Nghiên cứu các ảnh hưởng đến chất lượng nhiệt luyện thép SKD11 và thiết kế, chế tạo lò nhiệt luyện cho phòng thí nghiệm cơ học
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.75 MB, 54 trang )
BỘ CƠNG THƯƠNG
ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP. HỒ CHÍ MINH
BÁO CÁO KHOA HỌC TỔNG KẾT ĐỀ TÀI
KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG
TÊN ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU CÁC ẢNH HƯỞNG
ĐẾN CHẤT LƯỢNG NHIỆT LUYỆN THÉP SKD11
VÀ THIẾT KẾ, CHẾ TẠO LỊ NHIỆT LUYỆN
CHO PHỊNG THÍ NGHIỆM CƠ HỌC
Mã số đề tài: IUH.KCK02/15
Chủ nhiệm đề tài: TS. CHÂU MINH QUANG
Đơn vị thực hiện: KHOA CƠNG NGHỆ CƠ KHÍ
TP. Hồ Chí Minh, tháng 5 năm 2017
PHẦN I:
THÔNG TIN CHUNG
1. Tên đề tài: Nghiên cứu các ảnh hưởng đến chất lượng nhiệt luyện thép
SKD11 và Thiết kế, chế tạo lị nhiệt luyện cho phịng thí nghiệm cơ học
2. Mã số: IUH.KCK02/15
3. Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực hiện đề tài
TT
Họ và tên
(học hàm, học vị)
1
TS. Châu Minh Quang
2
TS. Đường Công Truyền
3
ThS. Tôn Thất Ngun Thy
Đơn vị cơng tác
Vai trị thực hiện đề tài
Khoa Cơ khí
Chủ nhiệm
Khoa Nhiệt Lạnh
Thành viên
Khoa Cơ khí
Thành viên
4. Đơn vị chủ trì:
5. Thời gian thực hiện:
Theo hợp đồng:
từ tháng 9 năm 2015 đến tháng 9 năm 2016
Gia hạn (nếu có): đến tháng….. năm…..
Thực hiện thực tế: từ tháng 9 năm 2015 đến tháng 10 năm 2016
6. Những thay đổi so với thuyết minh ban đầu (nếu có):
Khơng có thay đổi gì so với thuyết minh ban đầu.
7. Tổng kinh phí được phê duyệt của đề tài: 95 triệu đồng
Trang 1
TĨM TẮT KẾT QUẢ
Sau khi nghiên cứu, tìm hiểu các đặc điểm kỹ thuật và nguyên lý làm việc của
các lị điện trở cũng như cơng nghệ nhiệt lụn nói chung và nhiệt luyện thép SKD11
nói riêng ở nước ta hiện nay, nhóm nghiên cứu đã tiến hành thiết kế, tính tốn các
thơng số kỹ thuật của lị điện trở và tiến hành chế tạo cũng như thí nghiệm nhiệt luyện
loại thép SKD11 được sản suất tại Trung Quốc và Nhật Bản theo đúng các nội dung
của thuyết minh đề tài.Trong q trình thiết kế, tính tốn đã cân nhắc để lựa chọn
được phương án tối ưu và phù hợp nhất với điều kiện làm việc ở phịng thí nghiệm.
Thơng qua các bài nghiên cứu thì ta có thể suy ra được trong các mác thép
SKD11 được sử dụng rộng rãi ngồi thị trường, ta có thể biết được sơ qua chất lượng
của các mác thép. Thép SKD11 của các nước có ngành cơng nghệ nhiệt lụn phát
triển như ĐỨC và NHẬT thì có chất lượng khá tốt phù hợp và đáp ứng được hầu hết
nhu cầu sử dụng trong sản xuất. Từ đó căn cứ vào yêu cầu đặc tính sản phẩm, giá
thành và chất lượng sản phẩm thì thơng qua kết quả thực tế này ta có thể lựa chọn
được mác thép SKD11 hợp lý phù hợp với các đặc tính công nghệ sản xuất tối ưu
nhất và đảm bảo được giá thành hợp lý nhất.
Quan sát vào biểu đồ độ cứng của thép Nhật sau khi ram thép đã tôi ở 1050C
(làm nguội sau khi tôi với các mơi trường dung dịch khác nhau). Ta có thể thấy được
là khi cùng các điều kiện tiêu chuẩn cùng nhiệt độ ram thì độ cứng của thép Nhật có
sự chênh lệch không đáng kể (<1) giữa các môi trường làm nguội sau khi tôi là dầu
và môi trường xút và mơi trường dầu luyn cịn riêng đối với mơi trường dung dịch
emunxi thì độ cứng có sự chênh lệch đáng kể (>3 so với các môi trường khác). Từ đó
ta có thể đưa ra kết luận rằng đối với mác thép SKD11 của Đức khi tôi cùng nhiệt độ
nhưng làm nguội sau khi tôi với các môi trường khác biệt sau đó ram ổn định lại thì
độ cứng giữa môi trường dầu, dầu luyn và xút không chênh lệch và có giá trị độ cứng
trung bình tương đối cao. Nhưng riêng với mơi trường emunxi thì độ cứng chênh lệch
đáng kể (thấp hơn khá lớn so với ba mốc còn lại) tuy nhiên giá trị độ cứng đạt được
vẫn cao. Vì vậy ta có thể căn cứ vào mục đích và yêu cầu độ cứng, cũng như căn cứ
vào môi trường xung quanh để lựa chọn môi trường phù hợp đáp ứng được nhu cầu
một cách tối ưu nhất.
Kết quả chính của đề tài này là nghiên cứu ảnh hưởng của môi trường nhiệt
luyện tới độ cứng thép làm khuôn SKD11. Các loại dung dịch làm nguội gồm: dầu
biến thế, dầu luyn, dầu biến thế pha luyn, dung dịch xút và nước emunxi. Dầu biến
thế, dầu luyn và dầu biến thế pha luyn cho kết quả độ cứng cao hơn. Kết quả thấy
rằng nếu nhiệt luyện với tốc độ nguội nhanh hơn như xút, emunxi dễ gây nứt các chi
tiết tôi. Dung dịch làm nguội tốt nhất để nhiệt luyện thép SKD11 là dầu biến thế. Kết
quả cho thấy rằng nhiệt độ nhiệt luyện tốt nhất từ 100C đến 1050C và nhiệt độ ram
tốt nhất từ 500C đến 550C.
Trang 2
ABSTRACT
After researching, we have studied the technical specifications and working
principle of the resistor furnace as well as the technology of heat treatment in general
and heat treatment of steel SKD11 in particular in our country, the research team has
set up designing, calculating the technical parameters of the furnace and
manufacturing steel as well as testing heat treatment of steel SKD11 made in China
and Japan in accordance with the contents of the topic explanation. The design and
calculations have been considered to select the best optimal and suitable solutions to
working conditions in the laboratory.
Through the research, it can be inferred in the SKD 11 grades used widely in
the market, it is easy to see the quality of steel grades. SKD 11 steels of some
countries with the developed technology such as GERMANY and JAPAN have rather
good quality and meet most of demands in production. Based on the requirements of
the product characteristics, price and quality, we are able to select the appropriate
grade of SKD 11 suited to the characteristics of the best optimal technology and make
sure the most affordable through this practical result
Looking at the hardness chart of the Japanese steel after the hardened steel
tempering at 1050C (cooled in different solutions), It can be seen that with the same
standard conditions and tempering temperature, the hardness of Japanese steels has a
negligible difference (<1) between the cooling solutions after hardening such as Oils
, Soda and Luyn, but the hardness varies considerably in Emunxic Liquid (> 3
compared to other solutions). From this we can conclude that , for the grade of
German SKD11 steel, when it is hardened at the same heat but cooled in different
environments, and then tempered to stabilize it, the hardness between the oil
environment, luyn oil and Soda has non-difference and a relatively high average
hardness value. For the emunxi environment, the hardness differs significantly (much
lower than the other three) but the hardness value is still high. Therefore, it is possible
to base on the purpose and requirement of hardness as well as the around environment
to choose the appropriate solutions to meet the needs in the most optimal way.
