Tính Toán Cân Bằng Nhiệt Lò Ram Liên Tục Năng Suất 30T Ngày Đêm 1250 Kg.H

NGHIÊN CƯU TỔNG QUAN FILE này chỉ đọc ,không sửa được - Trong sản xuất, công nghệ nhiệt luyện là một trong những khâu rất quan trọng góp phần làm tăng chất lượng vật liệu và tăng tuổi

CHUYÊN ĐỀ 1

TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NHIỆT

LÒ RAM LIÊN TỤC NĂNG SUẤT 30 [t/ngày đêm] ( 1250 [kg/h] )

( Nhiệt độ ram 520 [0C] ; nhiệt độ liệu khi vào lò [60 0C] )

A NGHIÊN CƯU TỔNG QUAN ( FILE này chỉ đọc ,không sửa được )

- Trong sản xuất, công nghệ nhiệt luyện là một trong những khâu rất quan trọng góp phần làm

tăng chất lượng vật liệu và tăng tuổi thọ của chi tiết Hiện nay ngành công nghiệp sản xuất ximăng của Việt Nam đang ngày càng phát triển mạnh mẽ Vì vậy nhu cầu các thiết bị , vật tưphục vụ cho sản xuất xi măng ngày càng tăng Trước đây Việt Nam chưa sản xuất được cácloại vật tư, thiết bị này nên phải nhập ngoại tốn kém nhiều, ngày nay trong nước đã từng bướcsản xuất được nhiều loại chi tiết của máy nghiền để thay thế cho nhập ngoại như: các loại tấmlót máy nghiền, bi đạn nghiền v…v Theo nghiên cứu thị trường, với sản lượng xi măng sảnxuất trong nước hiện nay khoảng 60 [triệu tấn/năm] thì cần khoảng 6.000 tấn bi đạn nghiền và

300 tấn hàng phụ tùng /năm để thay thế Ngoài ra, trong ngành nhiệt điện cũng cần rất nhiềucác loại tấm lót và bi cung cấp cho máy nghiền than Vì vậy tổng lượng bi đạn nghiền và cácloại tấm lót nghiền hàng năm cần tới khoảng 7.500 tấn bi đạn/năm và 4.000 tấn tấm lót/năm

- Công ty TNHH MTV Cơ khí Đông Anh là một trong những nhà cung cấp các loại tấm lót

và bi, đạn nghiền chiếm đa số thị phần trong nước với sản lượng hàng năm khoảng 5.000 tấnbi,đạn nghiền và 1.000 tấn tấm lót các loại Chính vì vậy hệ thống lò nhiệt luyện cần phải đápứng và vượt sản lượng trên Dựa trên các dữ liệu phân tích về thị trường trong nước và địnhhướng xuất khẩu ra thị trường bên ngoài đã đạt được trong những năm gần đây, công tyTNNHH MTV Cơ khí Đông Anh đã đầu tư 1 dây chuyền lò tôi liên tục với năng suất

30 [tấn/ ngày đêm] Để đồng bộ hoá dây chuyền nhiệt luyện, cần đầu tư thêm lò ram liên tục

có cùng năng suất với lò tôi

- Hiện nay ở nước ta,các loại lò nhiệt luyện chủ yếu là các lò nhập khẩu Trong nước, cómột số cơ sở đã tự chế tạo được lò nhiệt luyện , nhưng chủ yếu là các lò buồng làm việc chu

kỳ hoặc lò giếng loại nhỏ Hiện tại trong nước chưa có nhà máy nào chế tạo được lò nhiệtluyện làm việc liên tục Lò nhiệt luyện khi nhập khẩu có giá rất đắt, do vậy ảnh hưởng lớn tớigiá thành sản phẩm, khó cạnh tranh trên thị trường.Chính vì vậy, Công ty TNHH MTV Cơ khí

Đông Anh đã quyết định nghiên cứu thiết kế và chế tạo lò ram liên tục nhằm phục vụ cho sảnxuất của Công ty và bán cho các khách hàng

