Thiết kế lò nung liên tục để nung thép cán

Nguyễn Đức Mỹ VLH – Nhiệt Luyện K47 7  tlt =2129,82[0C] b Nhiệt độ cháy thực tế của nhiên liệu - Trong thực tế nhiệt lượng sinh ra do đốt cháy nhiên liệu ngoài việc tăng nhiệt độ s

Trang 1

Nguyễn Đức Mỹ VLH – Nhiệt Luyện K47 1

TRƯỜNG ĐHBK HÀ NỘI CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Bộ Môn Kỹ Thuật Nhiệt Độc lập – Tự Do – Hạnh Phúc

THIẾT KẾ LÒ NUNG KIM LOẠI

Khoá : K47 Nghành : Vật liệu ; Khoa : Khoa học & Công nghệ Vật liệu

Đề tài đồ án : THIẾT KẾ LÒ NUNG LIÊN TỤC ĐỂ NUNG THÉP CÁN

I Những số liệu ban đầu :

- Nhiệt độ vào và ra lò của vật nung : tđầu = 200 C ; tcuối = 12000 C

- Nhiệt độ nung trước : + Không khí : tKK = 350 0C nung 100%

+ Nhiên liệu : tđầu = 1100C nung 100%

Nung 1 mặt , xếp 1 hàng phôi , nhiệt dung riêng của dầu CP= 2,17 [kJ /kg.K]

II Nội dung thiết kế :

1 Tính toán sự cháy của nhiên liệu

2 Tính thời gian nung kim loại

3 Cấu trúc lò , chọn vật liệu xây lò , tính cân bằng nhiệt

4 Tính thiết bị đốt nhiên liệu

5 Tính cơ học khí đườnng khói và đường cấp không khí

III Bản vẽ : 1 bản vẽ tổng thể của lò ( A 0 )

IV Thời gian thiết kế :

V Cán bộ hướng dẫn : Th.s Lại Ngọc Anh

Hà nội 29/12/2004

Trang 2

CHƯƠNG 1 : TÍNH TOÁN SỰ CHÁY CỬA NHIÊN LIỆU

1.1 Các số liệu ban đầu

- Nhiệt độ vào và ra lò của vật nung tđầu = 20 0C , tcuối = 1200 0C

- Nhiệt độ nung trước + không khí tkk = 350 0 C nung 100 %

+ nhiên liệu tdầu = 110 0 C nung 100 %

- Nung một mặt , xếp 1 hàng phôi , nhiệt dung riêng của dầu CP = 2,17 [kJ/kg.K]

1.2 Tính toán sự cháy của nhiên liệu

1.2.1 Tính nhiệt trị thấp của nhiên liệu

Qdt = 339Cd + 1030Hd - 109( Od - Sd) - 25 Wd [ kJ/kg]

Trong đó các trị số 339, 1030, là lượng nhiệt toả ra khi đốt cháy một đơn

vị [kg] cácbon (C) , Hiđrô (H) [kJ/kg]

Thay các giá trị trên vào công thức tính Q ta được

Qdt = 339x88.50 + 1030x5,4 - 109 ( 0 - 1,0) - 25 x 1,0 = 35647,5 [kJ/kg]

1.2.2 Chọn hệ số tiêu hao không khí n

Trong bản thiết kế này ta sử dụng dầu FO bằng mỏ phun thấp áp nên ta chọn hệ

số tiêu hao không khí n = 1,2

1.2.3 Bảng tính toán sự cháy của nhiên liệu ( Bảng 1.2)

Trang 3

Trang 4

Trang 5

1.2.5 Khối lƣợng riêng của sản phẩm cháy

3/

kg m ]

1.2.6 Nhiệt độ cháy của nhiên liệu

a) Nhiệt độ cháy lý thuyết

công thức tính nhiệt độ cháy của lý thuyết

tlt: nhiệt độ cháy lí thuyết của nhiên liệu

i1,i2:Entanpi của sản phẩm cháy tương ứng với nhiệt độ t1,t2[kg/m3tc]

Qdt : Nhiệt trị thấp của dầu FO, Qdt = 35647,5[kj/kg](xem I.1)

f : Tỷ lệ lung trước không khí f = 1(nung 100% không khí )

tnl : Nhiệt độ nung trước của nhiên liệu (dầu FO) tdầu=110%

cnl : Nhiệt dung riêng của nhiên liệu (dầu FO)

Trang 6

Từ bảng II2 ta có Ln = 11,206 [m3/kg]

 i =  35647,5 2,17.110 463,75.11, 206

3540,720 11,603

Ta phải tìm Entanpy của các khí thành phần ứng với hai nhiệt độ này

Theo bảng 16 trang 48[1] ta có entanpi của sản phẩm cháy ứng với t1 =21000Cvà

t2 = 22000C

Với các giá trị entanpi vừa tìm được ta có

- i1= i2100 =0,01(CO2.iCO2+ H2O.iH2O+N2.iN2 +O2.iO2+ SO 2.iSO2)

3 tc

Trang 7



tlt =2129,82[0C]

b ) Nhiệt độ cháy thực tế của nhiên liệu

- Trong thực tế nhiệt lượng sinh ra do đốt cháy nhiên liệu ngoài việc tăng nhiệt độ sản phẩm cháy còn thất thoát ra môi trường xung quanh Vậy nhiệt độ thực tế thấp hơn nhiệt độ lý thuyết vừa tính được

CHƯƠNG 2 TÍNH THỜI GIAN NUNG KIM LOẠI

2.1 Các số liệu ban đầu

- Năng suất của lò P = 9 t/h

Thành phần của sản phẩm cháy đã đượctính ở chương 1 bảng 1-2

Trang 8

2.2 Tính thời gian nung 2.2.1 Chọn giản đồ nung Để tránh gây ứng suất nhiệt bên trong kim loại và để có thể tăng tốc độ nung bằng cách chọn nhiệt độ lò lớn nhờ đó mà ta có thể rút ngắn thời gian nung vậy ta chọn giản đồ nung 3 giai đoạn ( giản đồ nung được trình bày ở hình H 2-1)

t2 k

tm3

t1k

Trong bản thiết kế này ta nung thép trong lò liên tục và sử dụng giản đồ nung 3 giai đoạn vậy dựa vào bảng 26 trang 65 [1] ta có thể chọn - Vùng sấy nhiệt độ từ 700 – 950 0 C ta chọn t1k = 700 0-C Hình 2-1 giản đồ nung 3 giai đoạn t4k t4 m t4t t2t t2m t3k tt3 1400 1200 1000 800 600 400 200

200

t1

t

=

t1

m

Thời gian sấy Thời gian nung Thời gian đoạn nhiệt

Trang 9

- Vùng nung nhiệt độ bắt đầu từ 1300 – 1350 ta chọn t2k = 1350 0C

- Nhiệt độ cuối vùng nung t

Nhiệt độ bề mặt của phôi ở đầu vùng đồng nhiệt tm3 = 1200 0C

t4m Nhiệt độ bề mặt của phôi ở cuối vùng đồng nhiệt t4m = 1200 0C

t2

t

Nhiệt độ tâm phôi ở cuối vùng sấy

t3t Nhiệt độ tâm phôi ở đầu vùng đồng nhiệt

t4t Nhiệt độ tâm phôi ở cuối vùng đồng nhiệt

Phôi vào lò có nhiệt độ t1

m

= tt1 = 20 0C Phôi được nung một mặt và được xếp 1 hàng phôi

Nhiệt độ tâm phôi được chọn theo độ chênh lệch nhiệt độ cho phép giữa bề mặt và tâm [t] = 15 [ 0C /dm ]

Phôi có chiều dày thấm nhiệt St =  S [m]

Trong đó

St : Chiều dày thấm nhiệt của phôi nung [m]

 : Hệ số không đối xứng do cấp nhiệt một phía nên  = 1

S : Chiều dày phôi , S = 0,11 [m]

 tt4 = 1200 – 16,5 = 1183,5 [0C]

Vậy tt4 = 1183,5 [0C]

2.2.2 Tính thời gian nung

a ) Các kích thước cơ bản của nội hình lò

- Chiều ngang lò được xác định theo công thức

B = n.l + (n – 1) c + 2.b [m] (2.1)

Trong đó

n : số dãy phôi n = 1

l : chiều dài phôi nung l = 2,4 [m ]

b : khoảng cách giữa đầu phôi và tường lò b = 0,25 (Bảng 29 trang [1]0

c : Khoảng cách giữa các dãy phôi c = 0 do n = 1

Vậy B = 1 x 2,4 + 0 + 2 x 0,25 = 2,9 [m]

Trang 10

B = 2,9 [m]

- Chiều cao lò

 Chiều cao vùng sấy Hs [m]

Chiều cao vùng sấy hiệu quả của vùng sấy được xác định theo công thức

 Chiều cao vùng nung Hn (m);

Chiều cao có hiệu của vùng nung được xác định theo công thức

 Chiều cao vùng đồng nhiệt Hđn [m]

Chiều cao có hiệu của vùng đồng nhiệt được xác định theo công thức ;

Trang 11

Hđntt =n Hđnch +S =1.0,987 +0,11 =1,097[m]

22.3.Tính thời gian nung phôi trong vùng sấy

- Nhiệt độ trung bình của sản phẩm cháy trong vùng sấy

2.2.3.1 Độ đen của sản phẩm cháy trong vùng sấy (k)

Độ đen của khí lò được xác định theo công thức :

ch

BH S

Trong đó

: Hệ số điền đầy khí trong lò thường lấy  = 0,9

B, HSch : chiều ngang và chiều cao có hiệu của vùng sấy

Trang 12

2 2

0,10,071,03

Ở nhiệt độ cao coi  đl =0,1bx do đó hệ số bức xạ tổng nhiệt là  =1,1 bx

Hệ số truyền nhiệt bức xạ xác định theo công thức:

Trong đó : t1,T2 - Nhiệt độ trung bình của môi trường lò 0C , K

t2,T2 - Nhiệt độ trung bình của bề mặt kim loại 0C, K

Cqd - Hệ số bức xạ qui dẫn ứng với nhiệt độ của môi trường lò

Thay số với t1=tktb =1025[0C]T1=1025+273=1298 K

t2=tmtb=407[0C] T2=407+273=680 K

Cqd =2,065 [w/m2.K4]

Trang 13

Trang 14

2.2.3.5 Các tiêu chuẩn nhiệt độ và nhiệt độ tâm phân phối cuối giai đoạn sấy ; a)_Tiêu chuẩn nhiệt độ bề mặt phôi nung :

Tiêu chuẩn nhiệt độ được xác định theo công thức

tm k m tb

Trang 15

Từ Bi= 0,191 và m=0,423 tra giản đồ hình 27[1] ta được

F0 = 4,15 :với Fo=4,15 và Bi =0,191 tra giản đồ hình 28[1] ta có t=0,5

Vậy nhiệt độ tâm chính xác của phôi thép cuối giai đoạn sấy được xác định theo công thức sau ; tt2 = tktb-t(tktb-tkđ)

2.2.3.6 Hệ số truyền nhiệt độ a (m 2 /h) trong vùng sấy

Hệ số truyền nhiệt độ được xác định theo công thức :

3, 6

.

tb p

 : Khối lượng riêng của thép = 7800[kg/m3]

CP: Tỷ nhiệt của thép xác định theo công thức sau ;

Trang 16



2

0

  T S

2.2.4.Tính thời gian nung phôi trong vùng nung (n [h] )

- Nhiệt độ trung bình của khí lò

- Ta đã chọn tk2= tk3 = 1350 0C do đó tktb =13500C

Nhiệt độ trung bình của bề mặt phôi trong giai đoạn nung

tmtb = tm2 +2

3( tm3 –tm2) Trong đó : tm2 =6000C , tm3 = 12000C

Mco2 =Pco2.Shq=0,14316.1,957=0,280[at.m]

Mh2o=PH2o.Shq=0,05349.1,957=0,105[at.m]

với nhiệt độ trung bình của sản phẩm cháy tktb =13500C[at.m]

- độ phát triển của trường lò

Độ phát triển của trường lò được xác định theo công thức

Trang 17

2.2.4.3 Hệ số trao đổi nhịêt tổng cộng

- Hệ số trao đổi nhiệt tổng cộng được xác định theo công thức

T1 Nhiệt độ trung bình của sản phẩm cháy trong vùng nung [K]

T2 Nhiệt độ ttrung bình của bề mặt phôi trong giai đoạn nung [K]

2.2.4.4 Các tiêu chuẩn nhiệt độ và nhiệt độ tâm phôi cuối giai đoạn nung

- Tiêu chuẩn nhiệt độ bề mặt phôi nung :

Trang 18

400 600 522,5 400

Từ giá trị m  0, 2 và Bi =0,677 Theo giản đồ hình 27[1] ta có

F0 =2,4 ; Từ giá trị Bi =0,677 và F0=2,4 theo giản đồ 28[1] ta có t  0, 28

Vậy nhiệt độ tâm phôi sơ bộ cuối giai đoạn nung là

Từ Bi =0,687và m 0,2 Theo giản đồ hình 27[1] ta có F0=2,4 với F0=2,4 và

Bi=0,687 theo giản đồ hình 28[1] tra được t 0,28 Vậy nhiệt độ chính xác tâm phôi cuối giai đoạn nung là :

0 3

tb t tb t



Trang 19

2.2.4.5 Hệ số dẫn nhiệt độ a [m 2 /h] trong vùng nung

- Hệ số nhiệt độ được tính theo công thức sau :

tklc : Nhiệt độ trung bình của phôi thép cuối vùng nung

tđkl : Nhiệt độ trung bình của phôi thép đầu vùng nung

i2 , i1 Entapy của thép ứng với nhiệt độ tklc tđkl

Dựa vào bảng 37[1] và dùng phương pháp nội suy ta được

1 548,333 600

1

.51,667100

T n

F S

h a

2.2.5 Tính thời gian đồng đều nhiệt độ (dn[h])

- Nhiệt độ bề mặt vật nung ở giai đoạn đoòng đều nhiệt (đồng nhiệt)

Trang 20

1110,025

.110,025200

20045,097[ / ]w m K

1183,5

.183,5200

Trang 21

itb Entanpy của thép ở nhiệt độ trung bình ttb=1164,508 0C

Tra bảng 37[1] và bằng phương pháp nội suy ta được

2.2.5.2 Thời gian đồng nhiệt

Từ tiêu chuẩn Furiê 0 . 2dn

t

a F S

 2dn 2.0,1750,35[ ]h

2.3.tổng thời gian nung phôi trong lò là

 S   n  1,091 1,037 0,352,478[ ]h

2.4.Xác định chiều dài của lò

Một lò có cấu trúc hợp lí cần phải bảo đảm tỷ lệ

n g



 Trong đó :

b : Chiều rộng của phôi b = 0,11

P : năng suất của lò P = 9 t/h = 9000kg/h

Trang 22

S : thời gian nung phôi trong cùng sấy S = 1,091 [h]

Trong đó Lsch – Chiều dài có hiệu của vùng sấy [m]

lK - Chiều dài có tiết diện của kênh khói [m]

Do nung phôi một mặt cho nên chiều dài thực tế của vùng sấy chính là chiều dài có

hiệu của vùng sấy L S t L S ch4,768[ ]m

2.4.2 Chiều dài vùng nung

2.4.3 Chiều dài vùng đồng nhiệt

- Chiều dài có hiệu của vùng đồng nhiệt

Các kích thước cơ bản của lò và thời gian nung được trình bày trong bảng sau :

Trang 23

CHƯƠNG 3 TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT XÁC ĐỊNH LƯỢNG DẦU TIÊU HAO

Khi chon vật liệu chịu lửa để xây lò phải căn cứ vào nhiệm vụ của lò (lò nung , lò

sấy) đặc điểm làm việc của lò (ổn định hay không ổn định ) Nhiệt độ làm việc và tính

chất của môi trường lò

Trang 24

- Các loại vật liệu xây lò đảm bảo những yêu cầu nêu trên được trình bày trong bảng dưới đây (bảng 3.2)

Lò nung liên tục có chế độ nhiệt và chế độ nhiệt ổn định Vì vậy lò nung liên tục không có tổn thất nhiệt do tích nhiệt cho tường lò (Trừ trường hợp lò làm việc lần đầu hoặc làm việc trở lại sau một thời gian nghỉ )

Để giảm tổn thất nhiệt do dẫn nhiệt qua tường lò , người ta có xu hướng tăng chiều dày tường lò khi vật liệu đã được chọn thích hợp

Điatômít 115

347

Trang 25

Gạch đỏ 232

Dựa vào kích thước nội hình lò , kích thước thể xây khoảng cách cửa ra liệu đến cuối

lò ta xác định được kích thước ngoại hình lò, các kích thước ngoại hình lò được trình bày trong bảng 3.3

Trang 26

Bảng 3.3 Kích thước ngoại hình lò

3.2 Tính cân bằng nhiệt

3.2.1 Các khoản thu nhiệt lượng:

3.2.1.1 Nhiệt lượng do đốt cháy dầu FO:

Qc=0,28.B.Qt [W]

Trong đó :

B : Lượng tiêu hao dầu FO [kg/h]

Qt : Nhiệt trị thấp của dầu FO : Qt = 35647,5 [kJ/kg]

0,28 : Hệ số chuyển đổi đơn vị

Qc=0,28.B Q1=0,28.B 35647,5 =9981,3B [W]

3.2.1.2 Nhiệt lượng do không khí nóng mang vào

Không khí được nung nóng sẽ mang vào lò một lượng nhiệt:

Vùng nung

Vùng đồng nhiệt

Toàn

Lò

Vùng sấy

Vùng nung

Vùng đồng nhiệt

Cả 3 vùng lò

Giá trị

[mm]

Trang 27

3.2.1.3 Nhiệt lượng do nung trước dầu FO

Theo bàI ra, dầu FO được nung trước 100% tới nhiệt độ tdầu=1100C

Qdầu=0,28.Cdầu.tdầu.B [W]

Trong đó:

Cdầu: Nhiệt dung riêng của dầu FO; Cdầu= 2,17 [kJ/kg.K]

tdầu: Nhiệt độ nung trước của dầu FO; tdầu=110 [ 0C]

Qdầu=0,28.2,17.110.B =66,836.B [W]

3.2.1.4 Nhiệt lượng do các phản ứng toả nhiệt :

Khi nung, kim loại bị oxy hoá Phản ứng oxy hoá kim loại là phản ứng toả nhiệt

Qtoả=0,28.a.q.P [W]

Trong đó :

a: Tỷ lệ kim loại bị oxy hoá khi nung trong lò

Đối với lò nhiệt luyện : a = 0,005 0,01

Đối với lò nung cán, rèn : a = 0,010,03 : Lờy a =0,02

q: Lượng nhiệt toả ra khi 1 kg sắt (Fe) bị oxy hoá ; q=5650[kJ/kg]

P: Năng suất lò ; P=9000[kg/h]

3.2.2 Các khoản chi nhiệt lượng:

3.2.2.1 Nhiệt lượng dùng để nung kim loại:

Trang 28

3.2.2.2 Lượng nhiệt tổn thất do đốt cháy không hoàn toàn hoá học

Khi đốt nhiên liệu có ngọn lửa lớn thường trong sản phẩm hay ra khỏi lò còn một

lượng khí CO và H2 chưa cháy hết do đó tạo lên tổn thất

Q2 =0,28.p.g.B.Vn[W]

Trong đó :

p =0,005 0,03 lấy dựa vào thiết bị đốt nhiên liệu mỏ đốt càng hoàn hảo thì giá trị p càng nhỏ Lò dùng mỏ phun thấp áp nên chon p =0,02

g : Nhiệt trị trung bình của các khí CO và H2; g = 12150 [kJ/m3]

Vn: Lượng sản phẩm cháy thực tế sinh ra khi đốt cháy 1 kg dầu FO

Qt : Nhiệt trị thấp của dầu FO ; Qdt =35647,5[kJ/kg]

K: Hệ số mất mát do cháy không hoàn toàn cơ học Với nhiên liệu lỏng : K=0,01

Q3=0,28.0,01.35647,5.B = 99,813.B[W]

3.2.2.4 Lượng nhiệt tổn thất do dẫn nhiệt qua các thể xây lò :

a) Tổn thất do dẫn nhiệt qua tường lò: (Q sấy tường ; Q nung tường ; Q đồngnhiệt tường )

Lượng nhiệt mất do dẫn nhiệt qua tường lò của mỗi vùng được tính theo công thức sau



1 λ

Wngoµi Wtrong t t

Trong đó :

giá trị của sản phẩm cháy (tktb) khoảng 50 [C]

Trang 29

450C) lấy tWngoài=45 0C

i : Chiều dày của lớp tường thứ i [m]

α : Hệ số truyền nhiệt đối lưu, thường α=11,63[W/m2

Định dạng
Số trang	59
Dung lượng	1,17 MB