THIẾT KẾ XƯỞNG ĐÚC BI NGHIỀN Φ60 – Φ150 BẰNG THÉP HADFIELD THEO CÔNG NGHỆ FURAN NĂNG SUẤT 3000 TẤN NĂM

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (5.18 MB, 117 trang )

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU
BỘ MÔN KIM LOẠI VÀ HỢP KIM

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Đề tài :

THIẾT KẾ XƯỞNG ĐÚC BI NGHIỀN Φ60 – Φ150
BẰNG THÉP HADFIELD THEO CÔNG NGHỆ
FURAN NĂNG SUẤT 3000 TẤN/NĂM

GVHD : PGS. TS NGUYỄN NGỌC HÀ
SVTH : NGUYỄN VĂN HIỀN
MSSV : V1001014

TP. HCM, Tháng 12 năm 2014
i

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT
NAM
Khoa: CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Họ và tên: NGUYỄN VĂN HIỀN

MSSV: V1001014 – Lớp: VL10KL

Ngành: Công nghệ vật liệu

Chuyên ngành: Kim loại và hợp kim

1. Tên đề tài:

“THIẾT KẾ XƯỞNG ĐÚC BI NGHIỀN Ф60 – Ф150 BẰNG THÉP HADFIELD
THEO CÔNG NGHỆ FURAN NĂNG SUẤT 3000 TẤN/NĂM”.
2. Nhiệm vụ của luận văn (yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu) :
- Tổng quan
- Thiết kế đúc cho một loại bi tiêu biểu
- Tính toán và lựa chọn trang thiết bị cho xưởng đúc
- Luyện thép hợp kim Hadfield trong lò cảm ứng không lõi sắt
- Thiết kế sơ bộ mặt bằng xưởng đúc.
3. Ngày giao nhiệm vụ luận văn: 20/08/2014
4. Ngày hoàn thành nhiệm vụ luận văn: 15/12/2014
5. Họ tên người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Ngọc Hà

Phần hướng dẫn: Toàn phần

Nội dung và yêu cầu LVTN đã được thông qua Bộ môn.
Tp.HCM, ngày...........tháng.......năm.......
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN
(Ký và ghi rõ họ tên )

NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHÍNH
(Ký và ghi rõ họ tên)

PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN:

Người duyệt (chấm sơ bộ) :...........................................................
Đơn vị: ..........................................................................................

ii

Ngày bảo vệ: .................................................................................
Điểm tổng kết: ..............................................................................
Nơi lưu trữ luận văn: .....................................................................
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Khoa: CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Tp.HCM, ngày.........tháng.......năm 20....
.....................

PHIẾU CHẤM BẢO VỆ LVTN
(Dành cho người hướng dẫn )
1. Họ và tên SV: NGUYỄN VĂN HIỀN
MSSV: V1001014

Ngành (chuyên ngành): Kim loại và hợp kim

2. Đề tài:

THIẾT KẾ XƯỞNG ĐÚC BI NGHIỀN Ф60 – Ф150 BẰNG THÉP HADFIELD

THEO CÔNG NGHỆ FURAN NĂNG SUẤT 3000 TẤN/NĂM.
3. Họ tên người hướng dẫn:
..................................................................................................................................................
4. Tổng quát về bản thuyết minh:
Số trang

:.................................

Số chương

:.............................

Số bảng số liệu

:.................................

Số hình vẽ

:..............................

Số tài liệu tham khảo :................................

Phần mềm tính toán :..............................

Hiện vật (sản phẩm ) :.................................
5. Tổng quát về của bản vẽ:
- Số bản vẽ:.................bản A0:...........bản A1:...........bản A2:..........khổ khác:.................
- Số bản vẽ vẽ tay:................

Số bản vẽ trên máy tính:............................................

6. Nhận xét :

.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
iii

.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
7. Đề nghị: Được bảo vệ
Bổ sung thêm để bảo vệ
Không được bảo vệ
8. Câu hỏi SV phải trả lời trước Hội Đồng (CBPB ra ít nhất 02 câu):

.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
9. Đánh giá chung (bằng chữ: giỏi, khá, TB):..................................
10. Điểm (Thang điểm 10) :........../10
Ký tên
(ghi rõ họ tên)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Khoa: CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

iv

Tp.HCM, ngày.........tháng.......năm 20....
.....................

PHIẾU CHẤM BẢO VỆ LVTN
(Dành cho người phản biện )
1. Họ và tên SV: NGUYỄN VĂN HIỀN
MSSV: V1001014

Ngành (chuyên ngành): Kim loại và hợp kim

2. Đề tài:

THIẾT KẾ XƯỞNG ĐÚC BI NGHIỀN Ф60 – Ф150 BẰNG THÉP HADFIELD
THEO CÔNG NGHỆ FURAN NĂNG SUẤT 3000 TẤN/NĂM.
3. Họ tên người phản biện:
..................................................................................................................................................
4. Tổng quát về bản thuyết minh:
Số trang

:.................................

Số chương

:.............................

Số bảng số liệu

:.................................

Số hình vẽ

:..............................

Số tài liệu tham khảo :................................

Phần mềm tính toán :..............................

