12 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA LUYỆN KIM Tên sách, tên tác giả Năm xuất ĐÒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẼ TÀI: “xưỏng sản xuất bột kẽm kim loại phưong pháp phun kim loại nóng chảy” Thái Nguyên -2011 MUC - LUC Tài liêu tham kháo Đặt vấn đề: Phần I: Tổng quan: 1.1: Chưong 1: Tống quan 1.2: Chương 2: Các phương pháp tạo bột 1.2.1: Các tính chất hóa học bột 1.2.2: Các Tính chất lý học bột 1.2.3: Các tính chất công nghệ bột 1.2.4: Các phương pháp tạo bột 1.2.5: Nhóm phương pháp hóa lý 1.2.6: Nhóm phương pháp học 1.3: Chương 3: Cơ sở phương pháp phun 1.3.1: Phân loại phương pháp phun bét 1.3.2: Lý thuyết trình phun bét 1.3.3: Cơ chế trình phun 1.3.4: Phun bột đồng I 3.5: Phun bột nhôm Phần II: Tính toán chọn thiết bị cho xưỏng II 1: Tính suất thiết bị tạo bột kẽm II.2: Tính toán thiết kế cấu trúc cấu phun bột kẽm II.2.1: Tính toán thông số miệng phun kẽm lỏng II.2.2: Tính lượng không khớ nén cần thiết đế tạo bột kẽm II.2.3: Tính tiết diện cần thiết miệng phun không khí nén II.2.4: Tính chọn cấu trúc cấu phun không khí nén II.3: Tính toán chọn lò nấu kẽm giữ nhiệt II.3.1: Tính toán chọn lò bảo ôn II.3.2: Tính toán chọn lò nấu kẽm lỏng II.3.3: Hệ thống điều khiển II.4: Chọn máy nộn khí sè trang 4 5 11 12 20 36 37 38 38 39 40 41 41 43 44 45 47 49 phun II.5.1: Bố trí thiết bị xuởng II.5.2: Vẽ mặt xưởng II.5.3: Xác định công suất toàn xưởng II.5.4: Lập công nghệ phun bột kẽm II.5.5: An toàn lao động sản xuất bột kẽm II.5.6: Các tiêu đạt ca sản xuất bột kẽm II.5.7: Tính hiệu kinh tế Phần III: Ket luận kiến nghị 50 50 51 52 54 55 57 57 60 Đăt vấn đề: Nhà máy kẽm điện phân Thái Nguyên đưa vào vận hành tù' đầu năm 2006 dùng công nghệ thuỷ luyện đặc thù nguyên liệu tinh quặng kẽm thường cộng sinh với kim loại khác như: Cu, Cd, Sb, Mn nên trình hoà tách tinh quặng kẽm sổ kim loại cộng sinh còng tan vào dung dịch, dung dịch chứa nhiều tạp chất, trước điện phân phải tiến hành làm dung dịch, theo thiết kế cũ với công suất lO.OOOT/n cần dùng 450 - 500 bột kẽm kim loại làm chất xi măng hoá khâu làm dung dịch Trong kế hoạch đầu tư công ty Nhà máy Kẽm điện phân cải tạo mở rộng nâng công suất lên 15.000 T/n, lượng bột kẽm cần dùng là: 750t/n Lượng bột kẽm kim loại nước chưa sản xuất phải nhập ngoại giá cao so với kẽm thỏi, thủ tục nhập bảo quản đế sử dụng khó khăn Chính việc nghiên cứu đầu tư xây dựng xưởng sản xuất bột kẽm từ nguyên liệu chứa kẽm Công ty, công suất 1000T/N phục vụ nhu cầu công ty bán cho sổ nhà máy sản xuất kẽm khu vực cần thiết, có ý nghĩa lớn kinh tế xã hội CHƯƠNG I TÓNG QUAN Khoảng 60 năm trở lại đây, giới xuất nghành kỹ thuật mới, non trẻ phát triển với tốc độ nhanh, ngày chiếm lĩnh thị trường nghành luyện kim bét Tuy đời sản phâm luyện kim bột áp dụng rộng rãi ngành kinh tế quốc dân Sản phẩm luyện kim bột ngày thay nhiều vị trí sản phẩm chế tạo theo phương pháp cổ điển đúc phôi, sau gia công khí Qúa trình công nghệ sản xuất chi tiết phương pháp luyện bột đơn giản bao gồm: tạo bột kim