Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh sản xuất quốc phòng, Nhà máy Z121 đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp các loại hỏa cụ phục vụ huấn luyện và chiến đấu của quân đội. Hạt lửa, được ví như "trái tim của vũ khí", là bộ phận không thể thiếu trong cấu tạo đạn dược, với khoảng 70 chủng loại sản phẩm đa dạng và yêu cầu kỹ thuật cao. Nhu cầu sản xuất hạt lửa ngày càng tăng, đòi hỏi nâng cao năng lực sản xuất, đảm bảo chất lượng và an toàn trong quá trình chế tạo.

Hiện nay, công nghệ sấy hạt lửa tại Nhà máy Z121 chủ yếu sử dụng phương pháp sấy đối lưu với không khí khô và hơi nước bão hòa, dẫn đến chi phí năng lượng lớn và thời gian sấy kéo dài khoảng 168 giờ. Việc vận hành cần nhân công liên tục trong 2 ca và sử dụng nồi hơi cấp hơi nước cao áp làm tăng rủi ro an toàn. Do đó, nghiên cứu công nghệ sấy mới nhằm nâng cao hiệu quả, giảm chi phí và tăng năng suất là cấp thiết.

Mục tiêu nghiên cứu tập trung vào việc khảo sát công nghệ sấy hiện tại, đánh giá nguy cơ mất an toàn và đề xuất giải pháp công nghệ sấy hồng ngoại nhằm nâng cao năng lực sấy hạt lửa tại Nhà máy Z121. Phạm vi nghiên cứu giới hạn trong dây chuyền sản xuất hạt lửa dạng ướt, tập trung vào các chặng sấy thuốc hỏa thuật, keo đệm và sấy hoàn chỉnh. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc cải tiến công nghệ sản xuất quốc phòng, góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm, đảm bảo an toàn và giảm chi phí sản xuất.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình truyền nhiệt, bao gồm:

  • Quá trình truyền nhiệt dẫn nhiệt: Truyền nhiệt trực tiếp qua vật liệu, phụ thuộc vào độ dẫn nhiệt, diện tích bề mặt và độ dày vật liệu.
  • Quá trình truyền nhiệt đối lưu: Truyền nhiệt qua chuyển động của chất lỏng hoặc khí, gồm đối lưu tự nhiên và đối lưu cưỡng bức.
  • Quá trình truyền nhiệt bức xạ hồng ngoại (IR): Truyền nhiệt không tiếp xúc qua sóng điện từ, không cần môi trường trung gian, với bước sóng từ 0,76 đến 1000 µm.

Các khái niệm chính bao gồm:

  • Tia hồng ngoại gần, giữa và xa: Phân loại dựa trên bước sóng, ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ nhiệt của vật liệu.
  • Cơ chế sấy hồng ngoại: Năng lượng bức xạ hồng ngoại làm tăng nội năng phân tử nước trong vật liệu, thúc đẩy quá trình bay hơi nhanh chóng.
  • Đặc tính vật liệu hạt lửa dạng ướt: Thành phần hóa học, cấu trúc vật lý và yêu cầu kỹ thuật về độ ẩm, kích thước và độ nhạy.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp kết hợp khảo sát thực tế, thử nghiệm và phân tích kỹ thuật:

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu từ dây chuyền sản xuất hạt lửa tại Nhà máy Z121, bao gồm thành phần vật liệu, quy trình sấy hiện tại, kết quả kiểm tra độ ẩm và độ nhạy hạt lửa.
  • Phương pháp phân tích: Phân tích truyền nhiệt, đánh giá nguy cơ an toàn trong quá trình sấy, thiết kế và thử nghiệm mô hình tủ sấy hồng ngoại.
  • Cỡ mẫu: Thử nghiệm với 500 mẫu hạt lửa mỗi loại trong các giai đoạn sấy khác nhau.
  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong năm 2022, bao gồm khảo sát công nghệ hiện tại, thử nghiệm mô hình sấy hồng ngoại và đánh giá kết quả thực tế.

Phương pháp chọn mẫu dựa trên các loại hạt lửa phổ biến (K51SK, K53SK, K56SK) để đảm bảo tính đại diện và khả năng áp dụng rộng rãi. Phân tích dữ liệu sử dụng các công cụ đo độ ẩm, độ cứng và độ nhạy theo tiêu chuẩn kỹ thuật quốc phòng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiệu quả sấy đối lưu hiện tại thấp: Thời gian sấy kéo dài khoảng 168 giờ, chi phí năng lượng lớn do sử dụng hơi nước bão hòa và không khí khô. Cần bố trí nhân công liên tục 2 ca để vận hành, gây tăng chi phí lao động và rủi ro an toàn.