Hiện vật (sản phẩm ) :.................................
5. Tổng quát về của bản vẽ:
- Số bản vẽ:.................bản A0:...........bản A1:...........bản A2:..........khổ khác:.................
- Số bản vẽ vẽ tay:................

Số bản vẽ trên máy tính:............................................

6. Nhận xét :

.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................

.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
v

.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
7. Đề nghị: Được bảo vệ
Bổ sung thêm để bảo vệ
Không được bảo vệ
8. Câu hỏi SV phải trả lời trước Hội Đồng (CBPB ra ít nhất 02 câu):

.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................

năm 2020, nước ta cơ bản thành một nước công nghiệp. Để đạt được mục tiêu đó, con

vii

người Việt Nam cần phải biết tận dụng những thế mạnh vốn có của mình là nguốn tài
nguyên thiên nhiên phong phú, khai thác và phát triển bền vững.
Một trong những nguồn tài nguyên đáng kể và có giá trị nhất của nước ta là các
mỏ quặng kim loại, chủ yếu tập trung ở miền Bắc. Quá trình khai thác và chế biến các
quặng đòi hỏi phải trải qua rất nhiều giai đoạn. Một trong những giai đoạn quan trọng,
ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm nhất đó là giai đoạn nghiền quặng để tách các
khoáng vật chứa kim loại hoặc đá quý có trong quặng ra.
Hiện nay, bi nghiền cho các máy bi nghiền đã sản xuất được trong nước. Tuy
nhiên, giá bi nghiền sản xuất trong nước vẫn còn rất cao và phải nhập một lượng lớn bi
nghiền từ nước ngoài. Nguyên nhân chủ yếu của vấn đề trên là do công nghệ sản xuất
bi nghiền trong nước chưa phù hợp và các viên bi nghiền thường không đảm bảo tính
chính xác về khối lượng do khuyết tật lõm co lớn trong quá trình đúc.
Trước nhu cầu cấp thiết đó, em đã chọn đề tài Luận văn tốt nghiệp “Thiết kế
xưởng đúc bi nghiền Ф60 – Φ150 bằng thép Hadfield theo công nghệ Furan năng
suất 3000 tấn/năm” để nhằm tìm hiểu nguyên nhân của vấn đề trên, từ đó đưa ra cách
khắp phục và áp dụng vào trong thực tiễn sản xuất.
Dưới sự hướng dẫn, chỉ dạy hết sực tận tình của thầy PGS.TS Nguyễn Ngọc Hà,
em đã hoàn thành đề tài luận văn tốt nghiệp. Do kiến thức cũng như kinh nghiệm còn
hạn chế cho nên không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được sự góp ý, chia
sẻ của quý thầy cô, bạn bè để em có thể hoàn thiện đề tài này.

TÓM TẮT LUẬN VĂN
Hiện nay, ở nước ta các máy nghiền ngày càng đóng vai trò quan trọng trong
ngành công nghiệp khai thác và chế biến khoáng sản. Muốn sản xuất ra một sản phẩm
có chất lượng việc đầu tiên là chúng ta phải tách kim loại ra khỏi quặng. Ở giai đoạn

này yêu cầu máy nghiền bi phải nghiền vỡ quặng ra để tách các kim loại hay đá quý
tạo điều kiện thuận lợi cho việc tuyển chọn phân loại các kim loại từ quặng. Để làm
viii

được điều này, đỏi hỏi các viên bi nghiền phải có độ cứng bề mặt cao, tính chống mài
mòn, ăn mòn lớn để chống lại sự va đập và ma sát trong quá trình nghiền.
Tuy nhiên, thị trường trong nước vẫn chưa tự cung ứng được các viên bi nghiền
đảm bảo những yêu cầu đó. Một nhược điểm quan trọng các viên bi nghiền trong nước
sản xuất ra đó là thường bị lõm co to, sai số về khối lượng lớn. Nhằm khắc phục
những nhược điểm đó và đưa ra một giải pháp cho việc sản xuất bi nghiền trong nước,
đề tài luận văn tốt nghiệp của em mang tên “Thiết kế xưởng đúc bi nghiền Ф60 –
Φ150 bằng thép Hadfield theo công nghệ Furan năng suất 3000 tấn/năm” bao
gồm những nội dung chính sau:
 Chương 1: Tổng quan.
 Chương 2: Thiết kế đúc cho một loại bi tiêu biểu bi nghiền Φ 150 bằng thép
130Mn13Đ.
 Chương 3: Tính toán lựa chọn trang thiết bị xưởng đúc bi thép 3000 tấn/năm.
 Chương 4: Luyện thép hợp kim Hadfield trong lò cảm ứng không lõi sắt.
 Chương 5: Thiết kế mặt bằng phân xưởng.
 Chương 6: Kết luận.

