Đang tải... (xem toàn văn)
Microsoft Word Phandau duc CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MỎ LUYỆN KIM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐÚC BÁN LIÊN TỤC SẢN XUẤT C[.]
CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM BỘ CƠNG THƯƠNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MỎ - LUYỆN KIM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐÚC BÁN LIÊN TỤC SẢN XUẤT CÁC LOẠI BẠC ĐỒNG ỐNG DÀI KHỐI LƯỢNG TRUNG BÌNH Chủ nhiệm đề tài: KS Nguyễn Minh Đạt 7355 19/5/2009 HÀ NỘI – 2008 céng hßa x∙ héi chđ nghÜa viƯt nam Bộ công thơng Viện khoa học công nghệ Má - LuyÖn kim BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐÚC BÁN LIÊN TỤC SẢN XUẤT CÁC LOẠI BẠC ĐỒNG ỐNG DÀI KHỐI LƯỢNG TRUNG BÌNH Chủ nhiệm đề tài: KS Nguyễn Minh Đạt BCTK: NC ứng dụng p/p đúc bán liên tục sản xuất loại bạc đồng ống dài khối lượng trung bình NHỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN STT Họ tên Học hàm, học vị chuyên môn Nguyễn Minh Đạt Kỹ sư công nghệ đúc Nguyễn Tuấn Kỹ sư gia công áp lực Nguyễn Mạnh Nam Kỹ sư gia công áp lực Đinh Văn Sơn Kỹ thuật viên Phạm Văn Thoan Kỹ thuật viên Phạm Hữu Hoan Sinh viên Viện Khoa học Công nghệ Mỏ-Luyện kim Cơ quan công tác Viện KH&CN Mỏ Luyện kim Viện KH&CN Mỏ Luyện kim Viện KH&CN Mỏ Luyện kim Viện KH&CN Mỏ Luyện kim Viện KH&CN Mỏ Luyện kim Trường ĐHBK Hà Nội BCTK: NC ứng dụng p/p đúc bán liên tục sản xuất loại bạc đồng ống dài khối lượng trung bình MỤC LỤC Chương 1.1 Mở đầu Tổng quan Tình hình nghiên cứu sản xuất nước 8 1.1.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.1.2 1.2 Tình hình nghiên cứu nước Tổng quan sở lý thuyết 1.2.1 1.2.2 1.2.3 Hợp kim đồng BCuAl9Fe4 Tính đúc hợp kim đồng Các phương pháp đúc thông dụng 10 11 1.2.3.1 Đúc khuôn cát, 11 1.2.3.2 Đúc khuôn kim loại 12 1.2.3.3 Các phương pháp đúc khác 12 Nguyên lý chất trình đúc bán liên tục Nguyên lý đúc bán liên tục Công nghệ đúc bán liên tục Xác định khống chế tốc độ kéo Phương pháp nghiên cứu công tác chuẩn bị 12 13 14 18 22 2.1 Đối tượng nghiên cứu 22 2.2 Phương pháp nghiên cứu 22 2.3 2.3.1 Thiết bị vật tư nghiên cứu Thiết bị nghiên cứu 22 22 2.3.2 Nguyên liệu hoá chất 22 2.3.3 Sơ đồ công nghệ dự kiến 23 2.3.4 Công tác phân tích 23 Nội dung kết nghiên cứu 24 Nghiên cứu chế tạo hệ thống đúc bán liên tục 24 3.1.1 Chế tạo hệ thống máy đúc 24 3.1.2 Chế tạo khuôn đúc 25 3.1.3 Chế tạo thao cấu gá thao 28 3.1.4 Chế tạo hệ thống rót 28 Nấu đúc hợp kim đồng BcuAl9Fe4 Nghiên cứu thông số công nghệ đúc 29 30 Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ rót tới tốc độ hình thành lớp vỏ đông đặc khả rút phôi đúc Nghiên cứu ảnh hưởng tốc độ kéo phôi đến hình thành lớp vỏ đơng đặc khả rút phôi đúc Nghiên cứu ảnh hưởng vật liệu làm thùng kết tinh đến hình thành lớp vỏ đông đặc khả rút phôi đúc Nghiên cứu ảnh hưởng vật liệu làm thao đến trình đúc Sản xuất thử sản phẩm Đánh giá chất lượng sản phẩm Định hướng áp dụng kết nghiên cứu 30 1.2.4 1.2.4.1 1.2.4.2 1.2.4.3 Chương Chương 3.1 3.2 3.3 3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.4 3.3.5 3.3.6 Chương Viện Khoa học Công nghệ Mỏ-Luyện kim 32 33 34 36 36 40 BCTK: NC ứng dụng p/p đúc bán liên tục sản xuất loại bạc đồng ống dài khối lượng trung bình 4.1 4.2 Dự kiến hiệu kinh tế Hình thức áp dụng kết nghiên cứu