CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM BỘ CƠNG THƯƠNG Viện KH&CN Mỏ Luyện kim BÁO CÁO TỔNG KẾT DỰ ÁN SẢN XUẤT THỬ NGHIỆM ĐIỆN CỰC HÀN TỪ HỢP KIM ĐỒNG BỀN NHIỆT HỆ Cu-Cr-Zr Chủ nhiệm dự án : KS Phạm Bá Kiêm Phụ trách đơn vị : KS Nguyễn Tuấn Ngày tháng năm 2009 T.T Cơ quan chủ quản Ngày tháng năm 2009 T.T Cơ quan chủ trì 7693 05/02/2010 Hà Nội, 2009 NHỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN TT Họ Tên Chức vụ Cơ quan Phạm Bá Kiêm Nguyên GĐTT Viện KH&CN Mỏ-Luyện kim Nguyễn Tuấn PGĐTT Viện KH&CN Mỏ-Luyện kim Hoàng Văn Quân KS.LKim Viện KH&CN Mỏ-Luyện kim Nguyễn Minh Đạt KS.Đúc Viện KH&CN Mỏ-Luyện kim Ngô Văn Quyền KS.Điện Viện KH&CN Mỏ-Luyện kim Phạm Văn Thoan KTV Viện KH&CN Mỏ-Luyện kim Báo cáo tổng kết dự án: Sản xuất thử nghiệm hợp kim Đồng bền nhiệt MỤC LỤC MỞ ĐẦU……………………………………………………………………… CHƯƠNG I TỔNG QUAN…………………………………………………… 1.1.TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ TRIỂN KHAI Ở NƯỚC NGOÀI 1.2.TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ TRIỂN KHAI Ở TRONG NƯỚC .6 1.3.LUẬN CỨ VỀ XUẤT XỨ VÀ TÍNH CẤP THIẾT CỦA DỰ ÁN 1.4.MỤC TIÊU CỦA DỰ ÁN 1.4.1.Mục tiêu tổng quát 1.4.2.Mục tiêu cụ thể 1.5 PHƯƠNG ÁN TRIỂN KHAI DỰ ÁN 1.5.1.Phương án tổ chức sản xuất thử nghiệm .9 1.5.2.Vật tư thiết bị chủ yếu phục vụ dự án 1.5.3.Phương án tài 10 CHƯƠNG II NỘI DUNG THỰC HIỆN DỰ ÁN…………………………….12 2.1 SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ 12 2.1.1 Sơ đồ công nghệ nấu luyện HKTG Cu-Cr-Zr 13 2.1.2.Sơ đồ công nghệ sản xuất phôi điện cực hàn 14 2.2 CÁC THIẾT BỊ, VẬT TƯ PHỤC VỤ DỰ ÁN .12 2.2.1.Các thiết bị sử dụng .14 2.2.2 Vật tư phục vụ dự án 15 2.3 CÁC NỘI DUNG CẦN TRIỂN KHAI CỦA DỰ ÁN………………….15 2.3.1.Khảo sát chế độ công nghệ nấu luyện HKTG hệ Cu-Cr-Zr 15 2.3.2 Khảo sát chế độ CN nấu luyện HK Đồng bền nhiệt Cu-Cr-Zr…… 17 2.3.3 Khảo sát chế độ cán, ép phôi hợp kim Đồng bền nhiệt .18 2.4 THẢO LUẬN KẾT QUẢ KHẢO SÁT MỘT SỐ THƠNG SỐ 18 2.4.1.Cơng nghệ nấu luyện HKTG Cu-Cr-Zr 18 2.4.2.Công nghệ nấu luyện hợp kim Đồng bền nhiệt Cu-Cr-Zr 19 2.5 SẢN XUẤT THỬ NGHIỆM 19 2.5.1 Sản xuất thử nghiệm HKTG Cu-Cr-Zr 19 2.5.2 Sản xuất thử nghiệm hợp kim Đồng bền nhiệt hệ Cu-Cr-Zr .21 2.5.3 Chế độ gia công ép, cán phôi điện cực hàn .22 2.5.4 Nhiệt luyện sản phẩm 22 2.6 SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ ĐỀ NGHỊ 22 2.7 TÍNH TỐN CHỈ TIÊU KINH TẾ, GIÁ THÀNH SẢN PHẨM 24 2.7.1 Các tiêu kinh tế, giá thành hợp kim trung gian 24 2.7.2 Các tiêu kinh tế, giá thành hợp kim Đồng bền nhiệt 25 CHƯƠNG III DỰ KIẾN PHÁT TRIỂN SẢN XUẤT .26 3.1 ĐỊA CHỈ ÁP DỤNG .26 3.2 DỰ KIẾN XÂY DỰNG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT 26 3.2.1 Xuất xứ .26 3.2.2 Sản phẩm dự án 26 3.2.3 Thiết bị sử dụng cho dự án 27 3.2.4 Vật tư cho dự án .27 3.2.5 Dự kiến giá thành sản phẩm dự án 27 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 28 TÀI LIỆU THAM KHẢO .30 PHỤ LỤC .31 Viện KH&CN Mỏ Luyện kim Báo cáo tổng kết dự án: Sản xuất thử nghiệm hợp kim Đồng bền nhiệt MỤC LỤC HÌNH & BẢNG TT TÊN Trang Bảng Thành phần ứng dụng số hợp kim đồng bền nhiệt Hình 1: Sơ đồ công nghệ nấu luyện hợp kim trung gian ………………… 13 Hình2: Sơ đồ cơng nghệ sản xuất phơi điện cực hàn ………… 14 Bảng Kết thí nghiệm thay đổi thời gian nấu luyện …………… 16 Hình Hiệu suất thu hồi Cr (1), Zr (2) theo thời gian nấu luyện…… 17 Bảng Kết sản xuất thử ………………………………… 20 Bảng Thành phần hóa học hợp kim Đồng bền nhiệt Cu-Cr-Zr……… 21 Hình Sơ đồ cơng nghệ sản xuất HKTG ……………………………… 22 Hình Sơ đồ công nghệ sản xuất hợp kim Đồng bền nhiệt Cu-Cr-Zr… 