- Đặc điểm của công nghệ nhiệt luyện bi ,đạn:

Đạn nghiền được đúc bằng thép hoặc gang hợp kim cao chịu mài mòn , yêu cầu độ cứng cao

để chịu được cường độ mài mòn lớn khi làm việc Để đạt được yêu cầu này, sau khi tôi thì biđược ram ở nhiệt độ thấp nhằm khử hết ứng suất và đạt được độ cứng cao Vì vậy lò ram đượctính toán và thiết kế phải phù hợp với yêu cầu thực tế : đạt được năng suất thiết kế

30 tấn/ ngày đêm, phù hợp với công nghệ nhiệt luyện bi, đạn và một số mặt hàng khác cókích thước vừa phải và năng suất khoảng 30 tấn/ ngày đêm Để đáp ứng được các yêu cầu kểtrên, chúng tôi đã nghiên cứu,phân tích, đánh giá các ưu, nhược điểm của các loại lò ram trong

và ngoài nước để lựa chọn và đề xuất một mẫu lò ram tối ưu phù hợp với vật liệu, kích thước

bi , đạn và trường nhiệt độ ram, năng suất lò đã được chọn lựa trước Theo giản đồ trườngnhiệt độ phân bố dọc lò ( Hình 1CĐ1) được đề xuất bởi công nghệ nhiệt luyện , lò được phânthành hai vùng : Vùng nung và vùng giữ nhiệt

B TÍNH CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN VÀ THIẾT KẾ CẤU TRÚC LÒ.

I Các dữ liệu ban đầu.

1 Vật liệu và kích thước của bi, đạn được ram trong lò :

+ Vật liệu : Gang chịu mài mòn Crôm cao

C

(%)

Si(%)

S(%)

P(%)

Mn(%)

Cr(%)

Cu(%)

Ni(%)

Ti(%)

Fe(%)1,8 – 3,2 1 0,04 0,04 0,4 –0,7 11 - 19  0,2 0,3 -0,5 0,07-0,15 Còn lại

+ Kích thước của bi, đạn được ram trong lò : Đường kính Φ12 [mm] ÷ Φ100 [mm]

2 Nhiệt độ ram và thời gian ram

Thời gian ram gồm 2 giai đoạn :

Giai đoạn đầu là giai đoạn nung nóng, nhiệt độ bề mặt của bi gang tăng từ nhiệt độ môi trường

20 [0C] ( hoặc 60[0C] ram ngay sau khi tôi ) đến nhiệt độ 520 [0C] Thời gian nung nóng bằng1,33 [h.]

Giai đoạn tiếp theo là giai đoạn giữ nhiệt độ bề mặt bi gang không đổi ở 520 [0C] Thời giangiữ nhiệt bằng 3 [h] Tổng thời gian lưu liệu trong lò bằng 4,33 [h]

Để nhiệt độ bề mặt bi gang không thay đổi trong giai đoạn giữ nhiệt, ta khống chế nhiệt độcủa lò chỉ cao hơn nhiệt độ bề mặt bi gang khoảng 10 [0C] Nhiệt độ của lò bằng 530 [ 0C].Giản đồ nhiệt độ ram và thời gian lưu liệu trong lò được trình bầy trên hình 1CĐ1

3 Năng suất thiết kế của lò : Plò = 30 [tấn/ ngàyđêm] = 1250 [kg/h]

4 Kích thước và khối lượng của khay chứa bi :

Khay chứa bi có dạng thùng, thành và đáy của khay có tạo nhiều khe hở để tăng cường truyềnnhiệt và giảm khối lượng của khay

+ Kích thước của khay : Cao x dài x rộng

Kích thước của khay = Hkhay x Bkhay x Lkhay = 0,415 x 0,62 x 0,61 [m]

+ Khối lượng của một khay : Gkhay = 220 [kg/ khay]

HÌNH 1CĐ1 : Giản đồ nhiệt độ và thời gian ram của bi gang chịu mài mòn crôm cao ( Giản đồ này ứng với nhiệt độ ram cao :520 [ 0 C] )

t [0C] 530 [0C] ( nhiệt độ lò ) 520 [0C] ( nhiệt độ bề mặt bi gang )

( nhiệt độ tâm của bi gang )

nung = 1,33 [h]  giữ nhiệt = 3 [h]

 lưu liêu = 4,33 [h]

II Tính các kích thước nội hình của lò.

