Microsoft Word BIA DOC BỘ CÔNG THƯƠNG TỔNG CÔNG TY MÁY ĐỘNG LỰC VÀ MÁY NÔNG NGHIỆP VIỆN CÔNG NGHỆ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ NĂM 2008 Tên đề tài NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO CÁC CHI TIẾT BƠM AXÍT TRONG DÂY[.]
BỘ CÔNG THƯƠNG TỔNG CÔNG TY MÁY ĐỘNG LỰC VÀ MÁY NÔNG NGHIỆP VIỆN CÔNG NGHỆ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ NĂM 2008 Tên đề tài: NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO CÁC CHI TIẾT BƠM AXÍT TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT AXÍT VÀ ĐIỆN PHÂN KẼM CƠ QUAN CHỦ QUẢN: BỘ CƠNG THƯƠNG CƠ QUAN CHỦ TRÌ: VIỆN CƠNG NGHỆ CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: KS HỒNG ANH CHÂU 7101 16/02/2009 Hà Nội, 12 - 2008 môc lôc Më đầu Trang 3-4 chơng Tổng quan 1.1 ThÐp ®óc chịu ăn mòn 1.1.1 Khái niệm ăn mòn 1.1.2 C¸c yÕu tè ảnh hởng tới ăn mòn 1.1.2.1 Thông số luyện kim tạo hình, môi trờng điều kiện sử dụng 1.1.2.2 Về môi trờng ăn mòn 1.1.3 Các loại thép chống ăn mòn 1.1.3.1 ThÐp niken hỵp kim cao 1.1.3.2 Thép hợp kim crôm nguyên tố khác 1.1.3.3 Thép crôm cao có tính chất đặc biệt 1.1.3.4 ThÐp Cr-Ni chÞu nãng chịu axit đặc biệt 10 1.1.4 Đánh giá khả chịu ăn mòn vật liệu 14 1.2 Tình hình nghiên cứu thép chịu ăn mòn 15 1.2.1 Kết nghiên cứu giới 15 1.2.2 Kết nghiên cứu n−íc 16 1.2.3 Sù lựa chọn Đề tài nghiên cứu 17 Chơng Nghiên cứu thực nghiệm 19 2.1 Phơng pháp nghiên cứu 19 2.2 Mơc tiªu cđa ®Ị tµi 19 2.3 Lựa chọn sản phẩm nghiên cứu Bơm axit BAX 100-57 c«ng xuÊt 100m3/giê 19 2.3.1 Nghiên cứu thiết kế bơm axit BAX 100-57 20 2.3.2 Lùa chän mác hợp kim cho sản phẩm 20 2.3.3 Công nghệ chế tạo số chi tiÕt cđa b¬m BAX 100-57 21 2.3.3.1 Thiết kế công nghệ đúc 21 2.3.3.2 C«ng nghƯ nÊu lun 24 2.3.3.3 Quy tr×nh công nghệ nấu thép SUS 316 lò cảm ứng trung tÇn 29 2.3.3.4 C«ng nghƯ nhiƯt lun 30 2.3.3.5 Công nghệ gia công khí 30 chơng Kết nghên cứu khảo nghiệm 42 3.1 Kiểm tra thành phần hoá häc, c¬ tÝnh, tỉ chøc tÕ vi 3.1.1 Thành phần hóa học 3.1.2 KiĨm tra ®é cøng 3.1.3 KiÓm tra cÊu tróc kim lo¹i 3.2 Kiểm tra kích thớc gia công khí 3.3 Kiểm tra đánh giá tốc độ ăn mòn 3.4 Lắp đặt chạy thử 3.5 qui tr×nh chÕ tạo chi tiết bơm axit bax 100-57 chơng KÕt luËn Phụ lục tài liệu tham khảo 42 42 42 43 43 43 44 45 46 47 50 Mở đầu Hiện giới nớc ta, vấn đề nghiên cứu chế tạo chi tiết máy chi tiết phụ tùng thay có khả chịu ăn mòn mài mòn môi trờng axit đợc trọng quan tâm đặc biệt Trên giới ngời ta đà đa nhiều loại mác thép không gỉ dùng môi trờng này, loại mác thép không gỉ có tính ăn mòn cao đợc sử dụng rộng rÃi thép không gỉ pha austemit Việc lựa chọn công nghệ để chế tạo phôi đúc có chất lợng cao, cấu trúc kim loại xít chặt không bị rỗ, xốp việc lựa chọn thành phần hóa học phù hợp, có hiệu kinh tế cao đóng vai trò quan trọng định việc chế tạo chi tiết chịu ăn mòn mài mòn môi trờng axit Vào năm 2004 Công ty kim