Hoàn thiện công nghệ sản xuất vật liệu hàn chất lượng cao dùng cho đóng tàu khảo sát đánh giá nguồn nguyên vật liệu trong nước thay thế nguồn nguyên vật liệu nhập ngoại

Mục lụcKhảo sát nghiên cứu đánh giá nguồn nguyên vật liệu trong nước để thay thế nguồn nguyên liệu nhập ngoại 1 Khảo sát các nguồn nguyên vật liệu trong nước có thể thay thế 1 2 Đánh g

bé khoa häc vµ c«ng nghÖ ch−¬ng tr×nh khoa häc c«ng nghÖ cÊp nhµ n−íc

========X›W========

dù ¸n

“hOµN THIÖN C¤NG NGHÖ S¶N XUÊT VËT LIÖU HµN CHÊT L¦îNG

CAO DïnG CHO §ãNG TµU”

Mục lục

Khảo sát nghiên cứu đánh giá nguồn nguyên vật liệu trong nước

để thay thế nguồn nguyên liệu nhập ngoại

1 Khảo sát các nguồn nguyên vật liệu trong nước có thể thay thế 1

2 Đánh giá các thành phần hóa học của các loại quặng 1

3 Lựa chọn một số loại quặng tương đối phù hợp để làm nguồn

nguyên liệu

13

4 Chế thử các mẫu hàn từ các mẫu quặng khác nhau 13

5 Chế thử các vật liệu hàn từ các mẫu thuốc khác nhau 13

6 Dùng các mẫu dây hàn và que hàn để hàn thử trên các vật liệu

khác nhau

14

7 Kiểm tra đặc tính của từng loại vât liệu hàn 19

8 Kiểm tra phân tích đánh giá chất lượng của các mối hàn 20

9 Phân tích đánh giá để lựa chọn loại quặng có thành phần hóa

học phù hợp nhất để dùng sản xuất thuốc hàn

22

10 Xây dựng quy trình kiểm tra đánh giá chất lượng mối hàn 22

Khảo sát đánh giá nguồn nguyên liệu trong nước thay thế nguồn nguyên liệu ngoại nhập

1 Khảo sát các nguồn nguyên liệu trong nước có thể thay thế

Nước ta, nguồn tài nguyên thiên nhiên rất phong phú đặc biệt các loại quặng với trữ lượng không nhỏ Sự phân bố rải rác trên phạm vi cả nước dẫn tới sự phát triển không ngừng của các ngành khai thác và chế biến đá thành các sản phẩm dùng là nguyên liệu cho các ngành công nghiệp khác Nắm được điều này đồng thời thông qua sự trao đổi thông tin với các đơn vị nghiên cứu khoáng vật tại Việt Nam, các nhà sản xuất, chúng tôi đã tiến hành khảo sát trữ lượng khai thác, sản lượng hàng năm của các đơn vị sản xuất trên địa bàn từ Quảng Bình, Quảng Trị trở

ra Qua công tác khảo sát, chúng tôi đánh giá sơ bộ như sau:

Công ty TNHH Thái Sơn (Hà Nam) sản xuất Đá vôi với năng suất hàng ngàn tấn/ năm, trữ lượng khai thác hàng tỷ tấn phân bố rộng Côngty TNHH Cường Linh sản xuất, công ty TNHH Yên Hà (Yên Bái) sản xuất Kao lanh, Trường thạch, Cát Thạch anh, Đá vôi năng suất 500.000 tấn/năm Ngay tại Hải Phòng công ty hoá chất Minh Đức ( Thuỷ Nguyên) sản xuất Bột Đá vôi năng suất 2000 tấn/ năm Cát Thạch anh còn được sản xuất tại công ty khai thác đá Vân Đồn (Quảng Ninh), Huỳnh Thạch được sản xuất tại Xí nghiệp khai thác đá 156 BQP Rutin, Inmenhit

được sản xuất chủ yếu tại Quảng Trị với công suất lớn, chất lượng cao, đáp ứng mọi yêu cầu của khách hàng Sau khi trực tiếp đi đến các vùng sản xuất các nguyên liệu kể trên, chúng tôi lấy mẫu về đánh giá tại phòng TN