loại hay hợp kim, tạo hình thiêu kết Ưu luyện kim bột công nghệ ngắn gọn chi tiết có hình dáng, thành phần hóa học phức tạp Sự mát kim loại hay hợp kim, đặc biệt kim loại màu phương pháp gia công thông thường có chi tiết lên 60%, có cao , phương pháp luyện kim bột mát không ữ 10% Nhược điểm công nghệ luyện kim bột thiết bị Đp đắt tiền giá bột kim loại cao.v.v Đe giảm giá thành sản phâm, mở rộng phạm vi ứng dụng sản phấm, giới người ta thường tìm tới phương pháp sản xuất bột để giảm giá rộng rãi để sản xuất bột phương pháp nghiền học phương pháp tạo bột phun kim loại nóng chảy Tuy phương pháp đời ứng dụng rộng rãi đế sản xuất bét kim loại màu Cu, Sn, Zn, Pb, Al, thép, Phương pháp ứng dụng cho kim loại hay họp kim có nhiệt độ nóng chảy nhỏ 1600°c Đối với kim loại hợp kim có nhiệt độ cao chưa ứng dụng thiết bị nấu luyện đắt tiền phức tạp Phương pháp phun bét kim loại nóng chảy cho xuất cao, Ýt sử dụng hóa chất nên bột CHƯƠNG CÁC PHƯƠNG PHÁP TẠO BỘT 1.2.1: CÁC TÍNH CHẤT HÓA HỌC CỦA BỘT Trong bét kim loại cấu tử chứa sổ tạp chất định ô xít, khí v.v Sự có mặt ô xít bột làm giảm tính chất công nghệ bột, có mặt ô xít bột lại điều mong muốn làm tăng khả thiêu kết bột Nhưng bột có chứa ô xít khó hoàn nguyên(ô xít Cr, Mn, Si) gây khó khăn Đp thiêu kết Ngoài bột chứa số khí 2, N2, H2, CO Khí chứa bột làm chúng giòn gây khó khăn Đp , gây co ngót mạnh 1.2.2: CÁC TÍNH CHẤT LÝ HỌC Mét tính chất quan trọng bột hình thù hạt bột, tính chất ảnh hưởng lớn đến tính chất công nghệ bột Bét nhận theo hình dạng, chúng phân thành nhóm sau: hưởng đến đặc tính công nghệ cuả bột, đến sản phẩm công nghệ bột kim loại 1.2.3 CÁC TÍNH CHÁT CÔNG NGHỆ CỦA BỘT Trọng lượng đong tự trọng lượng đong có lắc trọng lượng bột thu đơn vị tích trạng thái đong tự đong có lắc Đại lượng phụ thuộc nhiều vào kích thước hình dạng bột Đại lượng quan trọng cần thiết cho việc thiết kế khuôn Đp Độ chảy bột: Được xác định tốc độ chảy bột qua lỗ phễu chuẩn biểu diễn g/séc Độ chảy bột có liên quan gián tiếp đến số tính chất bột như: trọng lượng đong, độ hạt mức độ vón v.v 1.2.4: CÁC PHƯƠNG PHÁP TẠO BỘT Hiện thực tế có nhiều phương pháp tạo bột kim loại Đe lựa chọn phương pháp sản xuất bột nào, phải xuất phát từ yêu cầu kỹ thuật sản phẩm ứng dụng, có hiệu cao giá thành hạ Tất phương pháp tạo bột chia làm hai nhóm Đó phương pháp học phương pháp hóa lý Trong nhiều trường hợp đế nâng cao chất lượng bột, ta sử dụng đồng thời phương pháp nhón 1.2.5: PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ 10 ưu điểm phương pháp ứng dụng cho nhiều kim loại, kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao w, cho độ cao, hạt nhỏ mịn Bột nhận phương pháp hoàn nguyên có dạng mảnh xốp Phương pháp ứng dụng vào công nghệ tạo bột Titan, Zecon, Tantan, Niobi, Uran v.v số hợp kim màu nhẹ khác Phương pháp có nhược điểm đòi hỏi yêu cầu khắt khe chất hoàn nguyên ( phương pháp hoàn nguyên nhiệt kim) cần có khống chế nhiệt độ, áp suất, hàm lượng tác nhân hoàn nguyên v.v suất không cao giá thành kinh tế cao