Báo cáo Nghiên cứu chế tạo hỗn hợp sơn khuôn đúc gang thép hợp kim chất lượng cao thay thế nhập ngoại để đúc các chi tiết máy phục vụ xuất khẩu
Bé c«ng TH¦¥NG
TæNG C¤NG TY THÐP VIÖT NAM
ViÖn LuyÖn kim §en
--------------------
B¸o c¸o tæng kÕt
®Ò tµi nghiªn cøu khoa häc vµ ph¸t triÓn C¤NG
NGHÖ cÊp bé
Tªn ®Ò tµi:
“NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO HỖN HỢP SƠN KHUÔN ĐÚC GANG
THÉP HỢP KIM CHẤT LƯỢNG CAO THAY THẾ NHẬP NGOẠI
ĐỂ ĐÚC CÁC CHI TIẾT MÁY PHỤC VỤ XUẤT KHẨU”
DFGEDFGEDFGE
C¬ quan chñ qu¶n:
C¬ quan chñ tr×:
tæng c«ng ty thÐp vN
ViÖn LuyÖn kim §en
tHs. NGUYỄN THỊ HẰNG
Chñ nhiÖm ®Ò tµi:
6828
27/4/2008
Th¸ng 12/2007
Th«ng tin chung
Tªn ®Ò tµi: Nghiªn cøu chÕ t¹o hçn hîp s¬n khu«n ®óc gang, thÐp hîp kim
chÊt l−îng cao thay thÕ nhËp ngo¹i ®Ó ®óc c¸c chi tiÕt m¸y phô vô xuÊt khÈu
Thêi h¹n thùc hiÖn: 12 th¸ng (Tõ th¸ng 01/2007 ®Õn th¸ng 12/2007).
Chñ nhiÖm ®Ò tµi: Ks. NguyÔn ThÞ H»ng
ViÖn LuyÖn kim ®en, Qu¸n G¸nh, HuyÖn Th−êng TÝn, TØnh Hµ T©y,
§iÖn tho¹i: 034852026
C¬ quan chñ tr×: ViÖn LuyÖn kim ®en, Qu¸n G¸nh, HuyÖn Th−êng TÝn, Hµ T©y,
§iÖn tho¹i: 034 853255, Fax: 034769750
C¬ quan phèi hîp chÝnh
1-ViÖn Khoa häc VËt liÖu
Phã Gi¸o s−, TiÕn sü LuyÖn kim T« Duy Ph−¬ng, Chñ tr× ®Ò tµi
Tr−ëng phßng C«ng nghÖ Kim lo¹i
ViÖn Khoa häc VËt liÖu, B1, 18 Hoµng Quèc ViÖt, Hµ Néi
§iÖn tho¹i: 04 7562496, Fax : 04 7911673
2- Héi §óc LuyÖn kim Hµ Néi
3- Trung T©m §óc LuyÖn kim Hµ Néi
4- X−ëng §óc ViÖn Khoa häc VËt liÖu
5- C«ng ty Cæ phÇn C¬ khÝ x©y dùng Phóc S¬n
6- C«ng ty Cæ phÇn C¬ khÝ Mª Linh
Danh s¸ch nh÷ng ng−ßi thùc hiÖn chÝnh
1. T« Duy Ph−¬ng, P.Gi¸o s−, TiÕn sü, Tr−ëng phßng,ViÖn Khoa häc VËt liÖu
2. NguyÔn ThÞ H»ng, Kü s−, C¸n bé,
3. NguyÔn V¨n Tu©n, Kü s−, c¸n bé
5. TrÇn Ngäc B¸ch, Kü s− ®óc
6. NguyÔn Phóc H¶i, Ktv
ViÖn LuyÖn kim ®en
ViÖn Khoa häc VËt liÖu
-nt-
-nt-
7. NguyÔn §øc HuÊn, Kü s−
8. Lª Xu©n HiÒn, Ktv
-nt-
-nt-
9. TrÞnh V¨n B¹t, Kü s− ®óc, Gi¸m ®èc TT
10. Vò H÷u TrÝ, Kü s− ®óc
11. KiÒu ThÞ Tån, Kü s− ®óc
Trung t©m §LK Hµ Néi
-nt-
-nt-
12. Ng« V¨n Ch−¬ng, Kü s− ®óc
13. NguyÔn ThÞ K.Ph−îng Kü s− ®óc, c¸n bé
-nt-
ViÖn C«ng nghÖ
14. NguyÔn §øc Minh, Kü s− luyÖn kim, P. Gi¸m ®èc XN, C«ng ty CK Hµ Néi
15. NguyÔn V©y, Kü s−, Gi¸m ®èc XÝ nghiÖp, C«ng ty TNHHNN1TV Mai §éng
1
Môc lôc
Trang
Më ®Çu
3
PhÇn I, Tæng quan vÒ ®Ò tµi
1.1. S¬ l−îc t×nh h×nh nghiªn cøu ®Ò tµi
1.2. C¬ së lý luËn ®Ó nghiªn cøu ®Ò tµi
4
4
6
PhÇn II, Néi dung vµ ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu ®Ò tµi
2.1. Ph−¬ng ph¸p vµ thiÕt bÞ nghiªn cøu ®Ò tµi
2.2. Nghiªn cøu lùa chän thµnh phÇn hçn hîp s¬n khu«n tèi −u
trªn c¬ së «xýt manhªzi
2.3. Nghiªn cøu c«ng nghÖ nghiÒn tuyÓn, pha chÕ hçn hîp s¬n
khu«n ®óc
2.4. Nghiªn cøu chÕ t¹o thö s¶n phÈm hçn hîp s¬n khu«n ®óc
hÖ manhªzi
2.5. Nghiªn cøu thö nghiÖm, ®¸nh gi¸ kÕt qu¶ hçn hîp s¬n cho khu«n
®óc gang, thÐp hîp kim chÊt l−îng cao ë mét sè nhµ m¸y ®óc
16
16
22
26
30
33
PhÇn III, KÕt qu¶ nghiªn cøu ®¹t ®−îc vµ ®¸nh gi¸ kÕt qu¶
3.1. Thµnh phÇn ho¸
3.2 §é chÞu nhiÖt
3.3. C¸c tÝnh chÊt c¬ häc cña hçn hîp s¬n khu«n ®óc
3.4. H×nh th¸i cña líp hçn hîp s¬n khu«n
3.5. Ph©n tÝch ®¸nh gi¸ hiÖu qu¶ kinh tÕ, kh¶ n¨ng ¸p dông vµo
thùc tÕ s¶n xuÊt
38
38
39
44
44
51
53
55
56
PhÇn IV, KÕt luËn vµ kiÕn nghÞ
Tµi liÖu c«ng bè vµ tham kh¶o
Phô b¶n
2
Më ®Çu
ChÊt l−îng vµ bÒ mÆt cña s¶n phÈm ®óc phô thuéc nhiÒu ë vËt liÖu vµ chÊt
l−îng lµm khu«n nh− c¸t vµ chÊt s¬n khu«n.
ChÊt s¬n khu«n ®−îc dïng réng r·i trong ®óc c¸c chi tiÕt gang, thÐp hîp kim
lín, thµnh dµy ®ßi hái chÊt l−îng bÒ mÆt cao. §èi víi c¸c s¶n phÈm ®óc phôc vô
xuÊt khÈu ph¶i cã yªu cÇu cao vÒ chÊt l−îng bÒ mÆt, ®é chÝnh x¸c vÒ cì kÝch h×nh
häc. ChÊt s¬n khu«n cã t¸c dông t¨ng c−êng ®é bÒn bÒ mÆt khu«n, kh«ng cho rêi
vôn t¬i c¸t, lµm t¨ng ®é chÞu nhiÖt, ng¨n ngõa sù x©m nhËp, thÈm thÊu vµ t¸c dông
cña kim lo¹i láng víi c¸t khu«n, phßng chèng vµ h¹n chÕ hiÖn t−îng ch¸y dÝnh
b¸m c¸t c¬ häc vµ ho¸ häc ë vËt ®óc.
Víi nh÷ng lo¹i khu«n c¸t nhùa furan tù ®«ng cøng, khu«n c¸t tr¾ng n−íc
thuû tinh tù cøng hoÆc ho¸ cøng b»ng khÝ CO2 vv... ng−êi ta dïng lo¹i hçn hîp s¬n
khu«n kh« nhanh víi dung m«i hoµ tan lµ cån c«ng nghiÖp, t«luen, xylen, x¨ng,
hoÆc dÇu ho¶ ®Ó cã thÓ tù kh« hoÆc ®èt ch¸y lµm kh« nhanh phï hîp víi yªu cÇu
cña s¶n xuÊt khu«n ®óc b¶o ®¶m n¨ng suÊt vµ chÊt l−îng.
HiÖn nay chÊt s¬n khu«n ®óc ®−îc chÕ t¹o vµ cung cÊp bëi c¸c h·ng chuyªn
s¶n xuÊt vµ kinh doanh nh− FOSECO (Anh Quèc) TÕ Nam (Trung Quèc), §µi
Loan ...vv, chÊt l−îng tèt vµ æn ®Þnh, nh−ng gi¸ thµnh cao vµ ph¶i nhËp lín.
§Ó chÕ t¹o ®−îc chÊt s¬n khu«n tõ nguyªn liÖu trong n−íc ®¹t chÊt l−îng,
thay thÕ nhËp ngo¹i, gi¸ thµnh thÊp, phôc vô kÞp thêi cho s¶n xuÊt c¸c mÆt hµng
gang, thÐp hîp kim, ®Ò tµi tËp trung nghiªn cøu c«ng nghÖ chÕ t¹o hçn hîp s¬n
khu«n ®¹t chÊt l−îng t−¬ng ®−¬ng ngo¹i nhËp. VÊn ®Ò träng t©m cÇn gi¶i quyÕt lµ
c«ng nghÖ nghiÒn tuyÓn bét manhªzi ®¹t ®é mÞn kho¶ng 15-30 µm vµ c«ng nghÖ
pha chÕ t¹o dung dÞch hçn hîp s¬n khu«n.
Môc tiªu cña ®Ò tµi lµ:
- Nghiªn cøu t×m ra c«ng nghÖ chÕ t¹o hçn hîp bÒn nhiÖt cao, chèng dÝnh
b¸m tõ vËt liÖu chÞu löa cã ë ViÖt Nam ®Ó lµm chÊt s¬n khu«n ®óc c¸c chi tiÕt
m¸y b»ng gang, thÐp hîp chÊt l−îng cao.
- TriÓn khai chÕ t¹o hçn hîp s¬n khu«n ®óc æn ®Þnh, gi¸ thµnh thÊp cung
cÊp cho c¸c nhµ m¸y ®óc hµng xuÊt khÈu.