2 Đánh giá thành phần hoá học các loại quặng

Mẫu đem về phòng TN được tiến hành kiểm tra thành phần hoá học Căn cứ vào yêu cầu chất lượng các nguyên liệu do nước ngoài chuyển giao, chúng tôi xây dựng quy trình phân tích thành phần hoá học áp dụng cho các nguyên liệu trong nước như sau:

2.1, Cát thạch anh - Kao lanh

- Mẫu đem về phòng thí nghiệm, sấy khô, nghiền mịn, chuyển vào bình hút

ẩm Cân một gam mẫu trên cân phân tích, chuyển lượng cân vào chén nung (m1), tẩm ướt bằng nước cất, thêm vài giọt dung dịch H2SO41/1 và 10ữ15 dung dich HF

đun trên bếp đến khô kiệt, làm tiếp hai lần nữa thì ngừng lại, cho chén vào trong lò nung ở nhiệt độ 1.000oC khoảng 30 phút lấy chén ra để trong bình hút ẩm cho nguội rồi đem cân (m2)

Tính % của SiO2 = (m1 - m2) x100%

Quặng còn lại đem nung lại bằng K2CO3:Na2CO3 (1:1) Lấy hỗn hợp nung ra,

đem hoà tan vào axit HCl 1:1 Lọc tách loại tạp chất bằng giấy lọc băng xanh

Dung dịch nước lọc Ti4+, Fe3, Al3+, SO42- vàPO43- dùng dung dịch NaOH 1:1

để kết tủa hoàn toàn Fe(OH)3 và Ti(OH)4 Lọc, rửa sạch kết tủa bằng nước cất

Phần nước lọc định mức đến 250 ml hút chính xác 10 ml vào bình nón chỉnh

về pH= 5-6 (đệm Amoni), thêm 1 gr uotropnin Thêm thể tích chính xác dung dịch EDTA chuẩn (lấy dư )V2 Đun nóng khoảng 80oC, thêm chỉ thị Xylenol da cam Dùng d2 Pb 2+ tiêu chuẩn lượng EDTA dư Điểm tương đương d2 đổi màu từ vàng sang đỏ V3

250 x (mdlg Al2O3) x (V2CE – V3CE)100

%Al2O3 =

1000 x 2 x10 Hút chính xác 10 ml dd trên vào 2 cốc thuỷ tinh 50 ml, cốc 1 thêm vào 5 ml

dd Molipdat bão hoà và 5 ml dd HNO3 loãng, khuấy đều để kết tủa hoàn toàn, lọc kết tủa trên giấy lọc băng vàng, đem nung ở 1.0000C, để nguội, đem cân(m3)

Khối lượng phân tử của BaSO4: M = 233

Chất kết tủa được hoà tan bằng d2 HCl 1ữ1 Định mức 250 ml Hút 100 ml d2

cho vào bình nón, chỉnh về pH = 3 bằng cách thêm đệm axetat Đun nóng ở 60 -

700C Chuẩn độ bằng d2 EDTA chuẩn, chỉ thị axit sunfosalysilic Điểm tương đương

d2 đổi từ màu tím sang vàng nhạt V4

250 x (mdlg Fe2O3) x V4CE x100

%Fe2O3 =

1000 x 2 x100 Hút tiếp 100 ml d2, thêm đệm Amoni có pH = 10 Thêm thể tích chính xác d2

EDTA chuẩn V5 Dùng d2 Pb2+ chuẩn lượng EDTA dư, chỉ thị E-TOO đến khi d2 đổi màu từ vàng sang đỏ tím V6

250 x 80 x (V5CE – V6CE) x100

%TiO2 =

1000 x 100 Phân tích độ ẩm của cao lanh: Cân chính xác 1 gr mẫu trên cân phân tích,

đem sấy trong lò ở 400 - 4500C khoảng 30 phút Lấy mẫu ra để trong bình hút ẩm cho nguội, đem cân