I.2.5.2: Phưomg pháp điện phân Hiện nay, phương pháp điện phân ứng dụng rộng rãi đế sản xuất bột kim loại màu Có dạng điên phân: Điện phân dung dịch nước điện phân dung dịch muối nóng chảy Ưu điểm phương pháp điện phân ứng dụng cho số kim loại Cu, Fe, Ag, Zn, Ni V.V số kim loại có hoạt tính hóa học cao Phương pháp ứng dụng quy mô lớn, vừa nhỏ Sản phẩm nhận có lý tính không thay đổi Bột nhận có hình dạng nhánh cây, nhược điểm chúng khó tạo bột hợp kim, suất thấp.v.v I.2.5.3: Phưoug pháp xi măng hóa Nhược đióm phương pháp suất thấp Phương pháp 11 Bột nhận trình phân hủy hợp chất cacbon kim loại dễ bay Phương pháp đế sản xuất bột kim loại Ni, Fe, Co hợp kim chúng Nhược điếm phương pháp bột có chứa nhiều tạp chất khí co, N2, O2, v.v giá thành bột cao, song độ không cao, suất thấp I.2.5.6: Phương pháp bay hoi ngưng tụ Ưu điếm sản xuất bột kim loại có áp suất lớn nhiệt độ nóng chảy thấp ( Zn, Mg, Cd ) bét thu có kích thước nhỏ , có độ cao Nhược điếm bị phủ màng oxit mỏng , hạn chế tiến hành chân không, ứng dụng phạm vi hẹp, suất không cao 1.2.6: PHƯƠNG PHÁP Cơ HỌC Phương pháp học cho phép làm biến nhỏ nguyên liệu ban đầu ( phoi cục v.v ) thành phần hóa học giữ nguyên từ trạng thái ban đầu H n = h+Hrmn =0,19 + 0,15 = 0,34 //"' =h + Hm = 0,19 + 0,35 = 0,54 47 II.3: TÍNH TOÁN VÀ CHỌN LÒ NẤU KẼM VÀ GIỮ NHIỆT II.3.1: Tính toán chọn lò bảo ôn Theo hình nồi bảo ôn có chiều cao kẽm long nồi 35 cm Tạm lấy chiều cao nồi lò h = 3,5 + = 45 cm - Nhiệt độ lò bảo ôn: 500 ữ 540 * - Tính nồi lò theo thể tích hình trụ: Lượng kẽm lò đảm bảo cho thiết bị phun 30 Ta có công thức sau: V = * ( ì ) - H (41> Công thức: _ V _ 16197,2 3,14.11,25 => 0>2 0>2 =>T => T==;r.—.H^>V n.—.H => T==3,13 3,13.—.62 4 3,14.11 3,14.15,5 => 0> = ^3727,35 = 6\,\(cm) KÝch thước lò nấu kẽm 0)61,\ x 6,2 50 _ 7,1.3,14.22,52.64 m = ——’ = 722,3 kg 1000 kích thước lò nấu kẽm: 0530X680 Thay sè: II.3.2.1: Chọn lò điện trở nấu kẽm có thông số kỹ thuật sau: Công suât : 40KVA : 220V/380V Nồi lò Bông thủy tinh 1260 độ Tôn dày 6mm ống dẫn khí Agông Can nhiệt ây điện trở Tôn dày 6mm , Tôn dày 6mm 51 II.3.3: Hệ thống điều khiển * Đặc tính kỹ thuật Thiết bị hệ thống tạo bột kẽm bao gồm lò sau: Lò Lò Lò Lò bảo ôn nấu nấu bảo kẽm kẽm ôn Hệ thống điều khiển có thông sổ kỹ thuật sau: 52 Nguyên tắc điều khiến: Người sử dụng đặt nhiệt độ yêu cầu điều khiến, điều khiến so sánh nhiệt độ đặt tín hiệu nhiệt phản hồi từ can nhiệt (loại can nhiệt chịu nhiệt độ đến 1100°C) đo trực tiếp lò, nhiệt độ lò nhỏ nhiệt độ yêu cầu điều khiến lệnh đóng công tắc tơ đủ nhiệt lệnh ngắt công tắc tơ Từ công tắc tơ nối với gia nhiệt điện trở pha cáp đồng pha bọc cách điện XLPE/VC Riêng lò bảo ôn điều chỉnh điện áp cấp lò biến áp tự ngẫu 5,5 KW đế điều chỉnh giảm quán tính nhiệt đủ nhiệt Đảm bảo nhiệt độ luôn ốn định với sai sè cho phép trước vào hệ thống phun bét 53 II.4: CHỌN MÁY NÉN KHÍ II.4.1: TÝnh lượng không khí nén cần thiết để tạo bột kẽm - Suất tiêu hao không khí nén: p.v = G.R.T (44) vhut 920 (27 ^ + 273) + 273) quyen