Các kích thước nội hình của lò được trình bầy trên hình 2CĐ1.

1 Chiều rộng nội hình lò: Btrong = Bkhay +2  = 0,62 + 2.0,15 = 0,92 [m]

2 Chiều cao nội hình lò: Htrong = Hkhay + tr = 0,415 + 0,331= 0,746 [m]

3 Chiều dài nội hình lò: Ltrong = Số khay lưu trong lò x Lkhay + 2.dài [ m]

Tính số khay nằm trong lò:

Năng suất lò P = 1250 [kg/h] , mỗi khay chứa được 416 [kg/khay]

Vậy số lượng khay ra khỏi lò trong 1 h ( còn gọi là năng suất ram tính theo khay ):

Năng suất ram tính theo khay = 1250 : 416 = 3 [khay/h]

Số khay lưu trong lò = Năng suất ram theo khay x lưu lại = 3 x 4,33 = 13 [khay]

vậy chiều dài nội hình của lò là:

Ltrong = Số khay lưu trong lò x Lkhay + 2dài = 13.0,61 + 2.0,055 = 8,04 [m]

III Tính các kích thước ngoại hình của lò.

1 Vật liệu xây lò :

Gạch chịu lửa gồm các loại: samốt A, samốt B; gạch cách nhiệt gồm diatômít,.bông gốm cáchnhiệt Ngoài các loại gạch có kích thước tiêu chuẩn, chúng tôi còn đặt chế tạo một số gạch dịhình để đỡ dây điện trở và xây tại các vị trí trong lò có kết cấu đặc thù

2 Tính các kích thước ngoại hình lò

a.) Chiều rộng ngoại hình của lò: B ngoài = B trong + 2.( 1 +  2 +  3 +  4 )

1; 2 ; 3 chiều dầy của tương ứng của các lớp chịu nóng samốt (1) , điatômit (2) ; bônggốm cách nhiệt (3) chiều dầy của lớp tôn vỏ lò (4)

IV Các bản vẽ chính về cấu trúc của lò

Trên cơ sở các kích thước nội hình của lò, các kích thước ngoại hình của lò, chiều dầy và vậtliệu các lớp chịu nóng, các lớp cách nhiệt của tường lò; đáy lò, nóc lò và chiều dầy của lớptôn vỏ lò ta có được cấu trúc cơ bản của lò

KÍCH THƯỚCNGOẠI HÌNHCỦA LÒ

KÍCH THƯỚCNỘI HÌNHCỦA LÒ

CHIỀU DẦYTHỂ XÂYCỦA LÒ

Bngoài = 1,64 [m]

Hngoài = 1,72 [m]

Lngoài = 1,72 [m]

Từ cấu trúc cơ bản của lò, kết hợp với việc bố trí cửa vào liệu, cửa ra liệu, hệ thống giá đỡ vàdịch chuyển các khay chứa liệu; kết hợp với phương pháp bố trí các dây điện trở ở hai tườngbên, ở dưới đáy lò; kết hợp với cấu trúc và cách nâng, hạ hai cửa ở hai đầu lò ta có được cấutrúc trọn vẹn của lò ram.

Các bản vẽ cấu trúc của lò ram bi được trình bầy ở hình:

HÌNH 5CĐ1 : Các kích thước cơ bản của một buồng lò

V Cấu trúc của khay chứa bi gang ( hình 7CĐ1 a và hình 7CĐ1 b)

Khay chứa bi có dạng thùng , thành và đáy của khay có tạo nhiều khe hở để tăng cườngtruyền nhiệt và giảm khối lượng của khay

+ Kích thước của khay : Cao x dài x rộng

Kích thước của khay = Hkhay x Bkhay x Lkhay = 0,415 x 0,62 x 0,61 [m]

+ Khối lượng của một khay : Gkhay = 220 [ kg/ khay]

+ Vật liệu của khay : Thép đúc SCH13 có thành phần hoá học theo bảng sau:

C TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT CỦA LÒ

HÌNH 7CĐ1b : Bản vẽ chế tạo khay chứa bi gang

PLÒ : Về phương diện lý thuyết thì tổng lượng nhiệt thu của lò PLÒ bằng tổng lượng nhiệt chicủa lò, nhưng trong thực tế, để bảo đảm cung cấp đủ nhiệt cho lò ngay cả khi lưới điện bị sụt

áp, ta phải lấy nhiệt thu cao hơn tổng lượng nhiệt chi

Lò ram thiết kế là lò điện trở, vậy lượng nhiệt thu của lò là lượng nhiệt do dây điện trở tỏa ra khi

có dòng điện chạy qua dây điện trở

Hệ số K = 1,1  1,25 Giá trị này được chọn theo kiểu lò, theo chế độ làm việc gián đoạn hay

liên tục, theo điều kiện điện áp lưới và theo giá trị tuyệt đối của Qchi lớn hay nhỏ

Qchi : Tổng lượng nhiệt để nung nóng kim loại (lượng nhiệt hữu ích ) , nung nóng các khaychứa liệu và các lượng nhiệt tổn thất của lò

Trong tính toán cân bằng nhiệt của lò ở chuyên đề 1, ta tính cho trường hợp ram các chi tiết có nhiệt độ ram cao ( nhiệt độ ram 520 [0C] ) và nhiệt độ của liệu vào lò bằng 60 [0C] ( ram ngay sau khi tôi )

1 Nhiệt dùng để nung nóng kim loại

= K TỔNG LƯỢNG NHIỆT CHI

Q1 = Gkl.Ctrung bình kim loại ( t2 – t1)/3600 [ kW]

Gkl : Năng suất của lò ram [kg/h] ; Theo thiết kế, năng suất ram phải đạt 30 [tấn/ngày đêm],vậy Gkl = 30.000 [tấn/24 h ] = 1250 [kg/h ]

C trung bình kim loại: : Nhiệt dung riêng khối lượng trung bình của kim loại trong khoảng nhiệt độ t1

và t2 [ kJ/kg.độ ].; Ctrung binh kim loai = 0,523 [kJ/kg.độ]

t1: Nhiệt độ kim loại khi chất vào lò [oC]; t1= 60 [0C] ( trường hợp ram ngay sau khi tôi )

t2: Nhiệt độ kim loại khi ra lò [oC] ; t2 = 520 [0C] ( kim loại khi ram ở nhiệt độ cao )

Q1 = Gkl.Ctrung bình kim loại ( t2 – t1)/3600 [ kW]

2 Nhiệt dùng để nung nóng khay chứa liệu ( chứa bi ram )

Q2 = Gkhay chứa bi Ctrung bình khay .( t2 – t1)/3600 [kW]

Trong đó:

Ctrung bình khay: Nhiệt dung riêng khối lượng trung bình của vật liệu làm khay trong khoảng nhiệt độ

t1 và t2 [ kJ/kg.độ ] ; Ctrung bình khay = 0,523 [ kJ/kg.độ]

Gkhay: Khối lượng của các khay ra khỏi lò trong một giờ [ kg/h ]