23 10 Bảng5 Chi phí sản xuất HKTG Cu-Cr-Zr …………………………… 24 11 Bảng Chi phí sản xuất hợp kim Đồng bền nhiệt Cu-Cr-Zr ………… 25 Viện KH&CN Mỏ Luyện kim Báo cáo tổng kết dự án: Sản xuất thử nghiệm hợp kim Đồng bền nhiệt MỞ ĐẦU Ở Việt Nam, nhà máy chế tạo ơtơ, nhà máy khí xưởng khí sửa chữa nhỏ có máy hàn tiếp xúc Tuỳ theo nhu cầu sản phẩm mà cực hàn có hình dạng khác Vật liệu làm điện cực hàn hợp kim đồng bền nhiệt thuộc hệ: Đồng-Nikien, Đồng-Crom, Đồng-Crom-Zirconi Hiện mặt hàng hoàn toàn nhập để phục vụ sản xuất Với mục đích phát triển kết nghiên cứu đề tài cấp Bộ, sản xuất sản phẩm mới, thay điện cực hàn nhập khẩu, Bộ Công thương cho phép triển khai dự án “ Dự án sản xuất thử nghiệm điện cực hàn từ hợp kim đồng bền nhiệt hệ Cu Cr- Zr ”, sở phát triển kết nghiên cứu khoa học đề tài cấp Bộ triển khai trước Đề tài” Nghiên cứu sản xuất loại hợp kim đồng bền nóng để làm bánh xe hàn cực hàn” Tác giả Nguyễn Văn Chiến - Viện KH&CN Mỏ-Luyện kim, HĐKHCN cấp Bộ nghiệm thu năm 2004 Đề tài “ Nghiên cứu công nghệ sản xuất hợp kim trung gian đồng –zirconi magie, đồng - crom phương pháp nhiệt nhôm ” Tác giả Phạm Bá Kiêm Viện KH&CN Mỏ - Luyện kim, HĐKHCN cấp Bộ nghiệm thu năm 2006 Kết đề tài sản xuất thành công hợp kim trung gian Cu-Cr, Cu-Cr-Zr hợp kim bền nhiệt hệ Cu-Cr-Zr có hàm lượng nguyên tố: Cr:0,4-0,8%; Zr: 0,1-0,2%; Al: 0,15-0,25%; Mg: 0,15-0,25% lại Cu, dừng lại quy mơ phịng thí nghiệm Hiện nghành khí ơtơ nước ta đầu tư phát triển nhanh chóng Từ năm 2000 đến có hàng chục nhà mắy lắp ráp ôtô vào hoạt động hàng năm sản xuất nhiều nghìn ơtơ loại, nhu cầu lớn điện cực hàn hợp kim đồng bền nhiệt hệ CuCr,Cu-Cr-Zr Viện KH&CN Mỏ Luyện kim Báo cáo tổng kết dự án: Sản xuất thử nghiệm hợp kim Đồng bền nhiệt CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1 Tình hình nghiên cứu sản xuất nước Ở nước người ta sản xuất hợp kim đồng bền nhiệt từ hợp kim trung gian nấu luyện từ kim loại sạch: đồng kim loại, crom kim loại, zirconi kim loại magie kim loại có độ tinh khiết cao lị cảm ứng chân không [3] Ở Nga Ucraina sản xuất hợp kim bền nhiệt Mц4 (0,4-0,8%Cr; 0,150,25%Al; 0,15-0,25%Mg lại Cu), Mц5 ( 0,4-0,6Cr, 0,2-0,85Zr, Cu lại ), Mц5A ( 0,2-0,35Cr, 0,2-0,35Zr, Cu lại) Trong công nghiệp chế tạo máy, hợp kim đồng bền nhiệt ứng dụng rộng rãi Các hợp kim dùng làm điện cực hàn tiếp xúc (hàn điểm, hàn lăn ), chi tiết máy làm việc nhiệt độ cao động phản lực, tên lửa lĩnh vực kỹ thuật khác Với lĩnh vực ứng dụng khác yêu cầu mác hợp kim khác Trong lĩnh vực điện cực hàn không yêu cầu độ bền nhiệt cao mà cần có độ dẫn điện, dẫn nhiệt cao, tính ổn định điện cực hàn làm việc Các cơng trình nghiên cứu cho thấy để thoả mãn nhu cầu hợp kim đồng hợp kim hoá lượng không lớn kim loại (Ni, Si, Cr, Zr, Cd, Al, Mg…) độ dẫn điện, dẫn nhiệt đồng giảm khơng đáng kể cịn độ bền hợp kim đồng nhiệt độ thường nhiệt độ cao tăng cao Các hợp chất Ni3Al, NiAl, Ni2Si, Cr2Zr đưa vào đồng làm tăng độ cứng đồng 5000C lên - lần, làm giảm không đáng kể độ dẫn điện, tăng độ bền nhiệt từ 2,5 - lần nhiệt độ làm việc Ví dụ: Hợp kim bền nhiệt bậc БpKH 0,4-1,6 tăng độ bền lần đưa lượng nhỏ Zr, Cr, Mg Trong bảng nêu số hợp kim đồng bền nhiệt Độ bền nhiệt cao số hợp kim MЦ2, MЦ3, MЦ5, MЦ5A thêm lượng nhỏ hợp chất hoá học bền nhiệt Ni2Si – MЦ2, Cr2Zr MЦ5, MЦ5A, độ bền nhiệt tăng cao đặc biệt thêm Be, Al, Mg Gần có nhiều cơng trình nghiên cứu trình động học, phản ứng nhiệt kim hoàn nguyên oxyt crom, oxyt Zirconi phương pháp nhiệt kim sản xuất hợp kim trung gian Cu-Cr, Cu-Cr-Zr có hàm lượng Cr, Zr từ một, hai phần Viện KH&CN Mỏ Luyện kim Báo cáo tổng kết dự án: Sản xuất thử nghiệm hợp kim Đồng bền nhiệt trăm đến hàng chục phần trăm Từ Đồng hợp kim trung gian Cu-Cr, Cu-Cr-Zr người ta sản xuất loại hợp kim Đồng bền nhiệt làm điện cực hàn có chất lượng cao, điện cực Cu-Cr-Zr mạ bạc đo điện động chân khơng 1.2 Tình hình nghiên cứu triển khai nước Các hợp kim Đồng bền nhiệt hệ Cu-Cr, Cu-Cr-Zr nghiên cứu Trong năm cuối kỷ 20 Quân đội, Viện Công nghệ quân đội triển khai nấu luyện hợp kim Đồng bền nhiệt hệ Cu-Cr, Cu-Cr-Zr từ kim loại Cr Zr Nhưng hiệu suất thu hồi Cr Zr thấp nấu luyện lò hở, khơng có khí bảo vệ Năm 2004 Viện nghiên cứu Mỏ Luyện kim tiếp tục nghiên cứu công nghệ nấu luyện hợp kim bền nóng hệ Đồng-Crom Đồng-Zirconi từ kim loại Năm 2006 tiếp tục triển khai đề tài KHCN cấp Bộ: “Nghiên cứu công nghệ sản xuất hợp kim trung gian Đồng-Zirconi-Magiê, Đồng-Crôm phương pháp nhiệt nhôm” Từ kết nghiên cứu sản xuất sản phẩm điện cực hàn hợp kim Cu-Cr-Zr ứng dụng nhà máy ôtô 1-5 Chất lượng thực tế chấp nhận Tuy nhiên thiết bị chưa đồng quy mơ cịn nhỏ nên khả đáp ứng nhu cầu thực tế bị hạn chế Viện KH&CN Mỏ Luyện kim Báo cáo tổng kết dự án: Sản xuất thử nghiệm hợp kim Đồng bền nhiệt Bảng Thành phần ứng dụng số hợp kim đồng bền nhiệt Nga Mác Lĩnh vực Thành phần hoá học (%) hợp Si Mg 0,4 0,15 ÷ ÷ ÷ Cịn tải trọng 1,7 Mц2 Ni 1,5 kim Be Al Cr ứng Zr Cd Cu 0,6 0,3 lại lớn dụng Hàn nối 0,9 0,15 ÷ ÷ ÷ Cịn cực máy 1,1 Mц3 0,1 0,2 0,25 lại phát điện Vòng điện 0,15 0,4 ÷ ÷ ÷ Cịn điểm thép 0,25 Mц4 0,15 0,25 0,7 lại HK Ni Đ/cực hàn 0,4 ÷ ÷ 0,6 Mц5 0,2 0,85 Còn lại - ntĐ/cực hàn điểm 0,2 ÷ ÷ Cịn 0,35 Mц5A 0,2 0,35 lại HK AlMg, HK Mg thép 0,15 ÷ ÷ 0,25 Mц5B 0,2 0,3 0,8 MpX1 ÷ 1,0 Viện KH&CN Mỏ Luyện kim Còn lại Còn lại -ntCác điện cực hàn khác Báo cáo tổng kết dự án: Sản xuất thử nghiệm hợp kim Đồng bền nhiệt 1.3 Luận xuất xứ tính cấp thiết dự án Hợp kim đồng bền nhiệt hệ Cu-Cr-Zr có giá thành cao Hàng năm nhà máy chế tạo ôtô, nhà máy khí chế tạo sử dụng điện cực hàn hợp kim đồng hệ Cu-Cr-Zr đến hàng chục tấn, phải nhập với giá cao từ 5070USD/Kg Trong lúc sản xuất thiết bị có vật tư nước cung cấp đủ khơng phải nhập Từ đồng đỏ, nhôm kim loại, magie kim loại, oxyt crom sản xuất từ quặng cromit Cổ Định, Thanh Hoá, oxyt Zirconi từ Silicat Zirconi sa khoáng ven biển Miền trung từ Thanh Hố đến Bình Thuận, có trữ lượng lớn, sản xuất hợp kim đồng bền nhiệt hệ Cu-Cr-Zr để làm điện cực hàn cho nhiều mục đích khác Các nhà máy có sử dụng loại điện cực hàn hợp kim đồng bền nhiệt hệ Cu-Cr-Zr nhà máy khí ơtơ 1-5, nhà máy ơtơ 3-2, nhà máy ơtơ Ngơ Gia Tự, nhà máy ơtơ Hồ Bình, Cơng ty sản xuất ôtô Xuân Kiên, Công ty Trường Hải ôtô, nhà máy khí Cẩm Phả, nhà máy khí Mạo khê, khí Xn Hồ, khí Đơng Hải (Bình Định) Qua khảo sát thị trường cho thấy nhu cầu điện cực hàn lớn.Từ kết nghiên cứu hai đề tài cấp Bộ nêu trên, thấy cần có dự án sản xuất thử nghiệm để hồn thiện cơng nghệ, thiết bị sản xuất số lượng sản phẩm định khoảng 200kg để tiếp cận thị trường, khẳng định chất lượng, đến sản xuất ổn định từ đến sản phẩm năm, tiến tới đáp ứng đủ nhu cầu thị trường Gía thành điện cực sản xuất nước 70% giá nhập ngoại Hợp kim đồng bền nhiệt Viện KH&CN Mỏ-Luyện kim sản xuất khơng có giá thành hạ mà cịn có lợi nhuân cao 1.4 Mục tiêu dự án 1.4.1 Xây dựng quy trình cơng nghệ thiết bị sản xuất số loại điện cực hàn hợp kim đồng bền nhiệt quy mô 10 tấn/năm 1.4.2 Sản xuất lượng phôi điện cực hàn loại 200kg (φ35, φ25, φ20, φ18, φ16), sau có sản phẩm, tiếp cận thị trường, chào hàng, sử dụng