The main goal of this research is the study of the influence of heat treatment on
steel hardness of the SKD11 steel. Among coolant solutions including transformer
oil, luyn oil, transformer - luyn oil, Soda and Emunxi. Transformer oil, luyn oil and
transformer - luyn oil gained the higher hardness. The results show that the heat
treatment with a faster cooling rate like Soda, Emunxi has caused components
cracked. The best Liquid for heat treatment SKD11 is the transformer oil. It found
that the best annealing temperature around from 1000oC to 1050oC and the best
tempering temperature is from 500oC to 550oC.
Trang 3
MỤC LỤC
PHẦN I:
THƠNG TIN CHUNG ........................................................................... 1
TĨM TẮT KẾT QUẢ ............................................................................................... 2
ABSTRACT
.......................................................................................................... 3
PHỤ LỤC HÌNH ẢNH ............................................................................................. 8
PHỤ LỤC BẢNG .................................................................................................... 11
PHẦN II:
NỘI DUNG ĐỀ TÀI ........................................................................... 15
CHƯƠNG 1:
CỨU
ĐẶT VẤN ĐỀ, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN
........................................................................................................ 15
1.1
Tình hình chung trong nước và thế giới ......................................................15
1.2
Vai trò của nhiệt luyện trong sản xuất cơ khí ..............................................16
1.2.1 Sơ lược về nhiệt luyện .......................................................................... 16
1.2.2 Tăng độ cứng, tính chịu ăn mòn, độ dẻo dai và độ bền của vật liệu .... 17
1.2.3 Cải thiện tính công nghệ (rèn, dập, gia công cắt, tính chịu mài, tính
hàn…), từ tính, điện tính… .............................................................................. 18
1.2.4 Nhiệt luyện trong nhà máy cơ khí ........................................................ 18
1.3
Ưu thế khi sử dụng lò nhiệt luyện bằng điện ...............................................19
CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN THIẾT KẾ DÂY ĐIỆN TRỞ VÀ TÍNH TỐN
NHIỆT CHO LỊ ..................................................................................................... 22
2.1
u cầu của vật liệu chế tạo dây điện trở ....................................................22
2.2
Cấu trúc của dây điện trở kim loại ..............................................................25
2.3
Tính tốn nhiệt cho lị ..................................................................................31
CHƯƠNG 3:
1200C
3.1
QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO LỊ NHIỆT LUYỆN
........................................................................................................ 35
Lõi lị............................................................................................................36
3.1.1 Hai tấm vách hơng ................................................................................ 36
3.1.2 Tấm đế và nóc lị ................................................................................... 38
3.1.3 Tấm lưng lò ........................................................................................... 40
3.1.4 Phần mặt trước của buồng lị ................................................................ 41
3.2
Dây mayxo ...................................................................................................42
3.3
Cửa đóng mở ...............................................................................................43
3.4
Khung lò (khung trên và khung dưới) .........................................................44
Trang 4
3.5
Lắp ghép tất cả lại với nhau .........................................................................46
CHƯƠNG 4:
THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN LÒ ............................. 53
4.1
Cầu dao ngắt tự động (CB) ..........................................................................53
4.2
Thiết bị đóng ngắt bằng từ (Contactor) .......................................................56
4.2.1 Khái niệm và phân loại ......................................................................... 56
4.2.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động ........................................................... 56
4.2.3 Các thông số cơ bản của Contactor ...................................................... 58
4.3
Ampe kế .......................................................................................................58
4.4
Cảm biến đo nhiệt độ ...................................................................................59
4.4.1 Cặp nhiệt điện (Thermocouple - Can nhiệt) ......................................... 61
4.4.2 Nhiệt điện trở (Resitance temperature detector – RTD) ....................... 61
4.5
Bộ điều khiển nhiệt độ TC244.....................................................................62
4.6
Rơ le thời gian (Timer) ................................................................................63
4.7
Mạch điện sau khi thiết kế ...........................................................................65
CHƯƠNG 5:
5.1
AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ VỆ SINH MÔI TRƯỜNG .......... 69
Sự cần thiết của an tồn lao động và vệ sinh mơi trường ............................69
5.2 Những quy định chung về an toàn lao động và vệ sinh môi trường trong
xưởng nhiệt luyện .................................................................................................69
5.3
Quy tắc an toàn lao động với thợ nhiệt luyện ..............................................70
5.4
Biện pháp trang bị bảo hộ lao động cá nhân ...............................................71
5.5
Các biện pháp nâng cao điều kiện lao động ................................................72
5.5.1 Chỉ tiêu xây dựng .................................................................................. 72
5.5.2 Biện pháp trang bị bảo hộ lao động ...................................................... 73
5.6
Biện pháp phịng chống tai nạn có thể xảy ra trong phân xưởng ................73
5.6.1 Phòng chống cháy nổ ............................................................................ 73
5.6.2 Phòng chống bỏng ................................................................................ 73
5.6.3 Phòng chống điện giật........................................................................... 74
5.6.4 Phòng chống tai nạn nghề nghiệp ......................................................... 74
CHƯƠNG 6: NGHIÊN CỨU CÁC ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG
NHIỆT LUYỆN THÉP SKD11 .............................................................................. 75
6.1 Thí nghiệm tôi thép SKD11 và tìm hiểu ảnh hưởng của nhiệt độ tới độ cứng
của thép SKD11 khi tơi và sau khi ram ................................................................75
6.2
Tìm hiểu về ảnh hưởng của nhiệt độ tôi tới thép SKD11 ............................78
Trang 5
6.3
Quy hoạch thực nghiệm lại phương pháp tôi ..............................................87
6.3.1 Xác định phụ thuộc độ cứng thép SKD11 Nhật Bản (HRC) vào nhiệt
độ tôi ............................................................................................................... 87
6.3.2 Xác định phụ thuộc độ cứng thép SKD11 Trung Quốc (HRC) vào nhiệt
độ tôi ............................................................................................................... 88
6.4
Quy hoạch thực nghiệm phương pháp ram .................................................89
6.4.1 Với nhiệt độ tôi 8500C .......................................................................... 89
6.4.2 Với nhiệt độ tôi 9000C .......................................................................... 91
6.4.3 Với nhiệt độ tôi 9500C .......................................................................... 93
6.4.4 Với nhiệt độ tôi 10000C ........................................................................ 95
6.4.5 Với nhiệt độ tôi 10500C ........................................................................ 97
6.4.6 Với nhiệt độ tôi 11000C ........................................................................ 99
6.5 THÍ NGHIỆM NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ TỚI
ĐỘ CỨNG CỦA THÉP SKD11 .........................................................................101
6.5.1 Nhận diện phân loại mẫu .................................................................... 101
6.5.2 Tiến hành tôi thép ............................................................................... 102
6.5.3 Đo độ cứng .......................................................................................... 103
6.6 NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ VÀ SỰ THAY ĐỔI ĐỘ CỨNG CỦA
THÉP SKD11 VỚI CÁC MÔI TRƯỜNG LÀM NGUỘI KHÁC NHAU SAU
KHI TƠI ..............................................................................................................107
6.7 THÍ NGHIỆM TƠI THÉP SKD11 VÀ TÌM HIỂU ẢNH HƯỞNG CỦA
NHIỆT ĐỘ TỚI ĐỘ CỨNG CỦA THÉP SKD11 KHI TÔI .............................111
6.7.1 Phương pháp nghiên cứu .................................................................... 111
6.7.2 Quy hoạch thực nghiệm lại phương pháp tôi...................................... 112
6.7.3 Quy hoạch thực nghiệm lại phương pháp ram.................................... 114
CHƯƠNG 7:
LUẬN
ĐÁNH GIÁ CÁC KẾT QUẢ ĐÃ ĐẠT ĐƯỢC VÀ KẾT
...................................................................................................... 120
7.1
Đánh giá .....................................................................................................120
7.2
Kiến nghị ...................................................................................................122
