Nghiên cứu tối ưu hóa bài phối liệu sản xuất que hàn điện dưới nước bằng nguồn vật liệu sẵn có trong nước, áp dụng trong công nghiệp thăm dò khai thác dầu khí ở thềm lục địa việt nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI --- CÙ XUÂN CHI ỀU “NGHIÊN CỨU TỐI ƯU HÓA BÀI PHỐI LIỆU SẢN XUẤT QUE HÀN ĐIỆN DƯỚI NƯỚC BẰNG NGUỒN VẬT LIỆU SẴN CÓ TRONG NƯỚC, ÁP

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH: HÀN VÀ CÔNG NGHỆ KIM LOẠI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

CÙ XUÂN CHI ỀU

“NGHIÊN CỨU TỐI ƯU HÓA BÀI PHỐI LIỆU SẢN XUẤT QUE HÀN ĐIỆN DƯỚI NƯỚC BẰNG NGUỒN VẬT LIỆU SẴN CÓ TRONG NƯỚC, ÁP DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP THĂM DÒ KHAI THÁC DẦU KHÍ Ở THỀM LỤC ĐỊA VIỆT NAM”

CHUYÊN NGÀNH: HÀN VÀ CÔNG NGHỆ KIM LOẠI

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :

TS HOÀNG VĂN CHÂU

HÀ NỘI - NĂM 2010

1

M ỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 4

DANH MỤC CÁC BẢNG 5

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 6

MỞ ĐẦU 9

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 12

1.1 Khái quát chung về công nghệ hàn dưới nước 12

1.1.1 Hàn ướt (Wet Welding) 13

1.1.2 Hàn khô cục bộ (Welding by local cavity - Local dry) 14

1.1.3 Hàn khô (Dry hyperbaric welding) 16

1.2 Thiết bị và vật liệu ứng dụng cho hàn dưới nước 18

1.2.1 Thiết bị hàn dưới nước 18

1.2.2 Vật liệu hàn dưới nước 22

1.3 Tình hình nghiên cứu ở các nước trên thế giới 23

1.4 Tình hình nghiên cứu trong nước 28

1.5 Kết luận chương 1 29

CHƯƠNG II: 30

ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30

2.1 Đối tượng nghiên cứu 30

2.2 Nội dung nghiên cứu: 33

2.3 Phương pháp nghiên cứu: 33

2.3.1 Nghiên cứu lý thuyết về que hàn điện để dưới nước 33

2.3.2 Nghiên cứu thực nghiệm 33

2.4 Kết luận chương 2 34

CHƯƠNG III: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT 35

3.1 Nghiên cứu lý thuyết về công nghệ hàn hồ quang dưới nước 35

3.1.1 Nghiên cứu đặc tính chung của các chủng loại nguyên vật liệu trong nước chế tạo que hàn hồ quang tay 35

3.1.1.1 Titan dioxit (TiO2) 35

3.1.1.2 Ferro titan (FeTi) 35

3.1.1.3 Ferro mangan 36

3.1.1.4 Hematit 37

3.1.1.5 Feldspat (Trường thạch) 37

3.1.1.6 Fluorit - CaF2 (huỳnh thạch) 38

3.1.1.7 Nước thủy tinh (Natri silicat; kali silicat; natri silicat+kali silicat)39 3.1.2 Các đặc điểm công nghệ hàn hồ quang tay dưới nước 41

3.1.2.1 Độ sâu của kết cấu trong nước: 43

3.1.2.2 Độ phức tạp của kết cấu 44

3.1.2.3 Điều kiện làm việc của kết cấu 45

3.1.2.4 Xây dựng qui trình công nghệ 45

3.1.3 Thiết bị công nghệ hàn dưới nước 51

3.1.3.1 Thiết bị hàn khô dưới nước 51

3.1.3.2 Thiết bị hàn khô cục bộ dưới nước 53

2

3.1.3.3 Thiết bị hàn ướt dưới nước 53

3.2 Đặc điểm của các chủng loại que hàn dưới nước thông dụng 59

3.2.1 Cấu tạo que hàn để hàn dưới nước 59

3.2.1.1 Lõi que hàn 60

3.2.1.2 Vỏ bọc que hàn 61

3.2.1.3 Lớp chống thấm nước 63

3.2.2 Yêu cầu đối với que hàn dưới nước 65

3.2.2.1 Yêu cầu chung 65

3.2.2.2.Yêu cầu về đặc tính công nghệ đối với que hàn dưới nước 66

3.2.2.3 Yêu cầu về đặc tính công nghệ đối với vỏ bọc que hàn dưới nước 66 3.2.2.4 Yêu cầu kỹ thuật chung đối với chế tạo que hàn 67

3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn dưới nước 69

3.3.1 Đối với hàn khô 69

3.3.2 Đối với hàn khô cục bộ 69

3.3.3 Đối với hàn ướt 70

3.4 Phương pháp xử lý số liệu thống kê 70

3.4.1 Loại bỏ sai số thô 70

3.4.2 Xác định sai số tuyệt đối và sai số tương đối 71

3.4.3 Kiểm tra đồng nhất phương sai (theo chuẩn Kohren) 72

3.4.4 Đánh giá ảnh hưởng thực sự của thông số vào X đến thông số ra (Y) 72

3.5 Kết luận chương 3 73

CHƯƠNG IV: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 74

4.1 Nghiên cứu dây chuyền sản xuất que hàn có vỏ bọc 74

4.1.1 Qui trình chế tạo que hàn có thuốc bọc 74

4.1.2 Các bộ phận và công đoạn chính trong dây chuyền sản xuất que hàn 75

4.1.2.1 Bộ phận làm sạch 75

4.1.2.2 Bộ phận kéo rút 75

4.1.2.3 Bộ phận nắn và cắt que 77

4.1.2.4 Bộ phận cấp lõi que 80

4.1.2.5 Nghiền nguyên liệu: 80

4.1.2.6 Xử lý nguyên liệu 81

4.1.2.7 Bộ phận ép que hàn 81

4.1.2.8 Bộ phận đỡ và phóng que 84

4.1.2.9 Bộ phận vê hai đầu 84

4.1.2.10 Bộ phận in ký hiệu que hàn 85

4.1.2.11 Bộ phận sấy que 85

4.1.2.12 Bộ phận đóng gói 86

4.2 Quy trình thực nghiệm nghiên cứu chế tạo que hàn dưới nước 88

4.3 Thiết bị và vật liệu thí nghiệm 91

4.3.1 Thiết bị thí nghiệm 91

4.3.1.1 Máy trộn nguyên liệu 91

4.3.1.2 Máy ép que hàn 92

4.3.2 Vật liệu thí nghiệm 93

3

4.4 Thử nghiệm đánh giá chất lượng và các chỉ tiêu kỹ thuật của que hàn 93

4.4.1 Kiểm tra, đánh giá sơ bộ chất lượng que hàn 93

4.4.2 Kiểm tra, đánh giá chất lượng que hàn 93

4.5 Thảo luận về kết quả nghiên cứu 94

4.5.1 Thí nghiệm 1: 94

4.5.2 Thí nghiệm 2: 95

4.5.3 Thí nghiệm 3: 96

4.5.4 Thí nghiệm 4: 97

4.5.5 Thí nghiệm 5: 97

4.6 Kết luận chương 4 98

KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ 99

TÀI LIỆU THAM KHẢO 101

PHỤ LỤC 102

4

L ỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng những số liệu nghiên cứu và kết quả trong Luận văn này là trung thực, chưa được sử dụng để bảo vệ ở một học vị nào Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này

