TIỂU LUẬN
GVHD: ThS. ĐINH BÁCH KHOA
MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU....................................................................................................................... 3
I. KHÁI QUÁT CHUNG..................................................................................................... 4
1. Thực chất....................................................................................................................... 4
2. Đặc điểm........................................................................................................................ 4
3. Công dụng......................................................................................................................5
4. Sơ đồ quá trình đúc...................................................................................................... 5
5. Phân loại kỹ thuật đúc................................................................................................. 6
6. Quy trình đúc cơ bản..................................................................................................10
7. Những nhân tố ảnh hưởng đến chất lượng vật đúc................................................ 12
II. ĐẶC ĐIỂM SỬ DỤNG NGUYÊN NHIÊN VẬT LIỆU, NƯỚC VÀ NĂNG
LƯỢNG CỦA CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT..................................................................... 14
1.Các loại vật liệu làm khuôn và lõi..............................................................................14
2. Hỗn hợp làm khuôn và lõi......................................................................................... 17
3. Vật liệu làm bộ mẫu và hộp lõi..................................................................................17
4. Vấn đề nhiên liệu và năng lượng trong công nghệ đúc kim loại........................... 18
III. CÁC VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG CỦA NGÀNH NẤU ĐÚC....................................20
1.Đặc điểm của công nghệ nấu đúc hiện tại.................................................................20
2.Các tác nhân gây ô nhiễm chính................................................................................ 20
3. Phương án giải quyết ô nhiễm môi trường.............................................................. 21
3.1.Xử lý bụi trong thiết bị xiclon................................................................................22
3.2. Xử lý khí bụi trong thiết bị ẩm............................................................................. 22
3.3. Buồng lắng bụi...................................................................................................... 22
3.4. Lọc bụi túi vải........................................................................................................ 23
3.5. Lọc bụi kiểu sủi bọt............................................................................................... 23
3.6. Lọc bụi tĩnh điện................................................................................................... 23
3.7. Xử lý khí độc hại trong khí thải........................................................................... 23
3.8. Xử lý nước thải......................................................................................................24
3.9. Xử lý chất thải rắn................................................................................................ 25
NHÓM 5 LỚP KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG K57 1
TIỂU LUẬN
GVHD: ThS. ĐINH BÁCH KHOA
3.10. Thực hiện sản xuất sạch hơn............................................................................. 25
4. Các giải pháp xử lý thực tiễn.....................................................................................25
KẾT LUẬN......................................................................................................................... 26
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................................. 27
NHÓM 5 LỚP KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG K57 2
TIỂU LUẬN
GVHD: ThS. ĐINH BÁCH KHOA
LỜI MỞ ĐẦU
Trong sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa ở nước ta hiện nay ngành công
nghiệp nặng nói chung và công nghệ đúc nói riêng đóng góp một vai trò quan trọng trong
sự nghiệp công nghiệp hóa đất nước. Hiện nay nhu cầu thị trường cho sản phẩm công
nghệ đúc là rất lớn. Tại Việt Nam trong những năm gần đây công nghệ đúc đang phát
triển và ảnh hưởng lớn đến nền kinh tế.
Nghành công nghệ đúc là nghành công nghệ chế tạo sản phẩm bằng phương pháp
rót vật liệu ở dạng chảy lỏng vào khuôn để tạo ra sản phẩm có hình dạng như khuôn mẫu.
Đa phần công nghệ đúc thực hiện với các vật liệu kim loại. Công nghệ đúc chia thành 2
loại chính là: Đúc thông thường và đúc đặc biệt.
Ngành công nghệ đúc có rất nhiều vấn đề đòi hỏi người kĩ sư tương lai phải học tập
nghiên cứu để nắm bắt những yêu cầu cơ bản nhằm phục vụ cho học tập cũng như công
tác phục vụ cho đất nước sau này. Nhờ có môn các quá trình sản xuất cơ bản đã giúp cho
chúng ta hiểu hơn về các quá trình sản xuất cơ bản nhất của nghành công nghệ này. Bên
cạnh đó nó cũng nêu ra được những chất thải đặc trưng của nghành công nghệ đúc qua
từng giai đoạn sản xuất để mọi người có thể tìm ra các phương pháp giải quyết kịp thời
các chất thải nguy hại đó.
Dưới đây là bài tiểu luận tìm hiểu thêm về “NGÀNH CÔNG NGHỆ ĐÚC VÀ
CÁC CHẤT THẢI ĐẶC TRƯNG KÈM THEO” của nhóm 5. Trong quá trình tìm
hiểu và viết bài tiểu luận của nhóm có những thiếu sót. Nhóm em mong được thầy góp ý
và sửa chữa!
NHÓM 5 LỚP KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG K57 3
TIỂU LUẬN
GVHD: ThS. ĐINH BÁCH KHOA
I. KHÁI QUÁT CHUNG
1. Thực chất
Đúc là phương pháp chế tạo sản phẩm bằng cách nấu chảy kim loại, rót kim loại
lỏng vào khuôn có hình dạng nhất định, sau khi kim loại hóa rắn trong khuôn ta thu được
vật đúc có hình dáng giống như lòng khuôn đúc. Nếu vật phẩm đúc đưa ra dung ngay gọi
là chi tiết đúc, còn nếu vật phẩm đúc phải gia công áp lực hay cắt gọt để nâng cao cơ tính,
độ chính xác kích thước và độ bong bề mặt gọi là phôi đúc.
Công nghệ đúc có nhưng phương pháp sau: đúc trong khuôn cát, đúc trong khuôn
kim loại, đúc dưới áp lực, đúc li tâm, đúc trong khuôn mẫu chảy, đúc trong khuôn vỏ
mỏng, đúc liên tục…. nhưng phổ biến nhất là đúc trong khuôn cát.