loại mầu Thái nguyên đà xây dựng đa vào hoạt động nhà máy kẽm điện phân Sông Công có 01 dây chuyền sản xuất kẽm điện phân với công suất 10.000t/năm 01 dây chuyền sản xuất axit 10.000 t/năm Trên hai dây chuyền cần sử dụng hàng trăm bơm van loại Trong năm gần số sở nớc đà tham gia chế tạo thử nghiệm loại chi tiết phụ tùng thay thế, chủ yếu loại bơm van chịu axit Nhng hầu hết sản phẩm chế tạo không đạt yêu cầu chất lợng lắp ráp, thay sử dụng thời gian ngắn đà phải loại bỏ Cho đến loại sản phẩm Công ty phải nhập ngoại Cuối năm 2007 Công ty đà đề nghị Viện Công nghệ nghiên cứu, chế tạo loại phụ tùng mau hỏng thiết bị bơm, van 02 dây chuyền Mặt khác vào năm gần có số Công ty nớc Mỹ, Đức, Nhật đà chào đặt hàng Công ty khí nớc chế tạo loại bơm, van thÐp kh«ng gØ Nh−ng ch−a cã kinh nghiƯm chÕ tạo phôi đúc lĩnh vực này, nên hầu nh cha có sở nớc nhận chế tạo loại sản phẩm Đợc hỗ trợ Vụ khoa học công nghệ - Bộ Công Thơng, Viện Công nghệ đà tiến hành triển khai đề tài: Nghiên cứu chế tạo chi tiết bơm axít dây chuyền sản xuất axít điện phân kẽm Thông qua đề tài nhằm nghiên cứu thiêt kế, chế tạo số chi tiết phụ tùng mau hỏng bơm chịu axÝt cã c«ng st 100 m3/h Sau thư nghiƯm thành công viện chế tạo hàng loạt để thay hàng nhập ngoại tiến tới nhận chế tạo đơn hàng xuất Trong báo cáo nhóm nghiên cứu trình bày nội dung đà đợc thực kết đà đạt đợc Chúng xin cảm ơn hợp tác cán bộ, công nhân kỹ thuật Công ty kim loại màu Thái Nguyên Nhà máy kẽm điện phân Sông Công, Trung tâm đúc Viện công nghệ, công ty cổ phần khí Mê Linh đà đóng góp nhiều công sức để nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, lắp đặt, theo dõi chạy thử sản phẩm đề tài chơng Tổng quan 1.1 Thép đúc chịu ăn mòn 1.1.1 Khái niệm ăn mòn Định nghĩa : Ăn mòn phá hoại tính chất lý học, hoá học, học hình dáng chi tiết; chủ yếu thay đổi trạng thái oxy hoá kim loại ôxit chúng Căn vào môi trờng chế ăn mòn kim loại, ngời ta phân thành loại chính, ăn mòn hoá học ăn mòn điện hoá Ăn mòn hoá học phá huỷ kim loại kim loại phản ứng hoá học với chất khí nớc Bản chất ăn mòn hoá học trình oxi hoá khử electron kim loại đợc chuyển trực tiếp sang môi trờng tác dụng Thí dô: 3Fe + H2O = Fe3O4 + H2 2Fe + Cl2 = FeCl3 Ăn mòn điện hoá phá huỷ kim loại kim loại tiếp xúc với dung dịch chất điện li tạo nên dòng điện ăn mòn Chúng ta hÃy khảo sát chế ăn mòn điện hoá theo sơ đồ sau Giả sử kim loại M tiếp xúc với dung dịch điện ly có chứa ion X Khi có trình xảy ra: Phản ứng anot: (oxy hoá) M Mn+ + ne X Phản ứng catot : (hoàn nguyên khử ) Xn- + ne Hình Cơ chế ăn mòn Dung dịch Mn+ Kim loại Xn- (chất phản ứng catôt) X (sản phẩm catôt) ne M Các phản ứng điện hoá a) Không oxy: m«i tr−êng axit (pH < 7) VÝ dơ : sắt môi trờng axit oxy hoà tan: (f.ø anot) Fe → Fe 2+ + 2e + H + 2e → H2 (f.ø catot) Fe + H+ → Fe2+ + H2 b) Có oxy: ã Môi trờng axit (pH < ): VÝ dơ : s¾t n−íc chøa axit cã oxy hoµ tan Fe → Fe 2+ + 2e (f.