3
PhÇn I, Tæng quan vÒ ®Ò tµI
1.1. S¬ l−îc t×nh h×nh nghiªn cøu ®Ò tµI
1.1.1. T×nh h×nh nghiªn cøu ë n−íc ngoµi
§Ó ®óc c¸c lo¹i gang, thÐp hîp kim cao; ®Æc biÖt lµ thÐp bÒn nhiÖt, chÞu mµi
mßn nh− thÐp cr«m, mangan, th× khu«n ®óc c¸c lo¹i thÐp nµy ph¶i ®−îc s¬n phñ,
b¶o vÖ bÒ mÆt ®Ó chèng ch¸y c¸t víi kim lo¹i láng dÉn ®Õn thÊm c¸t vµo kim lo¹i,
t¹o ra biÕu lµm háng s¶n phÈm. C¸c chÊt s¬n khu«n th−êng lµ c¸c «xýt cã nhiÖt ®é
nãng ch¶y cao nh− ZrO2.SiO2 (1900-1995OC), FeO.Cr2O3 ( 2180OC), MgO
( 1900oC), Al2O3 ( 2030OC ) vµ Cr2O3 ( 2265OC).
HiÖn nay trªn thÕ giíi cã rÊt nhiÒu lo¹i chÊt s¬n khu«n hÖ graphÝt, zec«ni,
cr«mÝt, «livin, manhªzi dïng cho ®óc c¸c lo¹i gang vµ thÐp hîp kim kh¸c nhau.v.v.
xem b¶ng 1:
B¶ng 1, C¸c lo¹i chÊt s¬n khu«n ®óc gang, thÐp hîp kim ®ang hiÖn hµnh
TT. Hçn hîp s¬n khu«n
ChÊt pha
Sö dông cho ®óc
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Zec«ni
Zec«ni
Nh«m-Silic¸t
Serisite
Serisite
Cr«mÝt
Cr«mmanhªzi
Cr«mÝt
Cr«mmanhªzi
Manhªzi
Cån
N−íc
Cån
Cån
N−íc
Cån
Cån
ThÐp
ThÐp
Gang x¸m vËt nÆng
Gang, Nh«m, kim lo¹i mµu
Gang, Nh«m, kim lo¹i mµu
ThÐp vµ hîp kim
ThÐp vµ hîp kim
7.
8.
H3PO4ThÐp vµ hîp kim cao
H3PO4ThÐp vµ hîp kim cao
H3PO4
ThÐp vµ hîp kim cao
ë Anh vµ Ên §é cã c¶ nh÷ng C«ng ty chuyªn s¶n xuÊt, kinh doanh c¸c chÊt
s¬n khu«n ®óc nh− Foseco International Lt® Ên §é, Feseco mould coating Ceramol
Anh. Mét sè lo¹i s¬n khu«n ®óc cña Trung Quèc, §µi Loan, Hµn Quèc, óc, Anh, Ên
§é .v.v. H·ng FOSECO (Anh, Ên §é, Th¸i Lan) ®· cung cÊp trªn thÞ tr−êng ViÖt
Nam chÊt s¬n khu«n DM cã tû träng 1,6 g/ml dïng ®Ó s¬n khu«n ®óc gang. ChÊt
s¬n khu«n L.E.N cã tû träng 1,6 g/ml dïng cho s¬n khu«n ®óc thÐp mangan cao.
ChÊt s¬n khu«n Z cã tû träng 2,0 g/ml dïng cho thÐp hîp kim. H·ng TÕ Nam -
Trung Quèc cã c¸c lo¹i s¬n khu«n nh− sau (xem b¶ng 2):
4
B¶ng 2, C¸c lo¹i chÊt s¬n khu«n ®óc cña h·ng TÕ Nam - Trung Quèc
Ký hiÖu
Thµnh
phÇn
FA 407
GraphÝt
FQ 607L
GraphÝt + Zec«ni
Zec«ni
FAH 500 FAH 580 FAT 290
B«xÝt
Manhªzi
chÝnh
Tû träng
g/cm3
1,15 - 1,35
1,10 - 1,30 1,60 - 2,00 1,40- 1,80 1,40-1,80
Dïng cho Gang vµ kim Gang cì
khu«n ®óc lo¹i mµu lín
ThÐp
ThÐp vµ
gang
ThÐp Mn
ë NhËt, Sec vµ c¸c n−íc §«ng ¢u kh¸c, chÊt s¬n khu«n ®óc s¶n xuÊt ra ph¶i
®¸p øng c¸c yªu cÇu chÊt l−îng kh¾t khe cho tõng lo¹i gang hoÆc thÐp hîp kim.
NhiÒu lo¹i s¬n khu«n ®óc ®· ®−îc nhËp vµo ViÖt Nam, nh−ng do vËt liÖu lµm
khu«n vµ ®iÒu kiÖn c«ng nghÖ ®óc cña ViÖt Nam cã kh¸c, kÓ c¶ ®iÒu kiÖn kinh tÕ,
nªn mét sè lo¹i ®· kh«ng ®¸p øng.
Nãi chung trªn thÕ giíi c¸c lo¹i hçn hîp s¬n khu«n ®óc gang thÐp hîp kim
®· ®i vµo s¶n xuÊt æn ®Þnh vÒ chÊt l−îng vµ cã thÞ tr−êng rÊt lín.
1.1.2. T×nh h×nh nghiªn cøu ë trong n−íc.
C¸c gang vµ thÐp hîp kim cr«m, mangan chÞu mµi mßn th−êng h×nh thµnh
c¸c «xýt cr«m, mangan (kiÒm tÝnh) khi ®óc vµo c¸c lo¹i khu«n c¸t silic (tÝnh axÝt)
sÏ g©y ra ph¶n øng gi÷a c¸c «xýt víi nhau t¹o ra xØ (MnO.SiO2) ë nhiÖt ®é thÊp vµ
lµm dÝnh b¸m c¸t, xØ vµo s¶n phÈm ®óc, lµm háng bÒ mÆt s¶n phÈm. §Ó lo¹i bá
dÝnh b¸m c¸t, xØ cÇn ph¶i dïng c¸c chÊt s¬n khu«n ®óc.
C¸c xÝ nghiÖp ®óc ë ViÖt Nam nh− C«ng ty C¬ khÝ Hµ Néi, Mai §éng, TrÇn
H−ng §¹o ®· sö dông c¸c lo¹i c¸t ®óc míi vµ chÊt l−îng nh− furan.v.v.. nh−ng
®ang gÆp nhiÒu khã kh¨n ®Ó ®¹t ®−îc chÊt l−îng bÒ mÆt s¶n phÈm dÉn ®Õn gi¶m
chÊt l−îng vµ t¨ng phÕ phÈm.
§Ó xö lý ch¸y c¸t, dÝnh b¸m khu«n, n©ng cao chÊt l−îng, gi¶m phÕ phÈm
®óc, nhiÒu xÝ nghiÖp nh− C«ng ty C¬ khÝ Hµ Néi ®· ph¶i nhËp chÊt s¬n khu«n cña
n−íc ngoµi.
ViÖn Khoa häc VËt liÖu ®· cã nghiªn cøu th¨m dß chÕ t¹o hçn hîp s¬n
khu«n cr«mÝt tõ n¨m 2004, do nhu cÇu cña c¸c nhµ m¸y ®óc cña C«ng ty 1 thµnh
viªn Mai §éng, C¬ khÝ Hµ Néi, C«ng ty C¬ khÝ TrÇn H−ng §¹o, C«ng ty C¬ khÝ
x©y dùng sè 7, Liªn Ninh, C«ng ty C¬ khÝ x©y dùng sè 5 T©y Mç, C«ng ty C¬
khÝ §«ng Anh .v.v.. VÊn ®Ò nghiªn cøu nµy ®· cã mét sè kÕt qu¶ ®−îc nhµ m¸y
chÊp nhËn, song cßn mét sè vÊn ®Ò c«ng nghÖ ch−a thÓ th¸o gì ®−îc nh− t¹o ®é
bÒn nhiÖt æn ®Þnh vµ lo¹i bá khÝ trong chÊt s¬n khu«n ®óc .v.v. ViÖn Khoa häc
VËt liÖu ®· x©y dùng 1 d©y chuyÒn c«ng nghÖ chÕ t¹o bét ®i tõ nghiÒn, tuyÓn, röa
vµ nghiÖn mÞn, t¹o c¸c hçn hîp lµm bét ®óc, bét s¬n khu«n víi c«ng suÊt tíi vµi
tÊn ngµy. Trong thêi gian qua x−ëng ®· chÕ hµng tÊn bét s¬n khu«n cr«mÝt cã ®é
mÞn h¹t tíi 15 µm cho nhiÒu xÝ nghiÖp sö dông nh− C«ng ty Mai §éng, C¬ khÝ
5
19-5 H¶i Phßng..v.v.
HiÖn nay ®Ó s¶n xuÊt c¸c chi tiÕt m¸y b»ng gang, thÐp hîp kim chÊt l−îng
cao phôc vô xuÊt khÈu phÇn lín ph¶i dïng lß ®iÖn; t−êng lß manhªzi sau mét chu
kú ch¹y t−êng lß ®−îc th¸o dì th¶i bá, th¶i. Mét sè xÝ nghiÖp lín ë khu Gang thÐp
Th¸i Nguyªn ®· thu håi, nghiÒn, xay lµm bét ®Çm lß hoÆc pha chÕ t¹o v÷a tr¸t
lß...
Trong thêi gian tr−íc vµ sau Héi nghÞ ®óc Ch©u ¸ lÇn thø 9 (AFC-9) ®−îc
tæ chøc t¹i Hµ Néi n¨m 2005 tËp ®oµn FOSECO Th¸i Lan, óc, Ên §é ®· ®−a vµo
ViÖt Nam mét l−îng lín c¸c lo¹i bét s¬n khu«n, cã lo¹i theo hÖ manhªzi.
C¸c c«ng ty nh− C¬ khÝ Hµ Néi, B¬m H¶i D−¬ng..... ph¶i nhËp c¸c hçn hîp
s¬n khu«n tõ n−íc ngoµi vÒ víi gi¸ thµnh rÊt ®¾t; cã lo¹i tíi 1,6 USD/kg.
ViÖn C«ng nghÖ x¹ hiÕm ®· cã nhiÒu n¨m nghiªn cøu vµ ®· chÕ t¹o ®−îc
chÊt s¬n khu«n zec«ni. §©y lµ hçn hîp s¬n khu«n ®óc cã thµnh phÇn chñ yÕu lµ
silic¸t zec«ni.
ViÖc nghiªn cøu chÕ t¹o, sö dông bét manhªzi hoÆc cr«mmanhªzi ®· qua
thµnh lß, ®−îc nghiÒn tuyÓn, t¸ch läc t¹o bét mÞn tíi 15 µm lµm hçn hîp s¬n
khu«n th× sÏ ®¹t chÊt l−îng cao vµ thay thÕ ®−îc hçn hîp chÊt s¬n khu«n ph¶i
nhËp ngo¹i víi thÞ tr−êng tiªu thô rÊt nhiÒu.
1.2. C¬ së lý luËn ®Ó nghiªn cøu ®Ò tµI
1.2.1. HiÖn t−îng ch¸y dÝnh c¸t ë vËt ®óc
Ch¸y b¸m dÝnh c¸t ë vËt ®óc lµ mét hiÖn t−îng th−êng x¶y ra trong qu¸ tr×nh
s¶n xuÊt. C¸c chi tiÕt lín, thµnh dµy, ®óc rãt ë nhiÖt ®é cao, ch¸y dÝnh b¸m c¸t xuÊt
hiÖn trªn bÒ mÆt vËt ®óc, lµ sù dÝnh b¸m v÷ng ch¾c gi÷a vËt liÖu lµm khu«n víi bÒ
mÆt vËt ®óc, do kÕt qu¶ c¸c qu¸ tr×nh nhiÖt häc, c¬ häc vµ ho¸ lÝ x¶y ra trong giai
®o¹n ®óc rãt kim lo¹i, ®«ng ®Æc vµ lµm nguéi vËt ®óc. Ng−êi ta chia ra hai d¹ng
ch¸y b¸m dÝnh c¸t lµ ch¸y dÝnh c¸t c¬ häc vµ ho¸ häc.
1.2.1.1. Ch¸y dÝnh b¸m c¸t c¬ häc
Ch¸y dÝnh b¸m c¸t c¬ häc ®−îc t¹o thµnh do kÕt qu¶ cña hiÖn t−îng kim lo¹i
láng len lái chiÕm chç c¸c lç nhá gi÷a c¸c h¹t c¸t trong hçn hîp lµm khu«n.
Trªn mÆt vËt ®óc xuÊt hiÖn mét líp gåm c¸c h¹t c¸t bÞ kim lo¹i liªn kÕt l¹i.
Líp ch¸y dÝnh b¸m c¸t khã t¸ch nµy lµm cho kim lo¹i thÊm vµo c¸c lç nhá cña
khu«n d−íi t¸c dông cña lùc mao dÉn vµ cét ¸p lùc cña kim lo¹i láng. Sù thÊm kim
lo¹i vµo c¸c lç nhá cña khu«n chØ x¶y ra nÕu ¸p suÊt tÜnh cña kim lo¹i v−ît qu¸ ¸p
suÊt mao dÉn. Thùc tÕ cho thÊy sù ch¸y b¸m dÝnh c¸t c¬ häc xuÊt hiÖn ë nh÷ng
vïng cña khu«n bÞ kim lo¹i láng nung nãng m¹nh nhÊt (thµnh dµy, r·nh dÉn...), c¸c
gãc, c¸c lç bªn trong do kh«ng ®−îc gi· chÆt (thµnh ®øng, s©u...). §Ó ng¨n ngõa sù
6
ch¸y dÝnh c¸t c¬ häc, bÒ mÆt khu«n ®óc ph¶i ®−îc s¬n phñ ®Ó lµm gi¶m ®é xèp cña
líp bÒ mÆt khu«n, bÞt kÝn c¸c lç hë gi÷a c¸c h¹t c¸t, lµm nh½n bÒ mÆt khu«n.
1.2.1.2. Ch¸y dÝnh b¸m c¸t ho¸ häc
Sù ch¸y dÝnh b¸m c¸t ho¸ häc th−êng xuÊt hiÖn ë c¸c vËt ®óc gang, thÐp, do
kÕt qu¶ cña c¸c qu¸ tr×nh ho¸ lÝ x¶y ra khi ®óc rãt gang, thÐp láng v¸o khu«n c¸t.
ChÊt ch¸y dÝnh b¸m c¸t ë vËt ®óc lµ nh÷ng hîp chÊt ho¸ häc, lµ s¶n phÈm cña ph¶n
øng gi÷a c¸c «xýt kim lo¹i víi c¸t lµm khu«n.
Khi rãt gang, thÐp láng vµo khu«n c¸t, trªn bÒ mÆt kim lo¹i láng t¹o thµnh
mét líp s¾t «xýt (FeO) cã nhiÖt ®é nãng ch¶y thÊp, líp «xýt nµy dÔ dµng thÊm −ít
bÒ mÆt c¸c h¹t c¸t vµ d−íi t¸c dông cña ¸p suÊt mao dÉn cã thÓ thÈm thÊu s©u vµo
trong c¸c lç khu«n t¸c dông víi c¸c h¹t c¸t, t¹o ra nh÷ng hîp chÊt láng dÔ ch¶y vµ
di ®éng, cã thÓ thÊm s©u vµo trong khu«n nh− c¸c silicat s¾t, mangan …theo c¸c
ph¶n øng sau:
/ Fe /
+ 1/2 O2(g)
=
=
=
=
=
( FeO)
( FeO.SiO2)
( MnO )
( MnO.SiO2)
( MgO.SiO2)
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
( FeO ) + ( SiO2)c¸t
/ Mn / + 1/2O2(g)
( MnO ) + ( SiO2)c¸t
( MgO ) + ( SiO2)c¸t
L−îng «xýt kim lo¹i trong líp ch¸y dÝnh c¸t nhiÒu th× líp nµy cã cÊu t¹o v«
®Þnh h×nh d¹ng kÝnh vµ dÔ t¸ch ra khái vËt ®óc. Líp ch¸y dÝnh c¸t nµo cã l−îng
«xýt kim lo¹i kh«ng nhiÒu l¾m th× cã cÊu t¹o tinh thÓ vµ khã t¸ch khái bÒ mÆt vËt
®óc.
ChÊt l−îng bÒ mÆt cña chi tiÕt gang, thÐp ®óc; ®Æc biÖt lµ thÐp hîp kim
cr«m mangan bÒn nhiÖt, chÞu mµi mßn phô thuéc nhiÒu ë líp mµng ng¨n c¸ch
gi÷a khu«n c¸t vµ chi tiÕt ®óc. Nguyªn t¾c lµ gang, thÐp láng trong khu«n ®óc
ph¶i ®−îc ng¨n c¸ch víi khu«n b»ng mét líp chÊt hçn hîp s¬n phñ; nã lµ c¬ së
ng¨n c¸ch biªn, ng¨n ngõa c¸c ph¶n øng ch¸y trªn biªn gang, thÐp láng-khu«n c¸t.
C¸c thÐp CrNi, CrNiMo, CrMn, Mn th−êng ®−îc ®óc ë nhiÖt ®é cao sÏ lµm
ch¶y c¸t SiO2 , v× nhiÖt ®é ch¶y cña nã kho¶ng gÇn 1723OC. Trªn c¬ së nhËn biÕt
nµy, ph¶i t×m ra mét hçn hîp s¬n phñ cã nhiÖt ®é nãng ch¶y cao h¬n. NhiÖt ®é
nãng ch¶y cña c¸c chÊt ZrO2SiO2 lµ 1900-1995OC, MgO lµ 1900oC, Al2O3 lµ
2030OC.
Hçn hîp s¬n khu«n manhªzi sÏ thùc hiÖn chøc n¨ng lµ mµng ng¨n c¸ch
7
chèng ch¶y, dÝnh b¸m c¸t vµo chi tiÕt ®óc (xem minh ho¹ trªn h×nh 1)
Khu«n ChÊt s¬n khu«n s ilic¸t Ph¶n øng ch¸y c¸t
Giät thÐp láng
Giät xØ láng
Kh«ng ph¶n øng ch¸y c¸t
ChÊt s¬n khu«n bÒn nhiÖt (manhªzi)
Giät thÐp láng
Giät thÐp láng
H×nh 1, S¬ ®å minh ho¹ chÊt s¬n khu«n bÒn nhiÖt, chèng dÝnh b¸m
c¸t vµo vËt ®óc cã so s¸nh víi chÊt s¬n khu«n silic¸t
C¸t SiO2 cã cÊu tróc d¹ng tø diÖn t©m lµ Si4+, bèn ®Ønh lµ O2- Khèi l−îng
riªng 2.5 ~2.8 g/ cm3, nhiÖt ®é nãng ch¶y lµ 17130C. C¸t silic th−êng cã mµu tr¾ng
phô thuéc vµo ion kim lo¹i hÊp thô trªn bÒ mÆt h¹t c¸t. C¸t silic khi nung nãng cã
tÝnh chuyÓn biÕn thï h×nh kÌm theo sù thay ®æi thÓ tÝch (xem h×nh 2):
βqu¾c ë 573o C αqu¾c ë 870oC α Tridimit ë 1470oC α Cristobenit ë 1713o C láng
γ
163oC
230oC
βTridimit
βCristobenit
117oC
γTridimit
117oC
H×nh 2, S¬ ®å chuyÓn biÕn thï h×nh cña c¸t silic
8
Sù thay ®æi gãc trong « m¹ng dÉn ®Õn h×nh d¹ng thï h×nh cña SiO2 thay ®æi
vµ biÕn ®æi thÓ tÝch nh− sau: βq α qt¨ng 0,2%, γt βT t¨ng 0,2%,
βC α C t¨ng 3,7%, α q α T t¨ng 0,2%, α T α C t¨ng 16%, α q V« ®Þnh h×nh
t¨ng 15,4%.
ViÖc chuyÓn biÕn thï h×nh ®Õn cristobenÝt kÌm theo sù thay ®æi thÓ tÝch khi
nung nãng sÏ dÉn ®Õn nøt d¹n khu«n c¸t lµm cho thÐp thÊm vµo khu«n. §Ó khèng
chÕ cÇn ph¶i cã chÊt s¬n phñ chÞu nhiÖt.
Nh− vËy ®Ó ng¨n ngõa ph¶n øng ch¸y dÝnh b¸m c¸t ho¸ häc trªn bÒ mÆt vËt
®óc, ph¶i s¬n phñ lªn mÆt khu«n mét líp s¬n cã ®é chÞu nhiÖt cao, cã tÝnh tr¬ ho¸
häc nh− manhªzi (MgO), b«xÝt (Al2O3), cr«mit, zec«ni (ZrSiO4).
1.2.2. Chøc n¨ng cña líp s¬n phñ bÒn c¬, bÒn nhiÖt
Líp s¬n phñ trªn mÆt khu«n c¸t t¹o ra líp mµng ng¨n c¸ch gi÷a kim lo¹i
láng vµ khu«n. Líp mµng ng¨n c¸ch nµy kh«ng cho phÐp kim lo¹i láng lµm ch¶y
c¸t; cã nghÜa lµ líp s¬n phñ ph¶i cã nhiÖt ®é nãng ch¶y cao h¬n nhiÖt ®é cña kim
lo¹i láng.
Líp s¬n phñ kh«ng t¹o bät khÝ c¬ häc ®Ó vì, næ lµm thñng mµng vµ th©m
nhËp khÝ vµo kim lo¹i láng. §iÒu nµy chØ ®¸p øng khi líp mµng ®−îc t¹o ra tõ
nh÷ng hçn hîp cùc mÞn (<20 µm) míi phun phñ ®−îc, chø kh«ng ph¶I s¬n quÐt
b»ng chæi nh− ph−¬ng ph¸p cæ ®iÓn. Còng nhê cì h¹t hçn hîp bét cùc mÞn míi
t¹o ra ®−îc cÊu tróc líp s¬n phñ xÝt chÆt, bÒn ch¾c.
§Ó lµm tèt lªn tÝnh chÞu nhiÖt cña cña hçn hîp s¬n phñ cÇn ph¶i:
-T¨ng ®é xÝt chÆt cña líp mµng, kh«ng bÞ d¹n nøt c¬ häc ®Æc biÖt lµ nh÷ng
chç sung yÕu.
