Hiện nay, nước ta có khoảng mười lò cao Luyện gang đã và đang được đưa vào sử dụng với tổng công suất sản phẩm hàng triệu tấn/năm, nhưng hầu hết các phụ tùng thay thế cho các thiết bị của hệ thống lò cao này vẫn phải nhập ngoại. Việc chế tạo các phụ tùng thay thế cho các thiết bị lò cao là một trong những nhiệm vụ quan trọng và cần thiết để tiến tới mục tiêu nội địa hóa các phụ tùng thay thế này.

Vì vậy, năm 2016 Bộ Công Thương đã giao cho Viện Luyện kim đen thực hiện đề tài “Nghiên cứu công nghệ chế tạo mắt cửa xỉ bằng đồng cho lò cao 550 m³” cùng phối hợp với Chủ nhiệm đề tài Kỹ sư Dư Công Thanh để nghiên cứu với mục đích xác lập được công nghệ chế tạo bộ nhỏ mắt cửa xỉ bằng đồng (theo thiết kế mới) của lò cao 550 m3 theo tiêu chuẩn YB4071 - 91B của Trung Quốc; Sản phẩm nghiên cứu được cơ sở thử nghiệm chấp nhận.

Bộ mắt cửa xỉ ở lò cao là một bộ chi tiết rất quan trọng, chúng thuộc hệ thống ra xỉ của lò cao bao gồm: Bộ đại, bộ trung và bộ nhỏ, trong đó bộ trung và bộ nhỏ được chế tạo bằng phương pháp đúc từ đồng đỏ nguyên chất.

Bộ nhỏ mắt cửa xỉ là chi tiết nằm ở vị trí trong cùng của hệ thống này, khi lắp đặt và làm việc chi tiết này nằm nhô vào trong tường của nồi lò là nơi xảy ra phản ứng cháy mãnh liệt nhất, nhiệt độ khí lò ở vùng này luôn duy trì trong khoảng từ 1800 - 2000 độ C và mỗi khi nồi lò đầy gang chi tiết này bị ngậm trong xỉ lỏng nhiệt độ từ 1400 - 1600 độ C, vì vậy khi làm việc chi tiết này phải được làm nguội bằng nước với áp lực từ ≈ 2 at. Mặt khác chi tiết bộ nhỏ cửa xỉ này cũng là cửa để xỉ của lò cao chảy ra, nên chi tiết phải đảm bảo độ kín nước không được rò rỉ nước làm nguội. Về cấu tạo chi tiết bộ nhỏ mắt cửa xỉ là một hộp kín đúc bằng đồng đỏ với thành mỏng ≈ 12 - 25 mm chỉ có hai đường ra và vào của nước làm nguội với đường kính ≈ Ф30 mm, hơn nữa do tính đúc của đồng đỏ rất kém nên đây là một chi tiết rất khó chế tạo.

Bằng cách sử dụng thiết bị trong nước và tận dụng các nguồn nguyên liệu và vật liệu sẵn có trong nước, nhóm thực hiện nhiệm vụ đã xác lập được Quy trình công nghệ để chế tạo bộ nhỏ mắt cửa xỉ bằng đồng cho lò cao 550 m3 bao gồm: Công nghệ nấu luyện; Công nghệ đúc rót và công nghệ gia công cơ khí sản phẩm bằng đồng đỏ. Đã chế tạo được 05 bộ nhỏ mắt cửa xỉ của lò cao 550 m3 theo bản vẽ của Nhà máy gang thép Lào Cai và sản phẩm nghiên cứu bước đầu đã được cơ sở thử  nghiệm này chấp nhận về chất lượng, hiện tại vẫn đang được theo dõi sử dụng tiếp.

Qua quá trình nghiên cứu thực nghiệm chế tạo 05 bộ nhỏ mắt cửa xỉ của lò cao 550 m3, nhóm nghiên cứu đề tài rút ra những nhận xét sau:

1. Về công nghệ nấu luyện:

- Về nguyên liệu: Hoàn toàn có thể sử dụng các nguồn nguyên liệu, phế liệu sẵn có

trên thị trường như phế liệu là dây điện đồng đỏ, Đồng phốt pho do Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim sản xuất ra… cho quá trình nấu luyện. Tổng lượng hồi liệu và sản phẩm hỏng là đồng đỏ trong mẻ liệu có thể sử dụng đến 50%;

- Nếu sử dụng thiết bị nấu luyện là lò cảm ứng trung tần 250 kg (là thiết bị sẵn có

ở xưởng thực nghiệm Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim), thì hệ số cháy hao của đồng đỏ trong mẻ nấu không quá 3%.