2. Đặc điểm
Công nghệ gia công kim loại nói chung và công nghệ đúc nói riêng đều có những
ưu điểm song song với những nhược điểm. Để hiểu rõ công nghệ đúc ta cần hiểu được các
đặc điểm chung của công nghệ này:
Ưu điểm:
Đúc có thể gia công nhiều loại vật liệu khác nhau: thép, gang, hợp kim màu… có
khối lượng vài gam đến vài trăm tấn.
Chế tạo được vật đúc có hình dạng, kết cấu phức tạp như than máy công cụ vỏ
động cơ… mà các phương pháp khó khăn hoặc không chế tạo được.
Độ chính xác về hình dáng, kích thước và độ bong cao (có thể đạt cao nếu đúc
đặc biệt như đúc áp lực).
Có thể đúc được nhiều lớp kim loại khác nhau trong một vật đúc.
Giá thành chế tạo vật đúc rẻ vì vốn đầu tư ít, tính chất sản xuất linh hoạt, năng
suất tương đối cao.
Có khả năng cơ khí hóa và tự động hóa.
Nhược điểm:
Độ chính xác vật đíc theo phương pháp cổ điển về hình dạng, kích thước, độ bóng
thường không cao.
Tốn kim loại cho hệ thống rót, đậu ngót, đậu hơi.
Dễ gây ra những khuyết tật như: thiếu hụt, rỗ khí, cháy cát…
Kiểm tra khuyết tật bên trong vật đúc khó khăn, đòi hỏi thiết bị hiện đại và tương
đối đắt tiền. Bên cạnh đó công nghệ này lại dễ bị khuyết tật bên trong vật đúc
(thiếu hụt, rỗ khí), đây là nguyên nhân dẫn tới tỷ lệ phế phẩm cao.
NHÓM 5 LỚP KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG K57 4
TIỂU LUẬN
GVHD: ThS. ĐINH BÁCH KHOA
3. Công dụng
Sản xuất đúc được phát triển rất mạnh và được sử dụng rất rộng rãi trong các
ngành công nghiệp. khôi lượng vật đúc trung bình chếm khoảng 40-80% tổng khối lượng
của máy móc. Trong ngành cơ khí khối lượng vật đúc chiếm đến 90% mà giá thành chỉ
chiếm 20- 25%.
4. Sơ đồ quá trình đúc
Chế tạo bộ mẫu
Chế tạo hỗn
hợp làm khuôn
Chế tạo hỗn
hợp làm thao
Nấu chảy kim
loại
Làm thao (lõi)
Làm khuôn
Rót
Sấy khuôn
Sấy thao
Lắp khuôn và
thao
Dỡ khuôn lấy
vật đúc
Tháo thao khỏi
vật đúc
Làm sạch vật
đúc
Kiểm tra
Thao là lõi có hình dạng bên trong của khuôn đúc (Thao + Khuôn = khuôn đúc)
Hỗn hợp làm khuôn và thao bao gồm:
Cát (SiO2)
Đất sét (chủ yếu là cao lanh mAl2O3.nSiO2.qH2O và một số tạp chất khác CaCO3,
Fe2O3, NaCO3)
Chất kết dính (dầu thực vật: dầu lanh, dầu bông, dầu trẩu; các chất hòa tan trong
nước: đường mật mía, bột hồ; các chất dính kết hóa cứng (nhựa thong, xi măng,
hắc ín) và nước thủy tinh (là dụng dịch silicat Na2O.nSiO2.mH2O hoặc
K2O.nSiO2.mH2O)
NHÓM 5 LỚP KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG K57 5
TIỂU LUẬN
GVHD: ThS. ĐINH BÁCH KHOA
Chất phụ là những chất đưa vào để tăng tính lún, tính thông khí, tăng độ bong bề
mặt, tăng khả năng chịu nhiệt của vật liệu gồm 2 dạng chính:
o
Các chất phụ trộng vào hỗn hợp như mùn cưa, rơm rạ, bột than sẽ cháy nhờ
nhiệt độ của kim loại lỏng khi rót vào khuôn tạo nên những khoảng trống
trong hỗn hợp không làm tăng độ xốp, độ lún và khả năng thoát khí.
o
Chất sơn khuôn: có thể dung bột graphit, bột than, nước thủy tinh, bột thạch
anh hoặc dung dịch của chúng với đất sét, sơn lên bề mặt khuôn, than để tăng
độ bong, tính chịu nhiệt.
Hỗn hợp chế tạo khuôn chìa làm 2 loại:
Cát áo để phủ sát mẫu khi làm khuôn nên phải có độ bền, độ dẻo cao và bền nhiệt
(vì lớp cát này tiếp xúc trực tiếp với kim loại lỏng) thường làm bằng vật làm bằng
vật liệu mới và chiếm khoảng 10-15% lượng cát làm khuôn.
Cát đệm dùng đề đệm cho phần khuôn còn lại nhằm làm tăng độ bền của khuôn.
Tuy không yêu cầu cao như cát áo nhưng phải có tính thông khí mạnh.
Tỷ lệ vật liệu trong hỗn hợp làm khuôn tùy thuộc loại vật liệu và trọng lượng vật
đúc nhưng nói chung cát chiếm khoảng 70-80; sét chiếm khoảng 8-20%.
