc nắn thẳng sản phẩm bằng máy là công đoạn hoàn chỉnh hình dạng sản phẩm sau khi làm nguội. Trong quá trình nắn thẳng sản phẩm nếu phát hiện hỏng hóc, kẹt thép, quấn trục.... phải dừng máy ngay để xử lý. Sau khi nắn và kiểm tra xong, sản phẩm sẽ được phân loại đóng bó và nhập kho. Kiểm tra chất lượng sản phẩm: Các công đoạn sản xuất từ việc chuẩn bị cho đến sản phẩm cuối cùng nhập kho, giao hàng cho khách đều phải được kiểm tra và đánh giá (thành phần hóa học phôi, hình dáng kích thước, tính năng cơ lý sản phẩm) đáp ứng tiêu chuẩn theo Quy trình hướng dẫn kiểm tra chất lượng sản phẩm HD 0906 nêu trong bảng 2 và 3. Bảng 2. Thành phần hoá học (%) của phôi trước khi nung phải đáp ứng tiêu chuẩn

C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Cu	Fe
0,28 ÷ 0,37	0,05 ÷ 0,15	0,5 ÷ 0,8	≤ 0,04	≤ 0,05	< 0,3	< 0,3	< 0,3	Còn lại

Kích thước, hình dáng hình học của sản phẩm phải đáp ứng theo Tiêu chuẩn ΓOCT 18662- 83 về “Thép hình cán nóng CB dùng trong khai thác hầm lò”. Tính năng công nghệ vật liệu (cơ lý tính) của sản phẩm đáp ứng: Thử kéo theo tiêu chuẩn Nhật Bản (JIS Z 2241-1998) và thử uốn theo JIS Z 2248-1996 với các thông số kỹ thuật được quy định trong bảng 3. Bảng 3. Thông số thử kéo và thử uốn sản phẩm thép chống lò

Giới hạn chảy (N/mm2)	Giới hạn bền kéo (N/mm2)	Độ giãn dài (%)	Thử uốn nguội 180o
≥ 285	490 ÷ 630	>20	d = 3 a

Lưu kho sản phẩm: Cách thức bao gói nhập kho, bảo quản bốc xếp, vận chuyển, lưu kho nhằm đảm bảo thuận tiện quản lý chặt chẽ mác thép và giao nhận hàng. Mỗi lô vì thép chống lò đều phải gắn nhãn, mặt chữ của nhãn được hướng ra phía ngoài, để dễ nhìn, dễ đọc, xem hình 5. 4. HIỆU QUẢ THU ĐƯỢC CỦA “DỰ ÁN SẢN XUẤT THÉP CHỐNG LÒ TỪ PHÔI 150X150 mm” DO NHÀ MÁY CÁN THÉP LƯU XÁ-TISCO THỰC HIỆN Kết quả chống thử nghiệm: i) Vì thép chống lò do Nhà máy Cán thép Lưu Xá sản xuất đã được chống thử tại 3 vị trí lò của Công ty Cổ phần than Vàng Danh-TKV với tổng khối lượng là 184 m phân bố như sau: 34,5 m tại lò dọc vỉa thông gió mức +115 nối khu II+III giếng Cánh Gà; 49,5 m tại Lò dọc vỉa vận tải chợ II-8a-4 mức -50 giếng Cánh Gà; 100 m tại Lò dọc vỉa thông gió chợ II-7-1 mức +0 giếng Vàng Danh; ii) Kết quả chống thử nghiệm đã được TKV đánh giá và nghiệm thu đảm bảo theo yêu cầu chống lò, chi tiết nêu trong văn bản số 1936/TKV- KCM ngày 07/4/2014 của Tập đoàn công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam (TKV). Về lợi ích kinh tế: Tiết kiệm ngoại tệ (so với việc nhập khẩu vì thép chống lò) sau khi đã sản xuất thành công 400 tấn vì thép chống lò tương ứng loại CB 17 và 198,798 tấn loại CB 22 ứng với số tiền 1.209.657.455 đồng. Về các lợi ích khác - “Dự án sản xuất thép chống lò từ phôi 150x150 mm” do Nhà máy Cán thép Lưu Xá-TISCO thực hiện thành công tạo ra sản phẩm thép hình đặc chủng dùng trong khai thác hầm lò tương đương với vì thép CBΠ17; CBΠ22 và CBΠ27 nhập khẩu có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao. Đây là một hướng đi đúng của các doanh nghiệp cơ khí Việt Nam nói chung và của Nhà máy Cán thép Lưu Xá-TISCO nói riêng nhằm đa dạng hoá sản phẩm thép hình, đáp ứng nhu cầu của thị trường trong nước, mở rộng thị trường, tạo sự cạnh tranh với vì thép chống lò nhập khẩu hiện nay. - Sử dụng hiệu quả nguồn phôi đúc liên tục 150x150 do VNSTEEL tự nấu luyện bằng nguồn quặng sắt và thép phế liệu trong nước thay thế cho phôi đúc nhập khẩu đã làm giảm chi tiêu ngoại tệ một cách đáng kế. - Tạo việc làm ổn định cho trên 500 lao động và đã chứng minh được năng lực thiết bị dây chuyền cán hiện có của Nhà máy Cán thép Lưu Xá - TISCO là đơn vị thành viên của VNSTEEL. - Kết quả “Dự án thép chống lò” đã khẳng định hướng phát triển hợp tác liên kết trong việc cung ứng thép chống lò giữa Nhà máy Cán thép Lưu Xá- TISCO và các doanh nghiệp mỏ thuộc TKV là cần thiết và hiệu quả. Qua đó khẳng định vị trí và vai trò ngành cơ khí chế tạo của Việt Nam trong thời kì phát triển và hội nhập.