- T¨ng ®é bÒn chèng xãi mßn nãng, n©ng cao ®é chèng ¨n mßn vµ bµo mßn
khi nung lªn nhiÖt ®é cao.
- T¨ng ®é dÝnh kÕt víi khu«n ®óc, tr¸nh bong rép vµ t¹o hæng khÝ ë nhiÖt
®é kim lo¹i láng.
§Ó t¨ng ®é xÝt chÆt kh«ng d¹n nøt c¬ häc ph¶i tiÕn hµnh pha trong dung
m«i thÝch hîp t¹o gel huyÒn phï, cã ®é co ë nhiÖt ®é cao thÊp vµ kh«ng nh¹y
ph©n huû nhiÖt. Cô thÓ ë ®©y lµ nÕu kh«ng cã dung m«i t¹o gel huyÒn phï thÝch
hîp th× khi c¸t chuyÓn ho¸ cristobenÝt sÏ t¨ng thÓ tÝch khèi, phång rép lªn vµ ph¸
thñng mµng s¬n phñ.
ViÖc n©ng cao ®é bÒn chèng xãi mßn, bµo mßn vµ ¨n mßn c¬ häc cÇn ph¶i
b¶o ®¶m ®−îc kh¶ n¨ng dÝnh kÕt tèt vµ æn ®Þnh ë nhiÖt ®é cao nhÊt, dung m«i, kÕt
dÝnh nµy còng ph¶i cã nhiÖt ®é nãng ch¶y cao. §©y lµ vÊn ®Ò khã, v× r»ng nh÷ng
dung m«i kÕt dÝnh th«ng th−êng nh− n−íc, cån chØ æn ®Þnh ë nhiÖt ®é thÊp xem
h×nh 3.
9
8
6
4
2
DÇu kèc OF-1
AxÝt ph«tsphoric
200 400 600 800
H×nh 3, §é bÒn c¬ æn ®Þnh ë nhiÖt ®é cña c¸c dung m«i pha
Nh− vËy chÊt t¹o gel kÕt dÝnh tèt nhÊt lµ axÝt phètsphoric. §Ó tèt h¬n n÷a
cÇn cã chÊt dÝnh kÕt chÞu nhiÖt ®ã lµ bent«nÝt cao alumi vµ cã ®é nhít cao.
Trong nhiÒu tr−êng hîp hçn hîp c¸t lµm khu«n cã chøa c¸c chÊt h÷u c¬
lµm dÔ dµng t¹o ra m«i tr−êng khÝ theo c¸c ph¶n øng sau:
C + CO2 = 2CO,
C + 2H2 = CH4,
(6)
(7)
M«i tr−êng chøa CO2, CO, CH4 lµ m«i tr−êng «xy ho¸ khö, nã phô thuéc
vµo thÕ c¸c bon vµ nh− vËy c¸c bon sÏ tõ pha khÝ chuyÓn vµo kim lo¹i láng vµ
c¸c bon ho¸ bÒ mÆt chi tiÕt ®óc lµm xuÊt hiÖn dung dÞch c¸c bon trong s¾t /C/Fe
hoÆc Fe3C.
γ
V× vËy hçn hîp s¬n phñ khu«n ®óc cÇn ®¸p øng viÖc t¹o ra mµng ng¨n c¸ch
bÒn nhiÖt, xÝt ch¾c, kh«ng nøt, kh«ng bong rép, máng mÞn cã ®é nãng ch¶y cao
vµ chèng ®−îc xãi mßn, bµo mßn vµ ¨n mßn «xy ho¸ khö.
Hçn hîp s¬n khu«n ph¶i cã ®é mÞn nhÊt, dÔ dµng t¹o ra thÓ huyÒn phï
trong dung m«i bÒn nhiÖt ®Ó cã thÓ phun phñ líp máng, bãng nh½n….
HÖ sè tèc ®é biÕn ®æi nhiÖt khi nung ®−îc diÔn ®¹t nh− sau:
σ.a
K =
(m2.OC/h) (8)
E.α
ë ®©y: σ lµ ®é bÒn c¬ ë nhiÖt ®é tiÕn hµnh (kp/cm2)
α lµ hÖ sè d·n në nhiÖt
a lµ ®é dÉn nhiÖt
E lµ m«®un ®µn håi
(-/OC)
(m2/h)
(kp/cm2)
10
Nh− vËy lµ nÕu thay ®æi m«®un ®µn håi nhá ®i th× tû sè σ/E sÏ t¨ng lªn vµ
sÏ lµm thay ®æi theo c¶ hÖ sè tèc ®é biÕn ®æi nhiÖt; lµm tèt lªn ®é bÒn nhiÖt cña hçn
hîp.
ViÖc pha chÕ hçn hîp s¬n khu«n ®óc tøc lµ ph©n t¸n c¸c h¹t vËt liÖu chÞu
nhiÖt trong dung m«i kÕt dÝnh t¹o thµnh mét dung dÞch huyÒn phï cã ®é nhít vµ
tû träng cÇn thiÕt, sao cho khèi dung dÞch ®ång nhÊt, sù sa l¾ng ®«ng tô chËm
xuÊt hiÖn ®Ó sau khi pha chÕ viÖc quÐt, nhóng..., s¬n khu«n ®ång ®Òu vµ dÔ dµng.
ChÊt s¬n khu«n chÊt l−îng tèt, sö dông ®−îc hoµn toµn.
Trong c¸c dung dÞch hÖ ph©n t¸n (h¹t r¾n trong chÊt láng) cã c¸c h¹t víi
khèi l−îng t−¬ng ®èi lín, d−íi t¸c dông cña søc hót tr¸i ®Êt chóng bÞ sa l¾ng. NÕu
nh− c¸c h¹t chÊt ph©n t¸n ®ñ lín, ®ñ nÆng th× sau mét thêi gian tÊt c¶ bÞ kÕt tña (hÖ
ph©n t¸n th«). §èi víi c¸c hÖ cã ®é ph©n t¸n cao h¬n (c¸c h¹t nhá h¬n) sÏ tån t¹i
mét tr¹ng th¸i ph©n bè c©n b»ng cña c¸c h¹t theo ®é cao.
XÐt mét hÖ ph©n t¸n trong ®ã c¸c h¹t ph©n t¸n cã khèi l−îng hiÖu dông lµ m.
Mçi h¹t chÞu mét lùc hót cña träng tr−êng, h¹t sÏ sa l¾ng víi vËn tèc U kh«ng ®æi
khi träng lùc b»ng lùc ma s¸t gi÷a h¹t vµ m«i tr−êng, nghÜa lµ:
m. g = B. U
Trong ®ã: g: Gia tèc träng tr−êng
B: HÖ sè ma s¸t gi÷a h¹t vµ m«i tr−êng
(9)
U: VËn tèc sa l¾ng
Nh− vËy:
m.g
U =
(10)
B
Khèi l−îng hiÖu dông cña h¹t trong m«i tr−êng ®−îc hiÓu lµ khèi l−îng
t−¬ng ®èi cña h¹t khi cã lùc ®Èy Archimed.
m = V ( ρ - ρ o)
(11)
Trong ®ã: V: ThÓ tÝch
ρ ; ρ o khèi l−îng riªng cña h¹t vµ cña m«i tr−êng.
§èi víi c¸c hÖ huyÒn phï kÐm bÒn ®éng häc, chóng ta cã thÓ dÔ dµng x¸c
®Þnh ®−îc kÝch th−íc h¹t ph©n t¸n dùa vµo sù theo dâi vËn tèc sa l¾ng. VËn tèc sa
l¾ng thiÕt lËp theo biÓu thøc tõ (14,15,16).
V (ρ − ρ)g
U=
(12)
B
NÕu coi c¸c h¹t lµ h×nh cÇu cã b¸n kÝnh r, ph©n bè trong m«i tr−êng cã ®é
nhít lµ η th× :
4
3
r .
π
V=
(13)
3
vµ
B = 6πη r
(14)
11
2r2 (ρ − ρ0 )
9η
Thay vµo (17) ta cã: U =
(15)
Nh− vËy vËn tèc sa l¾ng tû lÖ thuËn víi b×nh ph−¬ng kÝch th−íc h¹t, víi ®é
chªnh lÖch khèi l−îng riªng gi÷a chÊt ph©n t¸n vµ m«i tr−êng ph©n t¸n, tû lÖ
nghÞch víi ®é nhít cña m«i tr−êng.
Khi biÕt vËn tèc sa l¾ng trong mét hÖ ph©n t¸n cho tr−íc, ta cã thÓ x¸c ®Þnh
kÝch th−íc h¹t ph©n t¸n.
9ηu
2(ρ − ρ0 )g
r =
(16)
BiÓu thøc (19) ®−îc ¸p dông cho c¸c huyÒn phï trong n−íc víi kÝch th−íc
h¹t trong kho¶ng tõ 0,1 ®Õn 100 µm.
Trong tr−êng hîp nµy vËn tèc sa l¾ng kh«ng ®æi vµ rÊt nhá.
§èi víi kÝch th−íc h¹t lín h¬n 100µm chóng sÏ bÞ sa l¾ng víi gia tèc nhÊt
®Þnh vµ bÞ kÕt tña hoµn toµn theo thêi gian.
Trong c¸c hÖ ®¬n ph©n t¸n, vËn tèc sa l¾ng nh− nhau nªn sù l¾ng trong x¶y
ra ®ång ®Òu. Cã thÓ x¸c ®Þnh vËn tèc sa l¾ng theo bÒ mÆt ph©n chia líp huyÒn phï
®−îc ë phÝa d−íi vµ líp dung m«i trong suèt ë phÝa trªn .
H
U =
(17)
t
Trong hÖ ®¬n ph©n t¸n, vËn tèc sa l¾ng cã thÓ ®−îc x¸c ®Þnh khi theo dâi sù
sa l¾ng cña mét h¹t nµo ®ã trong hÖ b»ng kÝnh hiÓn vi.
Khi c¸c hÖ ®a ph©n t¸n l¾ng trong, bÒ mÆt líp sa l¾ng bÞ nhoÌ bëi v× c¸c h¹t
víi kÝch th−íc kh¸c nhau trong cïng mét thêi gian ®i ®−îc nh÷ng qu·ng ®−êng
kh¸c nhau. Cho nªn ph©n tÝch sa l¾ng chuyÓn thµnh x¸c ®Þnh vËn tèc tÝch tô cña kÕt
tña.
ChÊt s¬n khu«n yªu cÇu cã ®é h¹t 95% lät qua sµng 0,0063 mm (<100µm)
sÏ ®¶m b¶o dung dÞch tån t¹i ë tr¹ng th¸i huyÒn phï. Sù sa l¾ng cã thÓ x¶y ra
chËm kh«ng lµm gi¶m chÊt l−îng s¬n khu«n.
§é ®ång nhÊt dung dÞch ®−îc quan s¸t b»ng m¾t vµ kÝnh phãng ®¹i kiÓm
tra ®é ®ång nhÊt cña dung dÞch.
§é sa l¾ng lµ phÇn tr¨m chÊt s¬n khu«n bÞ l¾ng trong kho¶ng thêi gian x¸c
®Þnh tÝnh theo biÓu thøc:
H0 − Hn
x100
(18)
H0
Trong ®ã: - H0 : ChiÒu cao ban ®Çu dung dÞch s¬n.