2. Về công nghệ đúc:

- Bộ nhỏ mắt cửa xỉ được đúc bằng đồng đỏ mác ZCuSn 2 được đúc bằng công nghệ khuôn kim loại: Khuôn dưới bằng gang xám GX 15-32; khuôn trên sử dụng hỗn hợp cát - đất sét - nước thủy tinh đông cứng nhanh bằng CO2.

- Hoàn toàn có thể dùng các nguyên liệu sẵn có trong nước như nước Thủy tinh, cát Vân Hải, cát tuyển Đà Nẵng, đất sét Trúc Thôn, sẵn có trong nước để thực hiện công nghệ đúc. Các ruột đúc sử dụng cát nhựa nhiệt nóng của Trung Quốc.

- Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra công nghệ đúc trong khuôn kim loại là đạt yêu cầu. Với tổng lượng kim loại lỏng của đậu ngót ≥ 30% tổng lượng kim loại lỏng rót vào khuôn đúc;

- Ráp khuôn và các ruột để rót ở nhiệt độ 60 - 80 độ C;

- Nhiệt độ rót vào khuôn hợp lý nằm trong khoảng 1180 - 1200 độ C.

3. Về công nghệ gia công cơ khí sản phẩm:

- Khi gia công cơ khí chế tạo sản phẩm bộ nhỏ mắt cửa xỉ cần lưu ý: Do đồng đỏ có tính dẻo cao, độ cứng rất thấp nên khi phay, tiện, khoan cần lưu ý dễ gây sai hỏng về kích thước của chi tiết chế tạo.

4. Về so sánh giá thành sản phẩm với hàng nhập ngoại:

- Quá trình nghiên cứu và chế tạo các chi tiết bộ nhỏ mắt cửa xỉ của đề tài mới chỉ dừng lại ở loạt nhỏ (đơn chiếc) và trong quá trình nghiên cứu, chế tạo thì ở một số khâu do thiếu thiết bị nghiên cứu hoặc thiết bị sản xuất… nên nhóm nghiên cứu đề tài chưa thực sự làm chủ hoàn toàn được về vấn đề tài chính (vẫn phải đi thuê hoặc phối hợp thực hiện với các đơn vị khác). Do đó chưa thể đưa ra chính xác giá thành chế tạo của chi tiết.

- Nhóm nghiên cứu đề tài ước tính giá thành chế tạo cho một chi tiết bộ nhỏ mắt cửa xỉ lò cao 550 m3 (nặng 20 kg) khoảng 13 - 14 triệu đồng. Trong khi đó hiện tại Công ty TNHH Khoáng sản và Luyện kim Lào Cai đang nhập chi tiết này của Trung Quốc với giá từ 18 - 20 triệu đồng (tùy thuộc vào nhà cung cấp nào?). Tức là sản phẩm chế tạo trong nước có giá thành xấp xỉ 70% giá thành nhập ngoại từ Trung Quốc. Các bộ nhỏ mắt cửa xỉ của lò cao 550 m3 do đề tài nghiên cứu và chế tạo đã được Nhà máy Gang thép Lào Cai đưa vào dùng thử tại lò cao 550 m3. Qua một thời gian thử nghiệm các bộ nhỏ mắt cửa xỉ do đề tài nghiên cứu và chế tạo đã đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật của sản xuất tại nhà máy này.

Nhà máy đã có kết luận ban đầu và đề nghị Viện Luyện kim đen tiếp tục hoàn thiện và phát triển thành dự án sản xuất hàng loạt chi tiết mắt cửa xỉ của lò cao 550 m3 để có thể tiến tới hợp tác lâu dài với nhà máy.

Có thể tìm đọc báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 13797/2016) tại Cục Thông tin KHCNQG.

N.T.T (NASATI)