BÁO CÁO-NHÓM 6- LÒ ĐIỆN TRỞ - Copy

TỔNG QUAN: 1.1 Lò điện và đặc điểm của Lò điện: - Lò điện là thiết bị biến điện năng thành nhiệt năng dùng trong các quá trình công nghệ khác nhau như nung nóng hoặc nấu luyện các vật l

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU CHUYÊN NGHÀNH SILICAT

Đề tài:LÒ ĐIỆN TRỞ

GVHD: Lê Minh Sơn

Hồ Chí Minh, Ngày 08 tháng 11 năm 2016

2.1 Cấu tạo lò điện trở

2.1.1 Những yêu cầu cơ bản đối với cấu tạo lò điện trở

2.1.2 Vỏ lò

2.1.3.Lớp lót

2.1.4 Dây nung

III QUY TRÌNH HOẠT ĐỘNG

IV PHÂN LOẠI LÒ ĐIỆN TRỞ

V MÔ TẢ KẾT CẤU LÒ ĐIỆN TRỞ TRONG CÔNG NGHIỆP

VI CÔNG THỨC TÍNH TOÁN DÂY ĐỐT

VII ỨNG DỤNG

Phụ lục:

Hình ảnh:

Hình 2.1 Lò điện trở

Hình 4.1: Đồ thị nhiệt độ và công suất lò làm việc liên tục

Hình 4.2 Đồ thị nhiệt độ và công suất lò làm việc gián đoạn

Hình 5.1 Kết cấu của lò buồng

Hình 7.2 Lò điện sản xuất nhôm

Hình 7.3 Máy sấy thực phẩm 6 khay

I TỔNG QUAN:

1.1 Lò điện và đặc điểm của Lò điện:

- Lò điện là thiết bị biến điện năng thành nhiệt năng dùng trong các quá trình công nghệ khác nhau như nung nóng hoặc nấu luyện các vật liệu, các kim loại và các hợp kim khác nhau…

- Lò điện có ưu điểm:

+ Có khả năng tạo được nhiệt độ cao do nhiệt năng được tập trung trong thể tích + Tạo ra được tốc độ nung lớn do nhiệt năng tập trung, nhiệt độ cao

+ Đảm bảo nung đều, nung chính xác, dễ điều chỉnh chế độ điện và chế độ nhiệt của lò

+ Lò đảm bảo được độ kín, có khả năng nung trong chân không hoặc trong môi trường

có khí bảo vệ nên kim loại ít bị tổn hao

+ Có khả năng cơ khí hoá và tự động hoá quá trình chất dỡ liệu và vận chuyển vật phẩm

+ Đảm bảo được điều kiện lao động hợp vệ sinh: không có bụi, khói, ít tiếng ồn Điều kiện thao tác tốt, thiết bị gọn nhẹ

- Lò điện có nhược điểm:

+ Năng lượng điện đắt so với các năng lượng khác: than, dầu, khí

+ Yêu cầu người vận hành lò điện phải có trình độ cao, nghiệp vụ tốt

+ Sản xuất thép chất lượng cao

+ Nhiệt luyện và hoá nhiệt luyện

+ Nung các vật phẩm trước khi cán, rèn dập, kéo dây, kéo sợi.

- Trong công nghiệp hoá học lò điện được sử dụng để:

+ Sản xuất CaC2, SiC, B4C

+ Sản xuất CS2, C2H2

+ Sản xuất các kim loại kiềm thổ

- Trong các lĩnh vực công nghiệp khác:

+ Trong công nghiệp nhẹ và thực phẩm, lò điện được sử dụng để: sấy, mạ vật phẩm và chế biến thực phẩm

+ Trong các lĩnh vực khác, lò điện được sử dụng để sản xuất: gốm, sứ, thuỷ tinh, các loại vật liệu chịu lửa

- Ngoài ra, lò điện còn được sử dụng rộng rãi trong đời sống sinh hoạt: bếp điện, nồi cơm điện, bình nước nóng, thiết bị nung, rán, sấy điện

1.3 Các phương pháp biến đổi điện năng thành nhiệt năng:

- Điện năng được biến đổi thành nhiệt năng theo các phương pháp sau :

+ Phương pháp điện trở (Lò điện trở)

+ Phương pháp cảm ứng

+ Phương pháp hồ quang điện

+ Phương pháp điện môi

+ Phương pháp Plasma

II LÒ ĐIỆN TRỞ

Hình 2.1 Lò điện trở

- Lò điện trở là thiết bị biến đổi điện năng thành nhiệt năng thông qua dây đốt (dây điện trở) Từ đây dây đốt, qua bức xạ, đối lưu và truyền dẫn nhiệt, nhiệt năng được truyền tới vật cần gia nhiệt Lò điện trở thường được dùng để nung, nhiệt luyện, nấy chảy kim loại màu và hợp kim màu,…

2.1 Cấu tạo lò điện trở:

Lò điện trở thông thường gồm ba phần chính : vỏ lò, lớp lót và dây nung

2.1.1 Những yêu cầu cơ bản đối với cấu tạo lò điện trở

Những yêu cầu cơ bản đối với cấu tạo lò điện trở có những yêu cầu sau:

a Hợp lý về công nghệ

- Hợp lý về công nghệ có nghĩa là cấu tạo lò không những phù hợp với quá trình công nghệ yêu cầu mà còn tính đến khả năng sử dụng nó đối với quá trình công nghệ

khác nếu như không làm phức tạp quá trình gia công và tăng giá thành một cách rõ rệt Cấu trúc lò đảm bảo được các điều kiện như thế mới coi là hợp lý nhất Điều này đặc biệt quan trọng trong khi nhu cầu lò điện vượt xa khả năng sản xuất ra nó.

b Hiệu quả về kỹ thuật

- Hiệu quả về kỹ thuật là khả năng biểu thị hiệu suất cực đại của kết cấu khi các thông số của nó xác định (kích thước ngoài, công suất, trọng lượng, giá thành v.v )

- Đối với một thiết bị hoặc một vật phẩm sản xuất ra, năng suất trên một đơn vị công suất định mức, suất tiêu hao điện để nung v.v là các chỉ tiêu cơ bản của hiệu quả

kỹ thuật Còn đối với từng phần riêng biệt của kết cấu hoặc chi tiết, hiệu quả kỹ thuật được đánh giá bằng công suất dẫn động, mô men xoắn, lực v.v ứng với trọng lượng, kích thước hoặc giá thành kết cấu

lò đột ngột (nghĩa là phá huỷ chế độ làm việc bình thường của lò) có thể dẫn đến làm

hư hỏng sản phẩm, lãng phí nguyên liệu và làm tăng giá thành sản phẩm

- Một chỉ tiêu phụ thuộc về sự chắc chắn khi làm việc của một bộ phận đó của lò điện là khả năng thay thế nhanh hoặc khả năng dự trữ lớn khi lò làm việc bình thường Theo quan điểm chắc chắn, trong thiết bị cần chú ý đến các bộ phận quan trọng nhất, quyết định sự làm việc liên tục của lò Thí dụ: Dây nung, băng tải v.v

d Tiện lợi khi sử dụng:

Tiện lợi khi sử dụng nghĩa là yêu cầu:

- Số nhân viên phục vụ tối thiểu

- Không yêu cầu trình độ chuyên môn cao, không yêu cầu sức lực và sự dẻo dai của nhân viên phục vụ

- Số lượng các thiết bị hiếm và quý bị hao mòn nhanh yêu cầu tối thiểu

- Bảo quản dễ dàng Kiểm tra và sửa chữa tất cả các bộ phận của thiết bị thuận lợi

- Theo quan điểm an toàn lao động, điều kiện làm việc phải hợp vệ sinh và tuyệt đối an toàn

e Rẻ và đơn giản khi chế tạo

Về mặt này yêu cầu như sau:

- Tiêu hao vật liệu ít nhất, đặc biệt là các vật liệu quý và hiếm (các kim loại màu, các hợp kim có hàm lượng niken cao v.v )

- Công nghệ chế tạo đơn giản nghĩa là khả năng chế tạo phải sao cho ngày công ít nhất và tận dụng được các thiết bị, dụng cụ thông thường có sẵn trong các nhà máy chếtạo để gia công

- Các loại vật liệu và thiết bị yêu cầu để chế tạo phải ít nhất

- Sử dụng đến mức tối đa các kết cấu giống nhau và cùng loại để dễ dàng đổi lẫn nhau và thuận tiện khi lắp ráp

- Chọn hợp lý các dạng gia công để phù hợp với điều kiện chế tạo (đúc, hàn, đập)

Bỏ các chi tiết và các khâu gia công cơ khí không hợp lý

f Hình dáng bề ngoài đẹp.

- Mỗi kết cấu của thiết bị, vật phẩm, các khâu và các chi tiết phải có hình dáng và

tỉ lệ các cạnh phù hợp, dễ coi Tuy vậy cũng cần chú ý rằng, độ bền của kết cấu khi trọng lượng nhỏ và hình dáng bề ngoài đẹp có quan hệ khăng khít với nhau

- Việc gia công lần chót như sơn có vai trò đặc biệt quan trọng đối với hình dáng

bề ngoài của lò điện Song cũng cần tránh sự trang trí không cần thiết

2.1.2 Vỏ lò:

- Vỏ lò điện trở là một khung cứng vững, chủ yếu để chịu tải trọng trong quá trình làm việc của lò Mặt khác vỏ lò cũng dùng để giữ lớp cách nhiệt rời và đảm bảo

sự kín hoàn toàn hoặc tương đối của lò

- Đối với các lò làm việc với khí bảo vệ, cần thiết vỏ lò phải hoàn toàn kín, còn đối với các lò điện trở bình thường, sự kín của vỏ lò chỉ cần giảm tổng thất nhiệt và tránh sự lùa của không khí lạnh vào lò, đặc biệt theo chiều cao lò

- Trong những trường hợp riêng, lò điện trở có thể làm vỏ lò không bọc kín

- Khung vỏ lò cần cứng vững đủ để chị được tải trọng của lớp lót, phụ tải lò (vật nung ) và các cơ cấu cơ khí gắn trên vỏ lò

+ Vỏ lò chữ nhật thườnng dùng ở lò buồng, lò liên tục, lò đáy rung v.v

+ Vỏ lò tròn dùng ở các lò giếng và một vài lò chụp v.v

+ Vỏ lò tròn chịu lực tác dụng bên trong tốt hơn vỏ lò chữ nhật khi cùng một lượng kim loại để chế tạo vỏ lò Khi kết cấu vỏ lò tròn, người ta thường dùng thép tấm dày 3 - 6 mm khi đường kính vỏ lò là 1000 – 2000 mm và 8 – 12 mm khi đường kính

vỏ lò là 2500 – 4000 mm và 14 – 20 mm khi đường kính vỏ lò khoảng 4500 – 6500

mm

- Khi cần thiết tăng độ cứng vững cho vỏ lò tròn, người ta dùng các vòng đệm tăng cường bằng các loại thép hình

- Vỏ lò chữ ngật được dựng lên nhờ các thép hình U, L và thép tấm cắt theo hình dáng thích hợp Vỏ lò có thể được bọc kín, có thể không tuỳ theo 9 yêu cầu kín của lò Phương pháp gia công vỏ lò loại này chủ yếu là hàn và tán

2.1.3.Lớp lót

- Lớp lót lò điện trở thường gồm hai phần : vật liệu chịu lửa và cách nhiệt

- Phần vật liệu chịu lửa có thể xây bằng gạch tiêu chuẩn, gạch hình và gạch hình đặc biệt tuỳ theo hình dáng và kích thước đã cho của buồng lò Cũng có khi người ta đầm bằng các loại bột chịu lửa và các chất dính dết gọi là các khối đầm Khối đầm có thể tiến hành ngay trong lò và cũng có thể tiến hành ở ngoài nhờ các khuôn

- Phần vật liệu chịu lửa cần đảm bảo các yêu cầu sau :

+ Chịu được nhiệt độ làm việc cực đại của lò

+ Có độ bền nhiệt đủ lớn khi làm việc

+ Có đủ độ bền cơ học khi xếp vật nung và đặt thiết bị vận chuyển trong điều kiện làm việc

+ Đảm bảo khả năng gắn dây nung bền và chắc chắn

+ Có đủ độ bền hoá học khi làm việc, chịu được tác dụng của khí quyển lò và ảnhhưởng của vật nung

+ Đảm bảo khả năng tích nhiệt cực tiểu Điều này đặc biệt quan trọng đối với lò làm việc chu kỳ

-Phần cách nhiệt thường nằm giữa vỏ lò và phần vật liệu chịu lửa Mục đích chủ yếu của phần này là để giảm tổn thất nhiệt Riêng đối với đáy, phần cách nhiệt đòi hỏi phải có độ bền cơ học nhất định còn các phần khác nói chung không yêu cầu

- Yêu cầu cơ bản của phần cách nhiệt là :

+ Hệ số dẫn nhiệt cực tiểu

+ Khả năng tích nhiệt cực tiểu

+ Ổn định về tính chất lý, nhiệt trong điều kiện làm việc xác định Phần cách nhiệt có thể xây bằng gạch cách nhiệt, có thể điền đầy bằng bột cách nhiệt

a Yêu cầu về vật liệu làm dây nung:

- Trong lò điện trở, dây đốt là phần tử chính biến đổi điện năng thành nhiệt năng thông qua hiệu ứng Joule Dây đốt cần phải làm từ các vật liệu thoả mãn các yêu cầu sau:

+ Chịu được nhiệt độ cao,

+ Hợp kim: Cr-Ni, Cr-Al… với lò có nhiệt độ làm việc dưới 1200ºC;

+ Hợp chất: SiC, MoSi2 …với lò có nhiệt độ làm việc 1200ºC¸1600ºC;

Bảng 2-1 Một vài thông số cơ bản của vật liệu làm dây đốt lò điện trở

b Dây nung kim loại:

- Để đảm bảo yêu cầu của dây nung, trong hầu hết các lò điện trở công nghiệp,dây nung kim loại đều được chế tạo bằng các hợp kim Crôm - Nhôm và Crôm - Niken

+ Bị ôxy hoá mạnh trong môi trường khí quyển bình thường

-Dây nung kim loại thường được chế tạo ở dạng tròn và dạng bang

+ Dây nung dạng băng thường có dạng zíc-zắc, bước zíc-zắc h phụ thuộc vàochiều rộng b của băng:

h/b = 1.42.6.

+ Dây nung tròn thường ở dạng xoắn, bước h của dây nung xoắn thường phụ thuộc vào đường kính d của dây:

h/d = 3.24.8

c Dây nung phi kim loại :

- Dây nung phi kim loại thường có dạng thanh và ống

- Dây nung phi kim loại dùng phổ biến nhất là SiC, grafit và than

d Ngoài 3 phần chính của kết cấu lò còn có các thiết bị phụ như : Cửa lò, các thiết bị vận chuyển

III QUY TRÌNH HOẠT ĐỘNG

- Lò điện trở làm việc dựa trên cơ sở khi có một dòng điện chạy qua một dây dẫn hoặc vật dẫn thì ở đó sẽ toả ra theo một lượng nhiệt theo định luật Jun-Lenxơ:

Q=I2RT Q- Lượng nhiệt tính bằng Jun(J)

I- Dòng điện tính bằng Ampe(A)

R- Điện trở tính bằng Ôm

T- Thời gian tính bằng giây(S)

Từ công thức trên ta thấy điện trở R có thể đóng vai trò:

- Vật nung: Trường hợp này gọi là nung trực tiếp

- Dây nung: Khi dây nung được nung nóng nó sẽ truyền nhiệt cho vật nung bằng bức xạ, đối lưu, dẫn nhiệt hoặc phức hợp Trường hợp này gọi là nung gián tiếp

IV PHÂN LOẠI LÒ ĐIỆN TRỞ:

- Lò điện trở là thiết bị biến đổi điện năng thành nhiệt năng thông qua dây đốt (dây điện trở) Từ dây đốt, qua bức xạ, đối lưu và truyền nhiệt dẫn nhiệt, nhiệt năng được truyền tới vật cần gia nhiệt Lò điện trở thường dùng để nung, nhiệt luyện nấu chảy kim loại màu và hợp kim màu…

-Phân loại lò điện trở có nhiều cách :

1 Theo nhiệt độ làm việc của lò:

+ Lò làm việc gián đoạn

- Lò làm việc liên tục được cấp điện liện tục và nhiệt độ giữ ổn định ở một giá trịnào đó (hình 4.1 a) sau quá trình khởi động lò

- Khi khống chế nhiệt độ bằng cách đóng cắt nguồn ( hình 4.1 b )

a) b)Hình 4.1: Đồ thị nhiệt độ và công suất lò làm việc liên tục

- Lò làm việc gián đoạn thì đồ thị và nhiệt độ và công suất như hình 4.2

Hình 4.2 Đồ thị nhiệt độ và công suất lò làm việc gián đoạn

4 Theo kết cấu của lò :

- Lò buồng

- Lò giếng lò chụp, lò bể…

5 Theo mục đích sử dụng:

- Lò tôi

V MÔ TẢ KẾT CẤU LÒ ĐIỆN TRỞ TRONG CÔNG NGHIỆP:

- Các lò điện trở hiện dùng ở Việt Nam có nhiều kiểu loại và nguồn gốc khác nhau Đa phần là lò Liên Xô (cũ), một số khác của Đức, Tiệp, Hung v.v… và một số lòthí nghiệm hoặc lò công suất nhỏ dùng sấy, nung, nhiệt luyện của Mĩ, Pháp, ý, Nhật, Đài Loan v.v… Một số lò do Việt Nam thiết kế, chế tạo dựa theo tiêu chuẩn Liên Xô Nói chung các loại lò đều có kết cấu tương tự nhau với dải công suất từ vài kW đến hàng trăm kW và dải nhiệt độ dưới 20000C

- Lò buồng là loại lò vạn năng nhất (hình 5-1) Lò gồm buồng nung hình hộp chữ nhật với kích thước tuý công suất lò Buồng nung được lót cách nhiệt và tạo thành áo

lò, áo lò xây bằng gạch chịu lửa có nhiều lớp Lớp ngoài cùng bằng gạch samôt có độ cách nhiệt cao Bọc ngoài là vỏ tôn 3 dày 5 - 10 mm Đáy lò bằng thép chịu nhiệt, đúc liền hoặc ghép lại từ những miếng nhỏ hoặc đáy lò xây bằng gạch chịu lửa Thành trong của buồng lò có đặt dây đốt 5 Dây đốt có thể bố trí cả phía đáy và đỉnh Cửa lò tuỳ kiểu và công suất lò, Có thể mở bằng tay ( kiểu đòn bẩy hay có đối trọng ) hoặc bằng cơ cấu cơ khí 1 truyền động bằng động cơ điện Cửa lò, có thể có lỗ thăm để quansát phía trong lò Ngoài ra, lò còn có đầu ra của dây đốt 2, cửa khí 6 để dẫn khí bảo vệvào lò(do không khí dễ thâm nhập vào buồng lò qua cửa lò, gây hiện tượng xy hoá, thoát cabon của vật gia nhiệt), đầu đo nhiệt ở đỉnh lò hay bên hông

Hình 5.1 Kết cấu của lò buồng

Hình 5.2 Lò chụp1-Khung chụp; 2-Lớp lót chụp;3-Khung bệ; 4-Lớp lót bệ; 5,6-Dây đốt ở chụp;7-Dây đốt trên bệ; 8-Múp lò; 9-Cửa khí;10-Nhiệt kế (nhiệt động)

Hình 5.3 Lò muối

1-Đầu dây cấp điện; 2-Chụp lò; 3-Điện cực ;4-Vách Ngăn; 5-Lớp lót; 6-Vỏ bên trong; 7-Hỏa kế; 8-Vỏ bên ngoài

Hình 5.4 Lò giếng

1-Cơ cấu nắp quay; 2-Nắp quay; 3-Vỏ lò; 4-Lớp lót; 5-Các tấm dẫn hướng khí; 6-Vỏ lò; 7-Tấm đáy lò; 8-Dây đốt; 9-Đầu kiểm tra khí; 10-Cửa khí; 11-Đầu đo nhiệt

Hình 5.5 Một số cách bố trí dây đốt trong lò điện trở

a) Dây xoắn tròn đặt trong rãnh sâu ở lớp lót

b) Dây đặt trong rãnh ở đáy và thành lò

c) Phân bố dây đốt dẹt ở đáy thành và thành lò

d) Phân bố dây đốt dẹt ở đỉnh và đáy lò

e) Dây đốt đúc

VI CÔNG THỨC TÍNH TOÁN DÂY ĐỐT:

- Xuất phát từ năng suất lò ta tính ra công suất lò tiêu thụ từ lưới điện Năng suất lò:

Trong đó : M - Khối lượng vật gia nhiệt (kg);

t – thời gian gia nhiệt(s)

-Nhiệt lượng hữu ích cần cấp cho vật gia nhiệt:

Trong đó : c-Nhiệt dung riêng trung bình của vật gia nhiệt trong khoảng nhiệt

độ (t20-t10) , [J/kg.độ];

t1, t2-Nhiệt độ lúc đầu và gia nhiệt của vật gia nhiệt [0C]

-Công suất hữu ích của lò: