1. Thanh chặn vành là gì và tác dụng của nó ra sao?

• Thanh chặn là một thanh thép (hoặc khối thép) được hàn lên tấm lót hoặc hàn trực tiếp lên vỏ lò ở hai bên vành băng đa. Các thanh chặn được bố trí quanh chu vi của vỏ lò.
• Tác dụng chính là ngăn cản vành băng đa trượt dọc theo chiều dài của vỏ lò. Lực tác động lên thanh chặn phụ thuộc vào một số yếu tố, chủ yếu là độ dốc và đồng tâm của vỏ lò.
• Hình ảnh thực tế hàn thanh chặn (Hình 1): Kết cấu gồm 2 liên kết hàn chính:

+ Liên kết hàn góc giữa vấu dạng tam cân với tấm lót.

+ Liên kết hàn góc giữa vấu với thanh chặn.

Hình 1: Thanh chặn vành băng đa

2. Vì sao nguyên vành băng đa lại có xu hướng trượt dọc chiều dài vỏ lò?

• Thứ nhất, do lò quay có độ dốc nhất định, thường là từ 1.5.
• Thứ hai, thiết kế đáp ứng yêu cầu giảm lượng nhiệt truyền vào vành băng đa.

Trong thiết kế tiêu chuẩn của của lò quay hiện nay, vành băng đa (Tyre) được lắp lỏng trên vỏ lò.  Mặt trong của vành băng đa không tiếp xúc trực tiếp với vỏ lò mà giữa chúng có các tấm lót (Chair pad). Các tấm lót được bố trí xung quanh chu vi lò với khoảng cách nhất định, điều này góp phần giảm lượng nhiệt truyền từ vỏ lò sang vành băng đa. Đây là điều rất quan trọng vì vành băng đa cần phải duy trì ở trạng thái “tương đối mát’, do một vật đúc quá lớn không được phép tồn tại sự chênh lệch nhiệt độ hướng tâm lớn trong suốt quá trình đốt nóng lò quay. Cũng vì thế mà nhiệt độ của vành băng đa sẽ thấp hơn vỏ lò nung, có 1 khoảng trống nhỏ (expansion gap) cho phép  sự giãn vi sai. Khe hở thường được thiết kế  bằng khoảng 0.2%  đường kính vỏ lò ở nhiệt độ làm việc bình thường.

Hình 2: Sơ đồ mặt cắt ngang của lò quay

3. Một số sự cố sau khi hàn thanh chặn và giải pháp xử lý.

3.1. Một số sự cố sau khi hàn

- Sự cố bắt đầu với những vết nứt ở những mối hàn giữa vấu với thanh chặn và giữa vấu với tấm lót trong thời gian làm việc và phát triển nhiều khi làm nguội lò.

- Sự cố trở nên nghiêm trọng hơn khi những vết nứt này tiếp tục phát triển và phá hủy liên kết hàn, khiến vấu bị tách rời hẳn ra (Hình 3).

Với những sự cố này cần xử lý sớm để tránh mỗi thanh chặn bị mất đi tác dụng chính của mình, dẫn tới vành băng đa mất ổn định và kéo theo nhiều hệ lụy khác nghiêm trọng hơn.

Hình 3: Vấu thép bị tách rời do liên kết hàn giữa vấu với thanh chặn và vấu với tấm lót bị phá hủy

3.2. Giải pháp xử lý sự cố

Trước khi đưa ra giải pháp xử lý sự cố thì cần phân tích nguyên nhân dẫn tới sự cố nứt mối hàn (Vật liệu cơ bản, điều kiện làm việc, kết cấu, vật liệu hàn,...), từ đó sẽ có những giải pháp phù hợp nhất.

a) Các nguyên nhân dẫn tới sự cố

* Vật liệu cơ bản (VLCN) chế tạo vấu, thanh chặn và tấm lót:

- Vật liệu thường sử dụng là thép Q235 hoặc tương đương. Nhóm vật liệu này có tính hàn tốt.

Bảng 1: Thông số kỹ thuật của thép Q235

- Lưu ý: Tấm lót, vấu và thanh chặn khi làm việc trong thời gian dài có thể bị rão dưới tác động của ứng suất và nhiệt độ cao. Khi đó tính chất của vật liệu cũng đã bị thay đổi.

* Điều kiện làm việc:

- Nhiệt độ: Nhiệt độ làm việc tương đối cao.

- Chịu lực: Chủ yếu là lực dọc trục vỏ lò, và 1 phần lực có phương là tiếp tuyến với chu vi vỏ lò.

Trong điều kiện làm việc lâu dài khiến cho kim loại mối hàn thông thường nhanh chóng bị rão, giảm cơ tính của mối hàn.

