Lò rèn là thiết bị quan trọng hàng đầu trong bất kỳ xưởng rèn nào. Nó nhận phôi hoặc thanh kim loại nguội và xuất ra sản phẩm ở nhiệt độ chính xác cần thiết — thường là 1150-1250°C đối với rèn thép — cứ sau 30 đến 90 giây, suốt cả ngày, mỗi ngày. Độ tin cậy và sự đồng đều về nhiệt độ là điều bắt buộc: một lò rèn chỉ cần lệch 30°C so với nhiệt độ cài đặt cũng có thể phá hỏng cả một ngày sản xuất, và một lò rèn bị hỏng sẽ làm dừng máy ép hoặc búa và khiến đội thợ rèn phải về nhà.
MONTE INTELLIGENCE cung cấp lò rèn đốt bằng khí gas — cả loại hoạt động theo mẻ (lò có toa xe) và loại hoạt động liên tục (lò đẩy, lò dầm di chuyển, lò quay) — cho các cơ sở rèn ở châu Á và Trung Đông. Bài viết này đề cập đến các yếu tố thiết kế và vận hành quyết định hiệu suất của lò rèn.
Nhiệt độ rèn thép nằm trong phạm vi gia công nóng, cao hơn nhiệt độ tái kết tinh, tại đó kim loại mềm ra và có thể biến dạng với lực thấp hơn. Đối với thép cacbon trung bình và thép hợp kim, phạm vi nhiệt độ rèn thường là 1150-1250°C. Giới hạn trên được xác định bởi nhiệt độ cháy – nhiệt độ mà tại đó sự nóng chảy ranh giới hạt bắt đầu (khoảng 1250-1300°C đối với nhiều loại thép) – và bởi tốc độ hình thành lớp vảy, tốc độ này tăng theo cấp số mũ theo nhiệt độ. Giới hạn dưới được xác định bởi lực rèn cần thiết và nguy cơ nứt vỡ ở phôi.
Độ đồng đều nhiệt độ trong lò rèn quyết định độ đồng đều của dòng chảy kim loại trong quá trình rèn. Một phôi có nhiệt độ 1200°C ở một đầu và 1150°C ở đầu kia sẽ có dòng chảy khác nhau ở mỗi đầu, có thể gây ra các vấn đề về điền đầy khuôn, biến đổi kích thước hoặc nứt ở đầu lạnh hơn. Yêu cầu tiêu chuẩn về độ đồng đều nhiệt độ lò rèn là ±14°C (Cấp 5 theo AMS 2750) đến ±28°C (Cấp 6), lỏng hơn so với yêu cầu về độ đồng đều trong xử lý nhiệt vì quá trình rèn tiếp theo sẽ phân bố lại kim loại và bất kỳ sự biến đổi nhiệt độ nhỏ nào cũng được trung bình hóa.
Tốc độ nung nóng trong quá trình rèn phải cân bằng giữa năng suất và nguy cơ nứt do ứng suất nhiệt trong phôi. Một phôi thép dụng cụ đường kính 200 mm được nung nóng từ nhiệt độ môi trường ở tốc độ 100°C mỗi phút có thể bị nứt do ứng suất nhiệt giữa bề mặt nóng và lõi lạnh. Tốc độ nung nóng an toàn tối đa phụ thuộc vào mác thép, tiết diện và nhiệt độ ban đầu. Thép cacbon cao và thép hợp kim cao cần tốc độ nung nóng chậm hơn so với thép cacbon thông thường. Phôi nguội vào mùa đông (bắt đầu từ 0°C) cần tốc độ nung nóng chậm hơn so với phôi được làm nóng trước bằng cách bảo quản ở nơi ấm áp.
