CÁN GIẤY NHÔM BẰNG MÁY CÁN 20 TRỤC TỪ PHÔI DÀY 0.5MM RỘNG 400MM

Với khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển các yêu cầu cải tiến đối với ngành công nghiệp thép được đặt lên hàng đầu, để đạt được chất lượng sản phẩm ngày càng cao, và điều này cũng không ngoại lệ với ngành cán khi mà sản lượng cán chiếm một tỷ lệ không nhỏ trong sản lượng thép nói chung. Từ trước đến nay các quá trình cán đặc biệt là cán nguội gặp khá nhiều khó khăn do để tạo ra sản phẩm có độ dày cực mỏng thì lực cán sinh ra là rất lớn làm uốn cong trục dẫn đến giảm tuổi thọ của máy cán cũng như giảm chất lượng sản phẩm đầu ra. Vì lý do trên nên các máy cán tấm siêu mỏng thường được thiết kế với nhiều trục (4 trục, 6 trục, 12 trục, 20 trục…) để giảm tác động của lực cán lên trục cũng như cho sản phẩm có chất lượng tốt hơn Trong bài này sẽ đi sâu vào tìm hiểu về việc dùng máy cán 20 trục để cán nhôm. Giấy nhôm là vật liệu khá phổ biến hiện nay. Nó được sử dụng để sản xuất vật liệu cách nhiệt cho ngành công nghiệp xây dựng, lá tản nhiệt cho máy điều hòa không khí, cuộn dây của máy biến thế, dùng trong tụ điện của đài phát thanh và truyền hình, cách nhiệt cho các bồn chứa, trang trí và bao bì… đặc biệt là trong ngành vận tải do khối lượng riêng nhẹ (tiết kiệm năng lượng hơn) và khả năng chống ăn mòn. Từ trước đây người ta thường sản xuất giấy nhôm bằng các máy cán 4 trục nhưng hiện nay người ta đã nghiên cứu sử dụng loại máy cán 20 trục do đường kính trục cũng như trọng lượng của nó giảm đáng kể so với các loại máy cán loại khác cùng công suất. Do kiến thức còn hạn chế và khả năng anh ngữ còn kém nên bài chắc chắn có nhiều thiếu xót mong quý Thầy và các bạn góp ý để bài được hoàn thiện hơn.

MỤC LỤC

trang MỤC LỤC

DANH SÁCH HÌNH VẼ

DANH SÁCH BẢNG BIỂU

1.1 Tình hình sử dụng nhôm hiện nay và tương lai 1

1.2 Quá trình sản xuất nhôm từ quặng 4

Chương 2- QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT GIẤY NHÔM VÀ THÔNG SỐ

2.2 Thông số kỹ thuật giấy nhôm thành phẩm 12

2.2.1 Giấy nhôm dùng trong thực phẩm 12

2.2.2 Giấy nhôm dùng trong dược phẩm 13

2.2.3 Giấy nhôm dùng trong kỹ thuật 14

2.2.4 Giấy nhôm dùng làm bao bì 15

2.2.5 Giấy nhôm dùng trong đồ gia dụng 16

2.2.6 Giấy nhôm dùng trong sự trao đổi nhiệt 17

2.2.7 Giấy nhôm dùng làm các ống tubes 18

2.2.8 Giấy nhôm dùng trong gia công định hình 18

Chương 3- MÁY CÁN 20 TRỤC 19 3.1 Tìm hiểu máy cán 20 trục 19 3.2 Các thông số quan trọng của trục cán 19

Chương 4- TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ 22 TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

LỜI MỞ ĐẦU

Với khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển các yêu cầu cải tiến đối với ngành công nghiệp thép được đặt lên hàng đầu, để đạt được chất lượng sản phẩm ngày càng cao, và điều này cũng không ngoại lệ với ngành cán khi mà sản lượng cán chiếm một tỷ lệ không nhỏ trong sản lượng thép nói chung