  2. Nguy cơ mất an toàn do nổ lan trong quá trình sấy: Thử nghiệm đánh giá nguy cơ nổ lan cho thấy công nghệ sấy hiện tại tiềm ẩn rủi ro cao do sử dụng hơi nước áp suất cao và môi trường dễ cháy nổ.

  3. Mô hình tủ sấy hồng ngoại cải thiện hiệu quả sấy: Thử nghiệm sấy hạt lửa với tủ sấy hồng ngoại ở nhiệt độ 20-80°C trong thời gian từ 7 đến 8 giờ cho kết quả giảm thời gian sấy đáng kể so với công nghệ cũ. Độ ẩm hạt lửa đạt mức yêu cầu từ 0,36% đến 0,48%, đảm bảo độ nhạy và tuổi thọ sản phẩm.

  4. Giá trị làm lợi từ công nghệ sấy hồng ngoại: Việc áp dụng công nghệ sấy hồng ngoại giúp tiết kiệm năng lượng, giảm chi phí nhân công và tăng năng suất sản xuất. So sánh tỷ lệ giảm thời gian sấy lên đến hơn 90% so với phương pháp đối lưu truyền thống.

Thảo luận kết quả

Kết quả thử nghiệm cho thấy công nghệ sấy hồng ngoại có khả năng truyền nhiệt hiệu quả hơn nhờ cơ chế bức xạ trực tiếp, làm tăng nội năng phân tử nước trong hạt lửa, thúc đẩy quá trình bay hơi nhanh chóng. Điều này phù hợp với lý thuyết truyền nhiệt bức xạ và các nghiên cứu trong lĩnh vực sấy vật liệu ẩm.

So với công nghệ sấy đối lưu sử dụng hơi nước bão hòa, sấy hồng ngoại giảm đáng kể thời gian và chi phí năng lượng, đồng thời giảm thiểu nguy cơ an toàn do không cần sử dụng nồi hơi áp suất cao. Kết quả này tương đồng với các nghiên cứu ứng dụng sấy hồng ngoại trong ngành dược phẩm và thực phẩm, nơi yêu cầu chất lượng và an toàn cao.

Việc kiểm soát nhiệt độ sấy trong khoảng 20-80°C giúp tránh hiện tượng quá nhiệt cục bộ, giảm nguy cơ cong vênh và nứt sản phẩm, đồng thời duy trì tính năng phát hỏa và độ nhạy của hạt lửa. Biểu đồ tốc độ sấy thể hiện rõ ba giai đoạn: làm nóng vật liệu, sấy tốc độ không đổi và sấy tốc độ giảm dần, phù hợp với mô hình truyền nhiệt và khuếch tán ẩm trong vật liệu.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai công nghệ sấy hồng ngoại trong dây chuyền sản xuất: Áp dụng tủ sấy hồng ngoại thay thế dần công nghệ sấy đối lưu hiện tại nhằm giảm thời gian sấy xuống còn khoảng 7-8 giờ, tiết kiệm năng lượng và chi phí nhân công. Thời gian thực hiện: 6-12 tháng. Chủ thể thực hiện: Ban kỹ thuật và quản lý Nhà máy Z121.

  2. Đào tạo nhân viên vận hành và bảo trì thiết bị sấy hồng ngoại: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về vận hành, kiểm soát nhiệt độ và an toàn trong quá trình sấy hồng ngoại để đảm bảo hiệu quả và an toàn sản xuất. Thời gian: 3 tháng. Chủ thể: Phòng nhân sự phối hợp với nhà cung cấp thiết bị.

  3. Xây dựng quy trình kiểm soát chất lượng và an toàn mới: Cập nhật quy trình kiểm tra độ ẩm, độ nhạy và an toàn trong sản xuất hạt lửa theo công nghệ sấy hồng ngoại, giảm thiểu nguy cơ nổ lan và đảm bảo chất lượng sản phẩm. Thời gian: 4 tháng. Chủ thể: Phòng kỹ thuật và phòng quản lý chất lượng.

  4. Nghiên cứu mở rộng ứng dụng công nghệ sấy hồng ngoại cho các sản phẩm quốc phòng khác: Đánh giá khả năng áp dụng công nghệ sấy hồng ngoại cho các loại hỏa cụ và vật liệu khác nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất toàn diện. Thời gian: 12 tháng. Chủ thể: Ban nghiên cứu và phát triển Nhà máy Z121.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý sản xuất trong ngành quốc phòng: Nghiên cứu cung cấp giải pháp công nghệ nâng cao năng lực sản xuất, giảm chi phí và đảm bảo an toàn, giúp quản lý hiệu quả dây chuyền sản xuất hạt lửa và các sản phẩm tương tự.

  2. Kỹ sư và chuyên gia công nghệ hóa học: Tham khảo các đặc tính vật liệu, thành phần hóa học và quy trình sấy hiện đại để phát triển công nghệ sản xuất an toàn và hiệu quả hơn.

  3. Nhà nghiên cứu và giảng viên trong lĩnh vực kỹ thuật hóa học và quản lý công nghiệp: Tài liệu cung cấp cơ sở lý thuyết và thực nghiệm về truyền nhiệt, sấy hồng ngoại, phù hợp cho nghiên cứu và giảng dạy chuyên sâu.

  4. Các doanh nghiệp sản xuất thiết bị sấy và công nghệ nhiệt: Tham khảo mô hình thiết kế tủ sấy hồng ngoại, đánh giá hiệu quả và ứng dụng thực tế để phát triển sản phẩm phù hợp với nhu cầu công nghiệp quốc phòng.

Câu hỏi thường gặp

  1. Công nghệ sấy hồng ngoại có ưu điểm gì so với sấy đối lưu truyền thống?
    Công nghệ sấy hồng ngoại tiết kiệm thời gian sấy từ 168 giờ xuống còn khoảng 7-8 giờ, giảm chi phí năng lượng và nhân công, đồng thời giảm nguy cơ mất an toàn do không sử dụng hơi nước áp suất cao.

  2. Tại sao hạt lửa cần kiểm soát độ ẩm trong quá trình sấy?
    Độ ẩm từ 0,36% đến 0,48% đảm bảo độ nhạy và tuổi thọ của hạt lửa, tránh giảm hiệu quả phát hỏa và tăng tính an toàn trong bảo quản và sử dụng.

  3. Những yếu tố nào ảnh hưởng đến hiệu quả sấy hồng ngoại?
    Bước sóng tia hồng ngoại (2,5-3,5 µm), nhiệt độ sấy (20-80°C), khoảng cách từ nguồn phát đến vật liệu và đặc tính hấp thụ của vật liệu ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả sấy.

  4. Có những rủi ro an toàn nào khi sử dụng công nghệ sấy đối lưu hiện tại?
    Sử dụng hơi nước bão hòa áp suất cao và không khí nóng trong môi trường dễ cháy nổ làm tăng nguy cơ nổ lan và tai nạn lao động.

  5. Công nghệ sấy hồng ngoại có thể áp dụng cho các sản phẩm khác ngoài hạt lửa không?
    Có, công nghệ này phù hợp với các sản phẩm có kích thước nhỏ, mỏng và dạng rời như dược phẩm, thực phẩm, hạt giống, giúp nâng cao chất lượng và hiệu quả sản xuất.

Kết luận

  • Công nghệ sấy hồng ngoại giúp giảm thời gian sấy hạt lửa từ 168 giờ xuống còn khoảng 7-8 giờ, tiết kiệm năng lượng và chi phí nhân công.
  • Độ ẩm hạt lửa sau sấy đạt yêu cầu kỹ thuật (0,36%-0,48%), đảm bảo độ nhạy và tuổi thọ sản phẩm.
  • Mô hình tủ sấy hồng ngoại giảm thiểu nguy cơ mất an toàn so với công nghệ sấy đối lưu sử dụng hơi nước bão hòa.
  • Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn để Nhà máy Z121 nâng cao năng lực sản xuất, đảm bảo chất lượng và an toàn.
  • Đề xuất triển khai áp dụng công nghệ sấy hồng ngoại trong 6-12 tháng, đồng thời đào tạo nhân viên và cập nhật quy trình kiểm soát chất lượng.

Nhà máy Z121 cần nhanh chóng triển khai thử nghiệm mở rộng, đào tạo nhân sự và hoàn thiện quy trình vận hành để ứng dụng công nghệ sấy hồng ngoại hiệu quả, góp phần nâng cao năng lực sản xuất quốc phòng.