vao may nenChọn máy nén khí II.4.1: Vhut = k-Vhut (45) Đặc tính kỹ thuật bản: IR lngersoll Rand 54 II.5: BỐ TRÍ THIẾT BỊ II.5.1: Bố trí thiết bj xưỏng Đặc tính kỳ thuật bản: : Thiết bị tạo bột kẽm vo X Lò bảo 56 II.5.3: Xác định công suất toàn xưởng ụn < •p> Nguyên liệu đầu vào: 00 00 U J Hình 16: Sơ đồ lắp đặt thiết bị nhà xưởng + + Nhiệt Kích độ làm việc thước : : 600° c (£530x680 57 + Phụ tải động lực có chế độ làm việc dài hạn, điện áp yêu cầu trực tiếp đến thiết bị 380/220V Công suất nằm phụ tải tù' đến hàng trăm kw cung cấp dòng điện tần số f = 50Hz + Phụ tải chiếu sáng thường phụ tải pha, công suất không lớn, phang Ýt thay đối thường dòng điện xoay chiều tần số f = 50Hz * Xác định phụ tải tính toán cho phân xưởng hòa trung với lưới điện nhà máy Vì phụ tải chiếu sáng không đáng kể, chiếm phần nhỏ tổng phụ tải toàn phân xưởng,nên tính toán tính phần phụ tải động lực Phụ tải toàn phân xưởng chia làm nhóm chính: * Nhóm thiết bị + lò bảo ôn: 24KVA Y iưmax V3.í/rr V 3.0,38 vy * Từ kết tính toán ta có: + Tống công suất đặt phân xưởng là: lPd = 226,l(lw) 58 + Dòng điện lớn là: I lvmax = -ệj- -7^- = 167,13(4) + Tổng công suất tính toán phân xưởng là: £Ptt = 192,19 (KW) + Nhóm 3: nhóm thiết bị phụ trợ ( sàng dung + pa lăng + quạt hút) + Tống công suất phản kháng toàn nhà máy: x[...]... lớn kimtrên loạicóđược sản xuất ảnh hưởng phápbộtnêu tác dụng giảmbằng bớt các phương pháp phun bột khác nhau Nhờ các tiến bộ về kỹ thật, người ta chế tạo các thiết bị phun với giá rẻ hơn năng suất cao hơn nhưng chấtSiêu lượng âmbột vẫn tốt, đáp ứng được yêu cầu của thị trường Phương pháp DPG Trên thế giới có nhiều phương pháp phun bét kim loại khác nhau Các phương pháp phun bột hiện nay được phân loại. .. từ dòng kim loại nóng chảy dễ hơn nhiều so víi việc nghiền một khối kim loại rắn Vì vậy trong số các phương pháp cơ học tạo bột thì phun kim loại lỏng là phương pháp tốt nhất, tổn Ýt năng lượng, thường chỉ bằng 10% năng lượng nghiền ra bột Mô hình của quy trình có thể lớn, vừa, nhỏ, do đó phù hợp với điều kiện của Việt Nam 15 16 17 Phương pháp siêu âm, phương pháp điện cực rung và phương pháp phun trục... định nghĩa quá trình phun bét kim loại như sau:” Đó là phương pháp mà trong đó dòng kim loại nóng chảy bị dòng nước hoặc dòng không khí có áp lực lớn xé nhỏ và biến thành bột 14 Bột nhận được có độ sạch cao, Ýt tạp chất phi kim và kết quả của nó là tính khả Đp tốt Bột sản xuất bằng phương pháp phun có hoạt tính yếu do đại lượng diện tích bề mặt riêng nhỏ và do hình dáng của hạt bột có dạng cầu, giọt,... đối với bột sắt ( cacbonin) sấp xỉ 2 ữ 6àm Cũng bột đó trong phương pháp phun, đường kính trung bình tù' 50 ữ 700àm Đối với bột điện phân có hình dạng nhánh cây mặc dù nó có kích thước nhá 1 ữ 5àm nhưng tỉ lệ bề mặt hay hoạt tính của nó rất lớn so với bột hình cầu 13 CHƯƠNG 3 Cơ SỞ PHƯƠNG PHÁP PHUN Người ta cho kim loại hoặc hợp kim lỏng đi qua một lỗ nhỏ để tạo ra dòng kim loại lỏng, dòng kim loại lỏng... Đối với bột thép gió và siêu hợp kim sản