Từ trước đến nay các quá trình cán đặc biệt là cán nguội gặp khá nhiều khó khăn do để tạo ra sản phẩm có độ dày cực mỏng thì lực cán sinh ra là rất lớn làm uốn cong trục dẫn đến giảm tuổi thọ của máy cán cũng như giảm chất lượng sản phẩm đầu ra Vì lý do trên nên các máy cán tấm siêu mỏng thường được thiết kế với nhiều trục (4 trục, 6 trục, 12 trục, 20 trục…) để giảm tác động của lực cán lên trục cũng như cho sản phẩm có chất lượng tốt hơn

Trong bài này sẽ đi sâu vào tìm hiểu về việc dùng máy cán 20 trục để cán nhôm

Giấy nhôm là vật liệu khá phổ biến hiện nay Nó được sử dụng để sản xuất vật liệu cách nhiệt cho ngành công nghiệp xây dựng, lá tản nhiệt cho máy điều hòa không khí, cuộn dây của máy biến thế, dùng trong tụ điện của đài phát thanh và truyền hình, cách nhiệt cho các bồn chứa, trang trí và bao bì… đặc biệt là trong ngành vận tải do khối lượng riêng nhẹ (tiết kiệm năng lượng hơn) và khả năng chống ăn mòn

Từ trước đây người ta thường sản xuất giấy nhôm bằng các máy cán 4 trục nhưng hiện nay người ta đã nghiên cứu sử dụng loại máy cán 20 trục do đường kính trục cũng như trọng lượng của nó giảm đáng kể so với các loại máy cán loại khác cùng công suất

Do kiến thức còn hạn chế và khả năng anh ngữ còn kém nên bài chắc chắn có nhiều thiếu xót mong quý Thầy và các bạn góp ý để bài được hoàn thiện hơn

Tp.HCM, ngày 20 tháng 5 năm 2011

Sinh viên thực hiện

Quản Trọng Duy Long Huỳnh Đông

Du

DANH SÁCH HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Tình hình sử dụng nhôm trên Thế Giới

Hình 1.2: Những khu vực sản xuất nhôm chính

Hình 1.3: Những nước sản xuất nhôm chính

Hình 1.4: Sản xuất nhôm hàng năm

Hình 1.5: Sơ đồ quá trình tinh luyện alumin

Hình 1.6: Tình hình sử dụng nhôm

Hình 1.7: Giá cả nhôm trên thế giới

Hình 2.1: Quá trình sản xuất giấy nhôm

Hình 2.2: Quá trình sản xuất giấy nhôm từ sản phẩm cán nóng Hình 2.3: Các cách đóng gói cuộn nhôm

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIẤY NHÔM 1.1.Tình hình sử dụng nhôm hiện nay và tương lai:

Nhôm lá mỏng (gọi là giấy nhôm ở Bắc Mỹ) là dạng tấm nhôm mỏng với độ dày dưới 0,2 mm, có thể mỏng đến 0,006 mm Theo kết quả này, lá nhôm rất mềm dẻo và có thể được uốn cong hoặc quấn quanh đối tượng một cách dễ dàng Tuy nhiên, lá rất mỏng manh và dễ dàng bị hư hỏng

Hàng năm sản xuất giấy nhôm được khoảng 800.000 tấn ở Châu Âu và 600.000 tấn (£ 1300000000) tại Hoa Kỳ vào năm 2003 Khoảng 75% nhôm được

sử dụng cho bao bì thực phẩm, mỹ phẩm và sản phẩm hóa chất, và 25% được sử dụng cho các ứng dụng công nghiệp (ví dụ: vật liệu cách nhiệt, dây cáp và điện tử).[1]

Nó còn được gọi là tinfoil (mặc dù nó không phải là làm từ thiếc), giấy bạc (mặc dù nó không phải là làm từ bạc) Phim kim loại đôi khi bị nhầm lẫn với lá nhôm, nhưng thực sự phim polymer phủ một lớp mỏng nhôm