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 123
PHẦN III:
TÀI
SẢN PHẨM, CÔNG BỐ VÀ KẾT QUẢ ĐÀO TẠO CỦA ĐỀ
...................................................................................................... 124
PHẦN IV: TỔNG HỢP KẾT QUẢ CÁC SẢN PHẨM KH&CN VÀ ĐÀO
TẠO CỦA ĐỀ TÀI ................................................................................................ 126
Trang 6
PHẦN V:
TÌNH HÌNH SỬ DỤNG KINH PHÍ ............................................... 127
PHẦN VI:
KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 127
PHẦN VII:
PHỤ LỤC ....................................................................................... 128
Trang 7
PHỤ LỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Lị nhiệt lụn dạng đáy di động cửa kéo lên ............................................17
Hình 1.2 Lị nhiệt lụn thể khí có quạt kh́y .........................................................19
Hình 2.1 Các kích thước cơ bản của dây điện trở .....................................................25
Hình 2.2 Cấu trúc dây may xo ..................................................................................27
Hình 2.3 Cơng śt bề mặt riêng của dây nung lý tưởng Wlt phụ thuộc vào nhiệt độ
vật nung tv và nhiệt độ dây điện trở td .......................................................................29
Hình 3.1 Các bộ phận chính cấu thành lị nhiệt lụn ..............................................35
Hình 3.2 Các bộ phận cấu thành lõi lị ......................................................................36
Hình 3.3 Hai tấm vách hai bên hơng .........................................................................36
Hình 3.4 Tấm vách hai bên hơng sau khi ghép nối ...................................................37
Hình 3.5 Tạo rãnh đặt dây trên tấm vách hơng .........................................................38
Hình 3.6 Tấm đế sau khi cắt rãnh .............................................................................38
Hình 3.7 Tấm nóc lị..................................................................................................39
Hình 3.8 Tấm nóc lị nhìn từ hai vị trí sau khi căn chỉnh..........................................39
Hình 3.9 Tấm lưng lị ................................................................................................40
Hình 3.10 Căn chỉnh vị trí tấm lưng lò chuẩn bị cố định ..........................................40
Hình 3.11 Tấm miệng lị ...........................................................................................41
Hình 3.12 Lắp ghép phần miệng lị ...........................................................................41
Hình 3.13 Dây mayxo ...............................................................................................42
Hình 3.14 Quấn dây mayxo trên máy tiện và sợi dây sau khi quấn..........................42
Hình 3.15 Các sợi dây sau khi chia theo kích thước .................................................43
Hình 3.16 Cửa đóng mở ............................................................................................43
Hình 3.17 Mài bavia cho phần cửa ...........................................................................44
Hình 3.18 Hàn hai phần khung lại và mài phần bavia ..............................................45
Hình 3.19 Sơn chống gỉ cho phần khung lị ..............................................................45
Hình 3.20 Lắp phần miệng lị ....................................................................................46
Hình 3.21 Phần miệng sau khi lắp ghép hồn chỉnh .................................................46
Trang 8
Hình 3.22 Lắp ghép phần đáy buồng lị ....................................................................47
Hình 3.23 Lắp ghép phần hơng và nắp buồng lị ......................................................48
Hình 3.24 Phần đáy buồng lị sau khi lắp ghép .........................................................48
Hình 3.25 Chèn bơng thủy tinh vào hai hơng và nóc buồng lị ................................49
Hình 3.26 Sau khi chèn bơng thủy tinh vào hai hơng và nóc buồng lị hồn chỉnh..49
Hình 3.27 Cố định tấm lưng và nối dây may xo .......................................................50
Hình 3.28 Sau khi chèn bông thủy tinh vào phía sau buồng lị ................................50
Hình 3.29 Ốp tấm lưng của khung lị và hàn hai bạc giữ .........................................51
Hình 3.30 Phần mạch điện ........................................................................................51
Hình 3.31 Sơn chống gỉ cho phần khung lò và sơn màu ..........................................52
Hình 4.1 Aptomat bảo vệ mạch.................................................................................55
Hình 4.2 Contactor ....................................................................................................56
Hình 4.3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Contactor .........................................56
Hình 4.4 Ampe kế khung quay .................................................................................59
Hình 4.5 Các loại cảm biến nhiệt độ .........................................................................60
Hình 4.6 Cặp nhiệt điện ............................................................................................61
Hình 4.7 Nhiệt điện trở .............................................................................................61
Hình 4.8 Bộ điều khiển nhiệt độ TC244 ...................................................................62
Hình 4.9 Rơle thời gian .............................................................................................63
Hình 4.10 Nguyên lý hoạt động của Rơle thời gian.................................................64
Hình 4.11 Mạch điện sau khi thiết kế .......................................................................65
Hình 4.12 Mạch điện khi lị hoạt động......................................................................66
Hình 4.13 Mạch điện khi lị đạt nhiệt độ và Timer bắt đầu tính thời gian ................67
Hình 4.14 Mạch điện khi lị đủ thời gian cài đặt .......................................................68
Hình 5.1 Găng tay cách nhiệt ....................................................................................71
Hình 5.2 Mặt nạ-áo chắn bức xạ nhiệt ......................................................................72
Hình 5.3 Trang thiết bị phịng cháy & chữa cháy .....................................................73
Hình 6.1 Mẫu thép.....................................................................................................81
Hình 6.2 Máy đo độ cứng .........................................................................................81
Trang 9
Hình 6.3 Mũi đo kim cương ......................................................................................81
Hình 6.4 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi độ cứng của hai loại thép SKD .....................83
Hình 6.5 Biểu đồ thể hiện độ cứng sau khi ram thép SKD11 Trung Quốc ở dãy nhiệt
độ 200°C, 300°C, 400°C, 500°C, 600°C ..................................................................86
Hình 6.6 Biểu đồ thể hiện độ cứng sau khi ram thép SKD11 Nhật Bản ở dãy nhiệt
độ 200°C, 300°C, 400°C, 500°C, 600°C ..................................................................86
Hình 6.7 Mẫu phơi thí nghiệm của ĐỨC ................................................................101
Hình 6.8 Mẫu phơi thí nghiệm của NHẬT BẢN ....................................................102
Hình 6.9 Quá trình đưa phơi vào và lấy ra ..............................................................102
Hình 6.10 Q trình đo độ cứng bằng máy .............................................................103
Hình 6.11 Độ cứng của các mác thép tại mốc nhiệt độ ram 200C ........................106
Hình 6.12 Độ cứng của các mác thép tại mốc nhiệt độ ram 450C ........................106
Hình 6.13 Độ cứng của các mác thép tại mốc nhiệt độ ram 550C ........................107
Hình 6.14 Biểu đồ độ cứng của thép SKD 11 của ĐỨC sau tôi và làm nguội với
các mơi trường khác nhau .......................................................................................108
Hình 6.15 Biểu đồ độ cứng của thép ĐỨC sau khi ram ở nhiệt độ 500C (khác
nhau môi trường làm nguội khi tơi) ........................................................................109
Hình 6.16 Biểu đồ độ cứng của thép SKD11 của NHẬT sau tôi và làm nguội với
các môi trường khác nhau .......................................................................................110
Hình 6.17 Biểu đồ độ cứng của thép NHẬT sau khi ram ở nhiệt độ 5000C (khác
nhau môi trường làm nguội khi tơi) ........................................................................110
Hình 6.18 Thép được dùng trong q trình tơi là thép SKD11 Nhật Bản và thép
SKD11 Trung Quốc. Các mẫu thép với đường kính 25mm và dài 15mm được mua
từ thị trường địa phương .........................................................................................111
Hình 6.19 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi độ cứng của hai loại thép SKD .................113
Hình 6.20 Biểu đồ thể hiện độ cứng sau khi ram thép SKD11 Trung Quốc ở dãy
nhiệt độ 200°C, 300°C, 400°C, 500°C, 600°C .......................................................119
Hình 6.21 Biểu đồ thể hiện độ cứng sau khi ram thép SKD11 Nhật Bản ở dãy nhiệt
độ 200°C, 300°C, 400°C, 500°C, 600°C ................................................................119
Trang 10
PHỤ LỤC BẢNG
Bảng 1.1 Giá thành bán điện sản xuất hiện hành ......................................................21
Bảng 2.1 Các sản phẩm dây đốt của SEANA INTERNATIONAL (CHINA) LTD 23
Bảng 2.2 Đường kính dây và các đặc điểm kỹ thuật ................................................24
Bảng 2.3 Các giá trị (D/d)max tuỳ theo nhiệt độ và vật liệu dây ................................26