- Hn : ChiÒu cao chÊt s¬n sau mét thêi gian (h)
- H0 - Hn : PhÇn n−íc trong
Víi chÊt s¬n khu«n, dung m«i dÔ bay h¬i, thêi gian quÐt s¬n cè g¾ng ng¾n
nhÊt, tuy nhiªn thao t¸c s¬n khu«n b»ng tay kh«ng thÓ nhanh nªn ®é sa l¾ng tÝnh
kho¶ng thêi gian 1 giê hoÆc 2 giê. Dung dÞch s¬n khu«n cã ®é sa l¾ng nhá sÏ ®¶m
12
b¶o kh«ng bÞ ph©n líp, chÊt s¬n trong dung dÞch ë d¹ng huyÒn phï ®ång nhÊt. §é
sa l¾ng cßn ®−îc ®¸nh gi¸ b»ng thÓ vÈn cña dung dÞch (%) trong kho¶ng thêi gian:
Hn
x100
(19)
H0
Trong ®ã: - Hn chiÒu cao chÊt huyÒn phï sau thêi gian (h)
- Ho chiÒu cao ban ®Çu cña dung dÞch s¬n
1.2.3. Nh÷ng ®Æc tÝnh cña dung m«i vµ chÊt kÕt dÝnh trong hçn hîp
s¬n khu«n
1.2.3.1. Dung m«i
R−îu ªtylic (ªtanol) C2H5OH lµ chÊt láng kh«ng mÇu, s«i ë nhiÖt ®é 78,3oC.
Trong dung dÞch n−íc, nång ®é r−îu ªtylÝc ®−îc biÓu diÔn b»ng phÇn tr¨m thÓ tÝch
gäi lµ ®é. R−îu ªtylÝc tinh cÊt sÏ thu ®−îc r−îu 95,5%. Th−êng gäi lµ cån 96o, cã
lo¹i dïng trong c«ng nghiÖp vµ lo¹i s¹ch tuyÖt ®èi dïng trong y tÕ.
R−îu nhÑ h¬n n−íc cã tû träng ρ =0,8 g/cm3. R−îu lµ chÊt trung tÝnh, kh«ng
ph©n li thµnh c¸c ion. R−îu cån dÔ bay h¬i cã mïi th¬m nªn cßn gäi lµ cån th¬m,
nÕu tiÕp xóc nhiÒu dÔ bÞ g©y ¶nh h−ëng ®Õn søc khoÎ, khi b¶o qu¶n cÊt gi÷ ph¶i
®ùng trong thïng cã n¾p ®Ëy kÝn, ®Ó n¬i tho¸ng m¸t, xa nguån ph¸t löa.
Khi ch©m löa r−îu sÏ bÞ «xy ho¸ - ch¸y theo ph¶n øng:
C2H5OH + 3O2
→
2CO2 + 3H2O
(20)
Ph¶n øng ch¸y to¶ nhiÖt lín lµm n−íc bèc h¬i vµ khu«n ®óc ®−îc sÊy nãng.
R−îu ªtylic là dung m«i hoµ tan nhùa th«ng dïng trong chÊt s¬n khu«n.
R−îu lµ dung m«i hoµ tan chÊt dÝnh vµ lµm thay ®æi (t¨ng hoÆc gi¶m) nång ®é
dung dÞch s¬n khu«n lµm tho¶ m·n nhu cÇu cña c«ng nghÖ s¬n khu«n b»ng ph−¬ng
ph¸p quÐt, nhóng hoÆc phun v.v...
T«luen cã c«ng thøc C6H5CH3 cßn gäi lµ mªtyl benzen lµ chÊt láng cã mïi
®Æc tr−ng gièng mïi benzen, s«i ë 1100C cã tû träng < 0,8g/ml.
Xylen cã c«ng thøc lµ C6H4(CH3)2 cßn gäi lµ ®imªtyl benzen lµ chÊt láng cã
mïi h¾c nh− x¨ng vµ dÇu ho¶, dÔ bay h¬i, dÔ b¾t löa.
X¨ng gåm c¸c bua hy®r« no d¹ng m¹ch nh¸nh vµ c¸c bua hy®r« nh©n
benzen cã c«ng thøc C8H18 (isooctan) vµ C6H5CH3 (mªtyl benzen).
Theo tiªu chuÈn ASTM th× x¨ng trªn thÞ tr−êng cung cÊp cho ®éng c¬ lµ
MOGAS 90; 92; 95. Sè «ctan t−¬ng øng lµ 90, 92 vµ 95. Trong thµnh phÇn cña
x¨ng cã c¸c nguyªn tè chñ yÕu lµ C vµ H khi bÞ ch¸y sÏ to¶ nhiÖt vµ tu©n theo c¸c
ph−¬ng tr×nh ph¶n øng :
C + O2 = CO2
2H2 + O2 = 2H2O
(21)
X¨ng, dÇu ho¶ ®Òu lµ s¶n phÈm ®−îc ch−ng cÊt tõ dÇu má cã tû träng
ρ=0,65-0,8g/cm3, dÔ bay h¬i, dÔ b¾t löa, cã mïi khã chÞu.
13
1.2.3.2. ChÊt kÕt dÝnh
Nhùa th«ng ®−îc dïng lµm chÊt kÕt dÝnh trong hçn hîp s¬n khu«n. Nhùa
th«ng ë d¹ng côc cã mµu vµng hoÆc n©u, t−¬ng ®èi gißn, dÔ ®Ëp vì, cã thÓ nghiÒn
nhá h¹t mÞn, cã mïi th¬m ®Æc tr−ng, nãng ch¶y ë 75- 135oC kh«ng hoµ tan trong
n−íc, hoµ tan trong mét sè dung m«i h÷u c¬ nh− r−îu, cån, toluen, xylen, x¨ng,
dÇu ho¶, v.v...t¹o thµnh dung dÞch dÔ b¾t löa vµ dÔ ch¸y. Nhùa th«ng trong hçn hîp
s¬n khu«n víi vai trß chÊt kÕt dÝnh, khi ®ã dung dÞch s¬n khu«n cã thÓ tù kh« hoÆc
ch©m löa ®èt ch¸y ®Ó sinh nhiÖt lµm kh« nhanh líp s¬n ë mÆt khu«n. §iÒu kiÖn kü
thuËt cña nhùa th«ng ®−îc cho they trªn b¶ng 3.
B¶ng 3, §iÒu kiÖn kü thuËt cña nhùa th«ng
C¸c ®Æc tÝnh kü thuËt
Ngo¹i quan
ChØ tiªu
côc mÇu vµng nh¹t, hoÆc n©u ®ôc
Tû träng g/cm3
Hµm l−îng n−íc %
§é tro%
ChÊt kh«ng hoµ tan %
T¹p chÊt
NhiÖt ®é biÕn mÒm oC
1,07 – 1,09
< 0,5%
< 0,07
< 10
<0,1
≥ 52oC
Tèc ®é hoµ tan cña nhùa th«ng phô thuéc vµo ®é h¹t vµ lo¹i dung m«i pha
kh¸c nhau, xem b¶ng 4.
B¶ng 4, Tèc ®é hoµ tan cña nhùa th«ng
Dung m«i
R−îu
cån
X¨ng
92
DÇu ho¶
Xylen
Ghi chó
Tèc ®é hoµ Nhanh
tan
Trung
b×nh
1,5
ChËm
1,8
ChËm
2,5
Nhùa th«ng nghiÒn
nhá lät qua sµng
0,3mm
1
Nhùa th«ng tan trong cån kho¶ng 15-30 phót (tuú thuéc vµo ®é h¹t nhùa) c¸c d¹ng
dung m«i kh¸c chËm h¬n, do vËy khi pha chÕ chÊt s¬n ph¶i sau kho¶ng thêi gian 8-12 giê
míi sö dông ®Ó chÊt kÕt dÝnh tan hÕt. Nhùa th«ng cã mét sè vËt lÉn lµ chÊt kh«ng hoµ tan
(kho¶ng<10%) cÇn ph¶i hoµ tan trong dung m«i vµ lo¹i bá vËt lÉn tr−íc khi pha chÊt s¬n.
14
Nh×n chung hçn hîp s¬n khu«n ®óc cã c¸c t¸c dông nh− sau:
- Phßng chèng hiÖn t−îng ch¸y dÝnh b¸m c¸t ë vËt ®óc.
- T¨ng ®é bÒn vµ ®é chÞu nhiÖt cña líp bÒ mÆt tr¸nh cho khu«n kh«ng bÞ
bong t¬i, lë sôt c¸t.
- T¨ng ®é nh½n bÒ mÆt khu«n sÏ lµm t¨ng ®é nh½n bÒ mÆt vËt ®óc
Do vËy yªu cÇu kü thuËt ®èi víi chÊt s¬n khu«n lµ:
- ChÊt s¬n khu«n cã tÝnh chÞu nhiÖt cao, kh«ng g©y ph¶n øng ho¸ häc lµm
¶nh h−ëng ®Õn thµnh phÇn, tÝnh chÊt cña kim lo¹i láng khi ®óc rãt.
- Kh«ng biÕn ®æi thµnh phÇn, chÊt l−îng trong qu¸ tr×nh chÕ biÕn, cÊt gi÷,
s¬n phñ bÒ mÆt khu«n tr−íc khi rãt khu«n.
- B¶o ®¶m cì kÝch h×nh häc cña s¶n phÈm ®óc ®óng thiÕt kÕ.
- Líp s¬n phñ trªn mÆt khu«n nh½n, mÞn, bÒn kh«ng bÞ bong trãc thµnh líp
t¸ch khái mÆt khu«n, kh«ng bÞ r¹n nøt khi sÊy kh«, ®Ó nguéi vµ c¶ khi ®óc rãt kim
lo¹i láng vµo khu«n.
- Cã tÝnh linh ®éng tèt, cã ®é nhít nhÊt ®Þnh ®Ó khi s¬n phñ kh«ng ®Ó l¹i
vÕt chæi quÐt hoÆc kh«ng t¹o thµnh vÖt ch¶y (giät) trªn bÒ mÆt khu«n sau khi s¬n.
ChÊt s¬n khu«n ®óc ph¶i t¹o ®−îc dung dÞch huyÒn phï ®Ó cã thÓ dÔ dµng quÐt,
phun lªn bÒ mÆt khu«n, lâi.
- ChÊt s¬n khu«n ph¶i cã hµm l−îng khÝ thÊp nhÊt, Ýt sinh khÝ ®Ó h¹n chÕ rç
khÝ ë vËt ®óc.
- ChÊt s¬n khu«n ®óc ph¶i kh« nhanh, cã tr−êng hîp tù ®èng cøng nhanh, dÔ
®èt, ch¸y nhanh t¹o cho líp s¬n phñ cã ®é bÒn ch¾c.
- ChÊt s¬n khu«n kh«ng chøa c¸c chÊt ®éc h¹i tíi søc khoÎ con ng−êi vµ g©y
« nhiÔm m«i tr−êng.