đã được cảm ơn và các trích dẫn trong Luận văn này đều được chỉ rõ nguồn gốc

Nếu sai tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm

Hà Nội, ngày … tháng ….năm 2010

5 DANH MỤC CÁC BẢNG

1 Bảng 3.1 Thành phần các nguyên tố trong các loại ferro mangan

4 Bảng 3.4 Tiêu chuẩn thời gian cho hàn khô dưới nước 52

5 Bảng 3.5 B ảng thành phần phối liệu cho que hàn ЭПC - 52 57

6 Bảng 3.6 V ật liệu chế tạo que hàn dưới nước 57

7 Bảng 4.1 Thành phần phối liệu thí nghiệm 1 93

8 Bảng 4.2 Thành phần phối liệu thí nghiệm 2 94

9 Bảng 4.3 Thành phần phối liệu thí nghiệm 3 95

10 Bảng 4.4 Thành phần phối liệu thí nghiệm 4 96

11 Bảng 4.5 Kết quả bài phối liệu sản xuất que hàn dưới nước 98

6 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

3 Hình 1.3 Hàn bằng phương pháp khô cục bộ 15

4 Hình 1.4 Mối hàn thu được bằng phương pháp hàn khô cục bộ 15

5 Hình 1.5 Hàn dưới nước trong điều kiện khô 16

6 Hình 1.6 Ảnh chụp vết nứt của mối hàn tại vùng ảnh hưởng nhiệt 17

7 Hình 1.7 Ảnh chụp vết nứt nóng của mối hàn trong thép austenit 17

8 Hình 1.8 Một buồng hàn phục vụ cho hàn khô dưới nước 19

9 Hình 1.9 Sơ đồ thiết bị chịu áp lực phục vụ quá trình hàn khô dưới

7

15 Hình 2.3 Thực hiện các mối hàn trên giàn khoan dầu khí 32

17 Hình 3.2 Hệ thống thiết bị hàn khô với áp suất bình thường 52

18 Hình 3.3 Bộ quần áo lặn chống nước, cách điện 54

19 Hình 3.4 Mũ lặn có gắn kính hàn để hàn dưới nước - MK12 SSDS 54

20 Hình 3.5 Máy biến áp để hàn và cắt dưới nước ВД-309П 54

22 Hình 3.7 Sơ đồ kết nối nguồn điện hàn với kìm hàn, dây dẫn 56

23 Hình 3.8 Các thiết bị phụ trợ khi hàn dưới nước 57

24 Hình 3.9 Cấu tạo que hàn hồ quang để hàn dưới nước 60

25 Hình 3.10 Độ lệch tâm của vỏ bọc que hàn 68

26 Hình 4.1 Sơ đồ qui trình chế tạo que hàn có thuốc bọc 75

28 Hình 4.3 Sơ đồ thiết bị kéo rút theo công nghệ của Đức 68

29 Hình 4.4 Thiết bị kéo rút theo công nghệ của Ấn Độ 76

30 Hình 4.5 Thiết bị kéo rút dây hàn của Đức 77

31 Hình 4.6 Sơ đồ thiết bị nắn thẳng và cắt que hàn 77

8

37 Hình 4.12 Sơ đồ máy ép thuốc bọc lên lõi que 82

38 Hình 4.13 Kết cấu máy ép thuỷ lực để bọc thuốc lên lõi que 83

39 Hình 4.14 Kết cấu đầu ép để bọc thuốc lên lõi que 83

41 Hình 4.16 Kết cấu bộ phận băng tải đỡ và giảm chấn 85

44 Hình 4.19 Tủ sấy điện có điều chỉnh và khống chế nhiệt độ 85

46 Hình 4.21 Máy thí nghiệm trộn khô nguyên liệu 91

47 Hình 4.21 Máy thí nghiệm trộn nguyên liệu ướt 92

49 Hình 4.23 Bố trí nguyên vật liệu chế tạo vỏ bọc que hàn 93

9

M Ở ĐẦU

Việt Nam có trên 3000 km bờ biển với hơn 100 cảng biển lớn nhỏ giúp cho việc giao thông đường thủy thuận lợi, thềm lục địa rộng tới 200 hải lý, trên thềm lục địa có rất nhiều mỏ khoáng sản đã được phát hiện và còn tiềm ẩn nhiều mỏ đang trong giai đoạn thăm dò, đặc biệt là dầu mỏ với nhiều mỏ có trữ lượng lớn Việc khai thác tài nguyên biển đã và đang đóng góp rất nhiều cho nền kinh tế quốc dân

và hơn nữa còn giữ vai trò rất quan trọng trong việc đảm bảo an ninh quốc gia

Trong Chiến lược biển Việt Nam đến năm 2020, phải phấn đấu để nước ta trở thành một quốc gia mạnh về biển, giàu lên từ biển, bảo vệ vững chắc chủ quyền, quyền chủ quyền quốc gia trên biển, góp phần giữ vững ổn định và phát triển đất nước; kết hợp chặt chẽ giữa phát triển kinh tế – xã hội với đảm bảo quốc phòng, an ninh và bảo vệ môi trường; có chính sách hấp dẫn nhằm thu hút mọi nguồn lực cho phát triển kinh tế biển; xây dựng các trung tâm kinh tế lớn vùng duyên hải gắn với các hoạt động kinh tế biển làm động lực quan trọng đối với sự phát triển của cả nước

Nhắc đến khai thác tài nguyên biển còn phải kể đến khai thác dầu và khí đốt thuộc thềm lục địa lãnh thổ nước ta Số liệu Bộ ngoại giao Việt Nam cho biết: Tổng tiềm năng dầu khí tại các bể trầm tích: Sông Hồng, Phú Khánh, Nam Côn Sơn, Cửu Long, Ma lay – Thổ Chu, Vùng Tư Chính – Vũng Mây… đã được xác định tiềm năng và trữ lượng đến thời điểm này là từ 0,9 đến 1,2 tỷ m3 dầu và từ 2.100 đến 2.800 tỷ m3 khí Trữ lượng đã được xác minh là gần 550 triệu tấn dầu và trên 610 tỷ

m3 khí Trữ lượng khí đã được thẩm lượng, đang được khai thác và sẵn sàng để phát triển trong thời gian tới vào khoảng 400 tỷ m3 Với các biện pháp đồng bộ, đẩy mạnh công tác tìm kiếm – thăm dò, khoảng từ 40 đến 60% trữ lượng nguồn khí thiên nhiên của nước ta sẽ được phát hiện đến năm 2010