%H2O = (m1– m2 ) x100

m1, m2 là khối lượng của chén mẫu trước và sau khi sấy

2.2 Mika, Trường thạch

Cân chính xác 1gr mẫu trên cân phân tích, nung với hỗn hợp Na2O2+ NaOH

ở 5000C trong khoảng 30 phút, lấy ra để nguội Hoà tan bằng dd HCl 1:1, lọc, tách phần chất rắn, nước lọc để riêng

+ Chất rắn không tan sấy khô, định lượng, đem nung ở 1.000o C Sau 1 giờ lấy ra để trong bình hút ẩm, đem cân (m1)

%SiO2= m1 x100 + Dung dịch thu được thêm từ từ d2 đệm Amoni pH = 8 đến khi lượng kết tủa không đổi Lọc tách riêng phần kết tủa, nước lọc Gộp nước lọc nước rửa thêm từ từ lượng d2 Natri Cacbonat đến khi kết tủa hoàn toàn Lọc rửa sạch kết tủa bằng nước lọc, đem nung ở 1.0000C đến khối lượng không đổi, để nguội, đem cân ( m2)

% CaO + MgO = m2 x100 Nước lọc sau khi tách Ca, Mg định mức 250 ml.Tiến hành đo quang phổ phát xạ của K ở bước sóng 7682A và 7044A0 d2 nền Amoni bằng phương pháp xây dựng đường chuẩn So sánh kết qủa đo với đường chuẩn tính hàm lượng K trong mẫu

- Hút chính xác 10,0 ml dd định mức vào 2 bình nón Bình 1 chỉnh về pH = 3 bằng cách thêm đệm axetat Đun nóng ở 60 - 700C Chuẩn độ bằng d2 EDTA chuẩn, chỉ thị axit sunfosalysilic Điểm tương đương d2 đổi từ màu tím sang vàng nhạt V4

250 x (mdlg Al2O3) x (V2CE – V3CE)100

%Al2O3 =

1000 x 2 x10 Hút chính xác 10 ml dd trên vào 2 cốc thuỷ tinh 50 ml, cốc 1 thêm vào 5 ml

dd Molipdat bão hoà và 5 ml dd HNO3 loãng, khuấy đều để kết tủa hoàn toàn, lọc kết tủa trên giấy lọc băng vàng, đem nung ở 1.0000C, để nguội, đem cân(m3)

Nước lọc gồm Ca2+, Mg2+, Al3+, Fe3+ dùng dung dịch đệm NH3(pH=9) để tách

Fe3+ và Al3+ dưới dạng Fe(OH)3, Al(OH)3 Lọc, rửa sạch kết tủa Gộp nước lọc, nước rửa lại, định mức 250 ml Hút chính xác 10,00ml, chính về pH=10 (đệm NH3), thêm chỉ thị E-T00, dung dịch có màu đỏ nho Tiến hành chuẩn độ bằng dung dịch EDTA chuẩn đến khi dung dịch có màu xanh biếc, ghi kết quả (V2)

Hút tiếp 10,00ml dung dịch, dùng dung dịch NaOH để đưa pH về 13 Thêm chỉ thị Muxerit, chuẩn bằng dung EDTA chuẩn đến khi dung dịch đổi màu từ đỏ sang tím thì ngừng lại (V3)

Kết tủa Fe(OH)3, Al(OH)3 ta đem hoà tan bằng kiềm dư Lọc, rửa sạch chất rắn không tan đem nung đến khối lượng không đổi cho vào bình hút ẩm để nhiệt

độ phòng đem cân khối lượng (m3)

%Fe2O3 = m3 x100

- Gộp phần nước lọc, nước rửa lại, chỉnh về PH = 5 ữ 6 (đệm NH3) thêm thể tích chính xác EDTA chuẩn (dư) V4, đun nóng Chuẩn lượng dư EDTA bằng dung dịch Pb2+, chỉ thị Xylenol da cam V5

250 x (mdlg Al2O3) x (V2CE – V3CE)100

%Al2O3 =

1.000 x 2 x10 2.3.2 Cân chính xác 1 gam mẫu trên cân phân tích, chuyển toàn bộ lượng cân vào chén nung, thêm khoảng 1 gam chất chảy Na2CO3 :K2CO3 tỷ lệ 1:1 trộn

đều, phủ lên trên mẫu một lớp mỏng, nung ở 500oC khoảng 30 phút lấy ra, để nguội trong bình hút ẩm, hoà tan bằng axit HCl loãng, lọc trên giấy lọc băng vàng rửa sạch kết tủa bằng nước lọc nóng, gộp nước lọc, nước rửa lại, định mức 250 ml

Hút chính xác 10 ml dd trên vào 2 cốc thuỷ tinh 50 ml, cốc 1 thêm vào 5 ml

dd Molipdat bão hoà và 5 ml dd HNO3 loãng, khuấy đều để kết tủa hoàn toàn, lọc kết tủa trên giấy lọc băng vàng, đem nung ở 1.0000C, để nguội, đem cân(m3)

Khối lượng phân tử của BaSO4: M = 233

2.3.3, Cân chính xác 3 gam mẫu trên cân phân tích, chuyển toàn bộ lượng cân vào cốc thuỷ tinh, tẩm ướt bằng nước cất, nhỏ axit HCl 1:1 đến khi ngừng sủi bọt, thêm khoảng 10 ml dd axit HCl đặc, tráng sạch thành chén Đặt chén lên bếp cô đến khô kiệt từ 1 đến 2 giờ

Để nguội mẫu thử, thêm vào 10 ml dd đặc, thêm tiếp vào 50 ml nước cất sôi khuấy đều, đun nhẹ Tráng sạch bằng nước cất đun sôi Lấy ra để nguội

Lọc dd trong chén bằng giấy lọc không tàn, rửa sạch kết tủa bằng dd axit loãng và bằng nước cất đến hết ion Cl-.Chuyển kết tủa vào chén nung, đốt giấy lọc

trên bếp, sau đó đem nung đến khối lượng không đổi ở 1.000oC trong vòng 30 phút, lấy ra để nguội trong bình hút ẩm, đem cân (g1)

Tẩm ướt kết tủa bằng nước cất, thêm vào chén khoảng 2-3 giọt H2SO4 1:1 và

5 ml HF 40%, làm bay hơi dd trong chén đến khô kiệt, cho chén vào lò nung đến khối lượng không đổi ở 1.000oC (g2)

KCN Thêm chỉ thị E-TOO Chuẩn ngược bằng d2 Pb2+ chuẩn Điểm tương đương

d2 đổi màu từ vàng sang tím (V2,V3)

250 x 80 x (V2CE – V3CE) x100

%TiO2 =

1.000 x 20 + Chất rắn không tan gồm SiO2, S, P sấy khô, đem định lượng (m1), nung ở 1.0000C với chất chảy Na2CO3: K2CO3 1:1 Sản phẩm sau khi nung hoà tan bằng axit HCl 1:1, đun nóng Lọc rửa sạch phần chất rắn không tan, sấy khô, cân định lượng (m2)

- Gộp phần nước lọc, nước rửa lại, định mức 250 ml Hút chính xác 10 ml dd trên vào 2 cốc thuỷ tinh 50 ml, cốc 1 thêm vào 5 ml dd Molipdat bão hoà và 5 ml

dd HNO3 loãng, khuấy đều để kết tủa hoàn toàn, lọc kết tủa trên giấy lọc băng vàng, đem nung ở 1.0000C, để nguội, đem cân (m3)

250 x 31 x m3 x100

% P=

Khối lượng phân tử của BaSO4: M = 233

Kết tủa không tan cho thêm vào 2-3 giọt axit H2SO4 1:1 và 5 ml dd HF 40%,

đun đến khô kiệt, chuyển chén vào lò nung ở 1.000oC trong 30 phút, lấy ra để nguội trong bình hút ẩm, đem cân (m3)

m1: khối lượng cốc mẫu trước khi sấy

m2: khối lượng cốc mẫu sau khi sấy

- Đốt cháy lượng mẫu đã sấy trên, định lượng tro (m3)

