Đồ án thiết bị lò nồi

Tính chất: nồi nấu kim loại để chứa kim loại lỏng trong lò nấu với đặc tính chịu được nhiệt độ cao và sự bám dính, ăn mòn của kim loại lỏng.. Vật liệu làm nồi phải có nhiệt độ nóng chảy

1. Chọn vật liệu và kích thước nồi làm nồi lò:

 Chọn vật liệu làm nồi: Graphite

Tính chất: nồi nấu kim loại để chứa kim loại lỏng trong lò nấu với đặc tính chịu được nhiệt độ cao và sự bám dính, ăn mòn của kim loại lỏng Vật liệu làm nồi phải có nhiệt độ nóng chảy cao hơn rất nhiều so với nhiệt độ của kim loại lỏng và

có cường độ cao ở nhiệt độ cao

Hiện nay có rất nhiều nhà cung cấp các loại nồi nấu kim loại bằng graphite Chúng ta chỉ cần chọn một cở lò có sẵn của nhà cung cấp dụa vào thể tích tính toán sơ bộ nồi

 Thể tích nồi lò nấu nhôm 200kg/mẻ

Khối lượng riêng của nhôm: 2,7g/cm3=2,7kg/dm3

Thể tích của 200kg nhôm lỏng trong nồi:

l d

m

7,2

200 =

=

=

.Thể tích của nồi nấu: thể tích kim loại lỏng trong lò chỉ chiếm 75% thể tích của lò để đảm bảo an toàn trong quá trình nấu

7475,

Công ty TNHH Quốc Tế Thế Long

Địa chỉ trang wed: http://www.thelong.com.vn/.

Trang tra cứu nồi nấu kim loại:

http://www.thelong.com.vn/product_detail.php?lang=vn&catid=48&id=858

- Hình dạng nồi:

Bảng tra cứu:

Mã số Chiều cao Đường kính vòng ngoài Độ dày Lượng chứa

- Chân đế đỡi nồi:

Hình dạng chân đế đỡi nồi:

Chân đế dùng để đỡ nồi nấu nhằm tránh cho nồi bị nứt vỡ, đảm bảo kỹ thuật

an toàn khi sử dụng nồi nấu chảy kim loại

Hãng sản xuất: MOREX (Nhật Bản)

Vật liệu: Graphite

Bảng tra cứu chân đế đỡi nồi:

Mã số Đường kínhvòng ngoài Chiều cao - Mã số Đường kínhvòng ngoài Chiều cao

 Chiều đường kính đáy lò D:

D=2L+d2=2×100+545=745mm

 Chiều cao của buồng lò H

Chọn chiều cao h3 của tường lò:

Chiều cao h3 của tường lò phải thỏa một số yêu cầu sau:

• Không quá thấp để tránh mất nhiệt lớn do bức xạ khi mở nắp lò,và đảm bảo đối lưu không khí tốt trong quá trình nấu luyện

• Không quá cao vì khó thao tác trong quá trình chất liệu cũng như lấy kim loại lỏng ra ngoài

Với kích thước đường kính đáy lò như trên D=745mm và chiều cao đế đở 200mm, nồi lò 730mm ta chọn chiều cao h3=200mm

mm h

h h

 Gạch vát dao:

3.2. Chiều dày thể xây lò:

(Tra cứu bảng phụ lục 1.4b trong sách Đồ án Thiết Kế Công Nghệ Và Thiết Bị Luyện Kim- tr157)

 Thể xây tường

Với các thông số:

- Tường lò có chiều cao >1m

- Nhiệt độ làm việc <1200OC

Ta có chiều dày thể xây tường: mm

Lớp gạch chiệu lửa Lớp cách nhiệt

Được xây bằng gạch vát dao tiêu chuẩn

Ngoài ra cò có lớp bông cách nhiệt:bông ceramit dày 50mm

Đáy lò được xây bằng gạch bằng tiêu chuẩn.

3.3.1. Xác định lại chiều cao của tường lò H:

 Chiều cao xơ bộ của tường lò H=1130mm

Số lớp gạch xây:

84,4233

11303

Chiều dày nắp:

mm nap=65×2+1+50+5=186δ

Đường kính:

mm D

D nap= tuong = 1157

.Giữa nắp có lỗ thót khí và giúp thao tác trong quá trình nấu luyện không cần mở nắp lò giảm mất nhiệt

3.3.3. Kích thước của đáy:

Chiều dày đáy:

2715636531

4. Xác định chế độ nhiệt và giản đồ nung:

4.1. Xác định chế độ nhiệt: (Lò Công Nghiệp-Phạm Văn Trí)

Lò nồi nấu nhôm có 200kg/mẻ, công suất 1000kg/10h

Nhiệt đô nóng chảy của nhôm 660OC

 Nhiệt độ của làm việc của lò >600OC⇒

lò làm việc theo chế độ nhiệt bức xạ là chủ yếu

 Lò thuộc loại lò điện trở nấu chảy kim loại, đây điện trở đặt trên tường lò gần xác nồi lò ⇒

 Năng suất của lò:

h kg

Liệu là nhôm sạch không bị ẩm nên không cần xấy trước, nhiệt độ ban đầu của liệu bằng nhiệt độ phòng 35oC

 Giản đồ nung:

5. Tính toán cân bằng nhiệt của lò:

 Nhiệt để nung liệu lên 660OC

)(6

,3

1

đ c

WTrong đó:

nhiệt dung trung của liệu

C kg kJ

6,31

,3891006,3

,01006,3

1)(6

,3

 Nhiệt mất qua thể xây lò:

(Tra bảng phụ lục 1.4c/tr158 sách Đồ án Thiết kế Công nghệ và Thiết bị

Luyện kim)

Thông số

Gạch Hệ số dẫn nhiệt (λ,W /m.o C) Nhiệt dung C,(kJ/kg.o C)

Khối lượng riêng,

)/(kg m3

Bảng thông số kỹ thuật của gạch samot C, samot nhẹ,gạch cao nhôm xốp nhẹ, bông ceramit, thép.

 Lượng nhiệt mất qua thể xây đáy:

Vì nhiệt ít mất qua đáy nên thể xây đáy không cần dày như thể xây tườngThể xây đáy gồm 4 lớp gạch: 1 lớp chiệu nhiệt samốt C 65mm, 3 lớp cách nhiệt samốt nhẹ 65×3=195, bên ngoài có lớp thép dày 5mm, lớp vữa dày 3mm giữ các lớp gạch Để dễ tính toán ta bỏ qua lớp vữa và lớp thép

Mật độ dòng nhiệt truyền qua đáy:

2 2

3 2

1 1

2 1

d d

d d

d d

d d

t t t t q

λ

δλ

=

.W/m2.Trong đó:

t1, td2 ,td3 là nhiệt độ tại các vị trí trên hình vẽ

d

t t

×+

2

3500022

,0225,00,00022t+

2

++

d2 4 - 3 2

d2 4 - 3 2

t10

×1.1+0,229

1019535

t103,2+0,9816

1065

q

W/m.oC

096,16805

,110

955,

3 2

2 1 1

3

247,0

10195033

,1

1065

35880

m W t

t q

d

d d d

d

×+

×

−

=+

−

λ

δλ

δ

.Diện tích mặt đáy:

Fd=π( 2

R+r

10778,510

×372,5 -3+ × -3

)2=1,04m2

W F

q

Q d = d× d =992×1,04=1032

⇒

 Tính toán mất nhiệt qua nắp lò:

Nắp lò được xây bằng gạch cao nhôm xốp dày 65×2mm, trên có lớp bông ceramit dày 50mm, ngoài cùng là lớp thép 5m, ở giữa có lỗ để thoát khí và thao tác trong quá trình nấu luyện, trên lỗ có tấm đậy dễ tránh mất nhiệt.Để dễ tính toán, ta

bỏ qua lớp vữa, lớp thép và xem như tấm đậy có chiều dài bằng với nắp nên xem như thoát nhiệt tại lỗ bằng với các vị trí khác trên nắp

Mật độ dòng nhiệt truyền qua nắp lò:

2 2

3 2

1 1

2 1

n n

n n

n n

n n n

t t t t q

λ

δλ

=

.W/m2.Trong đó:

tn1, tn2 ,tn3 là nhiệt độ tại các vị trí trên hình vẽ

3 2

2 1 1

3

085 , 0

10 50 65

, 1

10 130

35 880

m W t

t q

n

n n n

n n

× +

×

−

= +

−

λ

δλδ

Fn=Fd=1,04m2

W F

q

Q n = n× n =1267×1,04=1318

 Mất nhiệt qua tường lò:

Tường lò gồm 4 lớp: lớp gạch samotC chịu lửa dày 115mm, 2 lớp gạch chiệu nhiệt samót nhẹ 115×2mm, lớp bông ceramit cách nhiệt 50mm và ngoài cùng

là lớp thép 5mm, giửa các lớp gạch có lớp vữa để kết dính dày 3mm

Để dễ trong quá trình tính toán ta bỏ qua lớp vữa và lớp thép

Nhiệt độ mặt trong của lò bằng nhiệt độ làm việc của lò:

ttrong=880oC

Nhiệt độ mặt ngoài của lò bằng nhiệt độ của môi trường:

tngoài =350C

4 3

2

3 2

3 2

1

2 1

2 1

ln2

1ln

2

1ln

2

1

r r

t t r r

t t r r

t t

q L

πλπλ

3 2 1

2 1

4 1

ln2

1ln

2

1ln

2

1

r

r r

r r

r

t t

q L

πλπλ

5,767ln132,02

15

,487

5,717ln48,02

15

,372

5,487

ππ

π

3610W/mLượng nhiệt mất mát qua tường lò:

W L

q

2

10 1622 10

1165 ( 3610

3 3

=

× +

0 100 100

Trong đó:

Tlò: nhiệt độ bên trong của lò:Tlò=880+273=1153oK

To: nhiệt độ không khí ngoài lò:To=35+273=308oK

Co: hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối Co = 5,67 W/(m2.K4)

115367

,5

4 4

Hệ số thời gian mở của Ψ

nằm trong khoảng 0-1 tùy thuộc vào quy trình công nghệ

chuki

mocua Z

Z

=Ψ

.

Do lò nấu luyện kim loại nên trong quá trình nấu có nhiều thao tác phải mở nắp lò: cho thời gian mở nắp trong 1 mẻ nấu là 25phút

2,0602

 Tổng lượng nhiệt mất của lò:

∑Q chi =Q naukl+Q tx +Q c +Q khac

 Bảng nhiệt chi của lò:

2 Nhiệt mất qua thể xây

kW W

Q

Q chi = thu =49263 ≈50

6. Tính toán dây điện trở:

(Tham khảo sách Lò Công Nghiệp-Phạm Văn Trí)

A. Các số liệu bang đầu:

- Công suất của lò Plò=Qthu=50kW

- Chọn cách đấu dây điện trở đấu sao

.7,163

- Nhiệt độ làm việc của lò 8800C

- Lò làm việc theo chế độ làm việc liên tục

- Vị trí lấp đây điện trở trong lò: do lò có nhiệt độ làm việc không quá cao nên dây điện trở được lắp ở tường lò

B. Tính toán dây điện trở:

a. Diện tích đặt dây điện trở:

Do tường lò có hình trụ tròn nên diện tích mặt trong của tường lò được tính theo công thức:

H D

F T =π× ×

m2.Trong đó D đường kính trong của tường lò,D=745mm=0,745m

H chiều cao của tường lò, H=1165mm=1,165m

273,2165,1745,

= v

t

oC

td nhiệt độ của dây điện trở

tv nhiệt độ cao nhất của vật nung

C

d = 880 + 100 = 980

.Tra bảng 7.1 sách Lò Công Nghiệp-Phạm Văn Trí ta chọn được vật liệu làm dây điện trở

Chọn dây điện trở làm bằng Nirôm-X20H80T có các thông số kỹ thuật:Vật liệu Trọng

lượng riệng ở

o,Ω 2/ρ

Hệ số nhiệt điện trở

3

10

α

Nhiệt

độ chảy lỏng, oC

Nhệt độ làm việc cực đại,oC

Nhiệt độ làm việc t,oCLiên tục Gián đoạn

Nirôm-X20H80T

d. Xác định công suất bề mặt riêng của dây điện trở lí tưởng:

Tra hình 7.10 sách Lò Công Nghiệp- Phạm Văn Trí Với nhiệt độ của dây

td=1050oC, và nhiệt độ làm việc của lò 880oC

Wlt=5(W/cm2)

e. Tính công suất bề mặt riêng đơn vị của tường lò:

67,35

32,18)

1

lt

r T r

T

W

P P

.Chọn loại dây điện trở tiết điện tròn kiểu xoắn

f. Các thông số cấu trúc của dây điện trở:tra hình 7.7 sách Lò Công Nghiệp-Phạm

Văn Trí ta có:

Dây tiết diện tròn kiểu xoắn lò xo

8600

100100

4 4

qd lt

T T

C W

W/cm2.

=5 W/cm2

Td nhiệt độ dây điện trở:Td=1050+273=1323oF

Tv nhiệt độ bề mặt vật nung: Tv=880+273=1153oF

1153100

1323

86005

Dây điện trở trò kiểu xoắn: t/d=2, và αhq=0,32

 αr: hệ số xét đến ảnh hưởng của cấu trúc dây điện trở:

Giá trị xét trong hình 7.13a

2

54510

=

⇒αp

W=

32,065,011

5× × × ×

=1,04 W/cm2

g. Chọn sơ đồ đấu dây:

Chọn đấu tải hình sao

P3p=Plò=50kW

Ppha=

.67,163

503

U

P

04.1.220

67,16.27,1.10.4

10

2 2 2

2 5

3

2 2 2

2 5

ρ

m W

U P

04,1.27,1.4

220.67,16.10

.4

.10

3

2

2 3

π

Vì ta chọn loại dây diện trở tiết diện tròn kiểu xoắn lò xo nên với đường kính dây d=6,5mm là quá lớn

Ta không chọn kiểu đấu dây 3 tải đấu sao

 Phương án đấu dây tải đấu sao, mỗi tải gồm 2 nhánh song song.

W P

U

P

04.1.220

33,8.27,1.10.4

10

2 2 2

2 5

3

2 2 2

2 5

ρ

m W

U P

04,1.27,1.4

220.33,8.10

.4

.10

3

2

2 3

π

.Dây có đường kính 4mm có thể dùng kiểu xoắn lò xo Ta chọn phương án đấu dây này

h. Dự kiến bố trí và cấu trúc dây điện trở.

Chọn đường kính vòng xoắn D tra bảng 7.3

Nhiệt độ dây dưới 1000oC

(D/d)max=10⇒D=d×10=4×10=40mm

Chìu dài một vòng xoắn: lvx=πD=40π=126mm

+ Số vòng soắn của 1 nhánh:

vòng l

l N

Với t=2d=2×4=8mm

L=484×8=2420mm=2,42m chiều dài của dây hợp lý để đưa vào lò

i. Tính khối lượng của dây điện trở.

Đôi với 1 nhánh:

kg l

d

4

)104(

.4

2 3 2

7. Thiết bị đo lường và điều kiển nhiệt độ của lò:

Đo nhiệt độ: cặp nhiệt điên đặt ở nốc lò

Điều kiển nhiệt độ: sữ dụng biến thế, thay đổi điện thế làm thay đổi công suất của lò.