CƠ CHẾ VÀ TỐI ƯU HÓA TẨY DẦU TRONG NGÀNH TÔN THÉP

Hiện nay một số nhà máy sản xuất tôn mạ nhúng nóng sử dụng nguyên liệu là thép cán nguội thường bị mất một số vấn đề là bề mặt thép sau khi tẩy rữa vấn không sạch dẫn đến một số lỗi thường gặp trên bề mặt tôn thành phẩm sau mạ là chấm đen, mảng đen và vết đen. Vì vậy với mục đích nâng cao hiệu quả làm sạch bề mặt thép trước khi vào chảo mạ thì cần xác định lại thời gian, lưu lượng châm chất tẩy dầu sao cho nồng độ luôn nằm trong khoảng cho phép.Từ các dây chuyền sản xuất tại các nhà máy sản xuất tôn mạ nhúng nóng ta tiến hành lấy mẫu tẩy dầu và tẩy dầu điện phân với khoảng thời gian lấy mẫu cách nhau 90 phút trên một lần lấy mẫu. Đồng thời tiến hành kiểm tra chất lượng bề mặt thép trước và sau khi qua bể tẩy dầu và tẩy dầu điện phân sau đó tiến hành kiểm tra nồng độ, PH dung dịch của các mẫu lấy được.Từ các yếu tố trên thành lập mối quan hệ giữ các thành tố và rút ra thời gian châm chất tẩy dầu chính xác nhất và đề xuất dây chuyền tự động hóa đối với công đoạn tẩy dầu và tẩy dầu điện phân.

BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ TỐI ƢU HÓA THỜI GIAN THÊM CHẤT TẨY DẦU VÀO BỂ TẨY DẦU VÀ BỂ ĐIỆN

PHÂN

Người thực hiện: HỒ VĂN BÌNH

Ngày 19 tháng 09 năm 2016

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MỤC ĐÍCH CHUYÊN ĐỀ VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU 1

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÍ LUẬN 2

2.1 Nguồn gốc dầu bám trên thép cán nguội hoặc thép cán nguội thành phẩm. 2

2.2 Cơ chế tẩy dầu và tẩy dầu điện phân 2

2.2.1 Phương pháp tẩy dầu trong môi trường kiềm 2

2.2.2 Phương pháp tẩy dầu điện phân 4

2.3 Cách kiểm tra chi tiết sau khi tẩy dầu mỡ 4

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ 6

CHƯƠNG 4: ĐỀ XUẤT DÂY CHUYỀN TỰ ĐỘNG HÓA 12

4.1 : Xác định lưu lượng của chất tẩy dầu và nước cất 12

4.1.1 Các bước tiến hành 12

4.1.2 Kết quả thí nghiệm 12

4.2 Sơ đồ hệ thống van tiết lưu 17

4.3 Phương pháp kiểm tra chéo 19

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 21

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MỤC ĐÍCH CHUYÊN ĐỀ VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU

Hiện nay một số nhà máy sản xuất tôn mạ nhúng nóng sử dụng nguyên liệu là thép cán nguội thường bị mất một số vấn đề là bề mặt thép sau khi tẩy rữa vấn không sạch dẫn đến một số lỗi thường gặp trên bề mặt tôn thành phẩm sau mạ là chấm đen, mảng đen và vết đen Vì vậy với mục đích nâng cao hiệu quả làm sạch bề mặt thép trước khi vào chảo

mạ thì cần xác định lại thời gian, lưu lượng châm chất tẩy dầu sao cho nồng độ luôn nằm trong khoảng cho phép

Từ các dây chuyền sản xuất tại các nhà máy sản xuất tôn mạ nhúng nóng ta tiến hành lấy mẫu tẩy dầu và tẩy dầu điện phân với khoảng thời gian lấy mẫu cách nhau 90 phút trên một lần lấy mẫu Đồng thời tiến hành kiểm tra chất lượng bề mặt thép trước và sau khi qua bể tẩy dầu và tẩy dầu điện phân sau đó tiến hành kiểm tra nồng độ, PH dung dịch của các mẫu lấy được

