Đang tải... (xem toàn văn)
Kết quả là lớp bị biến dạng dẻo và biến cứng có độ cứng cao tới 600HB, có tính chống mài mòn rất cao, hơn nữa trong quá trình làm việc nếu lóp cũ bị mòn đi thì lớp mới lại bị biến dạng dẻo và hóa bền. Về mặt này thép Hadfield tốt hơn hẳn các thép được tôi hóa bề mặt hoặc hóa nhiệt luyện. Do có tổ chức Astenit, thép có độ dai cao, độ bền tốt ϭb =8001000MPa; ϭ0,2= 450500MPa, δ= 5060%, αk= 2000 kjm2, nên có thể làm việc tốt dưới tải trọng va đập. Tính chống va đập đạt giá trị cao nhất khi tổ chức hoàn toàn austenite, sau khi đúc, ngoài austenite vẫn còn có mangan cacbit tiết ra (do lượng Mn và C của thép cao) Muốn hòa tan hết số cacbit này phải nung nóng thép đến 105011000C, giữ nhiệt rồi làm nguội nhanh trong nước (tôi), tổ chức austenite được cố định lại hoàn toàn ở nhiệt độ thường
1 Tìm hiểu hợp kim đúc Vật liệu sử Mơ đun đàn hồi Giới hạn chảy Hệ số poisson Khối lượng dụng riêng Thép hadfield 210GPa 550MPa 0,266 7860 Kg/m3 C: 1,3%, Mn 13% 1,3%C 13%Mn, kí hiệu 130Mn13Đ Tổ chức austenite (do Mn nguyên tố mở rộng vùng α) độ cứng thấp khoảng 200HB, độ dẻo dai cao Khi làm việc bị ma sát với tải lớn, bề mặt thép bị biến dạng dẻo, xảy hai trình sau: - Biến cứng biến dạng nguội, mạng tinh thể austenite bị xô lệch, hạt bị chia nhỏ thành tổ chức siêu hạt Tạo thành mactenxit tác dụng ứng suất cao, phần austenite chuyển biến thành mactenxit gọi mactenxit biến dạng Do lượng cacbon thép cao nên mactenxit tạo thành có độ cứng cao Kết lớp bị biến dạng dẻo biến cứng có độ cứng cao tới 600HB, có tính chống mài mịn cao, trình làm việc lóp cũ bị mịn lớp lại bị biến dạng dẻo hóa bền Về mặt thép Hadfield tốt hẳn thép tơi hóa bề mặt hóa nhiệt luyện Do có tổ chức Astenit, thép có độ dai cao, độ bền tốt ϭb =800-1000MPa; ϭ0,2= 450500MPa, δ= 50-60%, αk= 2000 kj/m2, nên làm việc tốt tải trọng va đập Tính chống va đập đạt giá trị cao tổ chức hồn tồn austenite, sau đúc, ngồi austenite cịn có mangan cacbit tiết (do lượng Mn C thép cao) Muốn hòa tan hết số cacbit phải nung nóng thép đến 1050-11000C, giữ nhiệt làm nguội nhanh nước (tôi), tổ chức austenite cố định lại hồn tồn nhiệt độ thường Tính toán thời gian nhiệt luyện Thời gian nung