- ChÊt s¬n khu«n ®óc ph¶i cã tÝnh l−u biÕn tèt ®Ó ®¸p øng c¸c yªu cÇu ®ång
®Òu, kÝn khÝt vµ ®é dÇy, máng cña líp s¬n phñ tèi −u.
- ChÊt s¬n khu«n ®óc ph¶i cã tÝnh kinh tÕ khi sö dông, kh«ng dïng c¸c thµnh
phÇn vËt liÖu quÝ hiÕm ®Ó gi¸ thµnh h¹.
§Ó chÊt s¬n khu«n ®¹t ®−îc c¸c yªu cÇu trªn cÇn ph¶i gi¶i quyÕt nh÷ng vÊn
®Ò chñ yÕu sau.
a) VËt liÖu chÝnh (MgO) ph¶i cã ®é chÞu nhiÖt cao, nghiÒn mÞn víi ®é h¹t lät qua
sµng 0,0063mm ®¹t tíi 95%.
b) Dung dÞch pha chÕ hçn hîp s¬n khu«n ë tr¹ng th¸i huyÒn phï, cã ®é nhít η nhÊt
®Þnh vµ sù sa l¾ng xuÊt hiÖn chËm. ChÊt s¬n dÔ b¾t löa hoÆc tù kh« ®Ó cã ®é bÒn
cao.
c) C¸c nguyªn liÖu dïng pha chÕ cã s½n trong n−íc, thiÕt bÞ pha chÕ ®¬n gi¶n dÔ sö
dông vµ gi¸ thµnh thÊp.
15
PhÇn II, Néi dung vµ ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu
2.1. Ph−¬ng ph¸p vµ thiÕt bÞ nghiªn cøu ®Ò tµI
§Ò tµi ®· tiÕn hµnh thu thËp, ph©n tÝch, ®¸nh gi¸ th«ng tin, tµi liÖu, vËt liÖu
vÒ hçn hîp s¬n khu«n cña n−íc ngoµi nhËp vÒ ®ang sö dông ë c¸c nhµ m¸y ®óc
cña ViÖt Nam ®Ó lùa chän ®−îc thµnh phÇn hçn hîp s¬n khu«n hîp víi ®iÒu kiÖn
vËt liÖu, s¶n xuÊt cña ViÖt Nam.
ChÕ t¹o hçn hîp bét b»ng nghiÒn trén trªn m¸y nghiÒn 7,5 kW träng l−îng
200kg/mÎ nghiÒn (xem h×nh 4).
H×nh 4, ThiÕt bÞ nghiÒn chÕ t¹o bét MgO, 7,5 kW
NghiÒn trén hçn hîp ®−îc tiÕn hµnh trong m¸y nghiÒn trén 2,5 kW
10kg/mÎ (xem h×nh 5).
16
H×nh 5, ThiÕt bÞ nghiÒn, trén hçn hîp s¬n khu«n
§o kiÓm, ph©n tÝch ®é sa l¾ng hay thÓ vÈn theo thêi gian ®−îc cho thÊy trªn
h×nh 6). ThÓ vÈn cña hçn hîp s¬n khu«n ®¹t cµng lín th× cµng tèt.
Nghiªn cøu thÓ vÈn cña c¸c dung dÞch s¬n víi c¸c dung m«i lµ r−îu cån
(Rc) x¨ng A92; dÇu háa (Dh); xylen (Xi). C¸c kÕt qu¶ ®o kiÓm ®−îc cho thÊy ë
b¶ng trong phÇn sau.
H×nh 6, ThiÕt bÞ x¸c ®Þnh ®é sa l¾ng – thÓ vÈn theo thêi gian
17
Tû träng vµ khèi l−îng riªng cña dung dÞch hçn hîp s¬n khu«n ®−îc ®o b»ng
m
tû träng kÕ ë 200C hoÆc c©n khèi l−îng chia cho thÓ tÝch:
= ρ (g/cm3; g/ml)
v
hoÆc ®o b»ng B«mª kÕ (xem h×nh 7); cã kho¶ng ®é tõ 1,0 - 2,0, cã thÓ ®äc trªn
B«mª kÕ 0 – 70. C¸c kÕt qu¶ ®o kiÓm ®−îc cho thÊy ë b¶ng trong phÇn sau.
H×nh 7, ThiÕt bÞ ®o tû träng b»ng tû träng kÕ ë 200C
§é nhít cña hçn hîp s¬n khu«n ®−îc ®o b»ng nhít kÕ Engle; b»ng thêi gian
(s) ch¶y hÕt 200ml dung dÞch hçn hîp s¬n khu«n ra khái b×nh chuÈn ë 200C qua lç
∅4 hoÆc ∅5. ThÝ nghiÖm ®o ®é nhít cña hçn hîp s¬n khu«n víi bèn dung m«i
kh¸c nhau vµ so s¸nh víi n−íc s¹ch (xem h×nh 8)..
§é h¹t chÊt ph©n t¸n kh«ng ®ñ mÞn vµ qu¸ tr×nh pha chÕ kÐm ®ång ®Òu hoÆc vãn
côc lµm t¨ng ®é nhít, lµm chÊt s¬n khu«n kÐm linh ®éng (tÝnh l−u biÕn kÐm). H¹t
MgO ®· nghiÒn tuyÓn ®¹t cì h¹t 15 - 30 µm lµ ®iÒu kiÖn thÝch hîp ®Ó pha chÕ chÊt
s¬n khu«n ®¹t yªu cÇu chÊt l−îng. Trong hçn hîp cßn ph¶i cã thµnh phÇn chÊt phô
gia t¹o huyÒn phï. C¸c kÕt qu¶ ®o kiÓm ®−îc cho thÊy ë b¶ng trong phÇn sau.
18
H×nh 8, ThiÕt bÞ ®o ®é nhít Engle cña chÊt láng theo thêi gian
§é h¹t ®−îc ®o kiÓm qua bé sµng tiªu chuÈn.
Ph©n tÝch thµnh phÇn ho¸ b»ng ph−¬ng ph¸p ho¸ häc TCN 01/PTH/94-
TCN-II-HTNT/94 ë m¸y TQ(UV1201V), TQNL (Jenway-Anh) cã ®é nh¹y
0,01% t¹i phßng ph©n tÝch ho¸ häc cña Trung t©m ph©n tÝch thÝ nghiÖm ®Þa chÊt
vµ ph©n tÝch so s¸nh ë Phßng kh«ng kim lo¹i cña Trung t©m.
§é bÒn nÐn cña hçn hîp s¬n khu«n ®−îc ®o kiÓm trªn m¸y cña phßng thÝ
nghiÖm c¬ lý ®Êt ®¸ LAS-XD326, Trung t©m ph©n tÝch thÝ nghiÖm ®Þa chÊt.
Ph©n tÝch ®é bÒn ch¾c, xÝt chÆté vµ cÊu tróc cña líp hçn hîp s¬n khu«n
®−îc tiÕn hµnh theo ph−¬ng ph¸p vi ®iÖn tö quÐt mÆt g·y (fractograph -
SEM/EDS ) trªn m¸y JSM-6490, JEOL cña Trung t©m ®¸nh gi¸ h− háng vËt liÖu,
ViÖn Khoa häc VËt liÖu (xem h×nh 9).
19
H×nh 9, ThiÕt bÞ ph©n tÝch vi ®iÖn tö quÐt SEM , m¸y JSM 6490 cña h·ng JEOL
Ph©n tÝch chôp cÊu tróc tÕ vi líp bÒ mÆt s¶n phÈm (hçn hîp s¬n/kim lo¹i)
®Ó x¸c ®Þnh t¸c ®éng cña hçn hîp s¬n khu«n ®Õn cÊu tróc vµ chÊt l−îng bÒ mÆt
cña s¶n phÈm ®óc theo mÆt c¾t ngang trªn m¸y AXIOVERT 40 MAT cña Trung
t©m ®¸nh gi¸ h− háng vËt liÖu, ViÖn Khoa häc VËt liÖu (xem h×nh 10).
H×nh 10, KÝnh hiÓn quang häc AXIOVERT 40 MAT
20
Thö nghiÖm hçn hîp s¬n khu«n b»ng ph−¬ng ph¸p quÐt, phun lªn bÒ mÆt
khu«n, lâi vµ ®¸nh gi¸ chÊt l−îng bÒ mÆt s¶n phÈm ®óc sau ®ã chän ra chÊt s¬n
khu«n tèi −u cho ®óc gang cÇu vµ thÐp hîp kim cao (xem h×nh 11).
H×nh 11, Khu«n c¸t mÉu ®óc ®−îc s¬n b»ng ph−¬ng ph¸p quÐt
§é chÞu nhiÖt cña hçn hîp s¬n khu«n phô thuéc chñ yÕu vµo c¸c h¹t ph©n
t¸n trong hçn hîp s¬n khu«n; ®é chÞu nhiÖt cña vËt liÖu ph¶i cao h¬n nhiÖt ®é kim
lo¹i láng rãt vµo khu«n (gang 1250 -1350oC; thÐp 1450-1520oC...). Hçn hîp s¬n
khu«n th−êng dïng c¸c vËt liÖu chÞu löa cao nh− :
Silicat zec«ni
Cr«mit
B«xÝt
(ZrO2.SO2)
FeO.Cr2O3
Al203
: 1900oC
: 2180oC
: 2030oC
: 1900oC
Manhªzi
MgO
Thµnh phÇn h¹t cña c¸c hçn hîp s¬n khu«n lµ nh÷ng phÇn tö vËt liÖu kh«ng
nãng ch¶y vµ khuyÕch t¸n, th−êng lµ c¸c chÊt v« c¬ bÒn ho¸ häc ë nhiÖt ®é cao vµ
cã ho¹t tÝnh yÕu víi kim lo¹i rãt vµo khu«n. C¸c vËt liÖu nh− vËy lµ cr«mit,
cr«manhªzi, manhªzi, b«xÝt, zeconi .v.v...
KiÓm tra ®é chÞu nhiÖt b»ng ph−¬ng ph¸p ®o ®é biÕn d¹ng vµ x¸c ®Þnh
nhiÖt ®é b¾t ®Çu biÕn d¹ng cña mÉu hçn hîp s¬n khu«n trªn khu«n c¸t sau nung
trong lß ë kho¶ng 1550OC hoÆc dïng ®Ìn x× má ®èt ®èt trªn bÒ mÆt hçn hîp s¬n
khu«n ë nhiÖt ®é kho¶ng 1600OC. §é chÞu nhiÖt cña hçn hîp s¬n khu«n ®−îc tiÕn
hµnh x¸c ®Þnh b»ng h×nh th¸i (ch¶y, biÕn mÒm, phång, rép, co th¾t, nøt, bong
v.v.) vµ ®o ®é co tõ r×a mÐp vµo tÝnh b»ng mm(xem h×nh 12).