Hiện nay, ngành Dầu khí nước ta đang khai thác dầu khí chủ yếu tại 6 khu

mỏ bao gồm: Bạch Hổ, Rồng, Đại Hùng, Hồng Ngọc, Rạng Đông, Bunga Kekwa - Cái Nước và chuẩn bị chính thức đưa vào khai thác mỏ khí đốt Lan Tây, Lan Đỏ …

10

Tại các công trình ngầm, các giàn khoan đang khai thác ngoài khơi việc sửa chữa khuyết tật, gia cường kết cấu ở phần dưới nước đòi hỏi tập trung nghiên cứu giải quyết nhiều vấn đề kỹ thuật liên quan đến trạng thái an toàn và bảo đảm hoạt động hiệu quả sau sửa chữa, trong đó đặc biệt chú trọng là công nghệ, thiết bị và

vật liệu hàn dưới nước

Trên thế giới công nghệ và vật liệu hàn dưới nước đã được sử dụng từ những năm 30 của thế kỷ trước hiện nay đã có rất nhiều quốc gia ứng dụng công nghệ này vào sửa chữa các công trình dưới nước mang lại hiệu quả kinh tế rất cao Nước ta có rất nhiều công trình khai thác tài nguyên biển với các kết cấu dưới nước rất đa dạng, việc sử dụng công nghệ này vào thực tế là không thể thiếu được Tiếp bước của các chuyên gia trong lĩnh vực hàn đang nghiên cứu về hàn dưới nước với suy nghĩ nghiên cứu tìm hiểu công nghệ Hàn dưới nước để áp dụng vào Việt Nam tôi đã thực

hiện đề tài: “Nghiên cứu tối ưu hóa bài phối liệu sản xuất que hàn điện dưới nước bằng nguồn vật liệu sẵn có trong nước, áp dụng trong công nghiệp thăm dò khai thác dầu khí ở thềm lục địa Việt nam”

Dựa trên cơ sở công nghệ vật liệu hàn dưới nước đã và đang dược áp dụng ở các nước đi đầu trong lĩnh vực này như Mỹ, Nga, Anh, Hà Lan với nguồn nguyên vật liệu có sẵn trong nước sản xuất loại que hàn điện để hàn dưới nước phục vụ công nghiệp sửa chữa các kết cấu dưới nước đặc biệt là kết cấu trong công nghiệp khai thác dầu khí trên thềm lục địa Việt Nam

Luận văn gồm 4 chương:

Chương 1: Tổng quan về hàn dưới nước

Chương 2: Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Chương 3: Nghiên cứu lý thuyết

Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm

Kết luận và kiến nghị

11

Nội dung luận văn chủ yếu trình bày về cơ sở lý thuyết, phần thực nghiệm mới chỉ thực hiện trong một phạm vi cho phép chưa thực hiện được ở các vị trí đa dạng như trong thực tế nhưng cũng đã khẳng định được nguồn nguyên vật liệu sẵn

có ở Việt Nam, năng lực của các nhà máy và con người Việt Nam hoàn toàn có thể sản xuất được loại que hàn này phục vụ trong các ngành công nghiệp khai thác, sửa chữa các công trình dưới nước

Tôi xin gửi lời cảm ơn tới các chuyên gia của Phòng thí nghiệm trọng điểm Công nghệ Hàn và Xử lý bề mặt thuộc Viện Nghiên cứu Cơ khí, các cán bộ kỹ thuật của Phòng thí nghiệm Công ty cổ phần que hàn điện Việt Đức và đặc biệt là Tiến sĩ Hoàng Văn Châu - Giám đốc Phòng thí nghiệm trọng điểm Công nghệ Hàn và Xử

lý bề mặt, Tiến sĩ Vũ Huy Lân - Bộ môn hàn trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, các giảng viên thuộc Bộ môn hàn, các giảng viên trường Đại học Bách khoa Hà Nội

đã giúp đỡ, hướng dẫn tôi thực hiện đề tài này

Xin cảm ơn các bạn bè đồng nghiệp đã đóng góp các ý kiến để giúp tôi hoàn thành tốt Đề tài trong thời gian qua!

12

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Khái quát chung về công nghệ hàn dưới nước

Thuật ngữ “hàn dưới nước”

Khi nói đến hàn dưới nước, chúng ta thường nghĩ rằng quá trình hàn được thực hiện khi kết cấu hàn, hồ quang hàn và người thợ hàn hoàn toàn tiếp xúc với nước Tuy nhiên đó chỉ là một dạng của quá trình hàn dưới nước, hàn dưới nước được hiểu là một quá trình thực hiện các mối hàn trên một kết cấu nằm trong nước, tùy theo độ sâu của kết cấu trong nước có thể áp dụng các phương pháp hàn mà: thợ hàn, hồ quang hàn, kết cấu hàn tiếp xúc với nước hoặc chỉ người thợ hàn; kết cấu hàn tiếp xúc với nước còn hồ quang thì được một bộ phận cơ khí ngăn cách với nước hoặc toàn bộ người thợ; kết cấu hàn tại chỗ hàn và hồ quang hàn không tiếp xúc xúc với nước

Phân loại hàn dưới nước

Các kỹ thuật hàn dưới nước được phân loại như trình bày trong hình 1.1

HÀN DƯỚI NƯỚC

13 Như vậy hàn dưới nước được phân loại như sau:

- Hàn ướt

- Hàn khô cục bộ

- Hàn khô

1.1.1 Hàn ướt (Wet Welding)

Hàn ướt được thực hiện ở áp suất môi trường tự nhiên, nơi các thợ hàn dưới nước (vừa lặn vừa hàn) và các kết cấu đều ngập trong nước, không có bộ phận cơ khí ngăn cách giữa nước và hồ quang hàn Sự đơn giản của quá trình làm cho nó có thể hàn ngay cả những cấu trúc hình học phức tạp nhất Đa số kỹ thuật hàn ướt được

sử dụng là hàn hồ quang kim loại bằng tay (SMAW) và hàn hồ quang bán tự động với dây lõi thuốc (FCAW) Hàn ướt với điện cực có thuốc bọc được coi là phương pháp rẻ tiền nhất và linh hoạt khi hàn dưới nước Hàn ướt với điện cực được bảo vệ FCAW được thực hiện trực tiếp trong môi trường nước đến 100 mét Hàn hồ quang kim loại bằng tay dưới SMAW được coi là kỹ thuật sử dụng chi phí thấp nhất, mang lại hiệu quả kinh tế cao vì thế đang là kỹ thuật được sử dụng nhiều nhất trong quá trình thực hiện các mối hàn dưới nước

Trong nước khả năng làm lạnh mối hàn cao hơn nhiều so với khi hàn trong môi trường khô Trong phạm vi nhiệt độ 800-500°C nó có thể thay đổi 415-56°C /

s Điều này gây ra sự giảm tính dẻo của kim loại mối hàn và vùng bị ảnh hưởng nhiệt (HAZ)

Mối hàn ướt dưới nước cũng được biết đến là mối hàn chứa một lượng rỗ khí cao (Hình 1.2) Rỗ khí có thể được hình thành bởi phân tử hydro, carbon oxide hoặc hơi nước Rỗ khí có thể xảy ra tại mọi vị trí của mối hàn ướt Những yếu tố ảnh hưởng đến hiện tượng này là: Độ sâu của nước, lớp phủ điện cực và tính ổn định của hồ quang

1.1.2 Hàn khô cục bộ (Welding by local cavity - Local dry)

Hàn khô cục bộ có thể sử dụng thiết bị tiêu chuẩn cho hàn bán tự động trong môi trường khí bảo vệ hoặc hàn tự động (GMAW), phối hợp đồng thời với vòi phun bên ngoài đặc biệt bao quanh và vòng đàn hồi như được hiển thị trong hình 1.3 Trong quá trình hàn khô dưới nước điều kiện làm mát gần giống như quá trình hàn trong không khí Kết quả thực nghiệm xác định khuếch tán hydro cho thấy số lượng hydro trong kim loại mối hàn là trong khoảng 5-21 ml/100g Fe và phụ thuộc vào các thông số hàn, đặc biệt là lưu lượng khí bảo vệ Tính chất của mối hàn được thực hiện với việc sử dụng phương pháp khô cục bộ là tốt hơn nhiều so với tính chất của mối hàn ướt và đáp ứng được nhu cầu của xã hội khi hàn tàu với độ sâu đến 200 m Xem mẫu hàn thu được bằng cách hàn khô cục bộ được trình bày trong hình 1.4

Tuy nhiên, bất lợi của phương pháp này là thiếu khả năng quan sát quá trình hàn Vì thế việc điều khiển đầu hàn vào đúng vị trí hàn cũng rất khó khăn, điều này ảnh hưởng lớn đến việc đảm bảo hình dạng và chất lượng mối hàn

Khi hàn bằng phương pháp khô cục bộ cũng có thể thay thế nguồn nhiệt hàn bằng cách sử dụng tia laze

15

1 - ống chứa điện cực hàn , 2 - điện cực hàn, 3 - vòi phun khí bảo vệ,

4 - chụp ngoài vòi phun, 5 - nước, 6 - vòng đàn hồi, 7 - bong bóng khí,

8 - kim loại hàn, 9 - hồ quang hàn, 10 - mối hàn

16

1.1.3 Hàn khô (Dry hyperbaric welding)

Hàn khô dưới nước được thực hiện trong một buồng chịu áp suất cao (Hình5), nơi nước đã được ngăn cách với không khí hoặc hỗn hợp khí, phụ thuộc vào chiều sâu Khi hàn dưới nước bằng phương pháp hàn khô mối hàn thu được so với khi hàn bằng phương pháp ướt có chất lượng tốt hơn, nhưng bắt buộc thiết bị hỗ trợ vì thế chi phí tương đối cao Trong nhiều trường hợp mối hàn khô có tính chất

cơ học bằng mối hàn tương tự thực hiện trên mặt nước Ước tính chi phí và thời gian để sửa chữa bằng phương pháp hàn khô lớn gấp hai lần so với sửa chữa bằng phương pháp hàn ướt Trong điều kiện khô có một khả năng sử dụng gần như tất cả các phương pháp hàn tiêu chuẩn Việc sử dụng phổ biến nhất là kỹ thuật hàn: SMAW, GMAW, FCAW và hàn vonfram khí trơ (GTAW)

Hàn dưới nước khó khăn hơn so với thực hiện tại không khí vì: áp lực cao hơn, hydro tồn tại trong kim loại mối hàn và tốc độ nguội cao hơn Áp lực của môi trường xung quanh làm cho hàn hồ quang không ổn định và sự xuất hiện của hydro khuếch tán và hiện tượng giòn tổ chức tế vi trong mối hàn có thể gây nên các vết

17

nứt hình thành tại mối hàn Các vật liệu thích hợp để hàn dưới nước là thép carbon, thép hợp kim thấp, thép austenit và thép không gỉ Tính hàn thép trong môi trường nước được quy định bởi xu hướng nứt lạnh hoặc nứt nóng của nó Nhạy cảm với nứt lạnh chính là vấn đề trong hàn của thép hợp kim thấp có độ bền cao (HSLA) (Hình 1.6) Vết nứt nóng trong các trường hợp nhất định được quan sát trong mối hàn kim loại của toàn austenit thép không gỉ (Hình 1.7)

18

Mối hàn của thép cường độ cao thực hiện trong điều kiện ẩm ướt dưới nước rất dễ bị nứt lạnh Ba yếu tố gây ra hiện tượng nứt mối hàn là: lượng hydro khuếch tán trong mối hàn cao, giòn tổ chức tế vi tại vùng ảnh hưởng nhiệt và ứng suất dư tồn tại trong mối hàn cao, ba yếu tố trên nên được giảm thiểu khi hàn mối hàn dưới nước

Biến đổi cấu trúc bất lợi trong trong vùng ảnh hưởng nhiệt có thể tránh được nhờ kiểm soát tốc độ làm mất nhiệt đầu vào mối hàn bằng cách sử dụng vật liệu cách nhiệt đặc biệt đặt trên bề mặt của tấm hàn giảm sự mất mát Quá trình làm giảm ứng suất dư trong mối hàn bao gồm: việc sử dụng lượng kim loại đắp nhỏ hàn

và que hàn nóng chảy với hệ số giãn nở nhiệt tương thích với các vật liệu cơ bản đồng thời lựa chọn các chế độ phù hợp để làm giảm lượng kim loại đắp

Cường độ của thép được sử dụng cho các cấu trúc nước sâu là yếu tố rất quan trọng, bởi vì sử dụng thép có độ bền cao (cường độ hơn 350 MPa) là bắt buộc

ở độ sâu lớn Thép cường độ cao thường có carbon tương đương lớn hơn 0,4% cho chất lượng mối hàn thấp hơn

1.2 Thiết bị và vật liệu ứng dụng cho hàn dưới nước

1.2.1 Thiết bị hàn dưới nước

Chất lượng mối hàn khi dưới nước ngoài các yếu tố ảnh hưởng như công nghệ và vật liệu thì không thể không kể tới sự ảnh hưởng của thiết bị phục vụ quá trình hàn

Để thực hiện quá trình hàn khô dưới nước, cần phải có một hệ thống thiết bị gồm: các buồng (khoang) chịu áp suất cao, hệ thống cung cấp khí thở, hệ thống thu khói khí thải, nguồn điện hàn, các thiết bị phụ trợ Với số lượng lớn các hệ thống thiết bị như vậy đã làm tăng chi phí cho toàn bộ quá trình, đồng thời khi làm việc trong điều kiện không gian nhỏ hẹp với khí thải ra trong quá trình hàn thì người thợ phải đảm bảo sức khỏe bằng cách nghỉ ngơi tại một buồng trong hệ thống thiết bị, như vậy thời gian thực hiện công việc hàn cũng tăng lên

19

1 - Chuông thủy lực; 2 - Khoang làm việc;

3 - Khoang nghỉ ngơi; 4 - Khoang chuyển tiếp

20

Phương pháp hàn khô cục bộ dưới nước sử dụng số lượng thiết bị ít hơn so với hàn khô, các thiết bị được sử dụng cần có trang phục lặn cho người thợ như quần, áo, dầy, mũ lặn; thiết bị hàn gồm nguồn điện hàn (GMAW; SMAW, GTAW, hàn laze), hệ thống dây dẫn điện, hệ thống cung cấp khí hàn, khí nén cho khoang hàn,

3 - H ộp điều khiển (khí, tốc độ

đưa dây)

13 - Con lăn nắn và đẩy dây hàn

21 - Vật hàn

Thiết bị hàn: Nguồn điện hàn, hệ thống dây dẫn điện, hệ thống truyền thông,

hệ thống đảm bảo an toàn

Các thiết bị phụ trợ: máy quay phim, chụp ảnh dưới nước; các máy gia công chuẩn bị mép hàn như máy cắt, máy mài dưới nước

1 - Bình O 2 ; 2 - Bầu lọc O 2 ; 3 - Bình CO 2 ; 4 - Van điều chỉnh lưu lượng khí; 5 - Tủ (bảng) điều khiển; 6 - Bảng điều khiển bằng tay; 7 - Máy phát điện hàn; 8 - Cáp hàn; 9 - Van giảm áp; 10 - Ống dẫn CO 2 ; 11- Van điều khiển khí O 2 ; 12 - Ống dẫn

O 2 ; 13 - Dây treo hộp chứa các ống dẫn; 14 - Hộp chứa các ống dẫn; 15 - Cáp

hàn; 16 - Mỏ hàn; 17 - Cơ cấu đẩy dây; 18 - Bảng điều khiển

22

1.2.2 Vật liệu hàn dưới nước

Hai quá trình hàn dưới nước là hàn khô và hàn khô cục bộ dưới nước về cơ bản đã tạo cho vùng hàn một môi trường gần giống như trong không khí, vì vậy sự ảnh hưởng của vật liệu đến quá trình hàn dưới nước có thể coi là vật liệu hàn trong điều kiện thông thường

Khác với hai quá trình trên, quá trình hàn dưới nước bằng phương pháp hàn ướt lại rất cần quan tâm đến vật liệu sử dụng trong quá trình hàn do trong quá trình hàn sự khuếch tán hydro rất mạnh, khí sinh ra từ khi lớp thuốc bọc que hàn nóng chảy có thể gây nên các vết rỗ khí làm giảm cường độ của mối hàn Để đảm bảo hồ quang cháy ổn định trong nước và cho chất lượng mối hàn tốt thì thành phần thuốc bọc que hàn phải có đầy đủ thành phần với các tác dụng như: chống thấm nước, tạo khí bảo vệ mối hàn, tạo xỉ, hợp kim hóa mối hàn

Vật liệu được sử dụng đến trong quá trình hàn dưới nước bao gồm:

- Vật liệu cơ bản (chế tạo các kết cấu: tàu thủy; giàn khoan dầu )

23

K K Khrenov

- Vật liệu chế tạo que hàn (lõi que hàn; thuốc bọc que hàn)

1.3 Tình hình nghiên cứu ở các nước trên thế giới

Lần đầu tiên thế giới trong thực tế dưới nước hồ quang điện cực carbon cắt trong phòng thí nghiệm thực hiện trong năm 1887, NN Benardos và D.A Lachin Tuy nhiên những năm đó nghiên cứu này đã không nhận được kết quả

Vào đầu những năm 30 của thế kỷ XX sự nghiên cứu trên các ứng dụng của hàn dưới nước lại tiếp tục Năm 1932, K K Khrenov đã nghiên cứu, phát triển điện cực để hàn dưới nước và tiến hành thử nghiệm quy

mô đầy đủ ở Biển Đen Vào khoảng giữa những năm

30 hàn hồ quang dưới nước đã được sử dụng sửa chữa một số công trình dưới nước, chẳng hạn như sửa chữa của tàu "Ussuri" và trục vớt hạm đội "Boris" Tuy nhiên, trong những năm đó hàn dưới nước đã không được sử dụng thường xuyên

Trong chiến tranh, có một nhu cầu cấp thiết cho hàn dưới nước và cắt trong sửa chữa tàu, cầu, trong trường hợp khẩn cấp và công tác cứu hộ KK Khrenov tiếp tục nghiên cứu và phát triển công nghệ hàn và cắt dưới nước trong một phòng thí nghiệm đặc biệt, tổ chức tháng 3 năm 1942 tại Viện Cơ Điện Moskva Kết quả là lớp phủ điện cực, cung cấp một hồ quang cháy ổn định trong nước Các kết quả điều tra toàn diện về các tính chất và thành phần của các mối hàn kim loại dưới nước, cho thấy khả năng của việc sử dụng hàn cho phần dưới nước, sửa chữa vỏ tàu trực tiếp thực hiện dưới nước

Trong những năm sau chiến tranh đã được mở rộng đáng kể phạm vi và khối lượng của hàn dưới nước Việc xây dựng kết cấu chân đế dàn khoan khai thác dầu khí ngoài khơi, đường ống dưới nước cho các mục đích khác nhau, sửa chữa tàu ngầm, phục hồi các âu thuyền tại các cảng và các phương tiện khác sẽ không thể thực hiện được mà không có việc sử dụng hàn dưới nước Tuy nhiên, để đảm bảo độ

24

bền mối hàn và năng suất cao, sau đó các phương pháp hiện hành của hàn dưới nước không đáp ứng được Ngoài ra, để thực hiện hàn dưới nước bằng phương pháp hàn ướt, yêu cầu thợ lặn - hàn phải có đầy đủ bằng cấp Phương pháp hàn ướt - một quá trình thực hiện mà không cần loại bỏ nước tại khu vực hàn Hàn ướt dưới nước với khả năng cơ động và đặc biệt thiết bị đơn giản thực hiện nó không đòi hỏi các thiết bị đặc biệt để loại bỏ nước tại vực hàn, do đó chi phí hoạt động thấp Nỗ lực để cải thiện các tính chất cơ học của mối hàn và cơ khí hóa quá trình vào cuối những năm 50

Năm 1965, nước Nga đã bắt đầu nghiên cứu, trong đó loại bỏ được nhược điểm của phương pháp hàn ướt dưới nước

Áp dụng phương pháp hàn bán tự động với dây hàn được cung cấp liên tục với khí bảo vệ (argon, carbon dioxide) đã thất bại để có được các tính chất cơ học cần thiết của các mối hàn Tiếp tục điều tra cho thấy, việc bảo vệ hữu hiệu của vùng hàn có thể tự do sử dụng bột-dây Viện Hàn EO Paton đã phát triển phương pháp hàn dây bột PPS-AN1 đường kính 1,2-2,0 mm lần đầu tiên được phép tiến hành hàn dưới nước "ướt" phương pháp thu được các mối hàn chất lượng cao Với phương pháp hàn dây lõi bột để hàn ướt dưới nước được thực hiện ở độ sâu 30 m

Ekaterinburg, 2006

(Источник: М.П Шалимов, В.И Панов Сварка вчера, сегодня, завтра Екатеринбург, 2006)

Cũng trong chiến tranh thế giới thứ II, một người Mỹ là Cyril D Jensen, giáo

sư kỹ thuật tại Đại học Lehigh, phát triển chương trình riêng của Mỹ hàn dưới nước

và tạo ra hai bằng sáng chế của Mỹ trong lĩnh vực này Trong những năm đó Mỹ

chủ yếu phát triển công nghệ hàn khô (Dry hyperbaric welding)

25

Hiện nay trên thế giới có rất nhiều trung tâm nghiên cứu về hàn dưới nước, đồng thời các trường đào tạo về hàn dưới nước cũng có ở rất nhiều nơi trên thế giới như:

UNITED STATES NAVY (U.S NAVY)

www.navy.mil

HOLLAND COLLEGE, GEORGETOWN CENTRE

Địa chỉ: 117 Ken Street GeorgetownPrince Edward Canada

www.hollandcollege.com

26

COMMERCIAL DIVING ACADEMY

Địa chỉ: 8137 N Main St.Jacksonville, FL 32208

www.commercialdivingacademy.com

DIVERS INSTITUTE OF TECHNOLOGY

Địa chỉ: 4315 11th Ave NW Seattle

www.diversinstitute.com

INTERNATIONAL DIVINGINSTITUTE

Địa chỉ: 1400 Pier Side Street,Bldg 190, Suite C North Charleston

27

ARCAIR®

Các nước châu Á như Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc cũng đã ứng dụng công nghệ hàn dưới nước vào ngành các ngành công nghiệp như: sửa chữa các đường ống dưới biển; thăm dò, khai thác dầu khí ngoài khơi; xây dựng cầu và các công trình dưới nước khác

Tại Nhật đó là phương pháp hàn bàn tự động trong môi trường khí trơ với mành nước bảo vệ và che chắn Ở phương pháp náy từ đầu hàn có kết cấu đặc biệt được phun ra một mành nước dưới áp lực lớn có hình dạng nón và chụp vào vùng hàn Bên trong được cấp khí trơ bảo vệ cho dây hàn và vùng hồ quang Các kết quả thử nghiệm cho thấy chất lượng kim loại mối hàn đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật tương tự như khi hàn trên đất liền Tuy nhiên xét về tính công nghệ hàn, phương pháp này chỉ phù hợp cho các mối hàn thẳng, ngắn và chế độ tự động hoàn toàn Do trong quá trình hàn việc quan sát mối hàn bị hàn chế nhiều bởi rất nhiều bọt khí dày đặc, hơn nữa khoảng cách giữa đầu hàn và chi tiết cần được khống chế chặt chẽ 3 ÷ 4 mm cố định – vì vậy nên khả năng hạn chế

Tại Trung Quốc từ những năm 50 của thế kỷ trước hàn dưới nước bắt đầu được áp dụng Với sự phát triển của ngành công nghiệp dầu ngoài khơi, Trung Quốc đang phát triển độc quyền công nghệ hàn khô áp suất cao Hiện nay hàn dưới nước

28

đang được nghiên cứu và ứng dụng tại: Công ty Kỹ thuật dầu khí ngoài khơi, Viện Công nghệ hóa dầu Bắc Kinh, Đại học Dầu khí, Trường Đại học Giao thông Thượng Hải, Đại học Kỹ thuật Cáp Nhĩ Tân

1.4 Tình hình nghiên cứu trong nước

Trên thế giới công nghệ hàn, cắt dưới nước đã và đang phát triển rất mạnh, rất nhiều nước đã ứng dụng công nghệ này vào nhiều ngành công nghiệp khác nhau mang lại lợi ích kinh tế rất lớn cho nền kinh tế Tuy nhiên ở nước ta công nghệ này hầu như chỉ được nghiên cứu trên cơ sở lý thuyết và thực nghiệm trong các phòng thí nghiệm ít được ứng dụng vào thực tế

Phòng thí nghiệm trọng điểm hàn và xử lí bề mặt đã thu được nhiều kết quả,

có thể kể ra như: Thực hiện đề tài KC - 04 15 “Nghiên cứu các biện pháp công nghệ tổng hợp chẩn đoán kỹ thuật bảo dưỡng và sửa chữa dan khoan, nâng cao tuổi thọ dàn khoan” trong đề tài đã thực hiện một số nghiên cứu về hàn, cắt dưới nước phục vụ cho liên doanh dầu khí Vietso petro

Trường Cao đẳng nghề Thăng Long là một đơn vị trước đây đào tạo nhân lực xây dựng cầu Thăng Long, đã có nhiều năm đào tạo thợ lặn, thợ cắt dưới nước

Trường Cao đẳng nghề dầu khí - Vũng Tàu là nơi cung cấp nhiều thợ lặn, cắt bằng que hàn dưới nước cho các giàn khoan dầu khí, hiện nay đã có bể lặn dùng để đào tạo lặn, hàn cắt

Thực hiện đề tài khoa học cấp Nhà nước, trường Cao đẳng nghề cơ giới cơ khí xây dụng số 1 - Xuân Hòa - Phúc Yên - Vĩnh Phúc đã liên kết với Hàn Quốc phát triển chương trình đào tạo hàn dưới nước ở Việt Nam Hiện nay chương trình này đã có những kết quả ban đầu như: nghiên cứu công nghệ, nghiên cứu chương trình đào tạo hàn dưới nước ở Hàn Quốc, bước đầu xây dựng cơ sở vật chất, biên soạn chương trình phục vụ đào tạo hàn dưới nước ở Việt Nam

29

1.5 Kết luận chương 1

Các phương pháp hàn dưới nước (phương pháp hàn ướt, phương pháp khô, phương pháp khô cục bộ) có lợi thế riêng của mình và thích ứng với tình huống, do

đó các phương pháp hàn dưới nước sẽ cùng tồn tại

Chất lượng hàn dưới nước phụ thuộc vào công nghệ, thiết bị và vật liệu tùy theo từng phương pháp Các nước Hoa Kỳ, Nga, Anh và các nước khác đã phát triển một loạt các điện cực chất lượng cao để hàn dưới nước

Dựa trên cơ sở công nghệ vật liệu hàn dưới nước đã và đang dược áp dụng ở các nước đi đầu trong lĩnh vực này như Mỹ, Nga, Anh, Hà Lan với nguồn nguyên vật liệu có sẵn trong nước, chúng ta hoàn toàn có thể sản xuất được các chủng loại que hàn điện để hàn dưới nước phục vụ công nghiệp sửa chữa các kết cấu dưới nước đặc biệt là kết cấu trong công nghiệp khai thác dầu khí trên thềm lục địa Việt Nam

Các kết quả nghiên cứu tổng quan về công nghệ và vật liệu hàn dưới nước như ở trên đã trình bày sẽ là cơ sở quan trọng để xây dựng nên phương pháp nghiên cứu và xác định các mục tiêu nhiệm vụ cụ thể của đề tài

30 CHƯƠNG II:

ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng nghiên cứu

Hiện nay ở Việt Nam có rất nhiều các công trình dưới nước đang được khai thác như: các cầu cảng, âu thuyền tại các cảng lớn, các giàn khoan khai thác dầu khí trên thềm lục địa, việc sửa chữa trục vớt các loại tàu biển cũng đang cần sự trợ giúp của công nghệ hàn dưới nước, khai thác nguồn nguyên vật liệu chế tạo que hàn ở Việt Nam đang sẵn có cũng là động lực giúp phát triển công nghệ này

Đối tượng nghiên cứu của Đề tài là các kết cấu của giàn khoan khai thác dầu khí ngoài khơi Việt Nam

Các giàn khoan khai thác dầu khí ngoài khơi Việt Nam do Tập đoàn dầu khí quốc gia Việt Nam xây dựng và khai thác, các sản phẩm chủ yếu là dầu mỏ và khí đốt Tập đoàn gồm công ty mẹ, 19 công ty con, 3 công ty liên kết, 2 đơn vị nghiên cứu và đào tạo Hiện nay tập đoàn dầu khí quốc gia Việt Nam đang thực hiện các dịch vụ:

- Các dịch vụ chính phục vụ khai thác dầu khí bao gồm:

• Dịch vụ cung cấp, quản lý vận hành và bảo dưỡng tàu, xử lý chứa và xuất dầu thô (FPSO/FSO)

• Dịch vụ vận chuyển, lắp đặt, đấu nối, chạy thử các công trình dầu khí ngoài khơi

31 Một số hình ảnh về các giàn khoan dầu khí trên biển Việt Nam

32

Giàn khoan khai thác dầu khí trên biển được chế tạo bằng loại thép ống có đường kính khác nhau được liên kết lại với nhau bằng các đường hàn tại các nút của giàn hoặc các chỗ nối ống Kết cấu của giàn khoan khá đơn giản nhưng có kích thước lớn nên việc chế tạo, lắp đặt, sửa chữa rất khó khăn, đặc biệc là một phần của giàn khoan được lắp đặt trong môi trường nước biển nên khi hàn sửa chữa các vị trí giàn khoan ngập trong nước là một vấn đề rất khó khăn

Với trữ lượng lớn dầu khí trên thềm lục Việt Nam, công nghiệp khai thác dầu khí trên biển đã đang và sẽ mang lại cho nền kinh tế nước ta nhiều lợi ích Hiện nay việc áp dụng công nghệ hàn dưới nước phục vụ cho việc sửa chữa các giàn khoan đang còn rất hạn chế vì vậy trong những năm tới cần đầu tư nhiều cho việc áp dụng công nghệ này

Nguồn lực của Việt Nam để áp dụng công nghệ này là hoàn toàn có thể đáp ứng, chúng ta có đội ngũ các nhà nghiên cứu và các công nhân được đào tạo bài bản, nguyên vật liệu sẵn có trong nước, như vậy trong những năm tới công nghệ Hàn dưới nước sẽ phát triển mạnh và mang lại nhiều hiệu quả kinh tế

33

Trên cơ sở các nguyên liệu sản xuất que hàn ở Việt Nam sẵn có, đặc tính của nguyên liệu phù hợp, dựa vào bài phối liệu que hàn của Nga và đặc tính công nghệ hàn dưới nước nghiên cứu bài phối liệu sản xuất que hàn điện để hàn dưới nước là nhiệm vụ của đề tài này

2.2 Nội dung nghiên cứu:

Nội dung nghiên cứu của đề tài được đề ra là trên cơ sở nghiên cứu đặc tính chung của các chủng loại nguyên vật liệu trong nước chế tạo que hàn hồ quang tay, các đặc điểm của công nghệ hàn hồ quang dưới nước, thiết bị và nguyên vật liệu cụ thể để lựa chọn bài phối liệu hợp lý và chế tạo thử loạt nhỏ các loại que hàn dưới nước, sau đó tiến hành hàn thử nghiệm và đánh giá các tính chất cơ lý hoá tính của mối hàn và đánh giá chất lượng hàn

2.3 Phương pháp nghiên cứu:

2.3.1 Nghiên cứu lý thuyết về que hàn điện để dưới nước

- Nghiên cứu lý thuyết về công nghệ hàn hồ quang dưới nước

- Đặc điểm của các chủng loại que hàn dưới nước thông dụng

- Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn dưới nước

2.3.2 Nghiên cứu thực nghiệm

Tiến hành thí nghiệm thay đổi thành phần thuốc bọc que hàn dựa trên cơ sở thành phần thuốc bọc của Liên Xô trước đây đã sử dụng

Dựa vào thành phần của que hàn ЭПC - 52 do Nga sản xuất gồm các thành phần cơ bản (xem bảng 2.4)

Đánh giá que hàn thông qua các thông số sau:

- Độ bám dính tốt: phép thử ngâm 24 giờ trong nước kiểm tra có phần thuốc bọc nào bị rơi ra không

- Độ nhạy của hồ quang: đánh giá thông qua số lượng lần thử mồi hồ quang

→ số lần mồi hồ quang thành công

34

- Độ ổn định của của hồ quang hàn: đánh giá qua việc thay đổi chiều dài hồ quang khi hàn trên tấm thép phẳng dưới nước → số lần hồ quang tắt (ở chiều dài bao nhiêu)

- Khả năng bong xỉ

- Hình dáng mối hàn

- Kiểm tra cơ tính: độ bền kéo, độ bền uốn

Từ những thí nghiệm đó lập bảng kết quả, phân tích kết quả, kết luận

2.4 Kết luận chương 2

Như vậy với đối tượng nghiên cứu là các giàn khoan khai thác dầu khí ngoài khơi và các công trình ngầm, đề tài đã xác định được các nội dung nghiên cứu cụ thể cần đạt được