Kết luận kiến nghị Kết luận Kiến nghị Tài liệu tham khảo 40 40 41 41 41 42 Phụ lục 43 Viện Khoa học Công nghệ Mỏ-Luyện kim BCTK: NC ứng dụng p/p đúc bán liên tục sản xuất loại bạc đồng ống dài khối lượng trung bình MỤC LỤC BẢNG Số hiệu Danh mục Bảng Thành phần hóa học hợp kim BCuAl9Fe4 Bảng Tính chất lý hợp kim BCuAl9Fe4 Bảng Tính chất cơng nghệ hợp kim BCuAl9Fe4 10 Bảng Chất lượng bề mặt phụ thuộc vào khuôn 26 Bảng Tác dụng vật liệu che phủ 30 Bảng Ảnh hưởng nhiệt độ kim loại lỏng đến trình hình thành lớp vỏ đơng đặc khả rút phôi đúc 31 Bảng Ảnh hưởng tốc độ kéo phơi đến hình thành lớp vỏ đơng đặc khả rút phôi đúc 33 Bảng Ảnh hưởng vật liệu làm khuôn đúc gang đến tốc độ hình thành lớp vỏ đơng đặc khả rút phơi đúc 34 Bảng Cơ tính thu từ phương pháp đúc 37 Viện Khoa học Công nghệ Mỏ-Luyện kim Tr BCTK: NC ứng dụng p/p đúc bán liên tục sản xuất loại bạc đồng ống dài khối lượng trung bình MỤC LỤC HÌNH Số hiệu Danh mục Tr Hình Ngun lý đúc bán liên tục thẳng đứng dùng ruột di động 13 Hình Giản đồ thực nghiệm xác định thơng số đúc đồng 20 Hình Sơ đồ cơng nghệ dự kiến 23 Hình Máy đúc 24 Hình Ảnh máy đúc chế tạo hồn chỉnh 25 Hình Bản vẽ vật đúc bán tinh 25 Hình Thùng kết tinh có lớp áo khn gang 27 Hình Ảnh loại khn đúc 27 Hình Thao cát đồ gá thao 28 Hình 10 Hệ thống rót 29 Hình 11 Ảnh phôi đúc bị vỡ chảy lớp vỏ đông đặc chưa đạt tới hạn 32 Hình 12 Các liệu đầu vào đúc mơ 35 Hình 13 Kết chương trình phần tính ứng suất 35 Hình 14 Chất lượng sản phẩm phụ thuộc vào phương pháp đúc 37 Hình 15 Tổ chức tế vi cấp hạt hợp kim BCuAl9Fe4 38 Viện Khoa học Công nghệ Mỏ-Luyện kim BCTK: NC ứng dụng p/p đúc bán liên tục sản xuất loại bạc đồng ống dài khối lượng trung bình MỞ ĐẦU Trong sản xuất đúc kim loại hợp kim màu, với loại bạc chịu mài mòn loại nhỏ với phương pháp đúc truyền thống đúc khuôn cát, khuôn kim loại cho sản phẩm đạt chất lượng Tuy nhiên vật đúc có khối lượng lớn đặc biệt loại chi tiết có chiều dài lớn việc đúc theo phương pháp không đảm bảo chất lượng dễ bị rỗ xỉ, rỗ khí, khơng bù ngót đủ, với vật đúc có dạng hình trụ cần sản xuất đúc với số lượng lớn, việc đúc phương pháp hiệu kinh tế (Do lượng hợp kim hệ thống đậu ngót đầu rót chiếm đến 30 ÷ 50% khối lượng vật đúc) Hợp kim đồng tính cao sử dụng công nghiệp chế tạo máy thường loại hợp kim đồng thiếc, với ưu điểm bật tính đúc tốt, tính cao Tuy nhiên thiếc kim loại đắt tiền nên đồng thiếc dần dược thay đồng khác rẻ có chất lượng nhiều mặt tốt Hay dùng đồng nhôm mà tiêu biểu hợp kim BCuAl9Fe4 Với chất hợp kim có tính co ngót đúc lớn, nhiều xỉ, nhiệt độ đúc cao vấn đề đúc phức tạp hơn, phương pháp đúc thủ công không đáp ứng yêu cầu công nghệ Mặt khác sản xuất đúc coi công việc nặng nhọc, độc hại Vì áp dụng khí hố khâu đúc ln quan tâm đặc biệt Có phương pháp đúc hợp lý giúp sản xuất đúc đơn giản, hiệu Hiện số công nghệ áp dụng thông dụng đúc ly tâm, đúc áp lực, đúc bán liên tục Với vật đúc có chiều cao lớn, bạc đồng hình trụ có số lượng lớn việc áp dụng phương pháp đúc bán liên tục hiệu Bằng phương pháp đúc liên tục đúc chi tiết dài đến nhiều mét Phương pháp đúc bán liên tục áp dụng nhiều nơi, nhiên tập trung vào sản xuất loại kim loại có nhiệt độ nóng chảy thấp dễ đúc nhôm hợp kim, đồng thau… Với mác hợp kim đồng tính cao, khó đúc chưa có đơn vị nước áp dụng Viện Khoa