Sự hình thành lớp vảy là quá trình oxy hóa bề mặt thép trong quá trình nung nóng trong lò rèn. Lớp vảy – oxit sắt, FeO, Fe3O4, Fe2O3 – thể hiện sự hao hụt vật liệu (thường là 1-3% trọng lượng phôi), làm tăng tốc độ mài mòn khuôn (lớp vảy có tính mài mòn và làm mòn bề mặt khuôn rèn nhanh hơn kim loại sạch), và gây ra vấn đề về độ hoàn thiện bề mặt (lớp vảy bám vào bề mặt sản phẩm rèn đòi hỏi phải gia công nhiều hơn).
Tốc độ hình thành lớp vảy chủ yếu phụ thuộc vào nhiệt độ và thời gian. Ở 1200°C, một phôi thép cacbon trong không khí sẽ hình thành khoảng 0,1 mm lớp vảy trong 15 phút. Sau 60 phút, độ dày lớp vảy có thể đạt 0,3-0,5 mm. Sự phụ thuộc theo hàm mũ vào nhiệt độ có nghĩa là việc tăng nhiệt độ lò thêm 50°C có thể làm tăng gấp đôi tốc độ hình thành lớp vảy. Đây là một trong những lý do tại sao việc kiểm soát nhiệt độ chính xác có giá trị kinh tế vượt xa việc tiết kiệm năng lượng — nó trực tiếp làm giảm lượng vật liệu bị mất do lớp vảy.
Việc giảm lượng không khí trong quá trình đốt – đốt khí với lượng không khí ít hơn tỷ lệ lý tưởng, tạo ra CO và H2 trong sản phẩm cháy – có thể làm giảm sự hình thành cặn. CO và H2 phản ứng với oxit sắt, khử chúng trở lại thành sắt kim loại. Tuy nhiên, việc vận hành với lượng nhiên liệu dư sẽ tạo ra muội than, làm tăng lượng khí thải CO và gây ra mối lo ngại về an toàn (khí dễ cháy trong hệ thống ống khói). Điều kiện đốt dư vừa phải – ít hơn 5-10% so với tỷ lệ lý tưởng, thường được gọi là ngọn lửa giảm – được sử dụng trong một số lò rèn để kiểm soát cặn, nhưng nó đòi hỏi phải điều chỉnh đầu đốt cẩn thận và giám sát khí thải.
Năng suất của lò rèn liên tục phụ thuộc vào chiều dài vùng nung của lò, kích thước phôi và thời gian nung cần thiết. Thời gian nung phôi thép có thể được ước tính từ mặt cắt ngang: khoảng 5-6 phút cho mỗi 25 mm đường kính đối với phôi tròn được nung trong lò khí khuấy đều ở 1200°C. Một phôi đường kính 100 mm cần khoảng 22-25 phút để đạt được nhiệt độ rèn đồng đều. Với chiều dài vùng nung của lò là 6 mét và khoảng cách giữa các phôi là 200 mm trên đáy lò, lò chứa khoảng 30 phôi, và với thời gian nung 25 phút mỗi phôi, năng suất là 30 / 25 × 60 = 72 phôi mỗi giờ.
Sự tuần hoàn không khí trong lò – sự chuyển động của khí đốt nóng xung quanh phôi – là cơ chế truyền nhiệt đối lưu. Đối lưu tự nhiên trong lò nóng cung cấp một phần sự tuần hoàn, nhưng để gia nhiệt đồng đều với năng suất cao, cần có quạt tuần hoàn. Các quạt này, thường được lắp đặt trên nóc hoặc thành lò, hút khí nóng từ buồng lò và thải chúng trở lại buồng với tốc độ cao, tạo ra môi trường khuấy động giúp làm nóng đồng đều tất cả các bề mặt của phôi.
Lò rèn MONTE INTELLIGENCE được thiết kế để hoạt động 24/7 với lớp lót chịu nhiệt chắc chắn, đầu đốt công nghiệp và hệ thống điều khiển được cấu hình phù hợp với chu kỳ nhiệt mà các hoạt động rèn yêu cầu.
Để nhận báo giá lò rèn phù hợp với yêu cầu sản xuất của bạn, vui lòng liên hệ helenxu@cnlymonte.com.