%Tro = m3.100%

- Xác định SO2 trong hồ tinh bột thêm vào dung dịch nước Brôm dư Hoà tan một lượng cân 1gam tinh bột vào nước Thêm vào dung dịch Brôm dư, lọc phần chất rắn không tan, nước lọc, nước rửa gộp lại chuyển vào cốc thuỷ tinh Cho từ từ dung dịch BaCl2 vào cho đến khi kết tủa hoàn toàn BaSO4 Thêm tiếp BaCl2, ghi chính xác thể tích BaCl2(V1), đun nóng Lọc rửa kết tủa bằng nước nóng, gộp nước lọc nước rửa lại, chỉnh pH=10 (NaOH + NH3), thêm chính xác 5ml Mg2+, chỉ thị E-TOO Chuẩn bằng dung dịch EDTA chuẩn đến khi d2 có màu xanh (V2)

13 bằng ddNaOH, thêm chỉ thị E-TOO, chuẩn độ bằng dd EDTA đã biết nồng độ

đến khi dd chuyển từ màu tím sang xanh thì ngừng, ghi kết quả(V1)

%SiO2 = (g1 - g2) x 100 Hoà tan chất rắn còn lại sau khi xử lý HF bằng axit HCl 1:1, lọc trên giấy lọc băng vàng, nước lọc và nước rửa gộp lại, định mức 250 ml

Hút vào 2 cốc thuỷ tinh 10 ml dd định mức Cốc 1 thêm 10 ml dd Ba2+ để kết tủa hoàn toàn, lọc kết tủa trên giấy lọc băng vàng, rửa sạch đem nung đến khối lượng không đổi để nguội, định lượng(m1)

250 x 32 x m1 x100

% S=

Khối lượng phân tử của BaSO4: M = 233

Cốc 2 kết tủa P bằng Molipdat, lượng cân thu được sau khi nung là m2

%H2O= (m1- m2)100

m1: Khối lượng mẫu + thuyền cân trước khi cô

m2: Khối lượng mẫu + thuyền cân sau khi cô

+ Cân một lượng mẫu vào bát sứ,thêm 30 ml dd HCl đặc, khuấy kĩ rồi đặt trên bếp cô đến khô kiệt Để thêm khoảng 30 phút Lấy ra, để nguội, tẩm ướt bằng

20 ml dd HCl đặc, và 100 ml nước nóng Đặt bát lên bếp đun sôi Lọc dd vào bình

định mức 250 ml bằng giấy lọc băng vàng, phần kết tủa đem nung, để nguội, xác

định khối lượng

(m2 – m1)x100

% SiO2 =

m

m1 là khối lượng chén nung không chứa mẫu

m2 là khối lượng chén nung chứa mẫu

m là khối lượng mẫu

Nước lọc còn lại sử dụng phép đo phổ phát xạ với bước sóng Na, K là 8593A0 và 7682A0 với phương pháp xây dựng đường chuẩn

Hút chính xác 10 ml dd trên vào 2 cốc thuỷ tinh 50 ml, cốc 1 thêm vào 5 ml

dd Molipdat bão hoà và 5 ml dd HNO3 loãng, khuấy đều để kết tủa hoàn toàn, lọc kết tủa trên giấy lọc băng vàng, đem nung ở 1.0000C, để nguội, đem cân(m3)

Khối lượng phân tử của BaSO4: M = 233

+ Cân chính xác khối lượng nhất định m gam nước thuỷ tinh, chuyển toàn bộ lượng cân vào bình nón bằng nước nóng, chuẩn độ bằng dd HCl 0,1 M bằng chỉ thị Metyl da cam từ vàng sang đỏ thì ngừng, ghi kết quả(V)

94 x VCHCl x100

% K2O=

1.000 x 2 x m

2.7, Qua công tác kiểm tra đánh giá theo quy trình phân tích ở trên chúng tôi đ∙ thu đ−ợc kết quả ví dụ nh−:

2.7.1, Mẫu Kao lanh( Yên Bái)

04 CaCO3(Yên Bái1) 98,2 0,07 0,05 0,1 0,076mm

05 CaCO3 (Yên Bái2) 98,3 0,08 0,03 0,06 0,076mm

06 CaCO3 (Yên Bái3) 98,5 0,06 0,05 0,03 0,076mm

07 CaCO3(Minh Đức1) 98,6 0,05 0,05 0,05 0,038mm

độ nhớt

Mẫu

ghi chú

01 KaliSilicat 27,5 13,8 0,4 3,01 1,3729 309-323 200C

04 Mika (Lµo cai 1) 51 40,3 0,8 0,05 0,03 0,1mm

05 Mika (Lµo cai 2) 51,2 40,1 0,5 0,07 0,05 0,1mm

Huúnh th¹ch (Lµo cai)