5. Phân loại kỹ thuật đúc
Kỹ thuật đúc được phân loại theo sơ đồ sau:
Kỹ thuật đúc
Đúc đặc
biệt
Đúc trong
khuôn cát
Đúc trong
hòm khuôn
Đúc trong
nền xưởng
Đúc bằng
dưỡng gạt
Đúc trong khuôn
vỏ mỏng
NHÓM 5 LỚP KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG K57 6
Khuôn
kim loại
Đúc áp
lực
Đúc li
tâm
Đúc trong khuôn
mẫu cháy
Đúc liên
tục
TIỂU LUẬN
GVHD: ThS. ĐINH BÁCH KHOA
Đúc trong khuôn cát là công nghệ đúc cổ xưa đúc thông thường được thực hiện với
các khuôn cát.
Đúc đặc biệt là phương pháp khác đúc thôn thường đúc đặc biệt có sự khác biệt về
nguyên liệu và công nghệ làm khuôn, cách điền đầy và tạo hình đúc vật.
*Công nghệ đúc khuôn cát tươi
Có lẽ khuôn cát tươi được dùng đàu tiên trong công nghệ khuôn cát. Vật liệu để
làm khuôn là cát sét nước. Khuôn cát tươi có đặc điểm dễ sử dụng, bề mặt vật đúc sẽ mịn
nếu cỡ hạt cát áo nhỏ. Nhưng do trong quá trình làm khuôn cần phải đánh động mẫu để
thoát mẫu, nên sản phẩm đúc sẽ có độ dôi gia công lớn. Đặc biệt dây chuyền khuôn tươi
đã được tự động hoá như dây chuyền DISAMATIC tại Công ty cơ khí Đông Anh – hoàn
toàn tự động.
*Công nghệ khuôn khô
Trong công nghệ khuôn khô thì nếu như khuôn tươi được đem sấy trong lò sấy
khoảng 5h trước khi rót cũng được gọi là một loại khuôn khô.
Ở đây xin giới thiệu với các bạn công nghệ khuôn cát nước thuỷ tinh đóng rắn bằng
khí cácboníc. Nước thuỷ tinh hay còn gọi là dung dịch silicat natri được trộn vào cát rồi
đem giã khuôn. Sau khi khuôn đã giã xong thì xịt khí cácboníc để khuôn rắn lại. Đó là do
phản ứng hoá học giữa silicat natri và khí cácboníc và nước (phản ứng giữa kiềm và axit)
Công nghệ khuôn cát nước thuỷ tinh dễ làm, dễ sử dụng, sản phẩm có độ dôi gia công ít
hơn, khuôn rắn chắc đã được ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các công ty đúc trên toàn
quốc. Chỉ có nhược điểm là vấn đề tái sinh cát là phải lưu ý.
*Công nghệ khuôn mẫu cháy
Đây là công nghệ thuộc vào hàng mới hơn so với phương pháp truyền thống. Để
đúc 1 sản phẩm, chúng ta cần chế tạo sản phảm đó bằng polyesteron, sau đó cho vào
khuôn và đổ cát khô vào, kết hợp với việc hút chân không, khuôn sẽ cứng vững. Khi rót
kim loại vào khuôn, mẫu Polyesteron sẽ cháy và kim loại lỏng điền đầy khuôn (Có thể dẽ
dàng tham khảo thực tế tại nhà máy Cơ Khí Hà Nội, Viện Công Nghệ 25 Vũ Ngọc Phan)
*Công nghệ khuôn cát nhựa
Đây là công nghệ mới với cát đã được nhà máy sử lý bao bọc 1 lớp nhựa. Khi sản
xuất đem trộn cát với axit formaldehit, sẽ được khuôn cát nhựa đóng rắn nguội, hoặc
khuôn cát đem nung nóng sẽ được khuôn cát nhựa đóng rắn nóng.
NHÓM 5 LỚP KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG K57 7
TIỂU LUẬN
GVHD: ThS. ĐINH BÁCH KHOA
*Công nghệ Furan
Đây là dây chuyền công nghệ mà các công ty Nhật bản ưa chuộng vì cát sẽ được
trộn với nhựa Furan và axit, khuôn sẽ đóng rắn rất tốt, sản phẩm có độ nhẵn bóng bề mặt
nhưng vấn đè khó khăn là ô nhiễm môi trường làm việc vì mùi nhựa Furan rất độc.
Trên đây là một số phương pháp đúc khuôn cát tương đối phổ biến. Bên cạnh đó không
thể liệt kê các phương pháp có tính chất đặc biệt mà đã được nghiên cứu và ứng dụng, sẽ
giới thiệu với các bạn trong những bài viết sau:
Quá trình đúc khuôn cát – sét (bằng tay):
1. Lắp nửa hòm khuôn.
2. Tạo lớp vát áo để dễ thu hút mẫu.
3. Tạo lớp cát đệm xung quanh mẫu (đây lớp hỗn hợp làm khuôn với cát có độ mịn
cao để dễ in hình vật đúc).
4. Đầm cát .
5. Gạt bỏ phần cát thừa.
6. Lật khuôn.
7. Ráp nửa khuôn còn lại.
8. Định vị hệ thống cấp kim loại lỏng (hệ thống rót, đậu ngót) và thoát khí (đậu
hơi).
9. Khuôn sau khi thực hiện lại các bước từ 2 – 5.
10. Tạo rãnh mẫu.
11. Rút mẫu.
12. Ráp 2 nửa khuôn.
13. Rót kim loại lỏng vào khuôn.
14. Tháo dỡ khuôn được vật đúc.
*Công nghệ khuôn vỏ mỏng
Đúc trong khuôn vỏ mỏng là dạng đúc trong khuôn cát đặc biệt, có chiều dày thành
khuôn mỏng 6 - 8 mm. Thường được chế tạo từ hỗn hợp 4 - 6% bột thạch anh, trộn với
Punvebakelit (là hỗn hợp của Phenol và Uetropin). Ở nhiệt độ cao (200 - 250oC, các phân
tử Fenol chảy ra, dính kết các hạt cát với nhau và hoá cứng tạo nên độ bền cao cho khuôn
vỏ mỏng.
Đặc điểm của khuôn đúc vỏ mỏng là:
- Đạt được độ bóng và độ chính xác cao;
- Khuôn vỏ mỏng là dạng khuôn khô, nhẵn bóng, thông khí tốt, truyền nhiệt kém,
không hút nước, độ bền cao nên thu được vật đúc ít bị rỗ, nứt và các dạng khuyết tật khác;
NHÓM 5 LỚP KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG K57 8
TIỂU LUẬN
GVHD: ThS. ĐINH BÁCH KHOA
- Không cần hệ thống rót lớn như đối với khuôn cát, giảm được hao phí kimloại;
- Khuôn truyền nhiệt kém nên vật đúc không bị biến trắng;
- Quá trình dỡ khuôn, làm sạch vật đúc đơn giản;
- Quá trình đúc dễ cơ khí hoá và tự động hoá;
- Chu trình làm khuôn dài, giá thành khuôn cao, chỉ phù hợp với sản xuất hàng loạt
lớn.
* Công nghệ đúc trong khuôn kim loại
Đúc bằng khuôn kim loại thực chất là việc điền đầy kim loại lỏng vào khuôn được
chế tạo bằng kim loại. Do khuôn kim loại có tính chất cơ lý cao, khác với vật liệu làm
khuôn cát nên có những ưu điểm sau:
Tốc độ kết tinh của hợp kim nhanh nhờ khả năng trao đổi nhiệt của hợp kim lỏng
với thành khuôn kim loại, do đó cơ tính của vật đúc cao hơn;
Độ bóng bề mặt, độ chính xác của lòng khuôn cao tạo nên chất lượng vật đúc tốt;
Tuổi thọ khuôn kim loại cao;
Do tiết kiệm được thời gian làm khuôn, tạo năng suất cao, hạ giá thành sản phẩm.
Một số nhược điểm của phương pháp đúc trong khuôn kim loại là:
Khuôn kim loại không đúc được các vật đúc có hình dáng quá phức tạp,thành
mỏng và khối lượng lớn;
Khuôn kim loại không có tính lún và không có khả năng thoát khí. Điều này sẽ
gây khó khăn cho công nghệ đúc;
Giá thành chế tạo khuôn cao.
Phương pháp đúc trong khuôn kim loại áp dụng thích hợp trong sản xuất hang loạt
với vật đúc đơn giản, trọng lượng vật đúc nhỏ đến trung bình, dưới 2 tấn/vật đúc.
NHÓM 5 LỚP KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG K57 9
TIỂU LUẬN
GVHD: ThS. ĐINH BÁCH KHOA
6. Quy trình đúc cơ bản
Một quy trình đúc cơ bản có thể được thực hiện theo sơ đồ sau:
Bộ phận kỹ thuật
Chế tạo hỗn hợp
làm khuôn
Chế tạo hỗn hợp
làm lõi
Bộ phận mộc
mẫu
Làm khuôn
Nấu kim loại
Lãm lõi
Sấy khuôn
Sấy lõi
Lắp ráp khuôn
và rót kim loại
Phá khuôn lấy
vật đúc
Phá lõi khỏi vật
đúc
Làm sạch vật
đúc
Trong đó một quy trình quan trọng không thể bỏ qua là làm khuôn.
NHÓM 5 LỚP KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG K57 10
Kiểm tra chất
lượng
TIỂU LUẬN
GVHD: ThS. ĐINH BÁCH KHOA
Dưới đây là hình ảnh của một khuôn đúc bằng cát:
1-Hòm khuôn trên
5-Xương khuôn
9-Hòm khuôn dưới
2-Chốt định vị
6-Lòng khuôn
10-Hệ thống rót
3-Mặt phân khuôn
7-Lõi
11-Đậu hơi (đậu ngót)
4-Cát khuôn
8-Rãnh thoát khí
Muốn đúc một chi tiết, trước hết phải vẽ một bản vẽ vật đúc dựa trên bản vẽ chi tiết
có, tính đến độ ngót của vật liệu và lượng dư gia công cơ khí, căn cứ theo bản vẽ vật đúc,
bộ phận xưởng mộc mẫu chế tạo ra mẫu và hộp lõi.
NHÓM 5 LỚP KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG K57 11
TIỂU LUẬN
GVHD: ThS. ĐINH BÁCH KHOA
Mẫu tạo ra lòng khuôn 6 -có hình dạng bên ngoài của vật đúc. Lõi 7 được
chế tạo từ hộp lõi có hình dáng giống hình dạng bên trong của vật đúc. Lắp lõi vào
khuôn và lắp ráp khuôn ta được một khuôn đúc.
Để dẫn kim loại lỏng vào khuôn ta phải chế tạo hệ thống rót 10. Rót kim
loại lỏng qua hệ thống này, sau khi kim loại hóa rắn, nguội đem phá khuôn ta được
vật đúc.
Lòng khuôn 6 phù hợp với hình dáng vật đúc, kim loại lỏng được rót vào
khuôn qua hệ thong rót. Bộ phận 11 để dẫn hơi từ lòng khuôn ra ngoài gọi là đậu
hơi đồng thời làm nhiệm vụ bổ xung kim loại cho vật đúc khi hóa rắn còn gọi là
đậu ngót.
hòm khuôn trên 1, hòm khuôn dưới 9 để làm rửa khuôn trên và dưới. Để
có thể lắp 2 nửa khuôn chính xác ta dung chốt định vị 2. Vật liệu trong khuôn 4
gọi là hỗn hợp làm khuôn trong khuôn ta dung những xương 5. Để tăng tính thoát
khí cho khuôn ta tiến hành xiên các lỗ khí thoát 8.
7. Những nhân tố ảnh hưởng đến chất lượng vật đúc
Chất lượng vật đúc được đánh giá bằng các chỉ tiêu sau đây:
Độ chính xác hình dạng và kích thước.
Độ nhẵn bóng mặt ngoài.
Chất lượng kim loại của hợp kim vật đúc
Tùy thuộc vào quá trình công nghệ đúc và yêu cầu sản phẩm, chất lượng vật đúc
chịu ảnh hưởng nhiều nhân tố.
a. Hợp kim đúc
Mỗi hợp kim đúc có tính đúc tốt xấu khác nhau nên chất lượng khác nhau. Vì thế
khi đánh giá đúng tính đúc của hợp kim chúng ta sẽ có biện pháp công nghệ đúc hợp lý.
b. Loại khuôn đúc và phương pháp đúc
Quá trình kết tinh kim loại vào khuôn đúc và phương pháp đúc:
Khuôn cát có độ dẫn nhiệt thấp nên kim loại nguội chậm tạo ra các hạt tinh thể của
vật đúc lớn. Bề mặt long khuôn cát không nhẵn nên làm bề mặt vật đúc kém nhẵn bóng.
Khi độ chụi nhiệt của hỗn hợp kém sẽ gây ra cháy cát trên bề mặt đúc. Ngược lại, trong
khuôn kim loại cấu tạo hạt nhỏ mịn làm tăng cơ tính vật đúc, nhưng thường gây ra nội
ứng suất trong vật đúc và dễ hóa cứng mặt ngoài cẩn trở quá trình cắt gọt.
Mặt khác, chất lượng vật đúc cũng chịu ảnh hưởng do sử dụng phương pháp đúc
khác nhau. Phương pháp làm khuôn bằng tay hay bằng máy sẽ chô ta chất lượng vật đúc
khác nhau. Làm bằng máy dĩ nhiên sẽ có chất lượng đồng đều, chính xác hơn làm bằng
NHÓM 5 LỚP KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG K57 12
TIỂU LUẬN
GVHD: ThS. ĐINH BÁCH KHOA
tay. Cùng một loại khuôn kim loại, nhưng phương pháp điền đày bằng rót tự do tạo ra
chất lượng khác với điền đầy dưới áp lực hoặc điền đầy nhờ lực li tâm.
c. Ảnh hưởng của công nghệ đúc
Công nghệ đúc được thể hiệu bằng những biện pháp cụ thể theo thứ tự đối với từng
loại vật đúc. Tổng hợp các biện pháp trong một quá trình sản xuất để tạo ra chất lượng vật
đúc cao hơn. Thực hiện một công nghệ đúc hợp lý là thể hiện một cách tích cực để loại bỏ
tới mức tối thiểu các khuyết tật đúc.
Công nghệ đúc bao gồm:
Công nghệ nấu chảy hợp kim đúc.
Công nghệ chế tạo khuôn và lõi.
Công nghệ rót.
Ngoài ra, một nhân tố quan trọng nữa là nâng cao tay nghề, hiện đại hóa quá trình
sản xuất, thay đổi trang thiết bị.
NHÓM 5 LỚP KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG K57 13
TIỂU LUẬN
GVHD: ThS. ĐINH BÁCH KHOA
II. ĐẶC ĐIỂM SỬ DỤNG NGUYÊN NHIÊN VẬT LIỆU, NƯỚC
VÀ NĂNG LƯỢNG CỦA CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT
Các nguyên nhiên vật liệu được sử dụng cho công nghệ đúc kim loại trên thực tế có
thể nói rất đa dạng và phức tạp. Trên thực tế các nhà chuyên đúc kim và hợp kim luôn tìm
và sử dụng loại nguyên vật liệu có giá thành giẻ và dễ sử dụng. Để chúng ta có thể hình
dung rõ hơn về cách phối hợp và sử dụng các nguyên vật liệu này chúng ta xét tới một
công nghệ đúc điển hình và rất phổ biến hiện nay, đó là công nghệ đúc kim loại bằng
khuôn cát.
1.Các loại vật liệu làm khuôn và lõi
a. Cát
Cát là nguyên liệu chính cho một công nghệ đúc bằng khuôn cát bởi số lượng và
giá thành giẻ, dễ tạo thành khuôn cho bất cứ hình dạng nào của vật thể cần đúc.
* Phân loại cát
Có hai cách phân loại cát là phân loại theo nơi lấy cát và phân loại theo độ các. Cụ
thể:
Theo nơi lấy cát: gồm cát núi hạt sắc cạnh, cát song hạt tròn đều.
Theo độ cát: người ta xác định độ hạt của cát theo kích thước lỗ cây.
Để hiểu rõ sự đa dạng ta tham khảo bảng số liệu sau:
Tên cát
Nhóm
Số hiệu cây
Kích thước hạt (mm )
Cát thô
063
1 – 063 – 04
04 1
Rất to
04
063 – 04 – 0315
0,315 0,63
To
0315
04 – 0315 – 02
0,2 0,4
Vừa
02
0315 – 02 – 016
0,16 0,315
Nhỏ
016
02 – 016 – 01
0,1 0,2
Rất nhỏ
01
016 – 01 – 0063
0, 063 0,16
Mịn
0063
01 – 0063 – 005
0,05 0,1
Bột
005
0063 – 005 –nhỏ
< 0,05
NHÓM 5 LỚP KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG K57 14
TIỂU LUẬN
GVHD: ThS. ĐINH BÁCH KHOA
Và theo thành phần đất sét ta có bảng phân loại sau:
* Chọn cát:
- Tùy thuộc vào khối lượng vật đúc, kim loại vật đúc mà người ta chọn loại cát,
thành phần và độ hạt nhất định.