21
Nøt
Co, th¾t
BiÕn mÒm
Phån, rép
H×nh 12, KiÓm tra ®é chÞu nhiÖt b»ng ph−¬ng ph¸p ®o ®é biÕn d¹ng, co mµng
2.2. Nghiªn cøu lùa chän thµnh phÇn hçn hîp s¬n khu«n
tèi −u trªn c¬ së «xýt manhªzi
2.2.1. §Æc tÝnh cña hçn hîp s¬n khu«n
§èi víi nh÷ng khu«n c¸t nhùa tù ®«ng cøng, khu«n c¸t – n−íc thuû tinh
®«ng cøng b»ng CO2 hoÆc tù cøng th−êng dïng hçn hîp s¬n khu«n kh« nhanh cã
®Æc tÝnh nh− sau:
1. TÝnh huyÒn phï b¶o ®¶m lµ sau mét thêi gian pha trén kh«ng ph¸t sinh sa
l¾ng, ph©n líp b¶o ®¶m tÝnh ®ång ®Òu vµ chÊt l−îng c¸c líp s¬n .
2. TÝnh dÔ quÐt s¬n lµ khi quÐt s¬n ph¶i linh ho¹t, kh«ng lµm bong t¬i c¸t
trªn bÒ mÆt khu«n. Sau khi s¬n trªn mÆt khu«n c¸t cã thÓ tù ®éng lµm mÊt vÕt chæi
quÐt tøc lµ cã tÝnh l−u biÕn, ®Ó ®¹t ®−îc líp mÞn trªn bÒ mÆt th« nh¸m cña mÆt
khu«n.
3. Kh«ng ch¶y thµnh giät (vÖt) ®Ó mÆt ®øng cña khu«n kh«ng bÞ ch¶y ®äng
xuèng d−íi, ®¶m b¶o líp s¬n dµy ®Òu tõ trªn xuèng d−íi, cÇn cã tû träng hîp lý
kh«ng qu¸ lo·ng.
4. §é dµy líp hçn hîp s¬n khu«n b¶o ®¶m lµ cã chiÒu dµy khi quÐt th−êng
kho¶ng 0,15 – 0,4 mm. Hçn hîp s¬n khu«n ph¶i thÈm thÊu vµo líp trong ®¹t ®Õn
®é s©u thÝch ®¸ng, ®Ó lµm cho c¸c khe hë gi÷a c¸c h¹t c¸t ë mÆt khu«n ®−îc che
bÞt kÝn. Th«ng th−êng yªu cÇu ®é s©u líp thÈm thÊu ®¹t ®−îc 2- 3 lÇn ®−êng kÝnh
h¹t c¸t. §é s©u thÈm thÊu qu¸ máng, líp s¬n dÔ nøt nÎ, bong c¸t. §é s©u líp thÈm
thÊu qu¸ lín l·ng phÝ vËt liÖu vµ c«ng søc.
5. §é bÒn líp hçn hîp s¬n khu«n cao lµ khi ®· kh« cøng kh«ng bÞ nøt, háng
khi vËn chuyÓn, ghÐp khu«n, ®ång thêi ph¶i cã ®é bÒn ë nhiÖt ®é cao, ®Ó khi tiÕp
xóc víi kim lo¹i láng kh«ng bÞ nøt, bong, biÕn d¹ng.
6. TÝnh sinh khÝ cña hçn hîp s¬n khu«n ph¶i Ýt ®Ó tr¸nh t¹o thµnh rç khÝ trªn
bÒ mÆt vËt ®óc.
7. TÝnh chèng ch¸y c¸t cao lµ sau khi vËt ®óc ®«ng nguéi, líp s¬n cã thÓ tù
bong t¸ch ra khái bÒ mÆt vËt ®óc.TÝnh chèng ch¸y, dÝnh b¸m c¸t cña hçn hîp s¬n
22
khu«n quyÕt ®Þnh chñ yÕu do chÊt chÞu nhiÖt trong hçn hîp s¬n, ®é dµy líp hçn
hîp s¬n vµ ®é bÒn cña hçn hîp s¬n khu«n.
8. C¸c yªu cÇu kh¸c cña hçn hîp s¬n khu«n ph¶i ®¸p øng lµ b¶o ®¶m vÖ sinh
cho ng−êi lao ®éng; kh«ng ®éc h¹i. Nguyªn liÖu lµm hçn hîp s¬n khu«n ph¶i dÔ
mua, gi¸ rÎ, hçn hîp s¬n khu«n cßn ph¶i phï hîp víi yªu cÇu an toµn phßng ch¸y.
Khi b¶o qu¶n, vËn chuyÓn, sö dông... kh«ng bÞ lªn men, biÕn chÊt.
2.2.2. Nghiªn cøu lùa chän bét chÕ hçn hîp s¬n khu«n
§Ó chÕ t¹o hçn hîp s¬n khu«n ®óc, ®Ò tµi ®· tiÕn hµnh nghiªn cøu nhiÒu lo¹i
bét manhªzi hiÖn cã ë ViÖt Nam; ®Æc biÖt lµ lo¹i s¹n manhªzi ®−îc nghiÒn tíi cì h¹t
2-3mm tõ c¸c viªn g¹ch x©y lß ®iÖn luyÖn thÐp (xem b¶ng 3)
B¶ng 3, Thµnh phÇn nguyªn liÖu chÝnh ®Ó chÕ t¹o bét
T.t. Lo¹i liÖu
Thµnh phÇn chÝnh (%)
Cì
h¹t
Khèi
l−îng
riªng
MgO Cr2O3 Fe2O3 Al2O3 CaO
SiO2 mm g/cm3
1. Manhªzi Nga 86,65 0,85 1,7
2. Manhªzi TQ1 82,54 1,85 2,4
3. Manhªzi TQ2 78,12 3,85 0,15 2,25 0,54 3,6
1,25 0,23 2,5
0,85 0,65 4,5
1,0
1,0
1,5
2,96
3,16
3,0 0
3,26
3,15
4. Manhªzi HQ 89,20 0,15 4,03 0,74 2,72
5. Manhªzi VN 80,12 0,67 2,42 0,65 3,25
2,93 1,0
4,6 2,0
Bét manhªzi phæ biÕn vµ cã gi¸ thµnh thÊp nhÊt hiÖn cã ë ViÖt Nam theo
b¶ng 3 lµ cña Trung Quèc. Trªn c¬ së nghiªn cøu, ®o kiÓm c¸c tÝnh chÊt ho¸, lý,
nhiÖt ®Ò tµi ®· chän bét manhªzi cña Trung Quèc víi cì h¹t 1 mm.
23
2.2.3. Nghiªn cøu lùa chän thµnh phÇn hçn hîp s¬n khu«n tèi −u
Mét sè kÕt qu¶ ®o kiÓm c¸c th«ng sè kü thuËt c¬ b¶n cña hçn hîp s¬n khu«n
nghiªn cøu lùa chän ®Æc tr−ng ®−îc cho thÊy ë b¶ng 4.
B¶ng 4, C¸c tÝnh chÊt kÜ thuËt c¬ b¶n cña hçn hîp s¬n khu«n s¬n sö dông
dung m«i kh¸c nhau
Tû
träng
g/cm3
1
ThÓ vÈn
(%) sau
§é nhít
(∅5250)S
§é sa l¾ng
(sau 1h)
TT
ChØ tiªu
Ghi chó
1h
-
1
2
3
4
5
N−íc s¹ch
Cån + MgO
(SK.3)
X¨ng + MgO
DÇu háa +
MgO
6
10
9
-
1,28
1,22
1,15
1,25
92
96
93
96
8
4
7
4
10
9
Xi len + MgO
GraphÝt
ch−a ®ñ
mÞn
6
Cån + GraphÝt
1,32
11
88
12
Tõ b¶ng 4 cho thÊy hçn hîp s¬n khu«n ®−îc pha trong cån vµ dÇu ho¶ cã ®é
nhít cao h¬n kho¶ng 10s. Hçn hîp s¬n khu«n víi dÇu ho¶ cã thÓ vÈn vµ tû träng
thÊp nhÊt. Hçn hîp s¬n khu«n pha trong x¨ng cã ®é sa l¾ng thÊp nhÊt, cã ®é nhít
thÊp vµ thÓ vÈn cao.
C¸c lo¹i dung m«i pha cån, dÇu ho¶ vµ x¨ng cã thÓ thÝch hîp cho hçn hîp
s¬n khu«n manhªzi cña ®Ò tµi.
Hçn hîp s¬n khu«n ®−îc chÕ theo phÇn tr¨m trong hçn hîp ®−îc cho thÊy
trªn b¶ng 5.
B¶ng 5, Thµnh phÇn hçn hîp s¬n khu«n tèi −u
TT Lo¹i vËt liÖu
% theo chÊt
% theo dung dÞch
kh«
83-90
-
s¬n
56-58
47
1
2
3
4
5
MgO
Cån (C«ng nghiÖp)
ChÊt dÝnh
Phô gia
4-10
∼2-5
∼2
∼1
∼6,66
∼2
CaO
24
Bét MgO cã ®é h¹t kho¶ng15 – 45 µm, 95% l−îng bét lät qua sµng 0,0063
mm. ChÊt kÕt dÝnh hoµ tan vµo dung m«i vµ lo¹i bá chÊt kh«ng hoµ tan tr−íc khi
pha trén. ChÊt phô gia t¹o nªn huyÒn phï cña n−íc s¬n khu«n, th−êng dïng c¸c
chÊt v« c¬ Al(HPO4) (Hydro phèt ph¸t nh«m), ®Êt sÐt hoÆc bent«nÝt.
CaO trong hçn hîp khi ph¶n øng víi n−íc trong dung m«i.
CaO + H2O
→
Ca(OH)2
(20)
Ca(OH)2 sÏ kh« tù nhiªn khi ph¶n øng víi CO2 trong kh«ng khÝ.
Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O (21)
→
§Ó lùa chän ®−îc thµnh phÇn hçn hîp s¬n khu«n ®óc tèi −u ®Ò tµi ®· tiÕn
hµnh c¸c mÉu thÝ nghiÖm víi thµnh phÇn hçn hîp theo b¶ng 6.
B¶ng 6, C¸c ®ît thÝ nghiÖm pha chÕ hçn hîp s¬n khu«n ®óc
Thµnh phÇn hçn hîp (g)
§ît
mÉu Manhªzi
(MgO) Al(HPO4) Al2O3 Bent«nÝt CaO Nhùa th«ng Cån X¨ng DÇuho¶ Xylen T«luen
ChÊt kÕt dÝnh
Dung m«i pha
M1
M2
M3
M4
M5
M6
M7
M8
M9
200
200
200
200
200
200
200
200
200
6
6
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
10
10
10
10
10
10
10
10
10
15
10
200
-
-
-
-
-
-
-
-
200
-
-
5
5
-
10
10
-
-
-
200
-
-
-
-
-
200
-
5
5
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
200
-
-
200
200
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
10
10
10
15
15
-
-
-
-
-
200
-
-
200
-
-
-
-
-
M14 200n−íc
10
10
-
200
-
M18 200
-
200
25
Hçn hîp s¬n khu«n cña ®Ò tµi so s¸nh víi c¸c lo¹i s¬n khu«n cña Trung
Quèc ®−îc cho thÊy ë b¶ng 7.