mẻ đầu tiên: Τ1 = 0,1×K1×K2×K3×D = 0,1×4×2×1,4×75= 84 phút Do thép hợp kim cao nên phải nung phân cấp, ta chọn thời gian 120 phút Thời gian nung tính từ mẻ thứ 2: Lúc nhiệt độ lị ≈ 7000C đưa sản phẩm vào lị ta giữ nhiệt khoảng thời gian nung tiếp Giả sử thời gian 70 phút Thời gian giữ nhiệt tính theo chiều dày nung 75mm (tra bảng 4.18): Τ2 = 75 phút Thời gian lấy sản phẩm làm nguội bố trí sản phẩm vào lò: Τ3 = phút Tổng thời gian mẻ : 150 phút = 30 phút Ttâm Năng suất yêu cầu: Tấn/12 => yêu cần mẻ phải lớn Tmặt 833 Kg Một đĩa nặng 216 Kg lần phải nhiệt luyện > Ta chọn nhiệt luyện tấm/mẻ Bố trí sản phẩm lị kích thước sơ Kích thước sơ nội hình lị Chiều rộng lò B B= n.d + (n-1)c +2.b Chiều dài lò L L= n.l + (n-1)s +2.b Thay số vào ta được: B= 1×660+ 0×0 + 2×100 = 860mm L=2×960+(2-1)×100+2×100=2220m Chiều cao lị tra bảng: H= 670 mm n: số phôi xếp theo chiều rộng dài lị l: chiều dài phơi nung d: chiều rộng phôi nung c: khoảng cách hàng phôi : 50mm b: khoảng cách từ phôi đến tường lò : 100mm s: khoảng cách phơi: 100mm Để thuận lợi q trình thiết kế, tính tốn mua lị, ta chọn lại theo kích thước tiêu chuẩn phổ biến 1050x2400x830mm Kích thước sơ ngoại hình lị (lớp gạch thể xây) : Tường lò xung quanh: lò buồng dùng để nhiệt luyện chi tiết nên không trực tiếp tiếp xúc kim loại lỏng, nhiệt độ lại không cao nên ta xây tường không cần dày, giảm lượng nhiệt tích qua thể xây Độ dày tường lị 389 mm (115 mm gạch samot , 230 mm gạch cách nhiệt, 50mm bơng ceramic ) Hình Thể xây tường lò Đáy lò di động dày: Do lượng nhiệt chủ yếu tác động vào lị nên đáy lị khơng cần q dày làm tăng khối lượng cho động kéo Đáy lò dày 269 mm (65mm gạch samot , 195 mm gạch cách nhiệt) Nóc lị: nơi nhận lượng nhiệt lớn xạ vào vật nung cần có lớp chịu lửa dày Ta dùng cao nhôm xốp để giảm khối lượng cho vịm lị Nóc dày 419 mm (230mm cao nhôm xốp, 130mm gạch cách nhiệt, 50mm ceramic) Hình Thể xây đáy lị Hình Thể xây lị Ta chọn loại lị có thơng số sau: Tmax °C 1280 Kích thước nội hình (mm) Rộng Dài Cao 1050 2400 830 Thể tích 1890 Kích thước ngoại hình (mm) Rộng Dài Cao 1828 3178 1518 Tải trọng (tấn) 2000 Tính tốn cân nhiệt a Nhiệt Chi - Nhiệt nung vật phẩm: 1 𝑄𝑛𝑢𝑛𝑔 = 𝐺𝐶(𝑡𝑔𝑐 − 𝑡𝑔𝑑 ) = (6 × 216 × 0,502(1100 − 30) = 77348 𝑊 3,6 3,6 × 2,5 - Nhiệt xạ lúc mở cửa lò lấy sản phẩm: 𝑇1 𝑇0 ) −( ) ]×𝐹×τ 𝑄𝑏𝑥 = 𝐶0 ɛ [( 100 100 Trong ɛ = 5,67 (W/m3) C0 = 0,865 + 0,00021t = 1,096 F= Fđáy + Fcửa = (1,050× 2,4) + (1,050×0,83) = 3,39 m2 Lượng nhiệt xạ là: 1373 303 ) −( ) ] × 3,39 × = 3735995 J 𝑄𝑏𝑥 = 1,096 × 5,67 [( 100 100 Qbx (cần tính) = - 𝛴𝑄𝑏𝑥 𝜏𝑞𝑢á 𝑡𝑟ì𝑛ℎ = 3735995 = 24906 𝑊 150 Nhiệt dẫn nhiệt qua thể xây lò: 𝑡𝑡 − 𝑡𝑘𝑘 1100 − 30 𝐹𝑡 = × 17,1 = 16306 W 𝑆1 𝑆2 𝑆𝑛 0,116 0,232 0,050 + + + 𝑅𝑛𝑔 + + + 0,06 𝜆1 𝜆2 𝜆𝑛 1,404 0,423 0,116 𝑡𝑡 − 𝑡𝑘𝑘 1100 − 30 = 𝐹𝑡 = × 5,8 = 4949 𝑊 0,233 0,220 𝑆1 𝑆2 𝑆𝑛 + + 0,06 + + + 𝑅𝑛𝑔 1,404 0,385 𝜆1 𝜆2 𝜆𝑛 = 20%𝑄𝑡ườ𝑛𝑔 = 3261 𝑊 𝑄𝑡ườ𝑛𝑔 = 𝑄𝑛ó𝑐 𝑄đá𝑦 Qthể xây = Qnóc + Qtường + Qđáy = 16306+4949+3261 = 24516 W - - Nhiệt nung đỡ dây chằng 𝐺𝑔 𝐶𝑔 (𝑡𝑔𝑐 − 𝑡𝑔𝑑 ) 400 × 0,48 × (1100 − 30) 𝑄11 = = = 22826 𝑊 3.6 𝜏𝛴 3.6 2,5 Nhiệt mát khác: Qmất = 5% ΣQ = 7480 W b Nhiệt Thu Nhiệt cơng suất điện lị Nhiệt Thu Từ cơng suất điện lị Qc= P (W) Nhiệt Chi Nhiệt lượng nung vật phẩm Nhiệt xạ lúc mở cửa Nhiệt dẫn nhiệt qua thể xây lò Nhiệt nung đỡ dây chằng Nhiệt khác Tổng thu Tổng nhiệt chi G C(t c − t d ) 3,6τΣ 𝑇1 𝑇0 = 𝐶0 ɛ [( ) −( ) ]×𝐹 100 100 Qnung = 𝑄𝑏𝑥 Q𝑡ℎể 𝑥â𝑦 = Q11 t t − t kk Ft S1 S2 Sn + + + R ng λ1 λ2 λn Gg Cg (t cg − t dg ) = 3.6 τΣ Qmất = 5% ΣQ 7480 W Qnung = 77348 𝑊 Qbx = 24906 W Qthể xây = 24516 W Q11 = 22826 W Qmất = 7480 W ΣQchi ≈ 159 kW Cân nhiệt: ΣQthu= ΣQchi = 159 kW Tính tốn thiết bị điện cho lị a Tính tốn dây điện trở Chọn loại dây nung Do lò làm việc liên tục nhiệt độ 11000C, môi trường khơng khí nên ta chọn dây điện trở sau Vật liệu Trọng lượng Điện trở Hệ số Nhiệt độ Nhiệt độc làm Nhiệt độ làm riêng 20oC suất 0oC nhiệt điện chảy lỏng việc cực đại việc liên tục (g/cm3) Ωmm2/m trở α.103 7,2 1,42 0,022 626 (OX27 5A) o C 1525 o C 1250 o C 1150 Chọn cách bố trí dây điện trở Ta bố trí vào mặt bên tường lị (khơng bố trí vào mặt cửa lị) Tính cơng suất bề mặt riêng tường lò 𝑃𝑇𝑟 = 𝑃𝑙ò 𝐹𝑇 = 159 4,856 = 32,74 𝑘𝑊/𝑚2 Công suất bề mặt riêng dây điện trở lý tưởng (bảng 7.10 sách lị cơng nghiệp) Ứng với nhiệt độ lị 11000C nhiệt độ cực đại dây nung 12500C Ta Wlt = W/cm2 Tính cơng suất bề mặt riêng đơn vị tường lò 𝑃𝑇𝑟 (1) 𝑃𝑇𝑟 32,74 = = = 6,54 𝑊𝑙𝑡 Ta đối chiếu với bảng 7.5 để chọn loại dây tiết diện tròn kiểu quấn quanh thân ống gốm Phương pháp đấu dây Ta chọn nguồn đấu – tải đấu hình (Plị = 3Ptải) Giả sử cơng suất điện lò đạt 100% Ptải (mỗi nhánh) = 𝑃𝑙ò = 159 = 53 𝑘𝑊 Utải (mỗi nhánh) = 220V Tính cơng suất bề mặt dây: W = Wlt.