Bảng 2.4 Hệ số cách nhiệt và bề dày lớp vật liệu cách nhiệt ....................................33
Bảng 6.1 Kết quả độ cứng khi tôi ở các nhiệt độ khác nhau.....................................75
Bảng 6.2 Kết quả độ cứng sau khi ram 200C ứng với các nhiệt độ khác nhau.......75
Bảng 6.3 Kết quả độ cứng sau khi ram 300C ứng với các nhiệt độ khác nhau.......76
Bảng 6.4 Kết quả độ cứng sau khi ram 400C ứng với các nhiệt độ khác nhau.......76
Bảng 6.5 Kết quả độ cứng sau khi ram 500C ứng với các nhiệt độ khác nhau.......77
Bảng 6.6 Kết quả độ cứng sau khi ram 600C ứng với các nhiệt độ khác nhau.......77
Bảng 6.7 Thành phần hóa học của thép SKD11 Nhật Bản .......................................82
Bảng 6.8 Thành phần hóa học của thép SKD11 Trung Quốc ...................................82
Bảng 6.9 Kết quả thu được của q trình tơi thép SKD11 Nhật Bản và thép SKD11
Trung Quốc ở dãy nhiệt độ 850C, 900C, 950C, 1000C, 1050C; 1100C; giữ
nhiệt 60 phút, môi trường làm nguội là dầu chống cháy ..........................................83
Bảng 6.10 Kết quả thu được của q trình ram sau khi tơi 850C thép SKD11 Nhật
Bản và thép SKD11 Trung Quốc ở dãy nhiệt độ 200C, 300C, 400C, 500C,
600C; giữ nhiệt 60 phút; môi trường làm nguội là không khí .................................84
Bảng 6.11 Kết quả thu được của quá trình ram sau khi tôi 900C thép SKD11 Nhật
Bản và thép SKD11 Trung Quốc ở dãy nhiệt độ 200C, 300C, 400C, 500C,
600C; giữ nhiệt 60 phút; môi trường làm nguội là không khí .................................84
Bảng 6.12 Kết quả thu được của quá trình ram sau khi tôi 950C thép SKD11 Nhật
Bản và thép SKD11 Trung Quốc ở dãy nhiệt độ 200C, 300C, 400C, 500C,
600C; giữ nhiệt 60 phút; môi trường làm nguội là không khí .................................84
Bảng 6.13 Kết quả thu được của quá trình ram sau khi tôi 1000C thép SKD11 Nhật
Bản và thép SKD11 Trung Quốc ở dãy nhiệt độ 200C, 300C, 400C, 500C,
600C; giữ nhiệt 60 phút; môi trường làm nguội là không khí .................................85
Trang 11
Bảng 6.14 Kết quả thu được của quá trình ram sau khi tôi 1050C thép SKD11 Nhật
Bản và thép SKD11 Trung Quốc ở dãy nhiệt độ 200C, 300C, 400C, 500C,
600C; giữ nhiệt 60 phút; môi trường làm nguội là không khí .................................85
Bảng 6.15 Kết quả thu được của quá trình ram sau khi tôi 1100C thép SKD11 Nhật
Bản và thép SKD11 Trung Quốc ở dãy nhiệt độ 200C, 300C, 400C, 500C,
600C; giữ nhiệt 60 phút; môi trường làm nguội là không khí .................................85
Bảng 6.16 Độ cứng của thép SKD11 Nhật Bản ........................................................87
Bảng 6.17 Độ cứng của thép SKD11 Trung Quốc....................................................88
Bảng 6.18 Độ cứng của thép SKD11 Nhật Bản sau khi ram ứng với nhiệt độ tôi
850C.........................................................................................................................89
Bảng 6.19 Độ cứng của thép SKD11 Trung Quốc sau khi ram ứng với nhiệt độ tôi
850C.........................................................................................................................90
Bảng 6.20 Độ cứng của thép SKD11 Nhật Bản sau khi ram ứng với nhiệt độ tôi
900C.........................................................................................................................91
Bảng 6.21 Độ cứng của thép SKD11 Trung Quốc sau khi ram ứng với nhiệt độ tôi
900C.........................................................................................................................92
Bảng 6.22 Độ cứng của thép SKD11 Nhật Bản sau khi ram ứng với nhiệt độ tôi
950C.........................................................................................................................93
Bảng 6.23 Độ cứng của thép SKD11 Trung Quốc sau khi ram ứng với nhiệt độ tôi
950C.........................................................................................................................94
Bảng 6.24 Độ cứng của thép SKD11 Nhật Bản sau khi ram ứng với nhiệt độ tôi
1000C.......................................................................................................................95
Bảng 6.25 Độ cứng của thép SKD11 Trung Quốc sau khi ram ứng với nhiệt độ tôi
1000C.......................................................................................................................96
Bảng 6.26 Độ cứng của thép SKD11 Nhật Bản sau khi ram ứng với nhiệt độ tôi
1050C.......................................................................................................................97
Bảng 6.27 Độ cứng của thép SKD11 Trung Quốc sau khi ram ứng với nhiệt độ tôi
1050C.......................................................................................................................98
Bảng 6.28 Độ cứng của thép SKD11 Nhật Bản sau khi ram ứng với nhiệt độ tôi
1100C.......................................................................................................................99
Bảng 6.29 Độ cứng của thép SKD11 Trung Quốc sau khi ram ứng với nhiệt độ tôi
1100C.....................................................................................................................100
Bảng 6.30 Bảng giá trị độ cứng thép SKD11 của ĐỨC sau khi tôi ở nhiệt độ
1050C.....................................................................................................................103
Trang 12
Bảng 6.31 Bảng giá trị độ cứng thép SKD11 của NHẬT sau khi tôi ở nhiệt độ
1050C.....................................................................................................................104
Bảng 6.32 Trị số độ cứng trung bình của thép SKD11 (ĐỨC) sau quá trình ram .104
Bảng 6.33 Trị số độ cứng trung bình của thép SKD11 (NHẬT) sau quá trình ram
.................................................................................................................................105
Bảng 6.34 Giá trị độ cứng của các mác thép khác nhau tại nhiệt độ ram 200C....106
Bảng 6.35 Giá trị độ cứng của các mác thép khác nhau tại nhiệt độ ram 450C....106
Bảng 6.36 Giá trị độ cứng của các mác thép khác nhau tại nhiệt độ ram 550C....107
Bảng 6.37 Giá trị độ cứng của thép SKD11 sau khi tôi và làm nguội với các dung
dịch khác nhau .........................................................................................................108
Bảng 6.38 Giá trị độ cứng của các mác thép sau khi ram cùng với một mốc nhiệt độ
.................................................................................................................................108
Bảng 6.39 Độ cứng của thép SKD11 Nhật Bản khi tôi tại các mốc nhiệt độ .........112
Bảng 6.40 Độ cứng của thép SKD11 TRUNG QUỐC khi tôi tại các mốc nhiệt độ
.................................................................................................................................112
Bảng 6.41 Kết quả độ cứng khi tôi ở các nhiệt độ khác nhau.................................113
Bảng 6.42 Độ cứng của thép SKD11 Nhật Bản sau khi ram ứng với nhiệt độ tôi
850C.......................................................................................................................114
Bảng 6.43 Độ cứng của thép SKD11 Trung Quốc sau khi ram ứng với nhiệt độ tôi
850C.......................................................................................................................114
Bảng 6.44 Độ cứng của thép SKD11 Nhật Bản sau khi ram ứng với nhiệt độ tôi
900C.......................................................................................................................115
Bảng 6.45 Độ cứng của thép SKD11 Trung Quốc sau khi ram ứng với nhiệt độ tôi
900C.......................................................................................................................115
Bảng 6.46 Độ cứng của thép SKD11 Nhật Bản sau khi ram ứng với nhiệt độ tôi
950C.......................................................................................................................115
Bảng 6.47 Độ cứng của thép SKD11 Trung Quốc sau khi ram ứng với nhiệt độ tôi
950C.......................................................................................................................116
Bảng 6.48 Độ cứng của thép SKD11 Nhật Bản sau khi ram ứng với nhiệt độ tôi
1000C.....................................................................................................................116
Bảng 6.49 Độ cứng của thép SKD11 Trung Quốc sau khi ram ứng với nhiệt độ tôi
1000C.....................................................................................................................117
Trang 13
Bảng 6.50 Độ cứng của thép SKD11 Nhật Bản sau khi ram ứng với nhiệt độ tôi
1050C.....................................................................................................................117
Bảng 6.51 Độ cứng của thép SKD11 Trung Quốc sau khi ram ứng với nhiệt độ tôi
1050C.....................................................................................................................117
Bảng 6.52 Độ cứng của thép SKD11 Nhật Bản sau khi ram ứng với nhiệt độ tôi
1100C.....................................................................................................................118
Bảng 6.53 Độ cứng của thép SKD11 Tr.Quốc sau khi ram ứng với nhiệt độ tôi
1100C.....................................................................................................................118
Trang 14
PHẦN II:
NỘI DUNG ĐỀ TÀI
CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU
1.1 Tình hình chung trong nước và thế giới
Thiết kế và gia công cơ khí đã có những tiến bộ vượt bậc nhờ việc ứng dụng công
nghệ CAD/CAM với các trung tâm gia công CNC. Những công nghệ tiên tiến này
cho phép chúng ta rút ngắn q trình thiết kế và gia cơng chi tiết máy, cũng như thay
đổi mẫu mã sản phẩm một cách linh hoạt. Có thể nói, chúng ta đã làm chủ được khâu
thiết kế và gia công cơ khí. Hai công đoạn còn lại là vật liệu và nhiệt luyện đang đặt
ra nhiều thách thức cho các nhà nghiên cứu công nghệ vật liệu cả trong và ngoài nước.