xuất bằng phương pháp phun có thế cho các hạt bột có cùng thành phần đồng nhất và không bị phân lóp Dùng phương pháp Đp thủy tĩnh nóng các loại bột này ta có thế nhận được các sản phẩm không xốp, không có sự thiên tích Mặt khác do vốn đầu tư nhở giá thành hạ, rất rễ được thị trường chấp nhận Đứng trên quan điểm năng lượng thì việc xé nhỏ và tạo bột kim loại từ... gỉ [1] Nhiệt độ kim loại lỏng 1510°c Hai dạng phun bằng khí được áp dụng trong thùc tế được trình bày trên (a) Hình 6: Dạng phun bằng khí 27 Đối với trường hợp (b) Ýt sử dụng Phun bằng nước mà phun bằng khí khoảng cách giữa lỗ thoát và điếm tập trung dòng khí thường nhỏ Ngay sau khi thoát ra khỏi lỗ tháo kim loại có thế phun thành bột Động năng tạo ra nhanh vì khoảng cách tù' đầu mỏ phun đến điểm tập... phun) 22 Trong trường hợp phun bằng khí hình dạng hạt bột thay đổi nhiều trước hết là khí trơ Ar, N2 nếu tác nhân là không khí việc tạo màng Ô xít ảnh hưởng dạng cầu phụ thuộc vào kim loại và hợp kim sử dụng Nếu nhiệt độ của kim loại lỏng cao, Ats° lớn nhất, thì hạt có xu hướng hình cầu nhiều hơn Trong trường hợp phun bằng nước áp xuất cao tèc độ tác nhân phun lín thì dạng bột sẽ Ýt cầu Lực dính lớn,... khả năng tạo bột họp kim trong đó mỗi hạt có thành phần mong muốn bằng phương pháp phun cũng giảm được hiện tượng thiên tích mà các phương pháp luyện kim cổ điển và các phương pháp khác không có được Tuy nhiên các phản ứng hoá học có thế thay đổi theo kích thước hạt, hạt càng nhỏ rất dễ chịu tác động của phản ứng sau Phản ứng của hạt kim loại lỏng với tác nhân phun Phản ứng của hạt kim loại lỏng với... không khí phun với áp lực lớn và bị dòng tác nhân này kéo nhỏ tạo thành bột Động năng của dòng khí, nước ở đây có tác dụng cơ học xé nhỏ, sau đó bột bị dòng không khí hoặc nước làm nguội ngay Dòng kim loại lỏng cũng có thể bị xé nhỏ, tạo ra bét kim loại có dạng bầu dục hoặc hình cầu Người ta dùng nước hoặc không khí đế làm nguội Bằng phương pháp phun bét kim loại, người ta có thế nhận được bột phần... 17 Phương pháp siêu âm, phương pháp điện cực rung và phương pháp phun trục tiếp bằng trục được làm nguội khi quay [1] 1.3.2: LÝ THƯYÉT QUÁ TRÌNH PHUN BÉT KIM LOẠI 1.3: PHÂN LOẠI CÁC PHƯOTVG PHÁP PHUN BÉT 02 01 03 Các phương pháp phun kế trên đều được dựa trên các điều kiện và thông số cơ bản là tạo ra kim loại hoặc hợp kim ở dạng lỏng Sau đó nhờ những lực cơ học để xé nhỏ chúng ra Nhiều thông số khác ... học phương pháp tạo bột phun kim loại nóng chảy Tuy phương pháp đời ứng dụng rộng rãi đế sản xuất bét kim loại màu Cu, Sn, Zn, Pb, Al, thép, Phương pháp ứng dụng cho kim loại hay họp kim có nhiệt... đióm phương pháp suất thấp Phương pháp 11 Bột nhận trình phân hủy hợp chất cacbon kim loại dễ bay Phương pháp đế sản xuất bột kim loại Ni, Fe, Co hợp kim chúng Nhược điếm phương pháp bột có chứa... giá bột kim loại cao.v.v Đe giảm giá thành sản phâm, mở rộng phạm vi ứng dụng sản phấm, giới người ta thường tìm tới phương pháp sản xuất bột để giảm giá rộng rãi để sản xuất bột phương pháp