Từ các yếu tố trên thành lập mối quan hệ giữ các thành tố và rút ra thời gian châm chất tẩy dầu chính xác nhất và đề xuất dây chuyền tự động hóa đối với công đoạn tẩy dầu

và tẩy dầu điện phân

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÍ LUẬN

2.1 Nguồn gốc dầu bám trên thép cán nguội hoặc thép cán nguội thành phẩm

Nguyên liệu ban đầu là thép cán nóng để loại bỏ các oxit sắt và tạp chất bám trên

bề mặt thép thì cần qua dây chuyền tẩy rỉ và bôi dầu tiếp theo nguyên liệu này tiếp tục qua dây chuyền cán nguội nhằm mục đích giảm độ dày theo yêu cầu của đơn hàng nhưng trong quá trình cán thì cần sử dụng nhũ tương thuận để làm mát các trục cán và đảm bảo

bề mặt thép không bị xước trong quá trình cán nguội Vì vậy sau khi nguyên liệu đi qua 2 dây chuyền tẩy rỉ - bôi dầu, cán nguội thì nguyên liệu đầu vào của dây chuyền mạ mang theo một lượng dầu lớn vì vậy để đảm bảo hiệu quả mạ thì cần xử lí bề mặt trước khi mạ

2.2 Cơ chế tẩy dầu và tẩy dầu điện phân

Có rất nhiều phương pháp làm sạch bề mặt kim loại, chủ yếu được phân làm hai loại đó là tẩy dầu mỡ bằng dung dịch hóa học và cơ học Trong đó, tẩy dầu bằng dung dịch hóa học chiếm ưu thế lớn do khả năng làm sạch nhanh, chi phí thấp, điều kiện áp dụng dễ dàng và không cần tháo rời và lắp ráp lại từng bộ phận

Chế phẩm tẩy dầu mỡ được tổng hợp từ nhiều thành phần hóa học khác nhau, mỗi chất đều có tác dụng riêng Chế phẩm này sẽ hấp phụ dầu mỡ trên bề mặt kim loại và giữ chúng lơ lửng trong dung môi tẩy dầu mà không lắng cặn trở lại lên bề mặt kim loại Ngoài ra, chất tẩy dầu mỡ còn phải đảm bảo được những yêu cầu tiêu chuẩn khác như: không dễ bắt cháy, tẩy dầu nhanh, sạch; thân thiện với môi trường và người sử dụng; mang lại hiệu quả kinh tế cao

2.2.1 Phương pháp tẩy dầu trong môi trường kiềm

Tẩy dầu mỡ trong môi trường kiềm là một trong những phương pháp thường dùng nhất để tẩy dầu mỡ trên bề mặt trước khi xử lí: chi tiết được tưới và nhúng trong dung dịch tẩy dầu rồi rửa bằng nước (tốt nhất là nước ấm)

Quá trình tẩy dầu mỡ trong môi trường kiềm dựa trên tính không tan lẫn dầu và nước: lớp màng dầu bị tróc ra khỏi bề mặt nhờ sức căng bề mặt, tạo thành các giọt dầu ở dạng nhũ tương trong dung dịch chất tẩy rửa

Quá trình tẩy dầu mỡ xảy ra theo bốn giai đoạn: xà phòng hóa, dịch chuyển, tạo nhũ tương và phân tán Quá trình tẩy dầu trong môi trường kiềm được tiến hành ở nhiệt

độ 70-90oC

Thành phần dung dịch tẩy dầu gồm các chất vô cơ, phụ gia và chất hoạt động bề mặt mà cụ thể tại Nhà máy tôn Hoa Sen Phú Mỹ sử dụng dung dịch tẩy dầu mỡ HENKER gồm các chất có thành phần như sau:

Bảng 2.1: Thành phần hóa chất trong dung dịch tẩy dầu

( %)

Na2CO3 20-30

2.2.2 Phương pháp tẩy dầu điện phân

Tiến hành trong dung dịch kiềm nóng và dòng điện một chiều dùng để cực hóa anod hay cực hóa catod các chi tiết dầu mỡ Trong quá trình điện ly, trên bề mặt các chi tiết có thoát khí ra, các bọt khí này liên kết với nhau tạo thành các bọt khí lớn thoát ra ngoài kéo theo màng dầu bao bọc quanh nó

Khi tẩy dầu điện hóa các phản ứng điện phân nước trong dung dịch kiềm có thành phần dung dịch giống chất tẩy dầu mỡ hóa học:

Ở anod: 4OH- → 2H2O + O2 + 4e

Ở catod: 4H2O + 4e → 4OH- + 2H2

2.3 Cách kiểm tra chi tiết sau khi tẩy dầu mỡ

Phương án 1: Sau quá trình tẩy dầu mỡ, ta có thể kiểm tra độ sạch của bề mặt chi tiết bằng cách tia nước cất lên bề mặt chi tiết, nếu bề mặt thấm ướt đều 100%, tức là khắp

bề mặt chi tiết ướt đều, tạo thành một màng mỏng đều thì chất lượng tẩy dầu mỡ như thế

là đạt Nếu trên bề mặt chi tiết xuất hiện khoảng trống không thấm ướt hay đọng thành giọt chất lỏng ở một số vị trí thì cần tiến hành tẩy dầu mỡ lại Tuy nhiên do quá trình sản xuất liên tục để đảm bảo số lượng định mức nên không thể dừng dây chuyền để kiểm tra

độ sạch của bề mặt do đó phương án này không khả thi

Phương án 2: Sau quá trình tẩy dầu mỡ, ta có thể kiểm tra độ sạch của bề mặt chi tiết bằng cách sữ dụng giấy A4 chà sát trên bề mặt tôn đang chạy với thời gian lưu của giấy A4 là 60s, lưu ý cần kiểm tra độ sạch của sản phẩm trước và sau khi qua bể tẩy dầu

và tẩy dầu điện phân Tuy nhiên giấy A4 sử dụng để chà sát mang tính chất khô nên đa số

chỉ lấy được một lượng dầu rất nhỏ bám trên bề mặt giấy A4 và phương pháp này mang tính trực quan

Phương án 3: Kiểm tra độ sạch mỡ, dầu bằng cách nhỏ 2-3 giọt xăng lên bề mặt thép đã được làm sạch Sau thời gian ít nhất 15 s, dùng giấy lọc thấm xăng còn đọng lại trên mặt bản thép Nhỏ xăng sạch lên mặt giấy lọc cùng loại để kiểm tra Sau khi hai tờ giấy lọc đã bay hết xăng, nếu màu sắc của hai vết xăng đã bay hơi giống nhau là đạt yêu cầu về độ sạch dầu mỡ (Xăng dùng kiểm tra phải là xăng sạch, không lẫn tạp chất, không lẫn bẩn…) Tuy nhiên do sản phẩm thép được đi qua bể nước nóng và tiến hành sấy sau khi tẩy dầu và tẩy dầu điện phân nên bề mặt thép mang nhiệt độ cao vì vậy khi tiến hành nhỏ xăng lên bề mặt sẽ nhanh chóng bị bay hơi và dây chuyền sản xuất chạy liên tục nên khó xác định được vị trí lấy mẫu hợp lí

Như vậy qua 3 phương án xác định độ sạch trên bề mặt thép thì phương án 2 là khả thi nhất có thể tiến hành kết luận tạm thời

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ

Sau khi tiến hành lấy mẫu và kiểm tra nồng độ tại hai bể tẩy dầu và điện phân thu được bản số liệu sau:

 Đối với bể tẩy dầu:

Bảng 3.1 Kết quả xác định nồng độ tại bể tẩy dầu

Lần

đo

Nồng

độ (điểm)

Lần

đo

Nồng

độ (điểm)

Lần

đo

Nồng

độ (điểm)

Lần

đo

Nồng

độ (điểm)

Lần

đo

Nồng

độ (điểm)

Hình 3.1 Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa nồng độ theo thời gian

Lưu ý: khoảng thời gian của mỗi lần đo là 90 phút

17.1 28.1

Đồ thị thể hiện nồng độ điểm bể tẩy dầu theo thời gian

Mối quan hệ giữa nồng độ điểm theo thời gian

 Đối với bể điện phân:

Bảng 3.2 Kết quả đo nồng độ tại bể điện phân

Lần

đo

Nồng

độ (điểm)

Lần

đo

Nồng

độ (điểm)

Lần

đo

Nồng

độ (điểm)

Hình 3.2 Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa nồng độ bể điện phân theo thời gian

 Tổng hợp và đánh giá

 Với bể tẩy dầu

Bảng 3.3 Kết quả độ biến thiên nồng độ theo ngày

19

15.1

13

21 19.4 20.2

9 14/9/2016 90 2.3

Trong đó: ∆ : Độ biến thiên trung bình nồng độ trong ngày

∇: Độ biến thiên trung bình nồng độ trong các ngày

⃑ : Khoảng thời gian trung bình giữa các lần lấy mẫu

Như vậy nhìn vào biểu đồ và bảng số liệu từng ngày ta dễ dàng nhận thấy cứ sau 90 phút thì nồng độ bể tẩy dầu giảm khoảng 2.1837 điểm nhưng thực tế nồng độ tẩy dầu giảm phù thuộc vào nhiệt độ, tốc độ chạy của thép, size thép và hàm lượng dầu bẩn bám trên bề mặt tôn

 Với bể tẩy dầu điện phân

Bảng 3.4 Tổng hợp số liệu độ biến thiên nồng độ tại bể điện phân theo ngày

Trong đó: ∆ : Độ biến thiên trung bình nồng độ trong ngày

∇: Độ biến thiên trung bình nồng độ trong các ngày

⃑ : Khoảng thời gian trung bình giữa các lần lấy mẫu

Như vậy nhìn vào bảng số liệu và biểu đồ biến thiên từng ngày ta dễ dàng nhận thấy cứ sau 90 phút thì nồng độ bể tẩy dầu điện phân giảm 0.8432 điểm nhưng trên thực

tế nồng độ tẩy dầu điện phân phụ thuộc nhiều vào cường độ dòng điện, hàm lượng dầu bẩn, kích thước của thép, tốc độ và nhiệt độ bể tẩy dầu điện phân

Qua đó nếu giả sử nồng độ tẩy dầu là 20 điểm và bể tẩy dầu điện phân là 15 điểm thì

cứ 90 phút thì tiến hành thêm chất tẩy dầu vào bể với điều kiện kiểm soát được các yếu tố ảnh hưởng như:

+ Nhiệt độ bể tẩy dầu và tẩy dầu điện phân: 60-80o

C

+ Tốc độ thép chạy qua bể tẩy dầu và tẩy dầu điện phân: 65-80 m/phút

+ Chiều rộng của thép: 1200-1250 mm

+ Chiều dầy của thép: 0.74 – 1.71 mm

+ Hàm lượng dầu bẩn: không quá nhiều

CHƯƠNG 4: ĐỀ XUẤT DÂY CHUYỀN BÁN TỰ ĐỘNG HÓA

Hiệu quả tẩy dầu tốt khi nồng độ của bể tẩy dầu nằm trong khoảng 20 ± 2 và tẩy dầu điện phân 15 ± 2 Tuy nhiên với việc thêm dầu một cách gián đoạn thì khó có thể duy trì được nồng độ nằm trong khoảng tối ưu nhất cụ thể như trước điểm thêm chất tẩy dầu thì nồng độ có thể thấp hơn và sau khi thêm chất tẩy dầu thì nồng độ có thể cao hơn nhiều lần trong khoảng tối ưu, như vậy với nồng độ thay đổi trong khoảng lớn sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả tẩy dầu Vì vậy, cần phải lắp hệ thống bơm tiết lưu chạy với lưu lượng thích hợp và chạy liên tục để đảm bảo nồng độ luôn nằm trong khoảng cho phép