ø anot) + O2 + H + e H2O (f.ứ catot) ã Môi trờng kiềm (pH > 7) Ví dụ: sắt môi trờng trung tÝnh, tho¸ng khÝ nh− n−íc biĨn Fe + Cl- = FeCl2 + 2e (f.ø anot) O2 + H2O + e = OH (f.ø catot) S¶n phÈm cuèi cïng: Fe2+ + OH- → Fe (OH)2 Hydroxyt sắt dễ lắng đọng, không bền, dễ bị oxy hoá thành hydroxyt sắt 3: Fe (OH)2 + H2O + 1/2 O2 → Fe (OH) Hydroxit sắt dễ dàng nớc để tạo thành lớp oxit xốp không ổn định có công thức: xFeO.yFe2O3.H2O Sắt dễ bị ăn mòn Fe điện cực kép, có phản ứng anot catot c) Hoàn nguyên ion kim lo¹i M n+ + n e → M (f.ø catot) Tất kim loại có điện thấp điện hydro bị ăn mòn axit (không oxy) để giải phóng khí H2 bay 1.1.2 Các yếu tố ảnh hởng tới ăn mòn : 1.1.2.1 Thông số luyện kim tạo hình, môi trờng điều kiện sử dụng - Tỷ lệ diện tích bề mặt catot SC bề mặt anot Sa - Kim loại hợp kim không đồng tạo vi pin, biên giới hạt anot, tâm hạt catot, kim loại bị ăn mòn nhanh Trong hợp kim nhiều pha, pha thờng có điện khác dễ gây tợng ăn mòn - Vùng bị biến cứng vùng có ứng suất d vùng anot nên dễ bị ăn mòn Về ăn mòn dới ứng suất đồng thau nhạy cảm với NH3; thép inox nhạy cảm với ion Cl- - Về nguyên tố hợp kim Các nguyên tố hợp kim có mặt thép tạo ôxit tơng ứng Tuỳ thuộc vào tính chất ôxit mà chúng có tính chịu ăn mòn khác Về nguyên tắc, kim loại, thí dụ, Mg, Fe, Ni, Co, , có ôxit hoà tan môi trờng axit chúng bền ăn mòn môi trờng kiềm Những nguyên tố có oxit dễ tan kiềm chúng bền ăn mòn môi trờng axit (thí dụ, Si, P, Cr, V) Các nguyên tố có tầng ôxit khó tan axit lẫn kiỊm (thÝ dơ, Pt, Ag, Ti) th× chóng bỊn ăn mòn môi trờng, tốc độ ăn mòn không thay đổi theo độ pH 1.1.2.2 Về môi trờng ăn mòn Khả oxy hoá: môi trờng có khả oxy hoá cao, kim loại bị ăn mòn mạnh Vật liệu có tính dẫn điện giảm tính chống ăn mòn Tăng nhiệt độ tăng tốc độ ăn mòn Nếu tăng nhiệt độ nhng giảm đợc lợng hoà tan oxy, CO2 khả ăn mòn lại giảm Chênh lệch nồng độ môi trờng tạo nên chênh điện thế: vùng hoà tan oxy anot hơn, bị ăn mòn hơn; chỗ nớc tụ đọng lại ăn mòn nhiều chỗ nớc chảy (riêng với thép inox) Ăn mòn không khí chịu ảnh hởng gió, ma, nhiệt độ, độ ẩm: ăn mòn mạnh không khí công nghiệp (chứa SO2), không khí miền biển, không khí thôn quê ẩm cuối không khí thôn quê khô Ăn mòn nớc: ăn mòn xảy mạnh nứơc biển, sau nớc mềm đến nớc cứng Ăn mòn ®Êt phơ thc nhiỊu u tè: mét chi tiÕt tiếp xúc với nhiều môi trờng độ xốp, độ hạt vật chất, lợng ẩm, lợng muối, độ axit, độ dẫn điện môi trờng làm ảnh hởng đến tính chất ăn mòn vật liệu Thí dụ, đầu ống nớc vùi vùng có cát đầu chôn vùng có đất sét, hai vùng có độ chênh điện 0,3V sinh pin, xuất trình ăn mòn Để bảo vệ kim loại, chống lại ăn mòn, có phơng pháp : - Sơn phủ bề mặt để cách ly chi tiết với môi trờng ăn mòn: phơng pháp rẻ, nhng bảo vệ đợc lớp mặt - Hợp kim hoá giảm ăn mòn: nguyên tố hợp kim làm tăng điện ăn mòn pha tạo tổ chức đồng nhất, làm giảm khả bị ăn