[ 2]

[2]

[ 2]

Hiện nay, vấn đề ô nhiễm môi trường đang được đặt làm tiêu chuẩn hàng đầu

trong các lĩnh vực nên việc tái chế nhôm là điều cấp thiết Trong thực tế, tái chế

nhôm, bao gồm cả hộp và lá, chiếm trên 30 % giá trị cung cấp hàng năm của

ngành công nghiệp kim loại Con số này đã tăng trong nhiều năm và dự kiến sẽ

tiếp tục Ngoài ra, quy trình sử dụng trong sản xuất lá đang được cải tiến để giảm ô nhiễm không khí và chất thải nguy hại

1.1 Quá trình sản xuất nhôm từ quặng:

Nhôm là môt nguyên tố trong số các yếu tố có nhiều nhất sau ôxy và silic, nó

là nguyên tố phong phú nhất được tìm thấy tại bề mặt trái đất, chiếm hơn tám phần trăm của lớp vỏ ở độ sâu mười dặm và xuất hiện trong hầu hết đá thông thường Tuy nhiên, nhôm không ở dạng kim loại tinh khiết của nó, mà là oxit nhôm ngậm nước (một hỗn hợp nước và nhôm) kết hợp với silica, oxit sắt, và Titania.Trong các quặng nhôm thì bauxite là quan trọng nhất, đặt tên theo thành phố Les Baux Pháp, nơi nó được phát hiện năm 1821 Bauxite có chứa oxide sắt và nhôm ngậm nước trong đó nhôm oxit chiếm bốn mươi lăm phần trăm trở lên thì được khai thác

để sản xuất nhôm Quặng bauxite ở rất gần bề mặt trái đất, nên việc khai thác là tương đối đơn giản

Trích xuất từ nhôm nguyên chất bauxite đòi hỏi hai quá trình Trước hết, quặng được tinh chế để loại bỏ các tạp chất như ôxít sắt, silica, Titania, và nước Sau đó, các oxit nhôm được nấu chảy để sản xuất nhôm nguyên chất Sau đó, nhôm được cán để sản xuất giấy bạc

Các công đoạn của quá trình sản xuất alumin:

Bản chất của quá trình sản xuất alumin là việc tách ô-xit nhôm ra khỏi quặng bô-xit Quy trình công nghệ để tách ô-xit nhôm ra khỏi quặng bô-xit được phát minh bởi Karl Bayer năm 1887 và do vậy quy trình này được đặt tên là quy trình Bayer Quy trình Bayer gồm 3 công đoạn: Hòa tách (digestion); Kết tủa (precipitation) và Nung (calcinations)

1.2.1 Công đoạn hòa tách (digestion)

Quặng bô-xit được nghiền nhỏ và trộn với xút (NaOH) trong thùng chứa ở nhiệt độ và áp suất cao Ở nhiệt độ và áp suất cao hydroxit nhôm hòa tan trong xút thành aluminat natri (sodium aluminate) NaAl(OH)4 nổi lên trên còn các thành phần khác không bị hòa tan như ô-xit sắt, ô-xit silic, ô-xit titan và các tạp chất khác thì lắng xuống dưới và được thải qua đáy thùng Chất thải này được gọi là quặng bô-xit thải (bauxite residue) hay bùn đỏ (red mud) vì có chứa ô-xit sắt và có dạng sền sệt Bùn đỏ được rửa bằng nước để thu hồi xút trước khi được thải ra bãi thải Bùn đỏ được thải ở dạng lỏng thì được gọi là thải ướt và ở dạng cô đặc thì gọi

là thải khô

Phản ứng hóa học của quá trình hòa tách là:

Đối với bô-xit loại gibbsite:

Al(OH)3 + Na+ + OH- —> Al(OH)4- + Na+

Đối với bô-xit loại boehmite và diaspore:

AlO(OH) + Na+ + OH – + H2O —> Al(OH)4- + Na+

Công đoạn này còn có thể được gọi là công đoạn ―tiêu hóa‖ theo đúng nghĩa của từ ―digestion‖ vì nó giống quá trình tiêu hóa thức ăn trong hệ tiêu hóacủa con người (thức ăn được nghiền bằng răng và dạ dầy và đưa vào ruột, ở đó các chất dinh dưỡng được hấp thụ còn cặn bã thì được thải qua ruột già ra ngoài)

1.2.2 Công đoạn kết tủa (precipitation)

Dung dịch chứa aluminat natri NaAl(OH)4 được lọc sạch trước khi được đưa sang công đoạn kết tủa Công đoạn kết tủa thực chất là một quá trình ngược của quá trình hòa tách

Phản ứng hóa học của quá trình kết tủa là:

Al(OH)4- + Na+ —> Al(OH)3 + Na+ + OH-

Với các mầm kết tủa là các hạt ô-xit nhôm, hydoxit nhôm Al(OH)3 kết tinh

và lắng xuống đáy thùng

1.2.3 Công đoạn nung (calcination)

Hydroxit nhôm Al(OH)3 từ công đoạn kết tủa được đưa sang một lò nung để tách nước và thu được ô-xit nhôm:

2Al(OH)3 —> Al2O3 + 3H2O

Quá trình sản xuất alumin được mô tả như hình 1.5

1.2.4 Bùn đỏ,lưu giữ và xử lý bùn đỏ:

Như đã nói ở trên bùn đỏ là quặng thải ở công đoạn hòa tách trong quá trình sản xuất alumin Ngoài những thành phần vốn có trong quặng bô-xit như ô-xit sắt, ô-xit silic, ô-xit titan và các tạp chất khác bùn đỏ còn có chứa một lượng nhỏ xút NaOH và dung dịch aluminat natri mà không thể thu hồi hết được

Nhôm lá dày hơn 0.025 mm thì không thấm nước và không khí Nếu mỏng hơn nữa sẽ tạo các lỗ trong quá trình sản xuất dẫn đến giảm tính chống thấm

Giấy nhôm có mặt sáng và đục Sự khác biệt này ảnh hưởng rất nhiều nhất là

về mặt sử dụng trong nấu nướng Nếu quay mặt sáng vào thì dễ mất nhiệt còn khi quay mặt đục vào thì nhiệt thất thoát rất chậm Độ phản xạ ánh sáng của mặt sáng

1.3.2 Cách điện:

Giấy nhôm được sử dụng rộng rãi cho các vật liệu cách nhiệt (rào cản và phản xạ), trao đổi nhiệt (dẫn nhiệt) và lót cáp (hàng rào và dẫn điện) Nhờ tính dẫn nhiệt của nhôm mà nó được dùng khi hút điếu ống: một tờ giấy nhôm đục lỗ được đặt giữa than đá và thuốc lá cho phép đốt nóng thuốc là mà không trực tiếp tiếp xúc than

1.3.5 Lấy mẫu địa hóa:

Dùng để bảo vệ các mẫu đá lấy từ đất hay trong phòng thí nghiệm Trong khi trước kia dùng túi nhựa hay vải, túi vải thấm và cho phép các dung môi hữu cơ hay các loại dầu làm bẩn mẫu

1.3.6 Đánh bóng thép:

Giấy nhôm được dùng để loại bỏ gỉ từ thép và đánh bóng bề mặt thép bằng cách cọ xát với lá nhôm nhúng trong nước Các lá nhôm mềm hơn thép nên không gây trầy xước bề mặt Nhiệt được tạo ra do ma sát, nhôm bị oxi hóa thành nhôm oxit do ái lực hóa học đối với oxy của nhôm cao hơn sắt nên sắt hoàn nguyên cho

bề mặt bóng đẹp

Trên đây chỉ là một vài ứng dụng của giấy nhôm được em đưa ra giới thiệu cho thấy được sự phổ biến của giấy nhôm ngay cả trong cuộc sống của chúng ta cũng như trong các ngày kỹ thuật cao