Thiếu hiểu biết trong lĩnh vực này sẽ cho ra những sản phẩm có chất lượng thấp. Vì
thế phát triển vật liệu và cơng nghệ nhiệt luyện là vấn đề rất được quan tâm.
Các nước công nghiệp phát triển như Mỹ, CHLB Đức, Nhật, Nga, Anh, Pháp đã
nghiên cứu và chế tạo hàng chục loại thép phù hợp với điều kiện làm việc khác nhau.
Điển hình là thép chế tạo chi tiết bền nguội, thép chế tạo chi tiết bền nóng, thép chế
tạo chi tiết chịu ăn mịn hố học... Theo đó, cơng nghệ nhiệt luyện chi tiết và sản suất
lò nhiệt luyện cũng được đầu tư tương xứng.
Những năm gần đây, ngoài yếu tố công nghệ, vấn đề bảo vệ môi trường và tiết kiệm
năng lượng cũng được các quốc gia trên thế giới quan tâm. Nhiều công nghệ nhiệt luyện
và các loại lò nhiệt luyện tiên tiến đã được nghiên cứu và đưa vào ứng dụng có hiệu
quả cao như cơng nghệ nhiệt luyện chân không, công nghệ thấm N plasma và các loại
lị nhiệt lụn chân khơng, lị thấm Nitơ có quạt khuấy cũng được nghiên cứu và chế
tạo. Hai công nghệ này được các nước tiên tiến trên thế giới ứng dụng có hiệu quả cho
nhiệt luyện kim loại chất lượng cao.
Ở Việt Nam, nhu cầu sử dụng thép chế tạo chất lượng cao ngày một tăng, đặc biệt
là những năm gần đây khi mà ngành công nghiệp phụ trợ đang ngày càng phát triển.
Tuy nhiên, năng lực sản xuất nhiệt luyện mới chỉ đáp ứng được một phần nhỏ nhu cầu
thị trường.
Điển hình là ngành khn mẫu, hầu hết các loại khn địi hỏi chất lượng cao đều
phải nhập ngoại. Các Công ty liên doanh, Công ty 100% vốn nước ngoài phải nhập
bán thành phẩm về Việt Nam để lắp ráp hoặc nhập khẩu khuôn để sản xuất. Một số
Công ty chế tạo khuôn trong nước phải gửi khuôn ra nước ngoài để nhiệt luyện và
thấm N.
Thời gian gần đây, một số cơ sở nhiệt luyện có 100% vốn nước ngồi đã x́t
hiện như cơng ty Asung (Hàn quốc) ở Hưng Yên, Công ty Hitachi (Nhật Bản) ở KCN
Trang 15
Nội Bài, Công ty Taishin (Đài Loan) ở KCN Biên Hịa. Các Cơng ty này hoạt động
tương đối khép kín, giá thành nhiệt luyện cao. Đặc biệt, họ chỉ nhiệt luyện các loại thép
do Công ty mẹ sản xuất.
Để đáp ứng nhu cầu về chế tạo và nhiệt luyện, nhiều xưởng cơ khí chế tạo khuôn
mẫu ra đời. Phần lớn các xưởng này có các cơng nghệ hiện đại để thiết kế và gia công
khuôn (công nghệ CAD/CAM, máy CNC) thép chế tạo được nhập ngoại. Một số thép
được nhập từ các nước công nghiệp phát triển như Hàn Quốc, Nhật Bản, CHLB Đức
có chất lượng cao và ổn định, nhu cầu về nhiệt luyện và chế tạo cũng như nắm bắt
được công nghệ nhiệt luyện ngày càng tăng.
Tuy vậy, lò nhiệt luyện chế tạo trong nước chất lượng vẫn cịn thấp và khơng ổn
định. Chỉ có một vài Cơng Ty chuyên về chế tạo lò nhiệt luyện cũng như cơng nghệ
nhiệt lụn có uy tín và sản phẩm đạt chất lượng như Công Ty TNHH SX TM Khắc
Nguyễn, P. Linh Chiểu - Q. Thủ Đức – TP. Hồ Chí Minh, Cơng Ty TNHH FUCO,
Q. Ba Đình - Hà Nội, Công Ty TNHH ICS Việt Nam( 100% vốn Nhật Bản) trên Quốc
Lộ 5 - Tỉnh Hải Dương.
1.2 Vai trò của nhiệt luyện trong sản xuất cơ khí
Nhiệt lụn có vai trò như thế nào trong sản xuất cơ khí. Các nhà máy của chúng
ta đã quan tâm đầu tư đúng mức cho nguyên công này. Đâu là giải pháp tăng tính
cạnh tranh trong mơi trường hội nhập địi hỏi ngày càng khắt khe về chất lượng.
Trước khi tìm hiểu vai trò của nhiệt luyện đối với nhà máy cơ khí như thế nào
chúng ta cùng tìm hiểu sơ qua về nhiệt luyện.
1.2.1 Sơ lược về nhiệt luyện
Nhiệt luyện là công nghệ nung nóng kim loại, hợp kim đến nhiệt độ xác định,
giữ nhiệt tại đó một thời gian thích hợp rồi làm nguội với tốc độ nhất định để làm
thay đổi tổ chức, do đó biến đổi cơ tính và các tính chất khác theo phương hướng đã
chọn trước.
Nhiệt luyện chỉ làm thay đổi tính chất của vật liệu (chủ yếu là vật liệu kim loại)
bằng cách thay đổi cấu trúc bên trong mà khơng làm thay đổi hình dáng và kích thước
của chi tiết.
Trong chế tạo cơ khí, nhiệt lụn đóng vai trị quan trọng vì khơng những nó tạo
cho chi tiết sau khi gia công cơ những tính chất cần thiết mà cịn làm tăng tính cơng
nghệ của vật liệu. Vì vậy có thể nói nhiệt lụn là khâu quan trọng không thể thiếu
được đối với chế tạo cơ khí và là một trong những yếu tố công nghệ quan trọng quyết
định chất lượng của sản phẩm cơ khí.
Nhiệt luyện có ảnh hưởng quyết định tới tuổi thọ của các sản phẩm cơ khí. Máy
móc càng chính xác, yêu cầu cơ tính càng cao thì số lượng chi tiết cần nhiệt luyện
Trang 16
càng nhiều. Đối với các nước công nghiệp phát triển, để đánh giá trình độ ngành chế
tạo cơ khí phải căn cứ vào trình độ nhiệt luyện, bởi vì dù gia công cơ khí chính xác
nhưng nếu không qua nhiệt lụn hoặc chất lượng nhiệt lụn khơng đảm bảo thì tuổi
thọ của chi tiết cũng không cao và mức độ chính xác của máy móc khơng cịn giữ
được theo u cầu.