* Kết cấu hàn:

- Số lượng vấu hàn ít, tăng độ lớn của lực phân bố lên mỗi liên kết hàn.

- Tiết diện chịu lực nhỏ: Do thiết kế liên kết hàn không hợp lý khiến tiết diện chịu lực nhỏ không đáp ứng được điều kiện làm việc.

-  Dạng liên kết hàn: liên kết hàn góc. Đặc điểm của loại liên kết này là chủ yếu chịu lực dọc theo đường hàn và khả năng chịu lực chủ yếu được quyết định bằng chiều dài đường hàn.

* Vật liệu hàn:

- Vật liệu hàn có cơ tính chưa phù hợp, chất lượng vật liệu hàn không đảm bảo

- Vật liệu hàn có khả năng chống rão dưới điều kiện nhiệt độ cao kém. Nhanh chóng bị giảm cơ tính.

* Quá trình hàn:

- Trước khi hàn không làm sạch bề mặt.

- Xuất hiện các khuyết tật hàn như ngậm xỉ, cháy chân mối hàn,...

Tất cả các yếu tố trên kết hợp lại dẫn tới nứt mối hàn sau một thời gian làm việc.

b) Giải pháp xử lý:

Do điều kiện làm việc là không thể thay đổi nên dựa trên phần nguyên nhân phía trên ta có các giải pháp về kết cấu và vật liệu như sau:

* Kết cấu hàn:

- Tăng khả năng chịu lực của liên kết hàn giữa vấu tam giác và tấm lót bằng cách tăng chiều dài hai cạnh bên của tam cân khiến có thể hàn đường hàn dài hơn.

- Thay đổi kiểu liên kết hàn giữa vấu và thanh chặn thành mối hàn giáp mối: Vát mép vấu với góc >45: Tăng tiết diện chịu lực và loại bỏ khuyết điểm chịu lực vuông góc với đường hàn của mối hàn góc.

Hình 4: Chuẩn bị liên kết trước khi hàn

Hình 5: Tham khảo liên kết hàn theo tiêu chuẩn AWS D1.1

      - Tăng thêm vấu chặn ở giữa 2 vấu hàn theo thiết kế cũ để giảm ứng suất lên mỗi liên kết hàn.

* Vật liệu hàn:

- Que hàn ENiCrFe-3 (OK NiCrFe-3): Giải pháp tối ưu về kỹ thuật. Với ưu điểm là khả năng chịu nhiệt độ cao, shock nhiệt và khả năng chống lại rão nhiệt tốt. Tuy nhiên chi phí sẽ là cao nhất.

- Que hàn E7018 (OK 48.04): Vì vật liệu cơ bản là Q235 và không hàn trực tiếp lên vành băng đa, với giới hạn chảy là 480Mpa (gấp đôi so với Q235) kết hợp với thay đổi kết cấu hàn thì có thể đáp ứng được. Chất lượng của que OK 48.04 đã được khẳng định (so với các que E7018 khác) qua sự tin cậy khi hàn nối khoanh lò. Ưu điểm lớn nhất là tối ưu về chi phí.

- Que hàn OK 68.81: Que hàn này thì được sử dụng ở nhiều vị trí trong nhà máy xi măng. Với điều kiện làm việc dưới  độ và trên 950 thì sẽ không sinh ra pha giòn (giảm độ bền của mối hàn) - Tham khảo giản đồ. Ưu điểm là tính hàn tốt và độ bền vượt trội so với VLCB và hai loại que hàn trên. Nên trong điều kiện bị hạn chế về kích thước liên kết hàn, mối hàn nhỏ hơn, ngắn hơn vẫn đảm bảo được độ bền của liên kết hàn.

* Vật liệu cơ bản:

Sau khi làm việc trong thời gian dài, tấm lót, vấu và thanh chặn bị rão và thay đổi tính chất. Tùy thuộc vào mức độ rão, cần mài lớp kim loại bị rão thậm chí là thay mới (nếu cần thiết) trước khi hàn.

* Quá trình hàn:

- Chú ý làm sạch bề mặt hàn và quanh liên kết hàn.

- Làm sạch xỉ giữa các đường hàn chồng lên nhau, sử dụng thông số hàn được khuyến cáo để tránh các khuyết tật hàn.

Kết luận: Tùy thuộc vào điều kiện thi công và tình hình thực tế tại hiện trường mà lựa chọn kết hợp tất cả các khuyến cáo trên, hoặc kết hợp 1 phần sao cho phù hợp và mang lại hiệu quả tối ưu về cả kỹ thuật và kinh tế.