4.1 : Xác định lưu lượng của chất tẩy dầu và nước cất

Bảng 4.1 Kết quả tăng nồng độ tại bể tẩy dầu

Thể tích mẫu (ml)

Thể tích dung dịch tẩy dầu nguyên chất

(ml)

Thể tích nước cất thêm vào (ml)

Nồng độ

20 Lần 1

Thể tích dung dịch tẩy dầu nguyên chất (ml)

Thể tích nước cất thêm vào (ml)

Nồng độ điểm

20 Lần 2

Thể tích dung dịch tẩy dầu nguyên chất (ml)

Thể tích nước cất thêm vào (ml)

Nồng độ điểm

20 ( Lần 3)

1 30 16.8

Từ số liệu có thể dễ dàng nhận thấy:

Để tăng 2.5 điểm thì cần 1 ml tẩy dầu nguyên liệu và 20 ml nước cất

Vậy để tăng 2.183 điểm thì cần 0.8732 ml tẩy dầu nguyên liệu và 17.4 ml nước cất

(

)

 Đối với bể điện phân

Bảng 4.2 Kết quả tăng nồng độ bể điện phân

Thể tích mẫu (ml)

Thể tích dung dịch tẩy dầu nguyên chất (ml)

Thể tích nước cất thêm vào (ml)

Nồng độ

40 (Lần 1)

Thể tích dung dịch tẩy dầu nguyên chất (ml)

Thể tích nước cất thêm vào (ml)

Nồng độ điểm

50 ( Lần 2)

Thể tích mẫu (ml)

Thể tích dung dịch tẩy dầu nguyên chất (ml)

Thể tích nước cất thêm vào (ml)

Nồng độ điểm

50 (Lần 3)

Để tăng 1.6 điểm thì cần 1 ml tẩy dầu nguyên liệu và 20 ml nước cất

Vậy tăng 0.8432 điểm thì cần 0.527 ml tẩy dầu nguyên liệu và 10.5 ml nước cất Mặt khác ta có thể tích thực của bể điện phân sấp sĩ bằng 15.088 m3 = 15088 lít Suy ra hàm lượng tẩy dầu nguyên liệu cần cung cấp cho bể điện phân trong 90 phút:

Lưu lượng nước cất là:

Tóm lại: Giả sử nồng độ trong bể tẩy dầu là 22 điểm và điện phân là 16 điểm để đảm bảo hiệu quả làm sạch bề mặt cao nhất thì cần đạm bảo nồng độ tại bể tẩy dầu và điện phân luôn nằm trong khoảng cho phép bằng cách lắp đặt hệ thống van tiết lưu với lưu lượng dòng dung dịch tẩy dầu nguyên liệu vào bể tẩy dầu và điện phân lần lượt là 0.04 lít/phút, 0.1767 lít/phút đồng thời lưu lượng nước cất vào bể tẩy dầu là 0.8 lít/phút

bể điện phân là 3.52 lít/phút và duy trì cho bơm tiết lưu hoạt động liên tục để đảm bảo nồng độ của hai bể tẩy dầu và điện phân

4.2 Sơ đồ hệ thống van tiết lưu

Hình 4.1 Sơ độ hệ thống van tiết lưu Ghi chú:

: Van điều chỉnh lưu lượng dòng chảy

: Van tiết lưu

: Ống dẫn dung dich tẩy dầu nguyên liệu

Tính kinh tế của dây chuyền:

Stt Thiết bị Xuất

xứ

Đơn giá / đơn vị

Số lƣợng

Thành tiền (VND)

1 Van tiết lưu ARYLIC

FLOWMETER

2 Máy bơm chất lỏng nhớt Ukraina 4.650.000 2 9.300.000

3 Van điều chỉnh lưu lượng TQ 900.000 4 3.600.000

hợp này thì có thể khắc phục được bằng cách tăng giảm lưu lượng van tiết lưu tuy thuộc vào từng trường hợp

- Sơ đồ hệ thống đề xuất chỉ mang tính chất bán tự động nên đòi hỏi phải có sự kiểm soát hiệu chuẩn lại hệ thống sau một thời gian hoạt động

4.3 Phương pháp kiểm tra chéo

Tiến hành kiểm tra PH của các mẫu đã xác định nồng độ ta thu được biểu đồ sau:

 Đối với bể tẩy dầu:

Hình 4.2 Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa nồng độ theo PH

Dựa vào đồ thị, khi nồSng độ bể tẩy dầu điện phân nằm trong khoảng 20 ± 2 thì hiệu quả làm sạch bề mặt tốt nhất đồng thời PH nằm trong khoảng 11.98 ± 0.02

 Đối với bể điện phân:

11 11.2 11.4 11.6 11.8 12 12.2 12.4 12.6

Nồng độ điểm PH

Hình 4.3 Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa nồng độ theo PH

Nhìn vào đồ thị ta dễ dàng nhận thấy với nồng độ nằm trong khoảng 15± 2 thì hiệu quả làm sạch bề mặt tương đối tốt với khoảng PH nằm trong khoảng 11.94 ± 0.04

11.75 11.8 11.85 11.9 11.95 12 12.05 12.1 12.15 12.2

Nồng độ điểm PH

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Giả sử với nồng độ bể tẩy dầu là 22 điểm và nồng độ bể điện phân là 17 điểm để duy trì nồng độ luôn nằm trong khoảng cho phép thì cứ sau khoảng thời gian 90 phút cần châm thêm chất tẩy dầu với hàm lượng xác định nhưng với cách thêm chất tẩy dầu sau các khoảng thời gian như vậy thì hiệu quả tẩy dầu không cao để tăng hiệu quả tẩy dầu thì cần phải duy trì nồng độ luôn ổn định bằng cách lắp hệ thống van tiết lưu tự động với lưu lượng dòng tẩy dầu nguyên liệu là 0.04 lít/phút, lưu lượng dòng nước cất là 0.8 lít/phút đối với bể tẩy dầu và lưu lượng tẩy dầu nguyên liệu là 0.1767 lít/phút, lưu lượng nước cất

là 3.52 lít/phút đối với bể điện phân

Tuy nhiên kết quả thí nghiệm trên có sai số lớn ảnh hưởng đến việc áp dụng vào thực tế vì trong quá trình làm thí nghiệm không kiểm soát được tốc độ, khổ size của băng tôn đồng thời việc kiểm tra độ sạch bề mặt chỉ mang tính chất tương đối, chỉ kiểm tra được bề mặt sau khi đi qua ba quá trình tẩy dầu, điện phân và rửa bằng nước ấm không kiểm tra được từng giai đoạn

Để khắc phục những nhược điểm này thì tôi nhận thấy cần có một mô hình mô tả chính xác dây chuyền NOF với quy mô phòng thí nghiệm để dễ dàng kiểm soát các yếu

tố ảnh hưởng trên Trong việc kiểm tra chéo cần ngâm đầu dò của mấy đo PH trong môi trường kiềm nên đầu do nhanh bị hư hỏng vì vậy cần phải đầu tư thêm thiết bị đầu dò đo

PH chịu được trong môi trường kiềm HI6100205 của công ty HANA Việt Nam