Nhiệt luyện nâng cao chất lượng sản phẩm không những có ý nghĩa kinh tế rất
lớn (để kéo dài thời gian làm việc, nâng cao độ bền lâu của công trình, máy móc thiết
bị…) mà cịn là thước đo để đánh giá trình độ phát triển khoa học, kĩ thuật của mỗi
quốc gia.
Hình 1.1 Lò nhiệt luyện dạng đáy di động cửa kéo lên
Các tác dụng chủ yếu của Nhiệt luyện:
1.2.2 Tăng độ cứng, tính chịu ăn mịn, độ dẻo dai và độ bền của vật liệu
Mục tiêu của SX cơ khí là SX ra các cơ cấu và máy bền hơn, nhẹ hơn, khoẻ hơn
với các tính năng tốt hơn. Để đạt được điều đó khơng thể khơng sử dụng thành quả
của vật liệu kim loại và nhiệt luyện, sử dụng triệt để các tiềm năng của vật liệu về
mặt cơ tính.
Bằng những phương pháp nhiệt luyện thích hợp như tôi + ram, tôi bề mặt, thấm
cacbon – nitơ,…độ bền và độ cứng của vật có thể tăng lên từ ba đến sáu lần (thép
chẳng hạn), nhờ đó có thể dẫn tới rất nhiều điều có lợi như sau:
Trang 17
- Tuổi bền (thời gian làm việc) của máy tăng lên do hệ số an tồn cao khơng gãy
vỡ (do nâng cao độ bền). Trong nhiều trường hợp máy hỏng còn là do bị ăn mòn quá
mạnh, nâng cao độ cứng, tính chống mài mịn cũng có tác dụng này.
- Máy hay kết cấu có thể nhẹ đi, điều này dẫn đến tiết kiệm kim loại (hạ giá
thành), năng lượng (nhiên liệu) khi vận hành.
- Tăng sức chịu tải của máy, động cơ, phương tiện vận tải (ôtô, toa xe, tàu biển…)
và kết cấu (cầu, nhà, xưởng…), điều này dẫn tới các hiệu quả kinh tế – kĩ thuật lớn.
Phần lớn các chi tiết máy quan trọng như trục, trục khuỷu, vòi phun cao áp, bánh
răng truyền lực với tốc độ nhanh, chốt…đặc biệt là 100% dao cắt, dụng cụ đo và các
dụng cụ biến dạng (khuôn) đều phải qua nhiệt lụn tơi + ram hoặc hố nhiệt lụn.
Chúng thường được tiến hành gần như là sau cùng, nhằm tạo cho chi tiết, dụng cụ cơ
tính thích hợp với điều kiện làm việc và được gọi là nhiệt luyện kết thúc (thường tiến
hành trên sản phẩm).
Như thường thấy, chất lượng của máy, thiết bị cũng như phụ tùng thay thế phụ
thuộc rất nhiều vào cách sử dụng vật liệu và nhiệt luyện chúng. Những máy làm việc
tốt không thể không sử dụng vật liệu tốt (một cách hợp lý, đúng chỗ) và nhiệt lụn
bảo đảm.
1.2.3 Cải thiện tính cơng nghệ (rèn, dập, gia cơng cắt, tính chịu mài, tính
hàn…), từ tính, điện tính…
Muốn tạo thành chi tiết máy, vật liệu ban đầu phải qua nhiều khâu, nguyên công
gia công cơ khí: rèn, dập, cắt…Để đảm bảo sản xuất dễ dàng với năng suất lao động
cao, chi phí thấp vật liệu phải có cơ tính sao cho phù hợp với điều kiện gia công tiếp
theo như cần mềm để dễ cắt hoặc dẻo để dễ biến dạng nguội. Muốn vậy cũng phải áp
dụng các biện pháp nhiệt luyện thích hợp (ủ hoặc thường hoá như với thép). Ví dụ,
sau khi biến dạng (đặc biệt là kéo nguội) thép bị biến cứng đến mức không thể cắt
gọt hay biến dạng (kéo) tiếp được, phải đưa đi ủ hoặc thường hoá để làm giảm độ
cứng, tăng độ dẻo. Sau khi xử lý như vậy thép trở nên dễ gia công tiếp theo.
Các phương pháp nhiệt luyện tiến hành với mục đích như vậy được gọi là nhiệt
luyện sơ bộ, chúng nằm giữa các nguyên công gia công cơ khí (thường tiến hành trên
phôi).
Vậy trong sản xuất cơ khí cần phải biết tận dụng các phương pháp nhiệt luyện
thích hợp, không những đảm bảo khả năng làm việc lâu dài cho chi tiết, dụng cụ bằng
thép mà cịn đễ dàng cho q trình gia cơng.
1.2.4 Nhiệt luyện trong nhà máy cơ khí
Ở các nhà máy cơ khí với quy mơ nhỏ và trung bình, bộ phận nhiệt luyện không
lớn và thường đặt tập trung. Sau khi nhiệt luyện sơ bộ, từ đây phôi thép được chuyển
Trang 18
tới các phân xưởng cắt gọt, dập và sau khi nhiệt luyện kết thúc các chi tiết máy quan
trọng (cần cứng và bền cao) được đưa qua mài hay thẳng đến lắp ráp. Cách sắp xếp
như vậy có nhiều nhược điểm, song khơng thể khác vì sản lượng thấp. Ở các nhà máy
cơ khí có quy mơ lớn và rất lớn, các chi tiết máy được gia cơng hồn chỉnh từ khâu
đầu đến khâu cuối trên dây chuyền cơ khí hố hoặc tự động hố trog đó bao gồm cả
ngun công nhiệt luyện. Do vậy nguyên công nhiệt luyện ở đây cũng phải được cơ
khí hoá thậm chí tự động hố và phải chống nóng, độc để khơng có ảnh hưởng xấu
đến bản thân người làm nhiệt luyện cũng như cả dây chuyền sản xuất cơ khí. Cách
sắp xếp chuyên mơn hố cao như vậy đảm bảo chất lượng sản phẩm và lựa chọn
phương án tiết kiệm được năng lượng.
Các nhà máy cơ khí có thể xem xét tuỳ thuộc vào mức độ sản xuất của đơn vị
mình ra sao mà lựa chọn quy mô của phân xưởng nhiệt luyện sao cho phù hợp và tiết
kiệm nhất nhưng vẫn đảm bảo được chất lượng của sản phẩm.
1.3 Ưu thế khi sử dụng lò nhiệt luyện bằng điện
Hình 1.2 Lò nhiệt luyện thể khí có quạt khuấy
Tiết kiệm năng lượng với lị nung bằng điện trở
Trong các q trình cơng nghệ, đặc biệt là trong luyện kim và cơ khí có rất nhiều
giai đoạn cần gia nhiệt vật nung đến nhiệt độ cao.
Nguồn nhiệt cung cấp có thể từ quá trình cháy của nhiên liệu như gas, than đá,
sinh khối hay từ q trình chuyển hóa điện năng trong điện trở hay vòng cảm ứng,
đèn hồ quang. Xét về mặt hiệu quả sử dụng năng lượng sơ cấp, các quá trình cháy
cho phép tận dụng tối đa khả năng sinh nhiệt của nhiên liệu. Tuy nhiên đối với các
cơ sở sản x́t, lị nung có quy mơ nhỏ, nhiệt của sản phẩm cháy không được tận dụng
một cách triệt để thì hiệu suất sử dụng sẽ rất thấp. Để nâng cao hiệu quả sử dụng năng
lượng, giảm giá thành sản xuất, một số cơ sở đã chuyển việc sử dụng nhiệt năng của
quá trình cháy sang sử dụng nhiệt năng chuyển hóa từ điện năng.