Theo tính toán ở mục II (tính các kích thước nội hình của lò ) ta có: mỗi giờ ra khỏi lò 3 khay;khối lượng của một khay bằng 220 [kg/khay] Gkhay = 3 220 = 660 [kg/h]

t1: Nhiệt độ của khay khi chất vào lò [oC] ; t1= 60 [ 0C] ( trường hợp ram ngay sau khi tôi )

t2: Nhiệt độ của khay khi ra khỏi lò [oC] ; t2 =520 [ 0C]

Q2 = Gkhay chứa bi Ctrung bình khay .( t2 – t1)/3600 [kW]

3 Nhiệt tổn thất do dẫn nhiệt qua các thể xây của lò ( qua tường, qua nóc, qua đáy )

 Công thức tính toán dẫn nhiệt qua thể xây một lớp hoặc nhiều lớp :

Q1= 83,54 [kW]

Q2 = 44,11 [ kW]

1)(

3

Q bê mat trao đôi nhiêt

kk i

][10

3 1

3

3 1

3

kW F

t t Q

kW F

t t Q

i thu binh trung mat bê i

i

i i i

i thu binh trung mat bê i

i

i i i

1 )

(

3

F F

t t

Q

tuong cua ngoai mat bê kk i

thu binh trung mat bê i

i i





trung bình của bề mặt bên trái và bề mặt bên phải của lớp tường thứ i

Fbề mặt trung binh thu i : Diện tích bề mặt trung bình của lớp tường thứ i khi hai bề mặt của lớp tườngnày không có diện tích bằng nhau

] [m2F

x F

t trong : Nhiệt độ trung bình tại bề mặt trong của tường lò [oC ]

tkk: Nhiệt độ không khí bao quanh lò [oC]

i : Chiều dày lớp thứ i của tường lò ( nóc lò, đáy lò) [m]

] [ 10

F R

t t

Q

tuong cua ngoai mat bê kk i

i : Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu ứng với lớp thứ i của tường [W/m.K]

kk : Hệ số trao đổi nhiệt từ bề mặt ngoài của tường lò tới không khí bao quanh [W/m2.K]

10-3 Giá trị chuyển đổi đơn vị đo từ [W] sang [kW]

 Tính diện tích các bề mặt của tường lò và diện tích bề mặt trung bình của tường lò.

+ Các kích thước bên trong của lò :

Chiều dài nội hình lò: 8,04 [m]

Chiều cao nội hình lò: 0,746 [m]

Chiều rộng nội hình lò : 0,92 [m]

Chiều rộng của nóc lò: 1,03 [m] ( tính theo dây cung )

+ Tính diện tích bề mặt trong của tường lò, nóc lò,đáy lò, cửa lò.

F trong tuong (F trong1tuong bên 2bên)  ( 8 , 04 0 , 746 ) 2  11 , 99568 [m2]

F trong nóc  1 , 03 8 , 04  8 , 2812 [m2]

F trong đáy  0 , 92 8 , 04  7 , 3968 [m2]

F trong cua  ( 0 , 8 0 , 92 ) 2cua  1 , 472 [m2]

+ Các kích thước bên ngoài của lò

Chiều dài ngoại hình lò: 8,5 [m]

Chiều cao ngoại hình lò: 1,72 [m]

Chiều rộng ngoại hình lò : 1,64 [m]

+ Tính diện tích bề mặt ngoài của tường lò, nóc lò, đáy lò, cửa lò.

] [ 24 , 29 2

) 72 , 1 5 , 8

F ngoai tuong bên 

] [ 94 , 13 ) 64 , 1 5 , 8

] [ 94 , 13 ) 64 , 1 5 , 8

] [ 576 , 3 2

) 2 , 1 49 , 1

+ Tính diện tích bề mặt trung bình của tường lò, nóc lò, đáy lò, cửa lò.