- Để làm khuôn cát tươi đúc gang xám có khối lượng nhỏ hơn 200 kg, ta dung cát
gầy có độ hạt 01; 016; 02; 04.
- Vật đúc có khối lượng từ 200-2000 kg thì dùng cát mỡ tăng thạch anh để tăng độ
chịu nhiệt, độ hạt p16-04.
- Để làm khuôn lõi đúc thép m <500 kg, dùng cát nửa mỡ độ hạt 01; 016; 02 thạch
anh ít.
b. Đất sét
Đặc điểm: dẻo, dính khi có lượng nước thích hợp, khi sấy thì độ bền tăng nhưng
dòn dễ vỡ, không bị cháy khi rót kim loại vào.
Phân loại đất sét:
Theo thành phần khoáng chất: có 2 loại đất sét thường và đất sét bentônoit.
Theo khả năng kết dính:
+ Loại kết dính ít (M): có độ bền nén tươi 0,5-0,8kg/cm3. Loại này thường
dùng làm khuôn đúc kim loại màu, nhỏ, vừa.
+ Loại kết dính vừa (C): có độ bền nén tươi 0,79-1,1kg/cm3.
+ Loại kết dính bền (B): có độ bền nén tươi >1,1kg/cm3.
Theo khả năng bền chịu nhiệu:
+ Nhóm 1: bền nhiệt cao.
+ Nhóm 2: bền chịu nhiệt vừa.
+ Nhóm 3: bền chịu nhiệt thấp.
c. Chất kết dính và chất phụ
NHÓM 5 LỚP KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG K57 15
TIỂU LUẬN
GVHD: ThS. ĐINH BÁCH KHOA
Ngoài hai nguyên liệu chính cho công nghệ đúc bằng khuôn cát kể trên trong
công nghệ này người ta còn dùng thêm một số chất quan trọng như chất kết dính và chất
phụ để tăng tính bền cho khuôn và lõi đúc.
Chất kết dính: là chất đưa vào hốn hợp làm khuôn và lõi để tăng tính dẻo của hỗn
hợp.
Yêu cầu:
+ Khi trộn vào hỗn hợp, chất kết dính phải phân bố đều.
+ Không làm dính hỗn hợp vào mẫu và hợp lõi để phá khuôn lõi.
+ Khô nhanh khi sấy và không sinh nhiều khí khi rót kim loại.
+ Phải rẻ, dễ kiếm, không ảnh hưởng đến sức khỏe.
Những chất thường dùng làm chất kết dính: dầu, nước đường, bột hồ, các chất kết dính
hóa cứng, nước thủy tinh.
Những chất dính kết thường dùng
+ Dầu:dầu lanh, dầu bụng, dầu trẩu… đem trộn với cát vỡ sấy ở to=200~250oC,
dầu sẽ bị oxy hóa vỡ tạo thành màng oxit hữu cơ bao quanh các hạt cát làm chúng dính
kết chắc với nhau.
+ Nước đường (mật): dựng để làm khuôn, lõi khi đúc thép. Loại này khi sấy bề
mặt, khuôn sẽ bền nhưng bên trong rất dẻo vẫn đảm bảo độ thoát khí và tính lún tốt. Khi
rót kim loại nó bị cháy, do đó tăng tính xốp, tính lún, thoát khí và dễ phá khuôn nhưng hút
ẩm nên sấy xong phải dùng ngay.
+ Bột hồ: (nồng độ 2,5~3%) hút nước nhiều, tính chất như nước đường, dùng làm
khuôn tươi rất tốt.
+ Các chất kết hóa cứng: nhự thông, xi măng, hắc ín, nhựa đường. Khi sấy chúng
cháy lỏng ra và bao quanh các hạt cát. Khi khô chúng tự hóa cứng làm tăng độ bền, tính
dính kết cho khuôn. Thường được dùng loại xi măng pha và hỗn hợp khoảng 12%, độ ẩm
của hỗn hợp 6~8%, để trong không khí 24~27 giờ có khả năng tự khô, loại này rất bền.
+ Nước thủy tinh: chính là các loại dung dịch silicat Na2O.nSiO2.mH2O hoặc
K2O.nSiO2.mH2O sấy ở 200~250oC, nó tự phân hủy thành nSiO2(m-p)H2O lỡ loại keo rất
dính. Khi thổi CO2 vào khuôn đã làm xong, nước thủy tinh tự phân hủy thành chất keo
trên, hỗn hợp sẽ cứng lại sau 15~30 phút.
Các chất phụ:
Là các chất được đưa vào hỗn hợp để khuôn và lõi có một số tính chất đặc biệt như
nâng cao tính lún, trính thông khí, làm nhẵn mặt khuôn, lõi và tăng khả năng chịu nhiệt
cho bề mặt khuôn lõi, gồm 2 loại:
+ Chất phụ gia: trong hỗn hợp thường cho thêm mùn cưa, rơm vụn, bột than…
khi rót kim loại lỏng vào khuôn, những chất này cháy để lại trong khuôn những lỗ rỗng
NHÓM 5 LỚP KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG K57 16
TIỂU LUẬN
GVHD: ThS. ĐINH BÁCH KHOA
làm tăng tính xốp, thông khí, tính lún cho khuôn lõi, tỉ lệ khoảng 3% cho vật đúc thành
mỏng và 8% cho vật đúc thành dầy.