học Công nghệ Mỏ-Luyện kim BCTK: NC ứng dụng p/p đúc bán liên tục sản xuất loại bạc đồng ống dài khối lượng trung bình Với tính hiệu tình hình thực tiễn nêu trên, việc nghiên cứu đưa công nghệ đúc liên tục vào sản xuất Việt Nam cần thiết Do theo định số 1999/QĐ-BCT ngày 03 tháng 12 năm 2007, Viện Khoa học Công nghệ Mỏ Luyện kim triển khai đề tài “Nghiên cứu ứng dụng phương pháp đúc bán liên tục sản xuất loại bạc đồng ống dài khối lượng trung bình” Đề tài phải thực mục tiêu sau: Lắp đặt thiết bị công nghệ đúc bán liên tục Tìm thơng số cơng nghệ phù hợp để trình đúc ổn định Sản xuất sản phẩm đúc dạng ống hợp kim đồng mác BCuAl9Fe4 Viện Khoa học Công nghệ Mỏ-Luyện kim BCTK: NC ứng dụng p/p đúc bán liên tục sản xuất loại bạc đồng ống dài khối lượng trung bình CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SẢN XUẤT TRONG VÀ NGỒI NƯỚC 1.1.1 Tình hình nghiên cứu nước ngồi Phương pháp đúc liên tục thẳng đứng Bessmer đề xuất ý tưởng vào năm 1858 trình độ khoa học lúc chưa thể ứng dụng vào sản xuất Phải đến năm 1933 người đặt móng cho máy đúc liên tục S.Junghans đề xuất phát triển cấu rung buồng kết tinh có sở cho đúc liên tục ứng dụng vào công nghiệp thời điểm đúc liên tục ứng dụng thành công vào sản xuất kim loại màu Chỉ vòng nửa thập kỷ sau chứng kiến phát triển mạnh mẽ phương pháp đúc liên tục Từ thập kỷ 50 kỷ trước bắt đầu đưa vào ứng dụng công nghiệp phát triển bước đến thập kỷ 80 hoàn toàn thành thục Đến cơng nghệ đúc liên tục hồn hảo Hiện giới tỷ lệ đúc liên tục bình quân khoảng 66% Đặc biệt Đan Mạch, Irelan chiếm 100%, nước phát triển Pháp, Đức, Nhật … 95% (Tính riêng cho sản lượng đúc phơi thép) 1.1.2 Tình hình nghiên cứu nước Do công nghiệp phát triển, thời gian gần Việt Nam đúc liên tục áp dụng phổ biến lĩnh vực chế tạo phơi thép điển hình nhà máy thép Phú Mỹ có cơng suất lên tới 500.000 tấn/năm, đúc bán liên tục ống gang xám nhà máy đúc ống Tân Long công suất 10.000 tấn/năm, đúc phôi nhôm nhà máy Z 159 công suất 1.000 tấn/năm, đúc kéo liên tục dây dẫn điện đồng đỏ công ty Trần Phú, đúc kéo ống hợp kim đồng vàng số sở tư nhân làng nghề…v.v Tuy nhiên tất nhà máy sản xuất thiết bị cơng nghệ hồn tồn nhập áp dụng cho sản xuất lớn, loại sản phẩm Đối với sở tư nhân, hợp kim đồng đúc phương pháp đúc liên tục hoàn toàn thuộc hệ hợp kim đồng kẽm có tính thấp thường không đáp ứng yêu cầu làm chi tiết chịu mài mịn cơng nghiệp chế tạo máy Với yêu cầu sản Viện Khoa học Công nghệ Mỏ-Luyện kim BCTK: NC ứng dụng p/p đúc bán liên tục sản xuất loại bạc đồng ống dài khối lượng trung bình mát chảy bên lịng Đế khn có đường kính ngồi φ340 mm Chế tạo áo khn grafit có đường kính trung bình φ93 mm, chiều dày 10 mm, đúc bao lớp nhôm dày tiện lớp vỏ ngồi xuống đường kính 169 mm đường kính 159 mm, có chiều cao h = 250 mm Ghép chi tiết vào vỏ thùng kết tinh trên, thùng kết tinh hoàn chỉnh 3.1.3 Chế tạo thao cấu gá thao Thao làm hỗn hợp làm khuôn cát nước thủy tinh đóng rắn khí CO2, có dạng hình ống đường kính 60 mm, sơn khn hỗn hợp grafit, nhựa thông cồn sấy khô 2000C thời gian 12 Thao có bố trí lõi ống thép Φ27 để tăng độ cứng không bị vỡ vụn kéo Cơ cấu gá thao đơn giản gồm trục thép đường kính 20 mm, ren hai đầu bu lông M18, ốc hàn chặt mặt tâm giá đỡ vật đúc Thao lồng vào trục thép cố định lên bàn máy cách xiết chặt đai