] [ 724 , 18 24 , 29 99568 , 11

F

F trung tuong bình  trong tuong ngoai tuong  

] [ 7443 , 10 94 , 13 2812 , 8

F

F trung nóc bình trong nóc ngoài nóc  

] [ 1544 , 10 94 , 13 3968 , 7

F

F trung đáy bình trong đáy ngoài đáy  

] [ 2534 , 2 576 , 3 472 , 1

F

F trung cua bình trong cua ngoài cua  

 Tính hệ số dẫn nhiệt λ :

Đối với lớp gạch sa mốt A : λ = 0,407 + 0,000349 ttb

Đối với lớp gạch diatômít : λ = 0,279 + 0,000233 ttb

Đối với lớp bông cách nhiệt: λ = 0,0756 + 0,000233 ttb

Trong đó ttb là nhiệt độ trung bình của lớp gạch tương ứng [0C]

- Nhiệt độ trong lò: ttrong = 520 [oC] ( theo công nghệ ram ở nhiệt độ cao )

Để tính được giá trị nhiệt độ trung bình của từng lớp gạch, ta phải biết được nhiệt độ ở hai bềmặt của mỗi lớp Nhiệt độ tiếp xúc giữa các lớp phải giả thiết trước để tính, sau đó sẽ tính kiểmtra lai, nếu giá trị kiểm tra lại xấp xỉ với giá trị giả thiết thì chấp nhận giá trị tính toán là đúng.Theo kinh nghiệm thực tế, ta giả thiết các giá trị nhiệt độ sau:

- Nhiệt độ tiếp xúc giữa lớp gạch samốt (lớp1 )với lớp gạch ditômít (lớp2); t(1-2) = 400 [oC]

- Nhiệt độ tiếp xúc giữa lớp gạch diatômít với lớp bông cách nhiệt (lớp 3); t(2-3) =:270 [oC]

- Nhiệt độ giữa lớp bông cách nhiệt ( lớp3)với vỏ tôn ; tngoài = 50 [0C]

Tính hệ số dẫn nhiệt cho từng lớp tường :

+ Lớp tường gạch sa mốt :

] [ 567 , 0 2

400 520 000349 ,

0 407 , 0

]

[ 2

000349 ,

0 407 ,

K m W

K m W t

t

môt sa

trong môt

270 400 000233 ,

0 279 , 0

2

000233 ,

0 279 ,

K m W

t t

50 270 000233 ,

0 0756 , 0

]

[ 2

000233 ,

0 0756 ,

K m W

K m

W t

t

nhiêt cách bông

ngoai nhiêt

cách bông

 Chiều dầy các lớp tường lò

+ Chiều dầy lớp gạch samốt : samot = 0,115 [m]

+ Chiều dầy lớp gạch điatômit : đitomit = 0,115 [m]

+ chiều dầy lớp bông cách nhiệt bong cach nhiet = 0,075 [m]

 Tính diện tích bề mặt trung bình của các lớp tường lò :

]

[

K m W

+ Diện tích bề mặt trong của tường lò :

] [ 99568 , 11 2 ) 746 , 0 04 , 8 ( ) 2

+ Diện tích bề mặt tiếp xúc giữa lớp 1 và lớp 2 là:

F(tuong12)  ( 8 , 23 1 , 206 ) 2bên 19 , 80576 [m2]

+ Diện tích bề mặt tiếp xúc giữa lớp 2 và lớp 3 là:

F(tuong23)  ( 8 , 345 1 , 52 ) 2bên 25 , 3688 [m2]

+ Diện tích bề mặt bên ngoài của lớp 3 ( coi bằng bề mặt ngoài của vỏ tôn bọc lò ) :

F(tuong3vo lò) F ngoài tuong  ( 8 , 5 1 , 72 ) 2bên 29 , 24 [m2]

+ Diện tích bề mặt trung bình của lớp thứ nhất ( lớp gạch samốt ) là:

i i

115 , 0

1

K F

R

lop bình trung samôt

samôt samôt

115 , 0

2

K F

R

lop bình trung điatômit

075 , 0

3

W

K R

F R

nhiêt

cách

bông

lop bình trung nhiêt

cách bông

nhiêt cách bông nhiêt