+ Chất sơn khuôn: để mặt khuôn nhẵn bong và chịu nổi nóng tốt, người ta thường
quét lên mặt lòng khuôn, lõi một lớp sơn, có thể là bột than, bột gratit, bột thạch anh hoặc
dung dịch của chúng với đất sét. Bột than và gratit quét vào thanh khuôn, khi rót kim loại
vào nó sẽ cháy và tạo thành CO, CO2 làm thành môi trường hoàn nguyên rất tốt, đồng thời
tạo ra một lớp khí ngăn cách giữa kim loại và mặt lòng khuôn.
2. Hỗn hợp làm khuôn và lõi
a.Hỗn hợp làm khuôn
Có hai loại:
- Cát áo: dùng để phủ sát mẫu khi chế tạo khuôn nén cần có độ bền dẻo cao, đồng
thời nó trực tiếp tiếp xúc với kim loại lỏng nên cần có độ chịu nhiệt cao, độ hạt cần nhỏ
hơn bề mặt đúc nhẵn bong. Thông thường cát áo làm bằng vật liệu mới, nó chiếm khoảng
10-15% tổng lượng cát khuôn.
- Cát đệm: dùng để đệm cho phần khuôn còn lại, không trực tiếp tiếp xúc với kim
loại lỏng nên tính chịu nhiệu, độ bền không cao lắm, nhưng tính thông khí tốt chiếm
khoảng 85-90% lượng cát. Vật đúc càng lớn yêu cầu độ hạt của hỗn hợp làm khuôn càng
lớn để tăng tính thông khí.
b. Hỗn hợp làm lõi
Điều kiện làm việc của lõi khá bất lợi nên hỗn hợp cần độ bền, tính lún, độ thông
khí cao hơn khi làm khuôn nhiều. Để tăng độ bền cần giảm lượng đất sét, để tăng tính
chịu nhiệu, lượng thạch anh đạt tới 100%. Ít dùng hỗn hợp cũ, độ thông khí yêu cầu cao,
dùng hạt cát có độ hạt 02 và nhiều chất phụ. Hầu hết các lõi đều phải sấy trước khi lắp vào
khuôn.
3. Vật liệu làm bộ mẫu và hộp lõi
* Yêu cầu:
- Bảo đảm độ bong, chính xác khi gia công cắt gọt.
- Cần bền, cứng, nhẹ, không bị co, trương, nứt, cong vênh khi làm việc.
- Chịu được tác dụng cơ, hóa lý của hỗn hợp làm khuôn, ít bị mòn, không bị rỉ ăn
mòn hóa học, rẻ tiền và dễ kiễm.
* Các loại vật liệu làm mẫu và hộp lõi:
Vật liệu thường dùng: gỗ, kim loại, thạch cao, xi măng, chất dẻo, chủ yếu là gỗ, kim loại.
NHÓM 5 LỚP KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG K57 17
TIỂU LUẬN
GVHD: ThS. ĐINH BÁCH KHOA
- Gỗ: ưu điểm rẻ tiền, nhẹ, dễ gia công, nhưng có nhược điểm là độ bền, cứng
kém, dễ trương nứt cong vênh nên gỗ chỉ dùng trong sản xuất đơn chiếc, loại nhỏ, trung
bình và làm mẫu lớn.
- Kim loại: có độ bền, cứng, độ nhẵn bóng, độ chính xác bề mặt cao, không bị
thấm nước, ít bị cong vênh, thời hạn sử dụng lâu hơn, nhưng kim loại rất khó gia công nên
chỉ sử dụng trong sản xuất khối và hàng loạt. Thường dùng:
+ Hợp kim nhôm: hợp kim nhôm silic và hợp kim nhôm đồng. Loại này nhẹ,
dễ gia công cơ khí, độ bóng, chính xác cao, tính chống mòn hóa học cao, dùng nhiều lần
nên sử dụng nhiều nhất.
+ Gang xám: có độ bền cao hơn hợp kim nhôm, giá thành hạ, nhưng nặng, khó
gia công cơ khí, dễ oxi hóa.
+ Đồng thau và đồng thanh: bền, dễ gia công, bề mặt nhẵn bóng, chính xác
không bị oxi hóa.
+Thạch cao: bền hơn gỗ, nhẹ, dễ chế tạo, dễ cắt gọt, nhưng giòn, dễ vỡ, dễ
thấm nước.
+ xi măng: bền, cứng hơn thạch cao, chịu va chạm tốt, rẻ, dễ chế tạo, nhưng
nặng, không hút nước, khó gọt, sửa nên làm những mẫu phức tạp, mẫu lớn, mẫu làm
khuôn bằng máy.
4. Vấn đề nhiên liệu và năng lượng trong công nghệ đúc kim loại
Trong công nghệ đúc kim loại vấn đề sử dụng nguồn nhiên liệu và tận dụng
nguồn năng lượng cũng cần phải được cân nhắc rất kĩ lưỡng. Hiện nay trên thế giới, tại
những nước có nền công nghiệp phát triển như: Nhật Bản, Mĩ, Pháp,…vấn đề năng lượng
trong công nghệ đúc đã được khắc phục và tiến bộ hơn rất nhiều.
Hầu hết các cơ sở luyện đúc kim loại hiện nay đều dùng một công cụ phổ biến đó
là lò nấu luyện.
- Lò nấu luyện rất đa dạng, lò nấu có ảnh hưởng lớn tới năng suất, chất lượng kim
loại và cả về vấn đề môi trường. Trong ngành đúc kim loại, lò và thiết bị đốt lạc hậu tiêu
hao nhiều nhiên liệu, giảm năng suất và chất lượng kim loại nấu, sinh nhiều chất thải độc
hại.
- Đa số các lò sử dụng nguyên liệu rắn (than đá, than cám), nhiên liệu lỏng. Khi
cháy sinh ra nhiều chất ô nhiễm môi trường.
* Hiện nay để nhằm mục đích nâng cao năng suất và tận dụng được nguồn năng
lượng tối đa, tăng chất lượng sản phẩm, tăng hiệu quả kinh tế và hạn chế mức độ ô nhiễm
môi trường nên hầu hết các công nghệ có sử dụng lò nấu cải tiến.
NHÓM 5 LỚP KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG K57 18
TIỂU LUẬN
GVHD: ThS. ĐINH BÁCH KHOA
Lò nấu nhôm sau đây là một ví dụ điển hình về sự cải tiến đó:
- Lò cải tiến được xây dựng trên cơ sở lò nấu nhốm hiện hành, tận dụng một phần
của kết cấu lò cũ. Lò có tên gọi là LÒ BUỒNG ĐỨNG.
- Lò có buồn đốt riêng để quá trình cháy nhiên liệu được thực hiện triệt tiêu. Nhiệt
độ cao của ngọn lửa truyền trực tiếp cho nhôm đã chảy lỏng trong phần nồi lò.
- Nguyên liệu trước khi nấu chảy được sấy và nung nóng sơ bộ bằng khí thải thoát
ra bằng buồn lò, vừa tận dụng nhiệt vừa giảm cháy hao nguyên liệu.
- Dùng nhiên liệu dầu DO có hàm lượng lưu huỳnh thấp.
- Sử dụng mở đốt nhiên liệu được cải tiến phù hợp để đốt cháy hoàn toàn nhiên
liệu với hiệu suất cao nhất.
- Có trang bị độ đo nhiệt độ lò để duy trì nhiệt độ nấu tối ưu và chỉnh tốc độ nấu
chảy nhôm.
- Sử dụng vật liệu chịu lửa cao alumin: thể xây ít bị ăn mòn và đưa tạp chất vào
nhôm lỏng.
- Có thể tự động hóa điều khiển nhiệt độ lò và sự cháy của nhiên liệu dễ dàng.
- Lò cải tiến được thực hiện trong thời gian ngắn và tận dụng nhiều phần thiết bị
cũ, sẵn có của cơ sở cũ nên giảm chi phí đầu tư.
NHÓM 5 LỚP KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG K57 19
TIỂU LUẬN
GVHD: ThS. ĐINH BÁCH KHOA
III. CÁC VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG CỦA NGÀNH NẤU ĐÚC
1.Đặc điểm của công nghệ nấu đúc hiện tại
- Khâu chuẩn bị nguyên liệu không được chú trọng, điều này sẽ làm phức tạp
khâu nấu luyện, làm tiêu tốn thêm nhiều nhiên liệu để đốt cháy các tạp chất lẫn trong
nguyên liệu và biến chúng thành các loại khói, bụi độc hại.
- Sử dụng các loại nhiên liệu gây ô nhiễm nhiều như than, dầu F.O, củi.
- Công đoạn nấu chảy và tinh luyện được tiến hành trên cùng một thiết bị lò nên
kém hiệu quả về kỹ thuật và kinh tế, đồng thời gây khó khăn cho việc xử lý ô nhiễm.
- Không sử dụng chất trợ dung nấu luyện hoặc sử dụng không đúng chủng loại,
thành phần hoặc số lượng; điều này làm tăng lượng cháy hao do có thêm nhiều kim loại
nguyên liệu bị đốt cháy thành các loại khí độc hại làm ô nhiễm không khí và quá trình trên
cũng làm tăng tiêu hao nhiên liệu.
2.Các tác nhân gây ô nhiễm chính
Công đoạn
Các chất thải chính
- Bụi, dầu mỡ, đất cát, sét rỉ, bột
oxit kim loại …
Chuẩn bị phế - Khí thải do đốt sơn, cao su, nhựa.
liệu
- nước thải kiềm, axit
Tác động đến môi trường
Tiếng ồn, khí thải và bụi tác động
đến khu vực sản xuất và lân cận,
ảnh hưởng hệ thống hô hấp, bệnh
ngoài da, gây ô nhiễm nước
ngầm, hệ thống cống rãnh, ảnh
hưởng thính giác.
- Khí thải CO, SO2, NOx, bồ hóng, Gây ngạt thở, đau đầu, ù tai, dị
tro bụi…
ứng và viêm da, tổn thương mắt,
Đốt nhiên liệu
- Nhiệt và tiếng ồn của mô tơ, quạt sang chấn giác mạc, giảm chức
gió, hiện tượng cháy nổ.
năng hô hấp, bệnh phổi trầm
trọng.
Ăn mòn thiết bị, gây mưa axit.
- Hơi kim loại: chì, thiếc, kẽm, Gây ngạt thở, cay mắt, viêm
Nấu chảy kim antimoan…
họng, mùi khó chịu, giảm sức
loại
- Bụi và các oxit kim loại
khỏe lao động, làm hư hại các
- Ô nhiễm nhiệt
công trình.
- Hơi kim loại, hơi muối và các hợp
Tinh luyện kim chất Halogen trong trợ dung như
loại
KCl, Na3AlF6, CaF2…
- Nhiệt, bụi oxit kim loại
Đúc sản phẩm
Gây ngộ độc, ảnh hưởng đường
hô hấp, mắt và da, tác động xấu
đến cường dộ lao động, ảnh
hưởng dân cư xung quanh
Ăn mòn và làm hư hỏng thiết bị
- Bụi, hơi nóng, hơi nước
Ảnh hưởng đến phổi, mắt và lâu
- Cháy các hóa chất của hỗn hợp ngày gây viêm da
làm khuôn, sơn khuôn
Mùi khó chịu do hóa chất cháy
khi rót khuôn.
NHÓM 5 LỚP KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG K57 20
- Xem thêm -