Trang 19
+ Giá thành 1 kW nhiệt hữu ích khi sử dụng gas làm nhiên liệu
Đối với các lò nung dùng nhiên liệu khí, hiệu suất sử dụng nhiệt của lò thường
chỉ đạt khoảng 55% đến 65%. Điều này được giải thích là do tổn thất nhiệt mà sản
phẩm cháy mang theo lớn, với các lị nung quy mơ nhỏ thường khơng có phương
pháp khả thi để tiết kiệm được lượng nhiệt này. Gas hiện bán trên thị trường có nhiệt
trị thấp khoảng 11,3 đến 12,0 kCal/kg.
Theo Ông Đỗ Trung Thành, Phó Trưởng phịng Kinh doanh – Cơng ty Dầu khí
Thành phố Hồ Chí Minh (Saigon Petro) cho biết, giá gas nhập khẩu bình quân tháng
7/2015 ở mức 410 USD/tấn, giảm 12,5 USD/tấn so với tháng trước.
Giá các loại gas: Saigon Petro, Pacific Petro, EFF gas, Gia Đình gas… sẽ dao
động ở mức 285.000 - 293.000 đồng/bình 12kg. Tương đương 23.750 – 24.400
đồng/kg.
Theo các số liệu đó, ta có:
Lượng nhiệt hữu ích thu được khi đốt 1 kg Gas là:
0,65.12 = 7,8 kCal/kg = 32,65 kJ
Với 1 Cal = 4,1858 J
Giá thành của 1 kJ nhiệt hữu ích khi sử dụng nhiên liệu Gas là:
24.400.0,65
= 485,75 VNĐ
32,65
+ Giá thành 1 kW nhiệt hữu ích khi sử dụng điện trở
Đối với các lò nung cấp nhiệt bằng dây điện trở, do lò khơng có hệ thống thốt
sản phẩm cháy nên có kết cấu kín, tổn thất nhiệt của lò chỉ là tổn thất nhiệt qua kết
cấu bao che. Hiệu suất nhiệt của lò loại này thường rất cao, đạt từ 95% trở lên (trong
điều kiện cách nhiệt đảm bảo).
Hệ số chuyển đổi từ điện năng sang nhiệt năng cao tức là cứ 1 kW điện sẽ sinh
ra 0,95 kW nhiệt khi đi qua điện trở. Giá bán điện hiện nay được phân theo giờ và
cấp điện áp. Giá bán điện sản xuất được quy định theo thông tư 05/2011/TT- BCT
của Bộ Công Thương áp dụng từ ngày 01/03/2015 được cho trong bảng 1.1
Trang 20
Bảng 1.1 Giá thành bán điện sản xuất hiện hành
STT
Đối tượng áp dụng
2011 (đ/kWh)
2010 (đ/kWh)
Thay đổi
(%)
Giá bán điện sản xuất
Cấp điện áp từ 110 kV trở lên
1
Giờ bình thường
1.043
898
16,1
Giờ thấp điểm
646
496
30,2
Giờ cao điểm
1.862
1.758
5,9
Cấp điện áp từ 22 kV đến dưới 110 kV
2
Giờ bình thường
1.068
935
14,2
Giờ thấp điểm
670
518
29,3
Giờ cao điểm
1.937
1.825
6,1
Cấp điện áp từ 6 kV đến dưới 22 kV
3
Giờ bình thường
1.093
986
Giờ thấp điểm
6.83
556
Giờ cao điểm
1.999
1.885
6,0
1.139
1.023
11,3
Giờ thấp điểm
708
589
20,2
Giờ cao điểm
2.061
1.938
6,3
10,9
Cấp điện áp dưới 6 kV
4
Giờ bình thường
Theo bảng giá này, nếu ta lấy mức giá bán điện là mức giá cao nhất 2.061
VNĐ/kWh. Với 1 W = 1 J/s vậy 1 kW/h = 3600 kJ. Theo các số liệu đó, ta có:
+ Giá bán của 1 kJ nhiệt thu được khi sử dụng điện trở là:
2061
= 0.573 VNĐ
3600
+ Giá bán của 1 kJ nhiệt hữu ích thu được khi sử dụng điện trở là:
0,573
= 0,603 VNĐ
0,95
Điều này chứng tỏ, khi sử dụng điện thay thế Gas thì mỗi kJ nhiệt hữu ích, nhà
sản xuất sẽ tiết kiệm được 485,15 VNĐ. Đây là cơ sở để các nhà sản xuất chuyển đổi
nguồn năng lượng sử dụng trong các lị nung. Điều này hồn tồn phù hợp với thực
tế sản xuất ở các doanh nghiệp sản xuất gốm sứ, các cơ sở nhiệt luyện chi tiết máy ,
các phân xưởng, công ty cơ khí, công ty sản xuất kẽm,…
Trang 21
CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN THIẾT KẾ DÂY ĐIỆN TRỞ VÀ TÍNH TỐN
NHIỆT CHO LỊ
2.1 u cầu của vật liệu chế tạo dây điện trở
Dây điện trở là bộ phận phát nhiệt của lò, làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao
do đó phải đảm bảo các yêu cầu sau:
- Chịu nóng tốt, ít bị ơxi hố ở nhiệt độ cao.
- Có độ bền cơ học cao, khơng bị biến dạng ở nhiệt độ cao, có thể tự bền vững
dưới tải trọng của dây.
- Điện trở suất phải lớn: Tạo cho dây điện trở có cấu trúc gọn khi cùng đáp ứng
một công suất yêu cầu, dễ dàng bố trí trong lò.
- Hệ số nhiệt điện trở nhỏ: Hầu hết các vật liệu chế tạo dây điện trở đều có hệ số
nhiệt điện trở nhỏ và dương (nhiệt độ càng cao, điện trở càng lớn).
- Các kích thước phải ổn định: Mét số vật liệu, ngày càng chảy dài ra, đứng về
mặt cấu tạo, lắp ráp không thuận lợi, khi xây lò và lắp ráp phải chừa chỗ dự phòng
cho sự dãn dài của dây, như vậy không đạt yêu cầu chắc chắn.
- Các tính chất điện phải ổn định hoặc ít thay đổi.
- Dễ gia công: Kéo dây, dễ hàn, đối với vật liệu phi kim loại phải Ðp khuôn
được.
Để thoả mãn các yêu cầu trên, trong thực tế rất khó có vật liệu nào đáp ứng được,
nhưng người ta đã chọn được một số vật liệu thoả mãn tốt các yêu cầu chính để chế
tạo dây điện trở. Các vật liệu đó là: Crơm - Niken, Crơm - Nhơm, Crôm - Nhôm Sắt, Cacbuarun (SiC),...
Hợp kim Nicrôm
Hợp kim Nicrôm có độ bền nóng tốt vì có líp màng crơm ôxit (Cr2O3) bảo vệ rất
chắc chắn, chịu được sự thay đổi nhiệt độ tốt nên có thể làm việc trong các lị có chế
độ làm việc gián đoạn.
Hợp kim Nicrơm có cơ lý tính tốt ở nhiệt độ thường cũng như nhiệt độ cao: dẻo,
dễ gia công, dễ hàn, điện trở suất lớn, hệ số nhiệt điện trở nhỏ, không có hiện tượng
già hố. Nicrơm là vật liệu đắt tiền nên người ta có khuynh hướng tìm các loại vật
liệu khác thay thế.
Trang 22
Hợp kim Sắt - Crôm – Nhôm
Hợp kim này chịu được nhiệt độ cao, thoả mãn các yêu cầu về tính chất dẫn
điện, nhưng có nhược điểm là: giịn, khó gia cơng, kém bền cơ học ở nhiệt độ cao.
Vì vậy khi thiết kế cần lưu ý tránh tác động tải trọng của chính dây điện trở.
Một nhược điểm nữa của hợp kim này là ở nhiệt độ cao dễ bị các ơxit sắt, ơxit
silic tác dụng hố học, phá hoại lớp màng bảo vệ của các ôxit nhôm và crơm. Vì vậy,
tường lị (ở những nơi tiếp xúc với dây điện trở) phải là vật liệu chứa nhiều Alumin
(Al2 O3 ≥ 70%, Fe2O3 ≤ 1%).