MỤC LỤC
Đề mục

Trang

Trang bìa......................................................................................................................... i
Nhiệm vụ luận văn.........................................................................................................ii
Phiếu chấm luận văn.....................................................................................................iii

Lời cảm ơn................................................................................................................... vii
ix

Lời nói đầu.................................................................................................................viii
Tóm tắt Luận Văn.........................................................................................................ix
Mục lục.......................................................................................................................... x
Danh sách bảng biểu....................................................................................................xii
Danh sách hình vẽ.......................................................................................................xiv
Danh sách các từ viết tắt............................................................................................xvii
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN........................................................................................1
1.1. Giới thiệu máy nghiền bi.........................................................................................1
1.2. Yêu cầu bi nghiền trong máy nghiền bi..................................................................2
1.3. Thép Hadfield (thép mangan cao)...........................................................................2
1.4. Đúc trong khuôn cát nhựa.......................................................................................4
1.5. Công nghệ đúc trong khuôn cát nhựa đóng rắn nguội tự cứng furan.....................10
1.6. Nhiêm vụ và mục tiêu của đề tài thiết kế xưởng đúc.............................................13
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ ĐÚC CHO MỘT LOẠI BI TIÊU BIỂU BI NGHIỀN
Φ150 BẰNG THÉP 130Mn13Đ................................................................................14
2.1. Điều kiện làm việc của chi tiết..............................................................................14
2.2. Tính chất của thép hợp kim 130Mn13Đ................................................................14
2.3. Tính toán đúc bi nghiền Φ150...............................................................................14
2.4. Thiết kế hòm khuôn sơ bộ.....................................................................................15
2.5. Thiết kế hệ thống rót.............................................................................................17
2.6. Thiết kế đậu ngót..................................................................................................23
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN TRANG THIẾT BỊ XƯỞNG ĐÚC
BI THÉP 3000 TẤN/NĂM.........................................................................................27
3.1. Khối lượng kim loại lỏng cần nấu trong một năm.................................................27
3.2. Lượng hỗn hợp làm khuôn trong một năm............................................................27
x

3.3. Chế độ làm việc của xưởng...................................................................................31
3.4. Lựa chọn các thiết bị xưởng đúc...........................................................................32
3.5. Các thiết bị phụ trợ khác.......................................................................................66
3.6. Dây chuyền công nghệ các thiết bị trong xưởng...................................................70
CHƯƠNG 4: LUYỆN THÉP HỢP KIM HADFIELD TRONG LÒ CẢM ỨNG
KHÔNG LÕI SẮT.....................................................................................................73
4.1. Khái quát về lò điện cảm ứng không lõi sắt..........................................................73
4.2. Quy trình nấu luyện thép hợp kim 130Mn13Đ trong lò cảm ứng trung tần..........74
CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ MẶT BẰNG PHÂN XƯỞNG........................................80
5.1. Bố trí mặt bằng phân xưởng..................................................................................80
5.2. Tính toán các nhu cầu về điện nước......................................................................80
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN.........................................................................................88
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................89
PHỤ LỤC...................................................................................................................92

DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU
xi

1. Bảng 1.1: Thành phần hóa học (%) của thép mangan cao..........................................3
2. Bảng 1.2: Tính đúc của thép mangan cao...................................................................3
3. Bảng 2.1: Kích thước phễu rót.................................................................................21
4. Bảng 2.2: Kích thước màng lọc................................................................................22
5. Bảng 2.3: Kích thước rãnh lọc xỉ.............................................................................22
6. Bảng 2.4: Kích thước rãnh dẫn hình thang cao........................................................23
7. Bảng 3.1: Tính chất vật lý cát nguyên liệu...............................................................28
8. Bảng 3.2: Thành phần hóa học cát nguyên liệu........................................................28
9. Bảng 3.3: Đặc tính sản phẩm nhựa furan.................................................................28

10. Bảng 3.4: Chế độ làm việc của xưởng....................................................................31
11. Bảng 3.5: Khối lượng nguyên liệu dùng trong một ngày làm.................................32
12. Bảng 3.6: Các thông số kỹ thuật các kiểu máy trộn cát liên tục.............................37
13. Bảng 3.7: Thông số kỹ thuật bàn rung khuôn.........................................................41
14. Bảng 3.8: Thông số kỹ thuật lò cảm ứng trung tần.................................................46
15. Bảng 3.9: Các thông số kỹ thuật của thiết bị phá khuôn kiểu rung.........................49
16. Bảng 3.10: Thông số kỹ thuật thiết bị xử lý hỗn hợp làm khuôn bằng khí nén......53
17. Bảng 3.11: Thông số kỹ thuật máy bắn bi dạng treo theo chu kỳ...........................56
18. Bảng 3.12: Các thông số kỹ thuật của lò giếng điện trở.........................................60
19. Bảng 3.13: Thông số kỹ thuật của gạch samot C và ceramic wool........................64
20. Bảng 3.14: Danh sách các thiết bị trong nhà xưởng...............................................70
21. Bảng 4.1: Thành phần hóa học mác thép 130Mn13Đ............................................75
22. Bảng 4.2: Thành phần hóa học nguyên liệu đầu vào..............................................75
23. Bảng 4.3: Mức cháy hao của các nguyên tố hợp kim.............................................76
24. Bảng 4.4: Thành phần hóa học FeMn75 và FeSi75................................................76
xii

25. Bảng 4.5: Cháy hao của ferro hợp kim khi cho vào tinh luyện hợp kim hóa..........76
26. Bảng 4.6: Thành phần nguyên liệu đầu vào với mẻ liệu 3 tấn/mẻ..........................77
27. Bảng 5.1: Thông số kỹ thuật các kiểu tháp giải nhiệt.............................................82
28. Bảng 5.2: Các thông số về công suất tiêu thụ điện các thiết bị trong xưởng..........85
29. Bảng 5.3: Chỉ tiêu chất lượng chiếu sáng công nghiệp tiêu chuẩn Việt Nam.........86