αc.αr.αp.αhq = 5×1×1×1×0,32 = 1,6 W/cm2 Các hệ số αc, αr , αp , αhq tra từ đồ thị Tính tiết diện độ dài dây Tiết diện dây tính theo cơng thức sau: 𝑑=√ 105 𝜌𝑃2 105 × 1,45 × 532 =√ = 12,9 𝑚𝑚 𝜋 𝑈2 𝑊 𝜋 2202 1,6 Độ dài dây (1 pha): 𝑙=𝑑= √ 10 × 53 × 2202 10 𝑃 𝑈 √ = = 81,9 𝑚 4𝜋 𝑊 𝜌 4𝜋 × 1,62 × 1,45 Dự kiến bố trí cấu trúc dây điện trở Đường kính vịng xoắn D/d=9 => D = 116,1 mm Chiều dài vòng xoắn lvx = 𝜋.D = 257,3 mm Số vòng xoắn nhánh Nvòng = l/lvx = 319 vòng Chiều dày nhánh xoắn dây L = Nvòng.t = 319×(2×12,9)= 8230 mm Có tất nhánh, ta bố trí sau: chiều dài nội hình lị 2400mm, vách tường bên ta bố trí gốm ngang dài 2060 mm.( thuộc nhánh nhánh 2, lại thuộc nhánh số 3) Riêng với mặt tường lò đối diện cửa (nhánh 3) ta bố trí gốm dọc với chiều dài 685 mm Tính khối lượng dây điện trở 𝑔=( 𝜋𝑑 𝜋(12,9 × 10−3 )2 𝑙) 𝜌 = ( 81,9) 7200 = 77,07 𝑘𝑔 4 Khối lượng dây cho pha 3×77,07 =231,2 kg Phương án 2: dùng dây dích dắt Tính cơng suất bề mặt dây: W = Wlt.αc.αr.αp.αhq = 5×1×1×1×0,32 = 3,4 W/cm2 Các hệ số αc, αr , αp , αhq tra từ đồ thị Tính tiết diện độ dài dây Tiết diện dây tính theo công thức sau: 𝑑=√ 105 𝜌𝑃2 105 × 1,45 × 532 =√ = 10 𝑚𝑚 𝜋 𝑈2 𝑊 𝜋 2202 3,4 Độ dài dây: 10 × 53 × 2202 10 𝑃 𝑈 𝑙=𝑑= √ =√ = 49,6 𝑚 4𝜋 𝑊 𝜌 4𝜋 × 3,42 × 1,45 Dự kiến bố trí cấu trúc dây điện trở Chiều cao dích dắt H =200 mm Khoảng cách trục dích dắt e =12,5 mm Độ dài bước dích dắt = 425 mm Số bước dích dắt nhánh = 49,6/0,425 = 117 bước Chiều dày nhánh uốn dây L = 117×12,5 = 1462,5 mm Có tất nhánh, ta bố trí sau: o bên tường lò bên nhánh dài 1465 mm, cao 200mm o Tường lò đối diện cửa lò ta bố trí hàng ngang, dài 732mm Tính khối lượng dây điện trở 𝑔=( 𝜋𝑑 𝜋(7 × 10−3 )2 𝑙) 𝜌 = ( 71,5) 7200 = 19,81 𝑘𝑔 4 Khối lượng dây điện cho pha 60kg Phương án 3: đấu song song tải/pha Phương pháp đấu dây: Ta chọn nguồn đấu – tải đấu hình (2 nhánh/ pha): Plị = 6Ptải Giả sử cơng suất điện lò đạt 100% Ptải (mỗi nhánh) = 𝑃𝑙ò = 159 = 26,5 𝑘𝑊 Utải (mỗi nhánh) = 220V Tính tiết diện độ dài dây Tiết diện dây tính theo cơng thức sau: 𝑑=√ 105 𝜌𝑃2 105 × 1,45 × 26,52 =√ = 8,1 𝑚𝑚 𝜋 𝑈2 𝑊 𝜋 2202 1,6 Độ dài dây (1 nhánh): 10 × 26,5 × 2202 10 𝑃 𝑈 𝑙=𝑑= √ =√ = 65 𝑚 4𝜋 𝑊 𝜌 4𝜋 × 1,62 × 1,45 Dự kiến bố trí cấu trúc dây điện trở Đường kính vịng xoắn D/d=9 => D = 72,9 mm Chiều dài vòng xoắn lvx = 𝜋.D = 229 mm Số vòng xoắn nhánh Nvòng = l/lvx = 284 vòng Chiều dày nhánh xoắn dây L = Nvịng.t = 284×(2×8,1)= 4600 mm Có tất nhánh, ta bố trí sau: Vách tường bên ta bố trí 18 gốm đứng cao 660 mm.( 14 thuộc pha, lại thuộc pha 3) Riêng với mặt tường lò đối diện cửa (nhánh 3) ta bố trí gốm đứng với chiều dài 660 mm Tính khối lượng dây điện trở 𝑔=( 𝜋𝑑 𝜋(8,1 × 10−3 )2 𝑙) 𝜌 = ( 65) 7200 = 24,1 𝑘𝑔 4 Khối lượng dây cho pha là: 6×24,1 = 144,7 kg Tóm tắt lại ta thống kê sau: Phương án Đấu - dây xoắn quanh ống gốm Thông số Σ Chiều dài dây Đấu dây quấn dích dắt Đấu sao, pha nhánh dây xoắn quanh ống gốm 24690mm 4387,5 mm 27600 Đường kính dây 12,9 mm 10 mm 8,1 mm Σ khối lượng dây 231,2 Kg 60 kg 144,7 kg pha (đã xoắn) b Thiết bị đo điều khiển nhiệt độ lò Thiết bị đo: sử dụng cặp nhiệt điện bố trí phía lò gần khu vực cửa lò Thiết bị điều khiển nhiệt độ: Dùng điều khiển nhiệt kĩ thuật số có tích hợp hệ thống điều khiển cơng suất Cơ chế hoạt động điều khiển: Ở giá trị nhiệt độ định, cặp nhiệt điện sinh dòng điện tương ứng (2-10 V) Dòng điện vào điều khiển kĩ thuật số đối chiếu với giá trị nhiệt độ thiết lập từ trước, nhiệt độ lò nhiệt độ thiết lập, hệ thống tính tốn giảm mức cơng suất cho nhiệt độ lị dao động xung quanh nhiệt độ thiết lập (sai số nhiệt độ tùy thuộc vào thiết bị) Chi phí cho điều khiển nhiệt độ khoảng 400 nghìn đến 2tr tùy nhà sản xuất, phổ biến dễ tìm ... 2400mm, vách tường bên ta bố trí gốm ngang dài 2060 mm.( thuộc nhánh nhánh 2, lại thuộc nhánh số 3) Riêng với mặt tường lò đối diện cửa (nhánh 3) ta bố trí gốm dọc với chiều dài 685 mm Tính khối lượng... bước dích dắt nhánh = 49,6/0,425 = 117 bước Chiều dày nhánh uốn dây L = 117×12,5 = 1462,5 mm Có tất nhánh, ta bố trí sau: o bên tường lị bên nhánh dài 1465 mm, cao 200mm o Tường lò đối diện cửa... Ptải (mỗi nhánh) =