ốc trên, gá thao phải ý để thao song song với thành thùng kết tinh, kiểm tra cách chạy không tải cho thao dịch chuyển xuống quan sát chỉnh lại cho chuẩn Với vật đúc thao cát làm sau: Hình Thao cát đồ gá thao 3.1.4 Chế tạo hệ thống rót Để đảm bảo hợp kim đồng lỏng phân bố đồng chu vi thùng kết tinh Hệ thống rót bố trí sau: Hợp kim đồng lỏng chảy vào bát rót Bát rót có kiểu dáng có tác dụng làm xỉ làm cho rịng kim loại lỏng chảy vào rãnh dẫn khơng bị rối, hạn chế khả oxy hóa kim loại Rãnh rót bố trí theo kiểu mưa rơi có tác dụng phân bố kim loại lỏng tránh tượng tập trung nhiệt gây ứng suất nhiệt Viện Khoa học Công nghệ Mỏ-Luyện kim 27 BCTK: NC ứng dụng p/p đúc bán liên tục sản xuất loại bạc đồng ống dài khối lượng trung bình Hình 10 Hệ thống rót 3.2 NẤU ĐÚC HỢP KIM ĐỒNG BCuAl9Fe4 Điều kiện thí nghiệm: + Trợ dung che phủ than củi, với khối lượng 2% khối lượng mẻ liệu với kích thước hạt < 10 mm + Nồi nấu nồi nấu graphít dung tích 120 Kg + Khối lượng mẻ nấu 100 Kg + Fe đưa vào dạng thép CT3, Φ6 nhiệt độ đồng lỏng ~ 11000C thời gian giữ nhiệt khoảng 20 phút nâng nhiệt đến 12500C + Al đưa vào dạng dây nhôm sắt tan hết Thành phần phối liệu: Đồng, % Nhôm, % Sắt, % 86 10 Với điều kiện khảo sát nêu hợp kim BCuAl9Fe4 sau nấu có thành phần hóa học sau: Đồng, % Nhôm, % Sắt, % Tạp chất 85 9,6 4,2 1,2 Viện Khoa học Công nghệ Mỏ-Luyện kim 28 BCTK: NC ứng dụng p/p đúc bán liên tục sản xuất loại bạc đồng ống dài khối lượng trung bình Lượng sắt tăng lên trình nấu luyện dùng que khuấy sắt nhiệt độ cao 12500C que khuấy bị tan chảy phần vào hợp kim 3.3 NGHIÊN CỨU CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐÚC Máy đúc kiểm tra hoạt động trơn chu, khuôn sử dụng khn grafit đường kính 93 mm, trước rót khn sấy nóng mỏ đốt ga gá chặt vào bàn máy Thao cát có đường kính 60 mm quét lớp sơn chịu nhiệt, trước đúc thao cần sấy khô 2000C 12 giờ, gá chặt vào bàn máy chính, chỉnh cho thao cát vng góc với mặt bàn máy Tiến hành nấu theo chế độ chọn mục 3.2 khoảng 100 Kg hợp kim Tiến hành khử khí: Cho 100 g muối MnCl2 vào chụp grafit (Được sấy nóng trước) nhúng sâu lị nấu Sau khoảng phút nâng nhiệt đến nhiệt độ đúc Đổ khoảng 50 Kg hợp kim đồng lỏng vào nồi rót (Nồi rót phải nung đỏ từ trước), phủ lên mặt nước đồng lớp vỏ trấu cho kín mặt thống Vỏ trấu khơng có tác dụng chống oxy hóa đồng mà cịn có tác dụng tốt việc giữ nhiệt kim loại lỏng q trình đúc rót Bảng cho thấy tác dụng việc che phủ trấu: Bảng 5: Tác dụng vật liệu che phủ Phủ che chắn Tổn thất nhiệt bề mặt, kj/m2.ph Không che phủ Xỉ che chắn 17263-11326 10450-6897 Tấm cách nhiệt chất giữ nhiệt Vỏ trấu 7520 627 3.3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ rót tới tốc độ hình thành lớp vỏ đơng đặc khả rút phơi đúc Q trình thí nghiệm: Khi đúc phương pháp đúc bán liên tục, điều phải ý tìm chiều dày lớp vỏ đơng đặc hợp lý Theo thực nghiệm hợp kim đồng đơng đặc, ban đầu lớp ngồi đông đặc khoảng mm/s, lớp vào khoảng 0,5 ÷ 0,7 mm/s Tùy loại vật liệu mà lấy lớp vỏ đông đặc cho phù hợp Với toán ta chọn theo kinh nghiệm (Vật đúc dày ~ 15 mm) với lớp vỏ Viện Khoa học Công nghệ Mỏ-Luyện kim 29 BCTK: NC ứng dụng p/p đúc bán liên tục sản xuất loại bạc đồng ống dài khối lượng trung bình dày đến 10 mm (Khoảng 70% chiều dày phơi đúc) kéo vật đúc không bị rạn, đứt Điều kiện thí nghiệm: + Thí nghiệm tiến hành khn grafit đường kính φ93 mm, cao h = 250 mm + Nhiệt độ nước làm nguội trì 300C, lưu lượng nước 50 lít/phút + Đúc với tốc độ kéo khơng thay đổi 130 mm/phút + Rót kim loại lỏng nhiệt độ: 1120oC, 1140oC, 1160oC, 1180oC, 12000C Lúc đầu cần rót nhanh đảm bảo phân bố nước đồng theo chu vi thùng kết tinh Sau rót tay đảm bảo tốc độ dâng Sau 10 giây đóng nút hạ bàn máy đồng thời với việc khởi động thiết bị rung thùng kết tinh Đúc với tốc độ kéo không thay đổi 130 mm/phút bề mặt ngồi phơi đúc có tượng kim loại lỏng chảy ngồi dừng đúc Ở mẫu phôi đúc bị hỏng, lỗ thủng có biểu kim loại lỏng chảy cắt ngang đo độ dày lớp kim loại đông đặc (Phần tiếp xúc với vỏ khuôn) Kết thí nghiệm trình bày bảng Bảng 6: Ảnh hưởng nhiệt độ kim loại lỏng đến trình hình thành lớp vỏ đơng đặc khả rút phơi đúc Nhiệt độ rót Độ dày lớp vỏ, % Chất lượng bề mặt phôi đúc Khả rút phôi đúc 11200C 11400C 11600C 11800C 12000C - - - 18 Tốt Tốt Nứt Tạo lỗ Tạo lỗ ngang thủng thủng Khơng Khơng kéo kéo được Khó khăn Tốt Tốt Như thấy nhiệt độ rót ảnh hưởng lớn đến tốc độ hình thành lớp vỏ đơng đặc Rót nhiệt độ cao hồn tồn khơng có lợi Vì lớp vỏ đơng đặc mỏng phơi đúc khỏi thùng kết tinh hợp kim lỏng lại truyền nhiệt vào lớp vỏ Viện Khoa học Công nghệ Mỏ-Luyện kim 30 BCTK: NC ứng dụng p/p đúc bán liên tục sản xuất loại bạc đồng ống dài khối lượng trung bình đơng đặc đồng thời tạo áp lực thủy tĩnh lên lớp vỏ làm thủng lớp vỏ Tại nhiệt độ 11400C khả hình thành lớp vỏ đơng đặc nhanh khả kéo rút phôi đúc thuận lợi Không khảo sát nhiệt độ thấp hợp kim bị sệt, tính đúc hẳn Hình 11 Ảnh phơi đúc bị vỡ chảy lớp vỏ đông đặc chưa đạt tới hạn Từ kết thu cho thấy rót hợp kim đồng nhiệt độ 1140±100C 3.2.2 Nghiên cứu ảnh hưởng tốc độ kéo phơi đến hình thành lớp vỏ đơng đặc khả rút phơi đúc Điều kiện thí nghiệm: + Khn grafit có đường kính φ93 mm + Nhiệt độ nước làm nguội trì 300C, lưu lượng nước 50 lít/phút + Nhiệt độ đúc đề nghị 1140±100C + Tốc độ kéo khuôn thay đổi từ 100, 130, 160, 190 mm/phút Các kết thí nghiệm đưa bảng Viện Khoa học Công nghệ Mỏ-Luyện kim 31 BCTK: NC ứng dụng p/p đúc bán liên tục sản xuất loại bạc đồng ống dài khối lượng trung bình Bảng 7: Ảnh hưởng tốc độ kéo phơi đến hình thành lớp vỏ đông đặc khả rút phôi đúc Tốc độ kéo Độ dày lớp vỏ 100 mm/ph 130 mm/ph 160 mm/ph 190 mm/ph theo chiều cắt - - - 14 Tốt tốt rạn Tạo lỗ thủng Khó khăn tốt tốt Không kéo ngang, % Chất lượng bề mặt Khả rút phơi đúc Từ kết thí nghiệm cho thấy với nhiệt độ rót 11400C kéo vật đúc với tốc độ từ 130 mm/phút Khi kéo tốc độ thấp hơn, kim loại bị đông cứng, mặt khác độ co ngót chưa nhiều nên kéo có trở lực cao Ở nhiệt độ lớn hình thành lớp vỏ đơng đặc chưa đủ bền nên gây nứt không kéo 3.3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng vật liệu làm thùng kết tinh đến hình thành lớp vỏ đông đặc khả rút phôi đúc Q trình đơng đặc phần lớn xảy thùng kết tinh Vật liệu làm thùng kết tinh khác khả truyền nhiệt khác Những thí nghiệm thực với thùng kết tinh có lớp áo khuôn làm từ vật liệu grafit Với thùng kết tinh có lớp áo khn gang có tốc độ làm nguội lớn tốc độ kéo nhanh nhiệt độ rót loại áo khn grafit Vì khảo sát đến tốc độ kéo phôi đúc Điều kiện thí nghiệm tiến hành sau: + Thay thùng kết tinh có lớp áo khn grafit thùng kết tinh có lớp áo khn gang Mặt tiếp xúc với hợp kim lỏng mài bóng sơn lớp dầu có pha bồ hóng + Nhiệt độ rót: 11400C + Nhiệt độ nước làm nguội 300C Viện Khoa học Công nghệ Mỏ-Luyện kim 32 BCTK: NC ứng dụng p/p đúc bán liên tục sản xuất loại bạc đồng ống dài khối lượng trung bình + Lưu lượng 50 lit/phút + Tiến hành đúc tốc độ khác nhau: 100, 130, 160, 190 mm/ph Kết nghiên cứu trình bày bảng Bảng 8: Ảnh hưởng hưởng vật liệu làm khuôn đúc gang đến tốc độ hình thành lớp vỏ đông đặc khả rút phôi đúc Tốc độ kéo Chất lượng bề mặt Quá trình đúc 100 mm/ph 130 mm/ph 160 mm/ph 190 mm/ph Tốt tốt tốt Rạn Khó kéo Khó kéo dễ kéo Dễ kéo Như ảnh hưởng vật liệu làm thùng kết tinh rõ rệt đến khả hình thành lớp vỏ đơng đặc, điều giải thích gang truyền nhiệt tốt graphit hình thành lớp vỏ ban đầu nhanh Cho phép tăng tốc độ kéo, suất đúc tăng cao 3.3.4 Nghiên cứu ảnh hưởng vật liệu làm thao đến q trình đúc Các thí nghiệm nghiên cứu tiến hành với thao làm cát nước thủy tinh, có độ xốp cao Nhóm nghiên cứu tiếp tục thử nghiệm đúc rót hợp kim đồng với thao kim loại, kết sau gia công khí tiện bỏ lớp thao kim loại, bóc lớp ngồi phôi đúc thu sản phẩm không bị nứt co ngót cho dù đúc mơi trường nguội nhanh thành mỏng Điều chứng minh tiến hành đúc thử nghiệm đúc mô hình vật đúc đường kính φ93mm, khn thao kim loại, vật liệu nhiệt độ rót tương tự trên phần mềm ProCast (Mơ hình đúc tĩnh thông thường), tham số đầu vào kết chạy phần thử độ co ngót sau: Viện Khoa học Công nghệ Mỏ-Luyện kim 33 BCTK: NC ứng dụng p/p đúc bán liên tục sản xuất loại bạc đồng ống dài khối lượng trung bình Hình 12 Các liệu đầu vào đúc mô Kết sau chạy trương trình (Trích phần kết ứng suất đúc) Hình 13 Kết chương trình phần tính ứng suất đúc Ứng xuất tạo co ngót đúc khơng đáng kể (Thể sắc màu tím ứng với ứng suất ~ MPa) Từ thực nghiệm mơ hình đến kết luận quan trọng: Có thể đúc hợp kim đồng bao ngồi chi tiết sắt mà khơng sợ bị nứt, ứng dụng để đúc trực tiếp loại bánh vít có lõi sắt thay đúc rời ép vào lõi, giảm Viện Khoa học Công nghệ Mỏ-Luyện kim 34 BCTK: NC ứng dụng p/p đúc bán liên tục sản xuất loại bạc đồng ống dài khối lượng trung bình nhiều ngun cơng cho gia cơng khí Với vật đúc lớn, dày thành việc sử dụng khuôn thao cát khơng có lợi, vật đúc dễ sơi cát nước thủy tinh chịu nhiệt cao thời gian dài bị chảy, vỡ vào nằm vật đúc, theo thí nghiệm ta thay thao cát thao kim loại loại bỏ nhược điểm nêu 3.3.5 Sản xuất thử sản phẩm Từ thí nghiệm định hướng trên, tìm thơng số tối ưu Tiến hành thiết kế khuôn theo vẽ vật đúc có đơn đặt hàng, đúc sản phẩm đạt yêu cầu chất lượng Theo đơn đặt hàng công ty Cơ khí Điện Lực, yêu cầu chế tạo vật đúc mác hợp kim đồng BCuAl9Fe4 có kích thước phơi bán tinh: Đường kính ngồi φ88 mm, đường kính φ65 mm cao 105 mm Nhóm thí nghiệm tiến hành đúc máy đúc với khuôn đúc grafit φ93 mm, thao cát có đường kính φ61 mm Đúc chi tiết có độ dài ~ 900 mm Khối lượng sản phẩm đúc 25,5 Kg Sau tiện bán tinh, sản phẩm Sản phẩm mắt thường hiện: Khơng bị rỗ xỉ, rỗ khí, bóng đẹp Mỗi vật đúc tiện bạc đồng bán tinh, đồng thời xưởng có đúc vật đúc khuôn kim loại, theo kinh nghiệm áp dụng xưởng để vật đúc khơng bị lỗi nhiều phải đúc phơi có kích thước thơ sau: Khn đúc có đường kính φ96 mm, đường kính thao cát φ55 mm, vật đúc cao 120 mm, có rãnh rót đùn từ lên bên cạnh khn Một vật đúc theo phương pháp cho khối lượng thô từ 4,9 ÷ 5,2 Kg tính đậu rót Sau tiện bán tinh, nhận thấy 50 sản phẩm bán tinh có 38 đạt u cầu khơng có rỗ, có rỗ khí, rỗ xỉ mức độ thấp, bị rỗ khí rỗ xỉ lớn không đạt yêu cầu Một vật đúc tiện bán tinh có khối lượng 2,2 Kg 3.3.6 Đánh giá chất lượng sản phẩm Theo đơn đặt hàng cơng ty khí điện lực (Kích thước chi tiết theo hình 7) Đề tài tiến hành đúc theo ba phương pháp - Đúc bán liên tục (Mẫu 1) - Đúc khuôn kim loại (Mẫu 2) Viện Khoa học Công nghệ Mỏ-Luyện kim 35 BCTK: NC ứng dụng p/p đúc bán liên tục sản xuất loại bạc đồng ống dài khối lượng trung bình - Đúc khuôn cát Từ mẫu sản phẩm đúc, tiến hành cắt số mẫu gửi kiểm định Viện Khoa học vật liệu, Cơng ty khí Hà Nội, thu kết sau: Thành phần nguyên tố hợp kim (Trích từ bảng phân tích kèm theo phụ lục): Đồng (%) Nhôm (%) Sắt (%) Tạp chất (%) 84,5 9,94 4,03 1,53 Thử tính ba loại mẫu vật đúc, đo trung bình lần/mẫu lấy trung bình Bảng 9: Cơ tính thu từ phương pháp đúc Mẫu Mẫu Mẫu Mẫu Độ bền N/mm2 524 488 472 Độ dãn dài, % 15 13 10 Độ cứng, HB 193 181 162 Hình 14: Chất lượng sản phẩm phụ thuộc vào phương pháp đúc Trên sản phẩm thu từ phương pháp đúc bán liên tục, lấy mẫu trực tiếp từ sản phẩm Gửi phân tích đánh giá cấu trúc tế vi kích thước hạt Viện khoa học vật liệu Việt Nam thu kết sau: Viện Khoa học Công nghệ Mỏ-Luyện kim 36 BCTK: NC ứng dụng p/p đúc bán liên tục sản xuất loại bạc đồng ống dài khối lượng trung bình Hình 15 Tổ chức tế vi cấp hạt hợp kim đồng BCuAl9Fe4 Viện Khoa học Công nghệ Mỏ-Luyện kim 37 BCTK: NC ứng dụng p/p đúc bán liên tục sản xuất loại bạc đồng ống dài khối lượng trung bình Như vậy, từ kết phân tích kiểm tra chất lượng khẳng định: Chất lượng vật đúc đúc phương pháp đúc bán liên tục đảm bảo chất lượng Cho tính cao hẳn phương thức đúc truyền thống, tương đương tiêu chuẩn độ bền theo TCVN mác hợp kim Cấu trúc hợp kim đồng cỡ hạt từ tâm đến mép mẫu Cỡ hạt hợp kim thuộc loại nhỏ Có thể cho chất lượng vật đúc đồng toàn chiều dày chiều dài vật đúc Về cảm quan nhận thấy vật đúc khơng bị rỗ xỉ, rỗ khí, bề mặt ngồi bóng đẹp, độ dư gia cơng khí giảm hẳn: Là 10 mm với khuôn cát nước thủy tinh, mm đúc khn kim loại ÷ mm đúc phương pháp đúc bán liên tục Tỷ lệ phế phẩm vật đúc thấp tính đậu ngót, đậu rót, sản phẩm bị hỏng phương pháp giảm 20 ÷ 50% so với đúc khn kim loại từ 30 ÷ 60% đúc khn cát (Tính theo số lượng 100 Kg tổng sản phẩm trở lên) Như với phương pháp đúc bán liên tục cho suất đúc cao Chất lượng sản phẩm đúc ổn định có tính cao nhiều so sánh với hai phương án đúc Tỷ lệ phế phẩm thấp, hiệu suất thu hồi vật liệu lớn Ngoài đúc phương pháp đúc bán liên tục làm giảm đáng kể sức lao động phần hạn chế ảnh hưởng khói bụi độc hại ngành đúc đến người công nhân Viện Khoa học Công nghệ Mỏ-Luyện kim 38 BCTK: NC ứng dụng p/p đúc bán liên tục sản xuất loại bạc đồng ống dài khối lượng trung bình CHƯƠNG 4: ĐỊNH HƯỚNG ÁP DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 4.1 DỰ KIẾN HIỆU QUẢ KINH TẾ Chi phí chế tạo máy đúc bán liên tục phần chi phí lớn ban đầu, không cao Với yêu cầu đúc sản phẩm có đường kính < φ300 mm, chiều cao vật đúc khoảng 1000 mm cần khoảng 40 triệu đồng Một khn hồn chỉnh triệu đồng, thay đổi đường kính khn áo khn grafit giá thành khn cịn rẻ nhiều Theo sản phẩm cụ thể thấy tỉ lệ thu hồi sản phẩm đúc thiết bị đúc