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ
xiii

1. Hình 1.1: Mô hình máy nghiền bi..............................................................................1
2. Hình 1.2: Ảnh hưởng hàm lượng nhựa tới độ bền HHLK........................................11

3. Hình 2.1: Mặt phân khuôn của chi tiết trong hòm khuôn.........................................14
4. Hình 2.2: Tấm mẫu sơ bộ cho hòm khuôn trên (a) và dưới (b)................................15
5. Hình 2.3: Khoảng cách giữa mẫu và hòm khuôn.....................................................16
6. Hình 2.4: Cấu tạo hệ thống rót.................................................................................17
7. Hình 2.5: Các loại hệ thống rót................................................................................18
8. Hình 2.6: Sơ đồ vị trí vật đúc trong khuôn...............................................................20
9. Hình 2.7: Phễu rót có màng lọc................................................................................21
10. Hình 2.8: Màng lọc................................................................................................22
11. Hình 2.9: Rãnh lọc xỉ.............................................................................................22
12. Hình 2.10: Rãnh dẫn hình thang cao......................................................................23
13. Hình 2.11: Đậu ngót phát nhiệt..............................................................................26
14. Hình 2.12: Bố trí hệ thống rót, ngót trong hòm khuôn...........................................26
15. Hình 3.1: Bản vẽ khuôn đúc chi tiết bi nghiền Φ150.............................................29
16. Hình 3.2: Sơ đồ tổng quát đúc bi nghiền bằng công nghệ furan.............................32
17. Hình 3.3: Máy trộn con lăn liên tục........................................................................33
18. Hình 3.4: Máy trộn con lăn theo chu kỳ.................................................................34
19. Hình 3.5: Máy trộn năng xuất cao..........................................................................35
20. Hình 3.6: Máy trộn cánh........................................................................................36
21. Hình 3.7: Máy trộn cát liên tục..............................................................................37
22. Hình 3.8: Máy trộn liên tục TS5.............................................................................38
23. Hình 3.9: Kết cấu máy làm khuôn ép bằng tấm phẳng...........................................38
24. Hình 3.10: Kết cấu máy ép bằng tấm phẳng định hình...........................................39
xiv

25. Hình 3.11: Kết cấu máy làm khuôn ép bằng nhiều piston......................................39
26. Hình 3.12: Máy làm khuôn ép bằng màng đàn hồi.................................................40
27. Hình 3.13: Bàn rung khuôn....................................................................................41
28. Hình 3.14: Bàn sơn khuôn dạng phun....................................................................42
29. Hình 3.15: Lò hồ quang trực tiếp...........................................................................43

30. Hình 3.16: Cấu tạo của lò cảm ứng không lõi Fe dây đồng làm mát bằng nước....45
31. Hình 3.17: Thiết bị phá khuôn dạng bàn................................................................47
32. Hình 3.18: Thiết bị phá khuôn dạng quay..............................................................47
33. Hình 3.19: Thiết bị phá khuôn dạng quay kết hợp với làm nguội..........................48
34. Hình 3.20: Thiết bị phá khuôn dạng rung...............................................................48
35. Hình 3.21: Sơ đồ thiết bị tái sinh cát nhựa bằng phương pháp nhiệt......................50
36. Hình 3.22: Sơ đồ thiết bị tái sinh cát bằng điện......................................................51
37. Hình 3.23: Sơ đồ nguyên lý tái sinh cát bằng khí nén............................................52
38. Hình 3.24: Thiết bị tái sinh hỗn hợp làm khuôn bằng khí nén...............................52
39. Hình 3.25: Tang quay làm sạch vật đúc.................................................................54
41. Hình 3.26: Máy phun bi dạng treo theo chu kì.......................................................54
42. Hình 3.27: Máy phun bi dạng treo liên tục.............................................................55
43. Hình 3.28: Máy phun cát dạng treo........................................................................55
44. Hình 3.29: Lò giếng nung bằng điện trở................................................................57
45. Hình 3.30: Lò buồng..............................................................................................58
46. Hình 3.31: Lò Tunnel.............................................................................................58
47. Hình 3.32: Sơ đồ quy trình nhiệt luyện bi nghiền 130Mn13Đ...............................60
48. Hình 3.33: Lồng đựng chi tiết................................................................................61
49. Hình 3.34: Chi tiết được xếp vào giá đỡ rồi đưa vào lồng nhiệt luyện...................61
xv

50. Hình 3.35: Chi tiết nhiệt luyện trong lò..................................................................62
51. Hình 3.36: Thể xây lò giếng điện trở.....................................................................63
52. Hình 3.37: Băng tải con lăn tự trôi.........................................................................67
53. Hình 3.38: Palăng cần trục dầm đôi.......................................................................67
54. Hình 3.39: Palăng cầu quay...................................................................................67
55. Hình 3.40: Máy bơm nước làm mát.......................................................................68
56. Hình 3.41: Máy mài cắt cầm tay............................................................................68
57. Hình 3.42: Sơ đồ nguyên lý cấu tạo mỏ hàn khí....................................................68

58. Hình 3.43: Thùng chứa và nạp liệu........................................................................69
59. Hình 3.44: Thùng rót miệng...................................................................................70
60. Hình 3.45: Đầu đốt dầu..........................................................................................70
61. Hình 3.46: Sơ đồ dây chuyền công nghệ đúc furan................................................72
62. Hình 5.1: Sơ đồ bố trí mặt bằng xưởng đúc...........................................................80
63. Hình 5.2: Sơ đồ hệ thống làm nguội với hai nồi lò.................................................81
64. Hình 5.3: Máy phát điện ba pha.............................................................................83

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
xvi

1. HHLK: Hỗn hợp làm khuôn.
2. TNHH – TM: Trách nhiệm hữu hạn thương mại.

xvii

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu máy nghiền bi
Máy nghiền bi là một thiết bị dùng để nghiền các vật liệu như đá khoáng và các
vật liệu khác có độ cứng trung bình. Nó có thể dùng để nghiền thô, nghiền mịn
hoặc nghiền rất mịn các loại vật liệu. Hiện nay, các máy nghiền bi có thể nghiền
mịn các loại vật liệu ra cỡ hạt 0,075 – 0,4 mm, tức là có thể nghiền vật liệu ra
thành bột mịn (0,1 – 0,05 mm).
Máy nghiền bi được ứng dụng rộng rãi trong các ngành tuyển khoáng kim loại
đen và kim loại màu, ngành sản xuất xi măng, ngành sản xuất vật liệu chịu lửa,
ngành công nghiệp hóa chất,…

Hình 1.1. Mô hình máy nghiền bi [11]
Phân loại máy nghiền bi theo tính chất công nghệ, phương thức làm việc và hình
dạng vỏ máy.
 Theo tính chất công nghệ:
 Máy nghiền bi ướt
 Máy nghiền bi khô
 Theo phương thức làm việc:
xviii

 Máy nghiền bi gián đoạn
 Máy nghiền bi liên tục
 Máy nghiền bi làm việc theo chu trình kín
 Máy nghiền bi làm việc theo chu trình hở
 Theo hình dạng vỏ máy:
 Máy nghiền bị hình trụ dài.
 Máy nghiền bi hình trụ ngắn.
 Máy nghiền bi hình nón
1.2. Yêu cầu bi nghiền trong máy nghiền bi
Trong quá trình nghiền, các loại vật liệu và bi nghiền va đập mạnh vào nhau và bị
ma sát mạnh dưới áp lực lớn. Giai đoạn đầu của quá trình nghiền, các bi nghiền
sẽ va đập mạnh với vật liệu và làm vỡ vụn các vật liệu đó. Ở giai đoạn sau của
quá trình nghiền, khi các hạt vật liệu đã tương đối nhỏ, các bi nghiền sẽ mài sát
mạnh với vật liệu để nghiền mịn hơn nữa, đây chính là quá trình chủ yếu của quá
trình nghiền bi. Do vậy, các bi nghiền phải có khả năng chịu tải trọng va đập và
đặc biệt là tính chống mài mòn cao. Đồng thời, chúng còn phải độ cứng tương
đối cao để làm vỡ các loại vật liệu nghiền. Độ cứng yêu cầu của các bi nghiền
trong thực tế thường 550 – 600 HB.
Hiện nay, có 2 vật liệu phổ biến dùng làm bi nghiền là thép Mn cao (thép
Hadfield) và Gang Cr cao. Ở luận văn này em xin trình bày quá trình đúc bi

nghiền với thép Mn cao bằng công nghệ tự đông cứng furan.
1.3. Thép Hadfield (thép mangan cao):
1.3.1. Khái quát
Thép đúc mangan cao (thép Hadfield) hàm lượng Mn ≈ 13%. Đối với tiêu
chuẩn TCVN (Việt Nam) là 110Mn13Đ, 130Mn13Đ (chữ Đ có nghĩa là đúc), đối
với tiêu chuẩn ASTM (Hoa Kỳ) là A128, đối với tiêu chuẩn JIS (Nhật) là
xix

SCMnHx (x chỉ số thứ tự), đối với tiêu chuẩn GOST (Nga) là 110Г13Л. Do chứa
mangan và cacbon cao nên ở trạng thái đúc có tổ chức là austenit và cacbit. Sau
khi tôi nước, tổ chức hoàn toàn là austenit nên có đặc điểm biến cứng trong quá
trình sử dụng. Khi bị va chạm các tinh thể của austenit bị dịch trượt, mạng tinh
thể bị xô lệch, hình thành tổ chức mactenxit nên độ cứng tăng lên rất nhiều (trên
500 HB) do đó tính chịu mài mòn va đập rất tốt. Loại thép này thường dùng để
đúc các chi tiết tấm lót trong máy nghiền bi, tấm răng của máy nghiền đập, thành
đỡ các máy cán, răng và gàu máy xúc, ghi đường ray, bánh xích máy kéo và xe
tăng…[1].
Bảng 1.1. Thành phần hóa học (%) của thép mangan cao [6]
N
guyên