mòn - Bảo vệ điện hoá: trình ăn mòn xảy nhng điều khiển trình ăn mòn theo hớng có lợi, tác động vào môi trờng để ngăn cản trình ăn mòn 1.1.3 Các loại thép chống ăn mòn Nh đà trình bày trên, muốn cho vật liệu chịu đợc ăn mòn tốt, giải pháp hợp kim hoá vật liệu để tạo tổ chức đồng nhất, chênh lệch điện pha, tạo lớp oxyt đặc có độ dính bám cao, chống lại tác dụng ôxy hoá khử môi trờng Hiện sử dụng loại hợp kim sau 1.1.3.1 Thép niken hợp kim cao Thép có chứa khoảng 10%Ni có tính ổn định môi trờng kiềm đậm đặc, nhiên tổ chức cđa thÐp sau kÕt tinh lÇn thø nhÊt vÉn rÊt thô 1.1.3.2 Thép hợp kim crôm nguyên tố khác Vanadi, molipden vonfram nguyên tố cabit hóa mạnh crôm, thép chúng có tác dụng làm chậm tốc độ chuyển biến đó, nâng cao tính thấm độ bền thép Molipden có tác dụng làm giảm tính nhạy cảm với giòn ram, nâng cao khả chống dÃo, nâng cao tính gia công khí độ dai va đập Vanadi có tác dụng làm tốt cấu trúc kết tinh lần 1, nâng cao độ bền nhng ảnh hởng đến độ dẻo Vofram có ảnh hởng tơng tự nh Mo Thép kết cấu crôm-molipden thấp có thành phần nằm giới hạn: 0,250,4%C; 0,6-1,0%Cr; 0,25-0,4%Mo 1.1.3.3 Thép crôm cao có tính chất đặc biệt Trong số thép không gỉ thép chịu nóng, nghĩa mác thÐp cã tÝnh chÊt hãa häc vµ vËt lý rÊt đặc biệt, thép crôm cao đợc sử dụng rộng rÃi Crôm nguyên tố đảm bảo cho thép có tính chống ăn mòn tốt Thậm chí mác thép phức tạp có nguyên tố khác nh niken, molipden crôm đóng vai trò chủ đạo việc hình thành tính chất đặc biệt hợp kim Crôm dễ bị oxy hóa sắt, tạo lớp màng sít kín có tác dụng bảo vệ điều kiện nhiệt độ cao, điều kiện ăn mòn pha lỏng Đáp ứng yêu cầu trên, hàm lợng Cr phải lớn 12% Thép crôm không gỉ cần có Cr 11,7% hòa tan toàn dung dịch đặc pherit Thép crôm cao có nhợc điểm dễ bị tập trung cacbit cục dễ bị ăn mòn cục Nhiệt luyện thép crôm cao với mác thép chuyển biến pha thúc đẩy trình làm đồng cấu trúc vật đúc, nâng cao khả chịu ăn mòn thép Thép crôm pherit loại thép nhiệt độ có tổ chức pherit nhng khác với pherit thông thờng thép cacbon chỗ, dung dịch rắn crôm Bởi vậy, thép có tính đàn hồi độ dẻo nhỏ so với thép austenit Ngoài ra, chuyển biến nên thép crôm pherit không bị thay đổi độ hạt kết tinh lần cho dù vơí hình thức nhiệt luyện Có nghĩa thép nhạy cảm với trình nhiệt, cho nên, tổ chức vật đúc khác trình rót, phụ thuộc vào rót lúc đầu hay cuối mẻ rót Việc làm nhỏ mịn độ hạt thép tiến hành phơng pháp biến tính nhờ nguyên tố nh Ti N Thép crôm mactenxit Thép crôm không gỉ mactenxit thÐp cã chun biÕn pha hoµn toµn vµ vËy, có tính chất học cao, tính chống ăn mòn tốt, đợc sử dụng rộng rÃi kỹ thuật làm vật kết cấu nh chi tiết chịu ăn mòn tơng đối yếu, độ dai va đập có ứng suất lớn: cánh tuôcbin nớc, thân bơm, bánh tuôcbin có cánh đúc, thân máy Bảng : Các loại thép crôm cao Loại Nhóm I Ferit II III IV Nửa ferit Mactenxit+2%Ni Ferit +cacbit %C %Cr Nhiệt độ chịu nãng tíi h¹n; oC