Nghiên cứu đặc tính chung của các chủng loại nguyên vật liệu trong nước chế tạo que hàn hồ quang tay, các đặc điểm của công nghệ hàn hồ quang dưới nước

để lựa chọn bài phối liệu hợp lý và hàn thử nghiệm đánh giá chất lượng mối hàn

Phương pháp nghiên cứu là nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm thay đổi thành phần thuốc bọc que hàn và đánh giá que hàn thông qua các thông số công nghệ cụ thể

3.1.1.1 Titan dioxit (TiO2)

Dioxide titan có màu trắng, hay còn gọi là Titania - TiO2 có chỉ số chiết suất cao (2,55 đến 2,7), tạo độ chắn sáng tốt, có độ phản xạ tốt (tạo độ chói và sáng) Chất lượng TiO2 tốt nhất được sản xuất từ Ilmenit, hàm lượng TiO2 cao nhất trong quặng rutil

Ứng dụng: TiO2 không nguyên chất được sử dụng trong sản xuất đồ gốm và gốm cách điện, men và nước men, thuỷ tinh, sợi thuỷ tinh và que hàn TiO2 dùng để sản xuất carbur titan (công cụ để cắt) Trong công nghiệp sản xuất que hàn Titan dioxit được dùng làm chất tạo xỉ

Ở Việt Nam quặng Titan phân bố nhiều ở các tỉnh ven biển miền Trung như: Bình Thuận, Bình Định, Quảng Bình, Hà Tĩnh Tuy nhiên việc khai thác trước đây chưa đi vào chuyên nghiệp chủ yếu khai thác thủ công vừa năng suất thấp, vừa làm hao phí tài nguyên khoáng sản hơn nữa còn làm ô nhiễm môi trường Chính phủ đã đồng ý cho Công ty Phát triển khoáng sản 6 (Lidisaco) thuộc Tổng Công ty Khoáng sản Việt Nam đầu tư xây dựng tổ hợp khai thác, chế biến và xuất khẩu dioxit titan với tổng vốn đầu tư khoảng 25 triệu USD Công suất khi hoàn thành là 10.000 tấn/năm, doanh thu từ xuất khẩu sản phẩm này lên đến hàng chục triệu USD/năm

3.1.1.2 Ferro titan (FeTi)

Ferro titan là hợp kim ferô của sắt với titan, có hàm lượng titan trong khoảng

từ 10-70% theo khối lượng và đôi khi có một lượng nhỏ cacbon Chúng được sử dụng trong ngành luyện thép, như là một tác nhân làm sạch sắt và thép; titan là một nguyên tố tác dụng mạnh với lưu huỳnh, cacbon, ôxy và nitơ ở nhiệt độ trên 800°C,

xy và như một chất ổn định cacbua trong thép crôm cao

Hiện nay Việt Nam đang tiến hành xây dựng Nhà máy sản xuất ferro tại khu công nghiệp Long Bình An – thị xã Tuyên Quang với công suất: 30.000 tấn hợp kim sắt/năm

3.1.1.3 Ferro mangan

Ferro mangan là hợp kim mangan và sắt, được sử dụng cho khử ô xy cho thép Ferro mangan được sản xuất bằng cách luyện quặng trong lò Theo tiêu chuẩn trong ferro mangan chứa 78 - 80 % mangan

Ferro mangan được phân loại dựa vào thành phần C có trong hợp kim:

• Ferro mangan chuẩn

• Ferro mangan cacbon trung bình

• Ferro mangan cacbon thấp

Bảng 3.1 Thành phần các nguyên tố trong các loại ferro mangan (Việt Nam)

3.1.1.4 Hematit

Hematit là một dạng khoáng vật của ôxít sắt (III) (Fe2O3) Hematit kết tinh theo hệ tinh thể ba phương, và nó có cùng cấu trúc tinh thể với ilmenit và corundum Hematit và ilmenit hình thành trong dung dịch rắn hoàn toàn ở nhiệt độ trên 950 °C

Hematit là khoáng vật có màu đen đến xám thép hoặc xám bạc, nâu đến nâu đỏ, hoặc đỏ Nó được khai thác ở dạng quặng sắt Mặc dù các hình dạng của hematit khác nhau nhưng tất cả chúng đều có màu vết vạch đỏ Hematit cứng và giòn hơn sắt nguyên chất

Hematit được khai thác dưới dạng quặng sắt Phổ biến trong các mỏ quặng sắt Yên Bái, Tùng Bá (Hà Giang), Trại Cau (Thái Nguyên),

Trong công nghệ sản xuất que hàn điện hematit có tác dụng tạo xỉ bảo vệ mối hàn và ổn định mối hàn

3.1.1.5 Feldspat (Trường thạch)

Feldspat là tên gọi của một nhóm khoáng vật tạo đá cấu thành nên 60% vỏ trái đất Fenspat kết tinh từ mácma có mặt trong cả đá xâm nhập và đá phun trào, ở dạng hạt nhỏ trong các vành (mạch) và trong các đá biến chất Đá cấu tạo toàn bộ là

Các khoáng vật kết tinh có thành phần giữa fenspat-K và anbit gọi là alkali

fenspat Các khoáng vật có thành phần giữa anbit và anorthit được gọi là plagiocla, hoặc plagiocla fenspat Chỉ có dung dịch rắn bị giới hạn tạo ra các khoáng vật giữa

fenspat K và anorthit, và trong hai dung dịch rắn khác, sự không trộn lẫn xảy ra ở nhiệt độ thường trong vỏ trái đất Anbit cũng được xem là plagiocla và alkali fenspat Thêm vào đó, fenspat anbit - bari cũng được xem là fenspat alkali và plagiocla Bari fenspat được tạo ra từ sự thay thế bari từ fenspat natri

Trong công nghệ chế tạo que hàn điện fenspat có tác dụng tạo xỉ Hai loại fenspat được sử dụng chủ yếu là fenspat kali (KAlSi3O8) và fenspat natri

(NaAlSi3O8)

Ở Việt Nam, fenspat công nghiệp gặp ở nhiều nơi như Thạch Khoán (Phú Thọ), Văn bàn (Lào Cai), Đắc Lắc,

3.1.1.6 Fluorit - CaF2 (huỳnh thạch)

Fluorit là tên gọi fluorite xuất phát từ tiếng La Tinh fluor - "dòng chảy", bởi khi cho thêm fluorit vào quặng nấu chảy sẽ làm xỉ chảy ra Kết quả là dễ dàng loại

bỏ chúng Những người thợ mỏ Saoxony thời xưa gọi khoáng vật này là "hoa quặng" bởi vì chúng luôn ở bên cạnh quặng đá quý Ở Nga flourit còn được gọi là Plavik Ngọc lục bảo Transvaal, ngọc lục bảo Nam Phi hoặc ngọc lục bảo giả (fluorit Châu Phi màu xanh lá cây)