bán liên tục (2,2kg sản phẩm x ) : 25.5 Kg phôi = 0,7 (Hiệu suất thu hồi thành phẩm bán tinh/phôi đúc tương ứng đạt 70% ) Nếu đúc khuôn kim loại: 2,2 Kg sản phẩm : 5kg phôi đúc = 0,44 (Chưa tính đến vật đúc bị rỗ hỏng) Có thể thấy đúc phương pháp đúc bán liên tục cho tỷ lệ thu hồi sản phẩm gần gấp lần so với phương pháp đúc khuôn kim loại Cho chất lượng vật đúc cao hẳn Nếu đúc vật đúc có đường kính lớn chiều cao lớn (Cao khoảng 500 mm) đúc phương pháp truyền thống khó tránh khỏi khuyết tật khó khăn vấn đề truyền nhiệt dịng chảy Tức không đạt yêu cầu chất lượng 4.2 HÌNH THỨC ÁP DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Dự kiến hệ thống đúc bán liên tục ứng dụng Xưởng đúc kim loại màu Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Luyện kim để sản xuất loại bạc trục có kích thước chiều dài lớn loại bạc trơn có số lượng nhiều Sẽ tiến hành tiếp thị nhà máy đóng tàu, đơn vị khí có nhu cầu chuyển giao cơng nghệ đúc sản phẩm Qui trình công nghệ ứng dụng phương pháp đúc bán liên tục sản xuất loại bạc đồng ống dài khối lượng trung bình góp phần đa dạng thiết bị sản xuất đúc Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Luyện kim, tăng khả cạnh tranh chất lượng sản phẩm đúc Viện Khoa học Công nghệ Mỏ-Luyện kim 39 BCTK: NC ứng dụng p/p đúc bán liên tục sản xuất loại bạc đồng ống dài khối lượng trung bình KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Đề tài thực số công việc sau: Tiến hành thiết kế chế tạo hệ thống máy đúc hồn chỉnh đúc vật đúc có đường kính ngồi lên đến φ300 mm, chiều cao 1100 mm Đã tìm thông số công nghệ cụ thể đúc phương pháp đúc bán liên tục hợp kim đồng BCuAl9Fe4: • Nhiệt độ rót 11400C • Tốc độ kéo đúc khuôn grafit: 130 mm/ph Tốc độ kéo đúc khuôn gang: 160mm/ph Đúc mô trình đúc phần mềm Procast để tìm mức độ ảnh hưởng độ co kéo đúc mác hợp kim đồng BCuAl9Fe4 đến kết quan trọng: vật liệu không bị cản co đúc Phương pháp đúc bán liên tục không cho suất đúc cao mà sản phẩm đúc có chất lượng ổn định, tỷ lệ hỏng thấp, hiệu suất thu hồi vật liệu lớn Ngoài đúc phương pháp đúc bán liên tục làm giảm đáng kể sức lao động ảnh hưởng khói bụi ngành đúc nói chung Đã tiến hành đúc số chi tiết cụ thể theo đơn đặt hàng cơng ty khí điện lực Sản phẩm đạt yêu cầu chất lượng đề KIẾN NGHỊ: - Phương pháp đúc bán liên tục phương pháp đúc tiên tiến cần phải nghiên cứu tiếp số thơng số cơng nghệ khác: q trình truyền nhiệt, phương pháp kiểm tra chất lượng, …và đặc biệt tự động hóa q trình đúc Đề nghị tiếp tục nghiên cứu yếu tố Cần tiến hành thí nghiệm với vật đúc có đường kính lớn để có số liệu thực nghiệm phong phú phục vụ cho nghiên cứu sản xuất sau Viện Khoa học Công nghệ Mỏ-Luyện kim 40 BCTK: NC ứng dụng p/p đúc bán liên tục sản xuất loại bạc đồng ống dài khối lượng trung bình TÀI LIỆU THAM KHẢO Hỏi đáp đúc hợp kim màu NXB KHKT 1984 Công nghệ đúc, ĐHBK Hà Nội, 1989 Sổ tay công nghệ đúc, NXB Đại học Đông Bắc, 1994 Vật liệu kim loại màu NXB KHKT ,2003 Cơ sở lý thuyết trình đúc, NXB KHKT 2003 Cơ sở lý thuyết q trình đơng đặc số ứng dụng NXB KHKT 2006 7.Các phương pháp đúc đặc biệt NXB KHKT 2006 Thiết bị công nghệ đúc phôi thép NXB Bách Khoa 2006 B.G Thomas Continuous casting of Steel www.google.com 10 Fluid Dynamics of Continuous casting www.google.com Viện Khoa học Công nghệ Mỏ-Luyện kim 41