B¶ng 7, So s¸nh hçn hîp s¬n khu«n cña ®Ò tµi víi c¸c lo¹i s¬n khu«n
cña Trung Quèc
C¸c lo¹i hçn hîp s¬n khu«n Trung Quèc
FQ 407 FQH 500 FQT 290
1,15 – 1,35 1,60- 2,00
S¬n khu«n
SK 3
§Æc tÝnh kü thuËt
Tû träng g/cm3
Mµu s¾c
§é nhít (φ4,25oC)s
1,40 – 1,80 1,25 – 1,35
®en
13 - 17
tr¾ng ®ôc
15 - 21
vµng nh¹t
13 - 18
vµng nh¹t
10 - 11 (∅5)
92 - 96
( sau 1h)
ThÐp Mn
cao
ThÓ vÈn (sau 2 h)
98
98
97
Gang, kim
lo¹i mµu
Bét graphÝt
thÐp
ThÐp Mn
cao
Bét MgO
Ph¹m vi sö dông
Thµnh phÇn chÝnh
Ziric«n
MgO
Tõ b¶ng 7 cho thÊy hçn hîp s¬n khu«n cña ®Ò tµi cã chÊt l−îng t−¬ng ®−¬ng
lo¹i FQT 290 cña Trung Quèc.
KÕt qu¶ nghiªn cøu lùa chän thµnh phÇn hçn hîp s¬n khu«n tèi −u (cã so
s¸nh víi thµnh phÇn hçn hîp cña n−íc ngoµi FQT290) lµ c¸c mÉu M14 vµ M18.
Thµnh phÇn hçn hîp tèi −u theo l−îng thµnh phÇn lµ 200g MgO, 10g Al2O3,
15g bent«nÝt, 10-15g nhùa th«ng, 200g cån hoÆc x¨ng.
2.3. Nghiªn cøu c«ng nghÖ nghiÒn tuyÓn, pha chÕ
hçn hîp s¬n khu«n ®óc
§Ó chÕ t¹o ®−îc hçn hîp s¬n khu«n chÊt l−îng th× ®iÒu quan träng tr−íc tiªn
lµ qu¸ tr×nh chÕ t¹o bét chÞu nhiÖt manhªzi. §i tõ c«ng nghÖ nghiÒn tuyÓn −ít ®Ò
tµi ®· nghiÒn tuyÓn c¶ kh« ®¹t kÕt qu¶ bét mÞn tíi kho¶ng 20µm. Qua nhiÒu ®ît thÝ
nghiÖm nghiÒn tuyÓn víi sè l−îng trªn 500kg ®Ò tµi ®· x¸c lËp ®−îc c«ng nghÖ
nghiÒn tuyÓn chÕ hçn hîp s¬n khu«n.
2.31. Qui tr×nh c«ng nghÖ nghiÒn tuyÓn chÕ t¹o bét manhªzi
1. PhÇn kiÓm tra thiÕt bÞ, dông cô, vËt liÖu
1. KiÓm tra cÈn thËn vÒ ®iÖn, n−íc (kÓ c¶ tho¸t n−íc th¶i), m«t¬, bi trôc, c¸c d©y
c«roa (®ñ ®é khÝt, kh«ng s©y s−íc), b¶o ®¶m m¸y nghiÒn ë vÞ trÝ c©n b»ng, b«i mì
con l¨n .v.v. tr−íc khi vËn hµnh m¸y.
26
2. KiÓm tra, xem xÐt cÈn thËn vÒ ®é s¹ch cña bi ®¹n, tang quay sau mçi chu kú vËn
hµnh.
3. KiÓm tra, xem xÐt cÈn thËn vÒ ®é s¹ch cña vËt liÖu–bét nghiÒn, nÕu kh«ng ®óng
chñng lo¹i, ®é s¹ch vÒ mµu, t¹p chÊt, chÊt bÈn nh×n thÊy b»ng m¾t th−êng, ph¶i
thay ®óng yªu cÇu hoÆc xö lý ®¹t yªu cÇu tr−íc khi ®æ vËt liÖu vµo m¸y nghiÒn.
2. PhÇn thao t¸c, vËn hµnh
1. X¶ n−íc vµo kho¶ng 1/3 tang (ngËp hÕt bi ®¹n trong tang), ®ãng ®iÖn cho nghiÒn
kh«ng bét kho¶ng 15 ®Õn 20 phót sau ®ã x¶ hÕt n−íc vµ tiÕp tôc cho vµo 1 l−îng
n−íc n÷a ®Ó röa khi nµo thÊy n−íc th¶i kh«ng cßn mÇu míi th«i.
2. §æ bét tõ bao t¶i vµo tang quay theo yªu cÇu vÒ l−îng cho 1 mÎ ( 100, 200,
300kg).
3. X¶ n−íc vµo cho tíi khi ®Çy 1/2 tang (ngËp trªn bét tèi thiÓu 20cm).
4. §ãng khÝt c¸c cöa tang quay ®Ó kh«ng cßn dß dØ.
5. §ãng ®iÖn, vËn hµnh m¸y nghiÒn.
6. Cø sau 15 phót nghiÒn ph¶i kiÓm tra, theo dâi, quan s¸t 1 lÇn c¸c biÓu hiÖn vÒ ®iÖn,
n−íc, bét vµ chuyÓn
®éng cña tang quay.
7. Sau kho¶ng 2 giê (víi 100kg bét/mÎ) vµ 3,5 giê (víi 200kg bét/mÎ) th× kiÓm tra
®é huyÒn phï (cã nghÜa lµ ®é nhuyÔn-mÞn bét). Khi thÊy n−íc bét chØ cã mét mµu
nh− n−íc s¬n, kh«ng cßn sa l¾ng lµ ®¹t.
8. X¶ n−íc vµo tang quay ®Ó th¸o bét ra thïng ®ùng.
9. Ng¾t ®iÖn m¸y, tiÕn hµnh hoµ t¸ch, ch¾t n−íc riªng, bét riªng (kÓ c¶ bÈn chÊt nÕu
cã) ë trong thïng ®ùng víi thêi gian kho¶ng 1/2 ngµy (tíi ngµy h«m sau), cã che
ch¾n chèng bÈn bét.
10. Xóc ®æ bét vµo tói v¶i läc ®Ó t¸ch n−íc cho ®Õn khi t¸ch ®−îc 1 l−îng tèi ®a, bét
cßn l¹i ë d¹ng sÖt, ph¶i cã che ch¾n chèng bÈn bét.
3. PhÇn xö lý kü thuËt
1. NÕu cã dß, dØ ch¶y n−íc qua c¸c khe cöa, tang ph¶i xö lý tr−íc khi ®ãng ®iÖn vµo
m¸y.
3. L¾ng nghe tiÕng cña cña m«t¬ vµ tang quay, nÕu thÊy ©m l¹ ph¶i xem xÐt xö lý.
4. NÕu dß bét qua cöa cho bi ®¹n vµo vµ cöa th¸o bét ra hoÆc cã tr−êng hîp sñi bät tù
trµo bét ra ngoµi ph¶i xem xÐt, xö lý bÞt kÝn l¹i b»ng c¸c vËt liÖu cã thÓ ( miÕng cao
su, mót hoÆc keo dÝnh).
5. NÕu bét bÞ sa l¾ng (cßn th«) ph¶i ®æ bét vµo tang quay nghiÒn l¹i.
4. KÕt thóc
1. §æ bét ®· qua tói läc vµo bao, ®ãng kÝn, chuyÓn sang m¸y v¾t kh«.
2. Hoµn thµnh c«ng nghÖ nghiÒn chÕ bét.
27
Trong c«ng nghÖ nghiÒn bét ®Ò tµi ®· tiÕn hµnh theo hai ph−¬ng ph¸p ®ã lµ
nghiÒn n−íc vµ nghiÒn kh«.
S¬ ®å c«ng nghÖ cña 2 qu¸ tr×nh nghiÒn tuyÓn bét manhªzi ®−îc cho thÊy
trªn c¸c h×nh 13,14.
S¹n manhªzi
Sµng läc
N−íc
TuyÓn, röa
NghiÒn −ít = ®¹n
Th¸o vµo bÓ l¾ng
Läc bét
CÊp liÖu
Ch¾t bét
KhuÊy
Ph¬i, sÊy bét
NghiÒn trén
T¸ch –läc mÞn
Bao gãi s¶n phÈm
H×nh 13, S¬ ®å c«ng nghÖ nghiÒn tuyÓn n−íc bét hçn hîp s¬n khu«n manhªzi
28
S¹n manhªzi
Sµng läc
TuyÓn tõ
NghiÒn ®¹n c¸c cì
T¸ch bét
CÊp liÖu
Thu bét mÞn
NghiÒn trén hçn hîp s¬n
T¸ch –läc mÞn
CÊp chÊt kÕt dÝnh
Bao gãi s¶n phÈm
H×nh 13, S¬ ®å c«ng nghÖ nghiÒn tuyÓn kh« bét hçn hîp s¬n khu«n manhªzi
C«ng nghÖ nghiÒn n−íc ®· hoµn chØnh qui tr×nh c«ng nghÖ chÕ t¹o vµ ban
hµnh ë ViÖn Khoa häc VËt liÖu kh«ng chØ víi bét MgO mµ c¶ víi c¸c lo¹i bét vËt
liÖu chÞu löa kh¸c nh− cr«mÝt, sericit, silic¸t zec«ni. Víi c«ng nghÖ nghiÒn n−íc, ®Ò
tµi ®· ®¹t ®−îc bét MgO mÞn tíi 15mµ. §©y lµ lo¹i bét dÔ rµng t¹o huyÒn phï trong
c¸c lo¹i dung m«i ®· nªu ë trªn. Nh−ng cã nh−îc ®iÓm lµ sau khi kh« bÞ vãn côc bÒn
ch¾c t¸i th« trë l¹i rÊt khã xö lý, thËm trÝ ¶nh h−ëng ®Õn c¶ ®é tan lÉn trong dung
m«i lµm t¨ng ®é sa l¾ng. Víi c«ng nghÖ nghiÒn n−íc th× cã thÓ sö dông d−íi d¹ng
bét trong n−íc ë thÓ huyÒn phï nh− n−íc s¬n lµ tèt nhÊt.
Tõ nh÷ng nh−îc ®iÓm cña ph−¬ng ph¸p nghiÒn n−íc ®Ò tµi ®· chuyÓn sang
ph−¬ng ph¸p nghiÒn kh«. §Ó ®¹t ®−îc bét mÞn nh− nghiÒn n−íc, ph−¬ng ph¸p
nghiÒn kh« ph¶i tiÕn hµnh trong tang cã nhiÒu chñng lo¹i ®¹n nghiÒn nihart. Thêi
gian nghiÒn kÐo dµi h¬n nghiÒn n−íc kho¶ng 1 giê tæng céng 4 giê 30 phót. Nh−ng
29
Tải về để xem bản đầy đủ
92 trang
11/03/2024
360
Bạn đang xem 30 trang mẫu của tài liệu "Báo cáo Nghiên cứu chế tạo hỗn hợp sơn khuôn đúc gang thép hợp kim chất lượng cao thay thế nhập ngoại để đúc các chi tiết máy phục vụ xuất khẩu", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên.
File đính kèm:
- bao_cao_nghien_cuu_che_tao_hon_hop_son_khuon_duc_gang_thep_h.pdf