Độ dãn dài của hợp kim này tới 30% - 40% đã gây khó khăn khi lắp đặt dây trong
lị, vì vậy cần tránh đoản mạch khi dây dãn dài và cong. Ở Trung Quốc, người ta đã
chế tạo được các loại dây hợp kim.Thể hiện trong bảng sau:
Bảng 2.1 Các sản phẩm dây đốt của SEANA INTERNATIONAL (CHINA) LTD
1Cr13A14 0Cr25A15 0Cr21A16 0Cr23A15 0Cr21A14 0Cr21AL6Nb 0Cr27AL7Mo2
Cr
Thành phần
hóa học
(%)
12.0-15.0 23.0-26.0
19.0-22.0
22.5-24.5
18.0-21.0
21.0-23.0
26.5-27.8
Al
4.0-6.0
4.5-6.5
5.0-7.0
4.2-5.0
3.0-4.2
5.0-7.0
6.0-7.0
RE
Vừa phải
Vừa phải
Vừa phải
Vừa phải
Vừa phải
Vừa phải
Vừa phải
Fe
Còn lại
Còn lại
Còn lại
Còn lại
Còn lại
Còn lại
Còn lại
Nb0.5
Mo1.8-2.2
Nhiệt độ tối đa
(0C)
Điện trở suất (200C)
(µΩm)
Trọng lượng riêng
(g/cm3)
Tính dẫn nhiệt
(Kj/m. h. 0C)
Hệ số giãn nở nhiệt
(α×10-6/0C)
950
1250.00
1250.00
1250.00
1100.00
1350.00
1400.00
1.25
1.42
1.42
1.35
1.23
1.45
1.53
7.40
7.10
7.16
7.25
7.35
7.10
7.10
52.7
46.1
63.2
60.2
46.9
46.1
45.2
15.4
16.0
14.7
15.0
13.5
16.0
16.0
Điểm nhiệt độ chảy (0C)
1450.00
1500.00
1500.00
1500.00
1500.00
1510.00
1520.00
Sức căng (N/mm2)
580-680
630-780
630-780
630-780
600-700
650-800
680-830
Tính kéo dài (%)
>16
>12
>12
>12
>12
>12
>10
Tính co ngắn lại (%)
65-75
60-75
65-75
65-75
65-75
65-75
65-75
Số lần uốn (F/R)
>5
>5
>5
>5
>5
>5
>5
Độ cứng (HB)
200-260
200-260
200-260
200-260
200-260
200-260
200-260
Cấu trúc
Ferrite
Ferrite
Ferrite
Ferrite
Ferrite
Ferrite
Ferrite
Từ tính
Dẫn từ
Dẫn từ
Dẫn từ
Dẫn từ
Dẫn từ
Dẫn từ
Dẫn từ
Trang 23
Chúng là hợp kim Crơm có hàm lượng lớn, được biến tính bằng các kim loại
kiềm thổ nên tăng độ dẻo ở 10000C, do vậy có độ bền cao.
Các dây điện trở được tiêu chuẩn hoá khi sản xuất. Dây điện trở bằng hợp kim
1Cr13A14, 0Cr25A15, 0Cr21A16, 0Cr23A15, 0Cr21A14, 0Cr21AL6Nb,
0Cr27AL7Mo2. Có các loại:
Dây trịn có đường kính d [mm]:
Bảng 2.2 Đường kính dây và các đặc điểm kỹ thuật
1Cr13AI4
0Cr25AI5
0CrAl7Mo2
电阻窣 m.1,25 0,8
电阻窣 m.1,42 0,7
电阻窣 m.1,53 0,7
直径 面积 每米表面积
200C
200C
200C
(mm) (mm2)
(cm2/m)
米千克长度 每米重量
米千克长度 每米重量
米千克长度 每米重量
每米电用
每米电用
每米电用
m / kg
kg / m
m / kg
kg / m
m / kg
kg / m
0.10
0.12
0.15
0.17
0.19
0.21
0.25
0.27
0.29
0.31
0.35
0.40
0.45
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
1.20
1.40
1.60
1.80
2.00
2.20
2.50
2.80
3.00
3.50
4.00
4.50
5.00
5.50
6.00
6.50
7.00
0.0078
0.0113
0.0177
0.0227
0.0284
0.0346
0.0491
0.0573
0.0661
0.0755
0.0962
0.1257
0.1590
0.1693
0.283
0.385
0.503
0.636
0.785
1.131
1.539
2.01
2.54
3.14
3.80
4.91
6.16
7.07
9.62
12.57
15.90
19.63
23.8
28.3
33.20
38.50
3.14
3.77
4.71
5.34
5.97
6.60
7.85
8.48
9.11
9.74
11.00
12.57
14.14
15.71
18.85
22.0
25.1
28.3
31.4
37.7
44.0
50.3
56.5
62.8
69.1
78.5
88.0
94.2
110.0
125.7
141.4
157.1
172.8
188.5
204
220
/ m
159.2
110.5
170.7
55.1
44.1
36.1
25.5
21.8
18.9
16.6
13.0
9.95
7.86
6.37
4.42
3.25
2.49
1.96
1.59
1.11
0.812
0.626
0.491
0.398
0.329
0.255
0.203
0.1768
0.1299
0.0995
0.0786
0.0637
0.0526
0.0442
0.0377
0.0325
17206
11949
7647
5954
4766
3901
2753
2360
2046
1790
1405
1075
850
688
480
351
269
212
172
119
87.8
67.2
53.1
43.0
35.5
27.5
21.9
19.1
14.00
10.75
8.50
6.88
5.69
4.78
4.07
3.51
0.0000581
0.0000836
0.000131
0.000168
0.000210
0.000256
0.000363
0.000424
0.000489
0.000559
0.000712
0.000930
0.001177
0.001453
0.002092
0.002848
0.003720
0.004708
0.005812
0.008369
0.001139
0.01488
0.01883
0.02325
0.02813
0.03632
0.04557
0.05231
0.07120
0.09299
0.1177
0.1453
0.1758
0.2092
0.2456
0.2858
/ m
180.6
125.6
80.4
62.6
50.1
41.1
28.9
24.8
21.5
18.8
14.8
11.3
8.93
7.23
5.02
3.96
2.83
2.23
1.808
1.256
0.922
0.706
0.558
0.452
0.374
0.289
0.231
0.201
0.1476
0.1130
0.0893
0.0723
0.0598
0.0520
0.0428
0.0369
17933
12453
7970
6205
4959
4066
2870
2460
2132
1866
1464
1121
886
717
498
366
280
221
179.5
124.5
91.5
70.1
55.5
44.8
37.0
28.7
22.9
19.92
14.64
11.21
8.86
7.17
5.92
4.98
4.24
3.66
0.0000558
0.0000803
0.000125
0.000161
0.000201
0.000246
0.000346
0.000407
0.000469
0.000536
0.000683
0.000892
0.001129
0.001394
0.00201
0.00273
0.00357
0.00452
0.00507
0.00803
0.01093
0.01427
0.01803
0.0223
0.0270
0.0349
0.0437
0.0502
0.0683
0.0892
0.1129
0.1394
0.169
0.201
0.236
0.273
/ m
194.8
135.3
80.6
67.4
54.0
44.2
31.2
26.7
23.2
20.3
15.9
12.19
9.62
7.79
5.41
3.98
3.04
2.41
1.95
1.35
0.994
0.761
0.601
0.487
0.402
0.312
0.248
0.216
0.159
0.1218
0.0962
0.0779
0.0644
0.0541
0.0461
0.0398
17933
12453
7970
6205
4968
4066
2870
2460
2132
1866
1464
1121
886
717
498
366
280
221
179.5
124.5
91.5
70.1
55.5
44.8
37.0
28.7
22.9
19.92
14.64
11.21
8.86
7.17
5.92
4.98
4.24
3.66
0.0000558
0.0000803
0.000125
0.000161
0.000201
0.000246
0.000349
0.000407
0.000469
0.000536
0.000683
0.000892
0.001129
0.001394
0.00201
0.00273
0.00357
0.00452
0.00557
0.00803
0.01093
0.01427
0.01803
0.0229
0.0270
0.0349
0.0437
0.0502
0.0683
0.0892
0.1129
0.1394
0.1690
0.201
0.236
0.273
Trang 24