C

tố
T

M
n

0

hành

,9

phần

1,4

–

S
i

S
≤

0

1

,3

1 – 14

–

0,8

P
≤

0
,05

0
,1

1.3.2. Tính đúc
Tính chảy loãng tốt, song phải rót ở nhiệt độ dưới 14600C, vì dễ hình thành
oxyt mangan, làm giảm độ chảy loãng và vì làm thô to hạt tinh thể (cho nitơ vào
có thể làm nhỏ mịn lại hạt tinh thể). Độ co dài tự do đến 2,4 – 3%, độ dẫn nhiệt
kém, xu hướng bị nứt nóng lớn, dễ bị cháy dính cát [6].
1.3.3. Tổ chức và nhiệt luyện
Tổ chức của thép mangan cao (hàm lượng 10 – 14% Mn, 0,9 ~ 1,7% C) ở
trên 9000C là austenit. Khi nguội xuống dưới 9000C sẽ tiết ra cacbit (Fe,Mn)3C.
Cacbit này làm giảm độ bền làm thép bị dòn và làm giảm tính chịu mài mòn. Để
tránh không cho tiết ra cacbit, sau khi đúc nung lên đến 1050 – 11000C và giữ ở 1
– 2 giờ (vật đúc thành mỏng), 3 – 5 giờ (vật đúc thành trung bình) hoặc 10 giờ

xx

( vật đúc thành hình dày) sau đó tôi nước. Hình thức tôi này là tôi dai (khác với
tôi cứng thông thường).
Bảng 1.2. Tính đúc của thép mangan cao [6]
Độ

ngót

khi

đông

Độ co tuyến tính
tự do

Nhiệt độ đường
lỏng

%

%

0

6,0

2,4 – 3,0

(khoảng) 1400

C

Cần lưu ý:
Sau khi đúc không thể tiến hành gia công cơ thép hadfield bằng cách cắt
gọt, cách duy nhất có thể tiến hành được là mài, do vậy phải chú ý khi thiết kế,
chế tạo các chi tiết bằng thép này.
Thép này có tính chống mài mòn không cao khi bị mài sát, do đó không

thích hợp với phun cát, do ở đây các hạt cát cứng được chuyển động với tốc dộ
nhanh nhưng với áp lực nhỏ [6].
1.4. Đúc trong khuôn cát nhựa
1.4.1. Mở đầu
Độ chính xác cao là một trong những chỉ tiêu quan trọng nhất để đánh giá
chất lượng vật đúc.
Độ chính xác của vật đúc phụ thuộc và nhiều nhân tố: độ chính xác của mẫu, độ
chính xác và sắc nét khi in hình mẫu trong khuôn, độ chính xác khi lắp ráp
khuôn, độ biến dạng của khuôn khi rót, độ co của hợp kim đúc…
Khi đúc trong khuôn cát – sét, khó chế tạo vật đúc có độ chính xác cao. Hiện nay,
nhờ các biện pháp kỹ thuật cao, độ chính xác của các vật đúc trong khuôn cát đã
được nâng cao lên gần ngang bằng với các phương pháp đúc đặc biệt trong
khuôn kim loại. Một trong những biện pháp đó là công nghệ đúc trong khuôn cát
– nhựa.
xxi

Nhựa là chất dính hữu cơ được tổng hợp từ dầu mỏ, than đá và các chất có chứa
xenlulô (gỗ, tre, rơm…). Nhựa là chất dính không thuận nghịch, độ bền riêng cao
[3].
1.4.2. Vật liệu làm khuôn cát nhựa
Thành phần của hỗn hợp cát nhựa gồm hai phần chính là vật liệu chịu lửa
và chất dính (nhựa). Ngoài ra còn có thể chứa một số chất phụ gia khác như chất
làm ẩm, chất tách mẫu, chất phụ gia đông rắn…
1.4.2.1 Vật liệu chịu lửa
Cũng như hỗn hợp cát – sét, vật liệu chịu lửa trong hỗn hợp cát nhựa cũng
phải đáp ứng các yêu cầu về độ trơ hóa học, độ chịu lửa, độ nở nhiệt.
 Việc chọn cát không đúng sẽ dẫn đến tác hại:
 Độ nhẵn bề mặt khuôn giảm do sự tích tụ tự nhiên của cát
 Độ chính xác về kích thước khuôn kém do độ nở nhiệt của khuôn lớn

 Tốn nhiều chất dính và độ bền khuôn không cao do cát bẩn.
 Yêu cầu đối với hỗn hợp làm cát nhựa
 Cỡ hạt
Cỡ hạt quá bé sẽ làm tổng bề mặt các hạt cát tăng lên nên lượng nhựa cần thiết để
phủ bề mặt cát cũng tăng. Với cùng một tỷ lệ nhựa trong hỗn hợp, cát có cỡ hạt
nhỏ hơn sẽ làm cho hỗn hợp có độ bền kém hơn. Nhưng nếu cỡ hạt cát quá lớn
thì lỗ rỗng giữa các hạt cát cũng lớn nên độ bền khuôn cũng giảm. Mặt khác, nếu
độ hạt của cát quá lớn thì độ nhẵn bề mặt vật đúc cũng không cao.
Theo quy ước, các hạt cát có kích thước nhỏ hơn 0,022 mm được gọi là bùn, các
hạt cát có kích thước lớn hơn 0,022 – 3 mm được gọi là cát. Cỡ hạt cát thạch anh
nên là 01, 016, 02 (một số trường hợp đặc biệt có thể sử dụng cát có cỡ hạt 0075,
0063).
 Hình dáng hạt cát
Có ba loại: tròn, nửa tròn và góc cạnh
Cát tròn có bề mặt riêng nhỏ nhất do đó tốn ít nhựa nhất để tạo lớp màng liên kết,
đồng thời diện tích tiếp xúc giữa các hạt cát cũng nhỏ nhất làm cho độ thông khí
xxii

cao nhưng độ bền lại giảm. Tuy nhiên, đối với khuôn cát nhựa độ bền được quan
tâm nhiều hơn là độ thông khí do đó nên sử dụng loại cát góc cạnh để tăng độ sít
chặt của vỏ và hạn chế khả năng kim loại lỏng len vào vỏ gây cháy dính cát cơ
học [3].
 Thành phần hóa học của cát
Hỗn hợp cát nhựa có yêu cầu rất chặt chẽ về thành phần hóa học của cát, đặc biệt
trong trường hợp đông rắn nguội vì các tạp chất như kiềm, kiềm thổ… làm trung
hòa các chất xúc tác đông rắn (thường là axit), làm giảm tốc độ đông rắn và độ
bền của khuôn. Nhìn chung, hàm lượng các ôxit kiềm, kiềm thổ không nên vượt
quá 0,5%.
Lượng sét trong cát càng cao, độ bền của hỗn hợp cát nhựa càng giảm vì sét hấp

thụ rất mạnh ion H+ (1% sét sẽ liên kết với khoảng 6%H+ trong chất xúc tác), làm
giảm độ axit của chất xúc tác, do đó làm giảm tốc độ đông rắn và độ bền của hỗn
hợp. Ngoài ra, sét cũng có thể làm yếu liên kết giữa màng chất dính với các hạt
cát.
Cát đã rửa sạch có thể làm tăng độ bền của hỗn hợp lên 8 ÷ 12%. Hàm lượng ẩm
trong cát cũng làm giảm tốc độ đóng rắn và độ bền của hỗn hợp do nước có tác
dụng pha loãng, làm giảm nồng độ chất xúc tác.
Cát được dùng phổ biến nhất trong hỗn hợp cát nhựa là cát thạch anh. Đối với
những vật đúc đặc biệt quan trọng có thể dùng những vật liệu chịu lửa đắt tiền
như cát owlivin, silicat ziếccôn…[3].
1.4.2.2 Nhựa
Phụ thuộc và môi trường xúc tác mà ta có nhựa nhiệt dẻo (novolac) hay nhựa nhiệt rắn
(rezolic).
Nhựa nhiệt dẽo là nhựa mà sản phẩm sau khi trùng hợp có tính dẻo. Ở nhiệt độ cao,
nhựa nhiệt dẽo biến mềm và chảy lỏng, khi nguội đến một mức độ nào đó thì đông rắn.
Nhựa nhiệt rắn là loại nhựa mà sản phẩm của nó sau trùng hợp thì đông cứng và không
bị biến mềm ở nhiệt độ cao.
Trong sản xuất đúc, yêu cầu sản phẩm cuối cùng sau quá trình trùng hợp là nhựa nhiệt
rắn để trong quá trình đúc, khuôn không bị chảy mềm.
xxiii

Theo tính đông rắn của nhựa, trong sản xuất đúc có hai loại hình đông rắn của nhựa là
đông rắn nóng và đông rắn nguội.
Sơ đồ quá trình đông rắn nguội của hỗn hợp cát nhựa: A → C
Sơ đồ quá trình đông rắn nóng của hỗn hợp cát nhựa: A → B → C
Trong đó:
A – trạng thái ban đầu của nhựa nhiệt rắn (rezolic). Nhựa có thể ở trạng thái lỏng
hoặc rắn và có thể hòa tan trong dung môi hữu cơ.
B – trạng thái nhựa đã trùng hợp bởi các đầu nối CH2. Phản ứng trùng hợp xảy ra