đương bằng với thành phần của các mẫu tương đương nhập ngoại Đặc biệt, hàm lượng CaxiCacbonat trong mẫu Đá vôi và Đôlômit của nước ta có ưu điểm vượt trội

so với mẫu nước ngoài ở chỗ độ trắng cao hơn, tỷ lệ cặn không tan trong axit hầu như không có và rất dẽ tan trong axit thông thường Không những thế, nước thủy tinh sản xuất tại Nam Triệu cũng cho các thông số kỹ thuật tương xứng với nước thủy tinh ngoại nhập và đã được thay thế cho sản xuất hàng loạt, trong quá trình sản xuất rất ổn định và kết quả kiểm tra công tác hàn và các sản phẩm hàn đều cho kết quả đảm bảo tương đương với sán phẩm làm từ nguyên phụ liệu ngoại nhập Tuy vậy, do công nghệ xử lý tạp chất trong nước chưa cao nên phần lớn các nguyên liệu trong nước đều có độ mịn thấp hơn, thành phần các nguyên tố vi lượng như sắt, lưu huỳnh, phốtpho cao hơn so với hàm lượng các nguyên tố này trong các mẫu của nước ngoài chuyển giao Chính vì vậy chúng tôi đề ra phương

án điều chỉnh khối lượng nguyên liệu trộn đảm bảo thành phần hóa học của thuốc trộn không đổi so với công thức thuốc hàn do nước ngoài chuyển giao

3 Lựa chọn một số loại quặng tương đối phù hợp để làm nguồn nguyên liệu

Qua công tác kiểm tra đánh giá như đã nêu ở trên, chúng tôi đã chọn ra

được một số loại nguyên liệu tương đối phù hợp cho sản xuất như Cao lanh, Cát thạch anh (Yên Bái), Mika, Huỳnh thạch (Lào cai), Đá vôi, Bột Đolomit (Thanh Hoá, Hà Nam, Hải Phòng), Rutil, Inmenhit (Quảng Trị), Tinh bột gạo và sắn Điều

đặc biệt là chúng tôi đã hoàn thiện dây chuyền hoá lỏng Silicat, bước đầu sản xuất cho thấy chất lượng nước thuỷ tinh đảm bảo đủ tiêu chuẩn cả về tỷ trọng, độ nhớt, thành phần hoá học với sản lượng đáp ứng đủ cho sản xuất của công ty

4 Chế thử các thuốc hàn từ các mẫu quặng khác nhau

Quặng sau khi đã kiểm tra thành phần hoá học đạt yêu cầu cho sản xuất

được trộn với tỷ lệ các hợp phần xác định bằng thiết bị trộn của phòng thí nghiệm Quặng Cao lanh lấy mẫu từ Yên Bái có 3 mẫu với hàm lượng các hợp phần tương

tự nhau, mẫu Đá vôi có 3 loại, Cát thạch anh, Mi ka, Trường thạch có nhiều loại với thành phần hoá học tương tự nhau Thuốc hàn sau khi trộn được tiến hành sản xuất thử trên máy ép 17 tấn để chọn tỷ lệ nước thuỷ tinh cho mỗi loại Tính cho đến nay chúng tôi đã chế thử được hàng vài chục mẫu thuốc khác nhau qua công tác hàn thử và kiểm tra chất lượng mối hàn cho thấy vật liệu hàn hoàn toàn đáp ứng

được yêu cầu kỹ thuật

5 Chế thử các loại vật liệu hàn từ các mẫu thuốc khác nhau

Các mẫu thuốc được chế thử từ các nguyên liệu kể trên được trộn lại bằng thiết bị trộn của phòng thí nghiệm Thực hiện công đoạn trộn ướt bằng thiết bị trộn

ướt với thể tích nước thuỷ tinh tương ứng với khối lượng thuốc hàn Thuốc hàn sau