thử, bán sản phẩm cho số sở sản xuất, thu hồi vốn Viện KH&CN Mỏ Luyện kim Báo cáo tổng kết dự án: Sản xuất thử nghiệm hợp kim Đồng bền nhiệt 1.5 Phương án triển khai dự án 1.5.1 Phương án tổ chức sản xuất thử nghiệm Địa điểm thực dự án: Tổ chức thí nghiệm, khảo sát thơng số cơng nghệ phịng thí nghiệm sản xuất thử nghiệm Trung tâm thực nghiệm Tam hiệp, Thanh trì, Hà nội Thuận lợi: - Xưởng thực nghiệm có mặt rộng, xa nơi dân cư, tiện đường giao thơng, xe tải lớn vào thuận tiện Có trạm biến áp cấp điện riêng, công suất trạm 560KVA Khu vực sản xuất cấp nước đầy đủ Nhà xưởng mặt có 800m2 tổng diện tích 12.600m2 rộng, thống mát, đủ điều kiện thực dự án, cải tạo mở rộng, thuận tiện Môi trường: Thiết bị lị nấu luyện có hệ thống thu hút khói, bụi xử lý qua bể nước, không gây ảnh hưởng đến mơi trường Chất thải khí chất thải rắn ít, tác động đến môi trường không lớn Các thiết bị phục vụ dự án sản xuất, lắp đặt thiết bị bổ trợ khắc phục tác động môi trường quạt hút, hệ thống ống dẫn, bể nước, ống khói… 1.5.2 Vật tư thiết bị chủ yếu phục vụ dự án -Thiết bị: Lò cảm ứng trung tần 1kg/mẻ, lò cảm ứng trung tần 10-20kg/mẻ, lò cảm ứng trung tần 250kg/mẻ, máy cán φ250,40KW, loại lò, máy tiện, máy cắt…đã sản xuất, sẵn sàng phục vụ cho dự án - Vật tư: - Đồng đỏ kim loại thu hồi từ phế liệu dây điện, nguồn cung cấp lớn, ổn định,chất lượng cao có hàm lượng Cu ≥ 99,5% - Nhơm kim loại tái sinh, nhơm dây điện, nhơm phoi làm chất hồn nguyên thu hồi từ phế liệu kim loại, có hàm lượng Al ≥ 99,7%, nguồn cung cấp ổn định, đảm bảo chất lượng - Oxyt Crom sản xuất từ quặng Cromit Thanh Hố có hàm lượng Cr2O3≥80,0%, giá thành rẻ, cung cấp ổn định, số lượng không hạn chế, chủ động không phụ thuộc nhập - Oxyt Zirconi sản xuất từ SilicatZircon, sản phẩm từ q trình sản xuất Imenit từ sa khống ven biển, Oxyt Zircon có hàm lượng ZrO2 khoảng Viện KH&CN Mỏ Luyện kim Báo cáo tổng kết dự án: Sản xuất thử nghiệm hợp kim Đồng bền nhiệt Cu : 100 Cr2O3 : 10 ZrO2 :8 Al :4 Mg :8 Trợ dung : Hiệu suất thu hồi Crom kim loại đạt : 82-83 % Hiệu suất thu hồi Zirconi kim loại đạt : 62-63 % Hiệu suất thu hồi Đồng kim loại đạt : 93 % Từ thông số công nghệ nêu thấy trình thực dự án sản xuất thử nghiệm, khối lượng mẻ nấu 20-30 kg/mẻ, cần thiết phải khảo sát ảnh hưởng thời gian nấu luyện Tỷ lệ phối liệu lấy kết đề tài nghiên cứu: Khối lượng mẻ nấu 27,6 kg Cu : 100 Cr2O3 : 10 ZrO2 :8 Al :4 Mg :8 Trợ dung : Thời gian nấu luyện thay đổi từ 45 phút đến 65 phút Kết khảo sát trình bày bảng Bảng Kết thí nghiệm thay đổi thời gian nấu luyện Hàm lượng (%) Thời gian Lượng HK (phút) thu (kg) Cr Zr 45 23,0 3,81 1,26 50 23,0 3,90 55 22,5 60 65 STT Cr Zr 0,50 0,47 80,39 52,98 1,32 0,46 0,41 82,29 55,50 3,62 1,15 0,42 0,36 71,72 47,30 21,0 3,40 0,95 0,40 0,31 65,50 36,47 21,0 3,35 0,87 0,39 0,27 64,30 33,40 Viện KH&CN Mỏ Luyện kim Al Hiệu suất (%) Mg 16 Báo cáo tổng kết dự án: Sản xuất thử nghiệm hợp kim Đồng bền nhiệt Hình Hiệu suất thu hồi Cr (1), Zr (2) theo thời gian nấu luyện Kết khảo sát thời gian nấu luyện cho thấy số lượng mẻ nấu tăng lên thời gian nấu luyện phải kéo dài với mẻ nấu từ 25-30 kg thời gian nấu luyện tối ưu từ 45-50 phút, hiệu suất thu hồi Cr đạt 80 %, hiệu suất thu hồi Zr đạt 55-56 % Kết thí ngiệm tương đương với kết nghiên cứu đề tài, hiệu suất thu hồi Zr có thấp hơn, thí nghiệm lượng lớn, oxyt Zirconi ZrO2 có hàm lượng thấp oxyt Zirconi ZrO2 sử dụng nghiên cứu (80%) 2.3.2 Khảo sát chế độ công nghệ nấu luyện hợp kim Đồng bền nhiệt Cu-Cr-Zr Từ hợp kim trung gian Cu-Cr-Zr (Cr: 3,9%; Zr: 1,2%) đưa vào mẻ nấu 20 kg (có hàm lượng Cr: 0,6-0,8 %; Zr: 0,1-0,2 %), ta lấy hàm lượng Cr 0,8% để tính tốn cho 20 kg phối liệu: Lượng HKTG lấy 4,1kg Lượng Đồng kim loại 15,9 kg Viện KH&CN Mỏ Luyện kim 17 Báo cáo tổng kết dự án: Sản xuất thử nghiệm hợp kim Đồng bền nhiệt Nấu luyện lò cảm ứng trung tần, nhiệt độ nấu luyện 1200-1250 0C, che phủ than gỗ, đúc khuôn kim loại ɸ50, cao 300 đúc khuôn kim loại dạng 200x20x500 Kết nấu luyện hợp kim điện cực hàn: nhiệt độ nấu luyện 1200-1250 0C, sau nóng chảy Đồng kim loại, cho hợp kim trung gian Cu-Cr-Zr vào, hịa tan hồn tồn, thời gian khoảng 15-20 phút, khử khí, vớt xỉ, đúc khn, hiệu suất thu hồi kim loại 98% Thành phần hóa học hợp kim Đồng bền nhiệt: Cr: 0,74; Zr: 0,12; Al: 0,09; Mg: 0,10; Cu lại Hiệu suất thu hồi hợp kim từ 97-98 %, trình nấu luyện hợp kim Đồng bền nhiệt từ Đồng kim loại HKTG Cu-Cr-Zr cháy hao kim loại từ 2-3 % 2.3.3 Khảo sát chế độ cán, ép phôi hợp kim Đồng bền nhiệt - Từ phôi φ50 nung nóng đến 850 0C, ép qua máy ép 120 Tấn phôi φ35 φ25 Từ φ25 φ20 qua bước cán: φ25 Từ φ20 φ23 dạng ovan φ21 φ20 φ16 qua bước cán: φ20 φ18 φ17 φ16 Cắt đoạn dài 500 - Từ phôi dạng kích thước 200x20x500 nung đến 950 0C, cán nóng qua lần cán xuống 200x15 (d20 d18 d17 d16 d15), thu sản phẩm dạng 200x15x320 Hiệu suất cán cho loại tròn đạt 95%; loại dạng đạt 97% Sản phẩm phôi điện cực hàn dạng φ tròn dạng nhiệt luyện lò điện trở: Tôi 950 0C Nung, ủ 400 0C Bao gói, nhập kho sản phẩm phôi điện cực hàn 2.4 Thảo luận kết khảo sát số thông số 2.4.1 Công nghệ nấu luyện HKTG Cu-Cr-Zr Viện KH&CN Mỏ Luyện kim 18 Báo cáo tổng kết dự án: Sản xuất thử nghiệm hợp kim Đồng bền nhiệt Cơng nghệ nấu luyện HKTG Cu-Cr-Zr đóng vai trò định dự án sản xuất thử nghiệm hợp kim Đồng bền nhiệt hệ Cu-Cr-Zr Qua thí nghiệm mẻ lớn, từ kết nghiên cứu đề tài cho thấy q trình cơng nghệ sản xuất HKTG Cu-Cr-Zr từ oxyt Crom oxyt Zirconi phương pháp nhiệt kim dùng Nhơm Magie làm chất hồn nguyên, có sử dụng phụ gia oxyt Canxi huỳnh thạch, thực lị cảm ứng trung tần, nồi nấu luyện nồi grafit Các chế độ công nghệ sau: - Tỷ lệ phối liệu: Cu : 100 Cr2O3 : 10 ZrO2 :8 Al :4 Mg :8 Trợ dung :8 - Thời gian nấu luyện: 50 phút mẻ nấu 25-30 kg phối liệu Thành phần HK thu được: Cr: 3-4 % Zr: >1,0 % Al Mg nằm giới hạn cho phép, lại Cu Hiệu suất thu hồi Cr > 80%, thu hồi Zr đạt 55% Tính ổn định cao, sản xuất hàng loạt 2.4.2 Cơng nghệ nấu luyên hợp kim Đồng bền nhiệt Cu-Cr-Zr Từ HKTG Cu-Cr-Zr nghiên cứu phối liệu với Đồng kim loại theo tỷ lệ: HKTG : 20,5 % Cu : 79,5 % Công nghệ nấu luyện: nạp Đồng kim loại vào lò, nấu chảy đến nhiệt độ 1200 C, cho HKTG Cu-Cr-Zr vào, dìm xuống Đồng lỏng có che phủ than gỗ, tan hoàn toàn hợp kim trung gian, tiến hành khử khí, tinh luyện rót hợp kim, sản phẩm có thành phần hóa học mong muốn Tính chất học hợp kim Đồng-Zirconi sau nhiệt luyện độ cứng HB = 110 2.5 Sản xuất thử nghiệm 2.5.1 Sản xuất thử nghiệm hợp kim trung gian Cu-Cr-Zr Viện KH&CN Mỏ Luyện kim 19 Báo cáo tổng kết dự án: Sản xuất thử nghiệm hợp kim Đồng bền nhiệt Từ kết khảo sát thông số thời gian nấu luyện, dự án tiến hành sản xuất mẻ HKTG Cu-Cr-Zr theo tỷ lệ phối liệu: Cu : 100 Cr2O3 : 10 ZrO2 :8 Al :4 Mg :8 Trợ dung : Thời gian nấu luyện 50 phút/mẻ Kết sản xuất thử trình bày bảng Bảng Kết sản xuất thử STT Lượng HK Hàm lượng (%) Hiệu suất (%) thu (kg) Cr Zr Cr Zr 23,2 3,80 1,28 81,09 53,40 23,0 3,90 1,30 82,29 55,50 23,1 3,85 1,16 81,59 54,89 23,2 3,90 1,25 83,00 54,28 23,0 3,86 1,32 81,45 55,50 Nấu luyện hợp kim trung gian Cu-Cr-Zr phương pháp nhiệt kim dung Nhôm Magie làm chất hồn ngun có trợ dung Vơi Huỳnh thạch tỷ lệ định cho kết ổn định hàm lượng Cr HKTG từ 3,5-4 %, hàm lượng Zr từ 1,2-1,3 % Hiệu suất thu hồi Cr đạt 80% thu hồi Zr đạt 55% * Nhận xét: Sản xuất hợp kim trung gian Cu-Cr-Zr thực lị cảm ứng trung tần, nồi nấu luyện grafit từ nguyên liệu đầu: Đồng đỏ có hàm lượng: Cu : > 99,5 % Nhơm kim loại có hàm lượng: Al : 99,7 % Magie kim loại có hàm lượng: Mg : 99,0 % Oxit Crom có hàm lượng: Cr2O3 : ≥ 80 % Oxit Zirconi có hàm lượng: ZrO2 : ≥ 80 % Viện KH&CN Mỏ Luyện kim 20 Báo cáo tổng kết dự án: Sản xuất thử nghiệm hợp kim Đồng bền nhiệt Vơi luyện kim có hàm lượng: CaO : ≥ 80 % Huỳnh thạch có hàm lượng: CaF2 : ≥ 80 % Khối lượng mẻ nấu : 25-30 kg Tỷ lệ phối liệu: Cu : 100 Cr2O3 : 10 ZrO2 :8 Al :4 Mg :8 Trợ dung : (6+2) Thời gian nấu luyện: 50 phút 2.5.2 Sản xuất thử nghiệm hợp kim Đồng bền nhiệt hệ Cu-Cr-Zr Từ kết thí nghiệm mục 2.3.2, tiến hành sản xuất HK Đồng bền nhiệt CuCr-Zr Khối lượng mẻ nấu : 50 kg Nồi nấu luyện: nồi grafit Khuôn đúc: - Khuôn kim loại đúc phơi trịn để ép, cán sản phẩm dạng φ50, cao 500 - Khuôn kim loại dạng để cán 200x20x350-500 Lượng hợp kim trung gian lấy 10,25 kg Lượng Đồng đỏ kim loại lấy 39,75 kg Sản xuất thử mẻ, khối lượng 50 kg/mẻ Sản xuất thu 195 kg, hiệu suất thu hồi kim loại chung đạt 97,5%, hao hụt 2,5% nằm giới hạn kết nghiên cứu đạt yêu cầu đề Kết phân tích hóa học mẫu nghiên cứu sản xuất thử nêu bảng Bảng Thành phần hóa học hợp kim Đồng bền nhiệt Cu-Cr-Zr STT Thành phần hóa học (%) Cr Zr Al Mg Cu Tạp chất 0,68 0,14 0,10 0,10 Còn lại < 0,5 0,74 0,12 0,09 0,10 Còn lại < 0,5 0,76 0,15 0,12 0,12 Còn lại < 0,5 Viện KH&CN Mỏ Luyện kim 21 Báo cáo tổng kết dự án: Sản xuất thử nghiệm hợp kim Đồng bền nhiệt 2.5.3 Chế độ gia công ép, cán phôi điện cực hàn Từ phơi đúc dạng φ50, nung nóng đến 850-900 0C, giờ, ép máy 120 Tấn, phôi φ30, φ25 Từ sản phẩm dạng φ25, nung 8500C, cán qua bước cán: φ25 φ20 qua bước cán φ20 φ16 qua bước cán Từ phơi đúc dạng 200x20x300, nung nóng 900 0C giờ, cán máy cán trục, công suất 45 KW, qua bước cán được sản phẩm 200x15x320 Sản phẩm cán có bề mặt nhẵn, khơng nứt, khơng có vảy… 2.5.4 Nhiệt luyện sản phẩm Hợp kim Đồng bền nhiệt nhiệt luyện theo chế độ tơi 950 0C, mơi trường nước Sau ủ 400 0C (mơi trường hồn ngun), thực lò nung dây điện trở 20 KW, mơi trường bột than Thực theo quy trình tài liệu [4], để nguội khơng khí Sản phẩm nhập kho, xuất cho khách hàng gia công chi tiết 2.6 Sơ đồ công nghệ đề nghị Các bước công nghệ sản xuất hợp kim Đồng bền nhiệt hệ Cu-Cr-Zr thứ tự sau: - Tiến hành sản xuất hợp kim trung gian Cu-Cr-Zr có thành phần Cr: 3-4%; Zr: 1,0-1,5%; Al: 0,45%; Mg: 0,45%; lại Cu, theo sơ đồ cơng nghệ hình 4: Đồng kim loại Oxyt Cr2O3 + ZrO2 Al, Mg kim loại Trợ dung CaO+ CaF2 Nấu luyện lò cảm ứng HKTG Cu-Cr-Zr >3%Cr, 1.0-1.5%Zr Xỉ Hình Sơ đồ cơng nghệ sản xuất HKTG Viện KH&CN Mỏ Luyện kim 22 Báo cáo tổng kết dự án: Sản xuất thử nghiệm hợp kim Đồng bền nhiệt Nhiệt độ nấu luyện: 1600 0C Thời gian nấu luyện: 50’ Tỷ lệ phối liệu: Cu 100 Cr2O3 ZrO2 Al Mg Trợ dung 10 8 Sau có sản phẩm HKTG Cu-Cr-Zr,tiến hành nấu luyện hợp kim Đồng bền nhiệt theo sơ đồ hình 5: Đồng kim loại HKTG Trợ dung Cu-Cr-Zr Than gỗ Nấu luyện lò cảm ứng Tinh luyện Đúc khuôn Gia công ép, cán Nhiệt luyện Sản phẩm Hình Sơ đồ cơng nghệ sản xuất hợp kim Đồng bền nhiệt Cu-Cr-Zr Viện KH&CN Mỏ Luyện kim 23 Báo cáo tổng kết dự án: Sản xuất thử nghiệm hợp kim Đồng bền nhiệt 2.7 Tính tốn tiêu kinh tế, giá thành sản phẩm 2.7.1 Các tiêu kinh tế, giá thành hợp kim trung gian Tính cho 100 kg sản phẩm Bảng5 Chi phí sản xuất HKTG Cu-Cr-Zr TT Danh mục chi phí Số lượng Đơn giá (VNĐ) Thành tiền Đồng kim loại 100 kg 120.000 12.000.000 Oxyt Crom 10 kg 80.000 800.000 Oxyt Zirconi kg 150.000 1.200.000 Nhôm kim loại kg 50.000 200.000 Magie kim loại kg 70.000 560.000 Trợ dung kg 24.000 192.000 Điện 100 Kwh 1.200 Khấu hao thiết bị 5% Chi phí lao động 1c Cộng 1.200.000 16.152.000 807.600 300.000 300.000 17.259.600 10 Quản lý phí 5% 862.980 18.122.580 11 Thuế 10 % 1.812.258 19.934.838 12 Chi phí khác 30 % 5.980.451 TỔNG CỘNG 25.945.289 Chi phí để thu 100kg sản phẩm ≈ 26.000.000 VNĐ Đơn giá cho 1kg sản phẩm : Viện KH&CN Mỏ Luyện kim 260.000 VNĐ/kg 24 Báo cáo tổng kết dự án: Sản xuất thử nghiệm hợp kim Đồng bền nhiệt 2.7.2 Các tiêu kinh tế, giá thành hợp kim Đồng bền nhiệt Bảng Chi phí sản xuất hợp kim Đồng bền nhiệt Cu-Cr-Zr TT Danh mục chi phí Số lượng Đơn giá (VNĐ) Thành tiền HKTG Cu-Cr-Zr 20,5 kg 260.000 5.330.000 Đồng kim loại 79,5 kg 120.000 9.540.000 Cu-P kg 250.000 250.000 VC-RT 0,2 kg 50.000 10.000 Điện 100 Kwh 1.200 1.200.000 Gia công ép, cán 97 50.000 4.850.000 Nhiệt luyện 97 20.000 1.940.000 Công lao động 300.000 600.000 Cộng Quản lý + Khấu hao 5% + 5% 300.000 23.720.000 2.372.000 26.092.000 10 Chi phí khác 30 % 7.827.000 33.919.600 11 Thuế 10 % 3.391.960 TỔNG CỘNG 37.311.560 Chi phí để thu 97 kg sản phẩm : 37.311.560 VNĐ Đơn giá cho 1kg sản phẩm : ≈ 385.000 VNĐ/kg Giá bán : 450.000/kg Lãi ròng : 65.000/kg Viện KH&CN Mỏ Luyện kim 25 Báo cáo tổng kết dự án: Sản xuất thử nghiệm hợp kim Đồng bền nhiệt CHƯƠNG DỰ KIẾN PHÁT TRIỂN SẢN XUẤT 3.1 Địa áp dụng Các nhà máy khí, xưởng sửa chữa khí nhỏ có sử dụng máy hàn bấm Máy hàn bấm dùng điện cực hợp kim Đồng bền nhiệt loại từ φ10 đến φ35 phải nhập ngoại Các nhà máy khí ơtơ, chế tạo ơtơ dùng nhiều điện cực hợp kim Đồng bền nhiệt Sản phẩm dự án dự kiến áp dụng tại: - Nhà máy Cơ khí Mạo Khê, điện cực loại φ > 30 mm - Nhà máy Cơ khí Xn Hịa, điện cực φ20 - Một số nhà máy lắp ráp, chế tạo ôtô, điện cực φ10- φ16 3.2 Dự kiến xây dựng dây chuyền sản xuất quy mô 5-10 Tấn/năm điện cực hàn hợp kim Đồng bền nhiệt hệ Cu-Cr-Zr 3.2.1 Xuất xứ Từ kết nghiên cứu sản xuất thử dự án, qua khảo sát thị trường khí chế tạo Việt Nam, hàng năm Việt Nam sử dụng hàng chục điện cực hàn loại sản phẩm đa dạng: - Dạng loại φ từ 10-30 mm - Dạng hình đĩa trịn φ120 đến φ300 dày 12-20 mm - Một số loại khác hình thỏi chữ nhật 15x15x100-150 40x40x300 Trên sở nhà xưởng, trang thiết bị có Viện KH&CN Mỏ Luyện kim, triển khai sản xuất quy mơ 5-10 Tấn/năm 3.2.2 Sản phẩm dự án - Hợp kim trung gian: Cu-Cr (Cr từ 3-5 %) Cu-Cr-Zr (Cr 3-5 %; Zr 1,0-2,0 %) - Hợp kim bền nhiệt Cu-Cr-Zr: Cu-Cr (Cr 0,4-0,8 %; Zr 0,1-0,2 %) Tương đương mác hợp kim Đồng bền nhiệt sử dụng thị trường Viện KH&CN Mỏ Luyện kim 26 Báo cáo tổng kết dự án: Sản xuất thử nghiệm hợp kim Đồng bền nhiệt 3.2.3 Thiết bị sử dụng cho dự án - Lò cảm ứng trung tần 250 kg/mẻ để nấu luyện HKTG Cu-Cr, Cu-CrZr nấu luyện hợp kim Đồng bền nhiệt hệ Cu-Cr Cu-Cr-Zr - Lò nung 1000 0C công suất 20 KW - Máy cán trục φ250 công suất 45 KW - Máy ép 120 Tấn - Máy cán hình có bước cán khác - Các thiết bị bổ trợ khác 3.2.4 Vật tư cho dự án - Đồng kim loại, sử dụng Đồng đỏ phế liệu dây điện - Nhôm kim loại, sử dụng Nhôm phế liệu dây điện - Magie kim loại 99 % sử dụng Magie phế liệu chứa 90 % Mg - Oxyt Crom sản xuất nước - Oxyt Zirconi sản xuất nước - Nồi nấu luyện: nồi grafit 3.2.5 Dự kiến giá thành sản phẩm dự án Quy mô sản xuất Tấn/năm, dự kiến giá thành sản phẩm khoảng 350.000 đ/kg So với giá nhập nước 50-60 % Nếu đạt cơng suất 10 Tấn/năm giá thành thấp Viện KH&CN Mỏ Luyện kim 27 Báo cáo tổng kết dự án: Sản xuất thử nghiệm hợp kim Đồng bền nhiệt KẾT LUẬN Từ kết thực dự án sản xuất thử nghiệm điện cực hàn từ hợp kim Đồng bền nhiệt hệ Cu-Cr-Zr, rút kết luận sau: Hiện Việt Nam sản xuất ổn định hợp kim trung gian Đồng- Crom-Zirconi (hàm lượng Crom 3-5%; Zirconi 1,0-1,5%) Đồng-Crom (hàm lượng Crom 3-5%) từ vật tư, thiết bị sẵn có, khơng q phức tạp khó khăn kỹ thuật với thông số công nghệ sau: * HKTG Cu-Cr-Zr : Cu Cr2O3 100 Tỷ lệ phối liệu: ZrO2 Al 10 Mg Phụ gia 8 Thời gian nấu luyện : 45-50 phút/mẻ Hiệu suất thu hồi Cr : 80 % Hiêu suất thu hồi Zr : 55 % * HKTG Cu-Cr : Cu Cr2O3 Al Phụ gia 100 Tỷ lệ phối liệu: 10 Thời gian nấu luyện : 50 phút Hiệu suất thu hồi Cr : 80 % Nấu luyện HKTG theo sơ đồ cơng nghệ hình Sản xuất điện cực hàn hợp kim Đồng bền nhiệt hệ Cu-Cr, Cu-Cr-Zr ổn định, thứ tự nấu luyện sau: Nấu chảy Đồng kim loại có than gỗ bảo vệ, sau cho HKTG Cu-Cr HKTG Cu-Cr-Zr vào, khuấy, tan hết, rót khn nhiệt độ 1200-1250 0C Tỷ lệ lấy sau: Cu kim loại : 100 HKTG Cu-Cr-Zr : 20 (với HKTG Cu-Cr lấy tỷ lệ tương tự) Hợp kim Đồng bền nhiệt thu có thành phần ổn định: Cr: 0,6-0,8%; Zr: 0,1-0,2%; Cu: 98,0%; Còn lại nguyên tố khác Nấu luyện hợp kim Đồng bền nhiệt theo sơ đồ cơng nghệ hình Viện KH&CN Mỏ Luyện kim 28 Báo cáo tổng kết dự án: Sản xuất thử nghiệm hợp kim Đồng bền nhiệt Từ hợp kim Đồng bền nhiệt phôi đúc dạng φ50 dạng 200x300x20: ép, cán theo chế độ công nghệ: - Ép đùn dạng φ35, φ30; nhiệt độ ép 850-900 0C; máy ép 120 Tấn - Từ φ25 cán qua bước cán đến φ20 - Từ φ20 cán qua bước cán đến φ16 Từ phơi dạng 200x300x20 cán nóng nhiệt độ nung 900 0C cán qua bước phôi dạng 200x320x15 Chế độ nhiệt luyện Từ phôi điện cực hàn loại φ khác nhau, dạng 200x320x15 tơi 900-950 0C Sau ủ 400 0C Sản phẩm điện cực hàn có độ cứng từ 110-130 HB, đáp ứng tốt cho Doanh nghiệp khí sử dụng sản xuất Giá thành sản phẩm Từ kết sản xuất thử nghiệm Dự án, xây dựng giá thành tạm tính 385.000 đ/kg thực tế chấp nhận nhà sản xuất đủ chi phí, có chi phí lao động tiền cơng cao Cịn nhà sử dụng, giá sản phẩm Dự án thấp giá thành nhập từ nước khoảng 30-40 %, mà chất lượng tương đương Viện KH&CN Mỏ Luyện kim 29 Báo cáo tổng kết dự án: Sản xuất thử nghiệm hợp kim Đồng bền nhiệt TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Văn Chiến cộng “ Nghiên cứu sản xuất loại hợp kim Đồng bền nóng để làm bánh xe hàn cực hàn ” Báo cáo đề tài cấp Bộ - Viện KH&CN Mỏ -Luyện kim- Hà nội 2004 Phạm Bá Kiêm cộng “ Nghiên cứu công nghệ sản xuất hợp kim trung gian Đồng-ZirconMagie, Đồng – Crôm phương pháp nhiệt kim ” Báo cáo đề tài cấp Bộ - Viện KH&CN Mỏ Luyện kim - Hà nội 2006 N.P.Liakisep, M.I.GAXIC Luyện kim Crôm – Matxcova ELiz - 1999 JIS- Japanese Industrial Standard- JIS H5120-1997 Copper and Copper alloys castings Viện KH&CN Mỏ Luyện kim 30 ... thành thấp Viện KH&CN Mỏ Luyện kim 27 Báo cáo tổng kết dự án: Sản xuất thử nghiệm hợp kim Đồng bền nhiệt KẾT LUẬN Từ kết thực dự án sản xuất thử nghiệm điện cực hàn từ hợp kim Đồng bền nhiệt hệ. .. kết dự án: Sản xuất thử nghiệm hợp kim Đồng bền nhiệt trăm đến hàng chục phần trăm Từ Đồng hợp kim trung gian Cu-Cr, Cu-Cr-Zr người ta sản xuất loại hợp kim Đồng bền nhiệt làm điện cực hàn có chất... án: Sản xuất thử nghiệm hợp kim Đồng bền nhiệt CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1 Tình hình nghiên cứu sản xuất nước Ở nước người ta sản xuất hợp kim đồng bền nhiệt từ hợp kim trung gian nấu luyện từ kim