ở nhiệt độ khoảng 2000C. Ở nhiệt độ này, nếu như ban đầu nhựa ở trạng thái lỏng thì
sẽ keo lại do các phân tử rượu phenol liên kết với nhau nhờ cầu nối CH 2, còn nếu như
ban đầu nhựa ở trạng thái rắn thì sẽ mềm ra, đồng thời các phân tử rượu phenol cũng
liên kết với nhau nhờ cầu nối CH2, CH2 hình thành do urôtroopin (tên hóa học:
hexametyltetramin, công thức: (CH)6N4) phân hủy ở 2000C.
C – trạng thái nhựa đã trùng hợp ở dạng nhiệt rắn, có cấu trúc không gian ba
chiều, có độ bền cao và không bị hòa tan lại trong dung môi hưu cơ. Để chuyển từ
trạng thái B sang C phải nung nhựa ở nhiệt độ 350 – 4000C.
Như vậy, về bản chất nhựa dùng trong hỗn hợp đông rắn nguội là nhựa được đa
tụ trong môi trường axit để tạo ra nhựa nhiệt rắn.
Hiện nay có rất nhiều loại nhựa khác nhau, nhưng thường được sử dụng cho hỗn
hợp cát – nhựa là ba nhóm nựa: phenol formaldehyt, ure formaldehyd, furan [3].
1.4.3. Phân loại đúc trong khuôn cát nhựa
1.4.3.1 Đúc trong khuôn cát nhựa đóng rắn nóng
Cho đến nay, hỗn hợp cát – nhựa đóng rắn nóng vẫn còn được sử dụng phổ biến
để chế tạo khuôn vỏ mỏng và ruột nhỏ, phức tạp, yêu cầu cao về độ chính xác về kích
thước và độ bóng bề mặt.
Chất dính cho hỗn hợp cát – nhựa đông rắn nóng thường dùng là phenol
formaldehyd, ure formaldehyd, furan hoặc hỗn hợp nhựa phản ứng nhiệt.
Hỗn hợp nhựa đông rắn nóng có hai công nghệ chính: công nghệ C (Croning)
hay công nghệ Hot – box và công nghệ D (Dietert).
Khi đúc trong khuôn cát – sét thông thường, chỉ có hỗn hợp ở bề mặt khuôn ( cát
áo hay cát mặt) là tác dụng với kim loại lỏng và vật đúc đông đặc, phần hỗn hợp còn
lại (cát đệm) chỉ có tác dụng tạo độ bền cần thiết cho khuôn. Do hỗn hợp cát – sét có
độ bền nhỏ nên phần cát đệm nhiều gấp hàng chục lần phần cát áo. Vì thế trong các
xưởng đúc sử dụng khuôn cát – sét người ta phải sử dụng, xử lý và vận chuyển một
khối lượng hỗn hợp rất lớn (4 – 12 tấn hỗn hợp/1 tấn vật đúc).
xxiv

Vì lí do đó, người ta đã tìm ra những chất dính cho phép nâng cao độ bền hỗn
hợp ở trạng thái “khô”. Trên cơ sở đó đã xuất hiện phương pháp đúc trong khuôn vỏ
mỏng.
Phụ thuộc vào bản chất dính và phương pháp làm đông rắn hỗn hợp cát nhựa mà
chúng ta có các phương pháp làm khuôn và ruột khác nhau. Một trong những loại
khuôn vỏ mỏng đầu tiên được sử dụng rộng rãi trong hơn nửa thế kỷ qua là khuôn vỏ
mỏng bằng cát – nhựa được chế tạo theo phương pháp nóng.
Hỗn hợp đông rắn nóng theo công nghệ C là hỗn hợp cát được trộn với bột nhựa
và chất đông rắn hoặc cát được hồ nhựa một lớp mỏng lên bề mặt. Đổ hỗn hợp cát –
nhựa này lên mẫu hoặc vào hộp ruột đã được nung nóng đến nhiệt độ 200 – 2500C,
nhựa bị chảy và chất xúc tác bị phân hủy tạo ra môi trường để nhựa trùng hợp tiếp tạo
ra nhựa nhiệt rắn.
Điển hình cho loại hỗn hợp này là hỗn hợp cát với nhựa punvebakelit.
Punvenakelit là hỗn hợp ở dạng bột hoặc vẩy của nhựa phenol – formaldehyt với 7 –
15% urotropin. Bản chất quá trình đông rắn xảy ra như sau:
Để có nhựa phenol – formaldehyt cần có phenol và formaldehyt. Khi cho hai
thành phần này tác dụng với nhau theo một tỷ lệ xác định sẽ tạo ra nhựa nhiệt dẻo.
Nếu tỷ lệ phenol : foemaldehyt = 6 : 5 sẽ tạo ra nhựa novolac. Ở nhiệt độ đủ cao, nhựa
này sẽ bị chảy lỏng. Nếu có dư formaldehyt, nhựa lại tiếp tục trùng hợp với các gốc có
H trong phenol để tạo ra nhựa nhiệt rắn. Chính ở nhiệt độ cao, urotropin (CH)6N4 bị
chảy ra và đóng vai trò đông rắn.
Do nhựa phenol – formaldehyt độc nên thường dùng các loại nhựa khác nhau
chứa ít hoặc không chứa phenol để thay thế như nhựa ure – formaldehyt, nhựa ure –
furfurol – formaldehyt, nhựa phenol – furfurol – formaldehyt, nhựa furan. Với các
nhựa không có hoặc ít phenol, chất xúc tác là axit.
Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp đúc trong khuôn cát – nhựa đóng rắn
nóng.
 Ưu điểm:
Hỗn hợp cát – nhựa có độ linh động cao, do đó khuôn có đường nét sắc sảo và nhờ thế
cho phép độ chính xác của vật đúc cao.

 Cho phép sử dụng cát làm khuôn cỡ hạt nhỏ để nâng cao độ bóng bề mặt
vật đúc mà vẫn bảo đảm được độ thông khí của khuôn do vỏ khuôn mỏng
 Trong quá trình rót khuôn, do cháy nhựa, sẽ hình thành một lớp khí mỏng
trên bề mặt làm việc của khuôn, có tác dụng bảo vệ bề mặt vật đúc khỏi cháy dính cát
xxv

THIẾT KẾ XƯỞNG ĐÚC BI NGHIỀN Φ60 – Φ150 BẰNG THÉP HADFIELD THEO CÔNG NGHỆ FURAN NĂNG SUẤT 3000 TẤN NĂM

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về