Do nhu cầu sử dụng giấy nhôm là rất lớn nên vấn đề được đặt ra là vấn đề về môi trường và năng lượng do việc khai thác bauxite và nấu bauxite thành nhôm nguyên chất Do đó việc tái chế nhôm có một vai trò rất quan trọng

CHƯƠNG 2: QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT GIẤY NHÔM VÀ THÔNG SỐ 2.1 Quá trình sản xuất giấy nhôm:

[8]

Quy trình như hình 2.1 đã được sử dụng khá rộng từ trước đến nay nhưng ngày nay các máy cán 4 trục đã được thay bằng các máy cán 20 trục để tạo ra sản phẩm chất lượng cao hơn cũng như tăng tuổi thọ của trục cán Nên ở các nước phát triển người ta sử dụng quy trình như hình 2.2

[8]

Các cách đóng bó cuộn nhôm như hình 2.3

2.2 Thông số kỹ thuật giấy nhôm thành phẩm: [8]

2.2.1 Giấy nhôm dùng trong thực phẩm:

2.2.2 Giấy nhôm dùng trong dƣợc phẩm:

2.2.3 Giấy nhôm dùng trong kỹ thuật:

2.2.4 Giấy nhôm dùng làm bao bì:

2.2.5 Giấy nhôm dùng trong đồ gia dụng:

2.2.6 Giấy nhôm dùng trong sự trao đổi nhiệt:

2.2.7 Giấy nhôm dùng làm các ống tubes:

2.2.8 Giấy nhôm dùng trong gia công định hình (profiling):

CHƯƠNG 3: MÁY CÁN 20 TRỤC 3.1 Tìm hiểu máy cán 20 trục:

Với khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển các yêu cầu đặt ra đối với ngành công nghiệp thép ngày càng nhiều và đa dạng, ngoài việc phải đảm bảo các cải tiến công nghệ phải thân thiện với môi trường thì chất lượng của sản phẩm được đặt lên hàng đầu Riêng đối với ngành công nghiệp cán thì các vấn đề này càng được quan tâm hơn nữa do các sản phẩm cán chiếm số lượng không nhỏ trong công nghiệp thép

Trong quá trình cán đặc biệt là cán nguội với nhu cầu tạo ra các sản phẩm cực mỏng thì lực cán tạo ra là rất đáng kể nên trong các máy cán 4 trục, 6 trục, 12 trục… kích thước trục cán là khá lớn nên nhu cầu phát triển máy cán 20 trục là cấp thiết

Với máy cán 20 trục thì đường kính trục cũng như trọng lượng của nó giảm đáng kể so với các loại máy cán cùng công suất, ngoài ra còn có thể cán các sản phẩm cực mỏng có chất lượng bề mặt cao

3.2 Các thông số quan trọng của trục cán:

Máy cán được điều khiển hoàn toàn bằng máy cán dựa trên mô hình mô phỏng cán, trong đó có nhiều thông số chi tiết quan trọng Mục tiêu là để tính toán quá trình cán để đạt được sản phẩm có chất lượng từ khi bắt đầu cán đến hết quá trình trong điều kiện cán ổn định

 Young’s modulus: Thông số này phụ thuộc vào vật liệu được sự dụng Đối với trục cán hệ số này sẽ thay đổi trong suốt thời gian sử dụng trục cán do lớp làm việc bị bào mòn

 Poisson’s ratio: Đây là một trong những thông số kỹ thuật quan trọng của vật liệu

 Hệ số giãn nở nhiệt

 Độ dẫn nhiệt

 Hệ số truyền nhiệt

3.3 Vật liệu làm trục cán:

Leonardo da Vinci đã tạo ra trục cán đầu tiên từ trước nhưng mãi đến thế kỷ

19 trục cán mới chứng tỏ được tầm quan trọng của mình trong công nghiệp thép các nước phát triển Trong đó Mĩ phát triển rất mạnh cán nóng vào nửa đầu thế kỷ

20 và sau chiến tranh thế giới thứ 2 nó đã lan rộng ra khắp thế giới

Từ những năm đầu tiên trục cán được làm từ gang xám và thép rèn

Khoảng năm 1950 người ta đã tạo được gang cầu và ứng dụng vào quá trình cán và đạt được nhiều thành công do gang xám có độ chống mài mòn và chịu ứng suất tốt

Ngoài ra còn phải kể đến một bước phát triển của công nghiệp cán là sử dụng thép hàm lượng Cr cao ( 1-2% C, 10-15% Cr) đạt được cơ tính tốt hơn gang cầu rất nhiều

Bước sang năm 1985 vật liệu ―high speed tool steel‖ được ứng dụng và ngày càng phát triển Ngoài ra vật liệu này còn có tên là ―semi tool steel‖ đã mang đến hiệu suất cán tốt hơn

Các loại trục cán làm bằng các vật liệu trên thường dùng để cán các sản phẩm tấm và thanh dài Ngoài ra còn có trục cán làm từ vật liệu công nghệ cao như: thiêu kết carbide hay gốm sứ nhưng ứng dụng không cao do có giới hạn về kích thước của phôi đầu vào

Còn trong cán nguội các trục cán bằng thép rèn tạo độ cứng khá cao sau khi tăng hàm lượng các hợp kim, đặc biệt là hàm lượng Cr tăng lên 2 ÷ 5% Ngoài ra

để tăng độ nhám bề mặt và tuổi thọ các trục còn được gia công mài

Nhiều vật liệu mới được tạo ra và phát triển trong ngành cán để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về cơ tính của trục cán

Các thông số ảnh hưởng chính đến cơ tính trục:

2 Hyper-eutectoid steel, ADAMITE

3 Graphitic hyper-eutectoid steels

4 High alloyed materials like High-Chrome, HSS, Semi HSS…

5 Gang cầu

6 Indefinite chill cast iron, ICDP

7 Các vật liệu đặc biệt như carbides thiêu kết, ceramics, GHM Các vật liệu thuộc nhóm 1, 2, 3 và 4 sau khi tạo thành trục cán không thể điều khiển cấu trúc bằng xử lý nhiệt

Các vật liệu thuộc nhóm 3, 5 và 6 có chứa graphite Graphite có ảnh hưởng rất nhiều đến trục trong suốt quá trình cán.Có nhiều lý thuyết về các ảnh hưởng của graphit đến cơ tính trục cán, tuy nhiên ở đây ta chỉ đề cập đến các ảnh hưởng

mà không đi sâu vào lý thuyết:

Graphit làm giảm sự nứt nóng

Graphit giảm hình thành gỉ sau khi cán

Graphit tạo cho trục bề mặt mịn hơn

Graphit không có ảnh hưởng nhiều đến độ chống mài mòn Độ chống mài mòn phụ thuộc chủ yếu vào số lượng và độ cứng của carbides

Ta có thể tạo trục cán từ đúc, rèn, thiêu kết… Mỗi phương pháp có ưu, nhược điểm và hạn chế công suất riêng Các nguyên nhân chính là:

 Lượng ép tuyệt đối ∆h = h0 – h1 = 0,5 – 0,18 = 0,32 (mm)

Chọn chiều dài thân trục cán L = 800 mm

Ta có tỷ số chiều dài thân trục với đường kính thân là:

Trong đó: n - hệ số tính đến sự ảnh hưởng của cấu tạo lỗ hình trên trục cán

n - hệ số tính đến sự ảnh hưởng của ma sát ngoài, của vùng ngoài, của lực kéo phía trước và phía sau

2k - trở lực biến dạng của vật liệu phôi cán ở nhiệt độ t

Các hệ số trên được tính như sau: