Tiểu Luận Môn Học Lò Điện Trở TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG TIỂU LUẬN MÔN HỌC LÒ ĐIỆN TRỞ Đề Tài TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LÒ ĐIỆN NUNG GỐM, SẢN PHẨM LÀ BÁT ĂN CƠM, CÔNG SUẤT 500 CHIẾCMẺ. Lời Mở Đầu Trong thực tế công nghiệp và sinh hoạt hàng ngày, năng lượng nhiệt đóng một vai trò rất quan trọng. Năng lượng nhiệt có thể được dùng để nung nóng, sấy khô... Vì vậy việc sử dụng nguồn năng lượng này một cách hợp lý và có hiệu quả là rất cần thiết. Lò điện trở được ứng dụng rất rộng rãi trong công nghiệp vì đáp ứng được nhiều yêu cầu thực tiễn đặt ra. Từ xa xưa, các sản phẩm bằng gốm sứ là các vật dụng không thể thiếu đối với người dân Việt Nam. Ngày nay, ngoài việc sử dụng trong cuộc sống hàng ngày, gốm sứ còn có nhiều ứng dụng trong xây dựng, trang trí nhà cửa, làm sứ cách điện, hay trong một số ngành công nghiệp khác. Trên khắp đất nước Việt Nam có rất nhiều làng nghề sản xuất đồ gốm với hàng trăm năm lịch sử. Các lò nung gốm tại đây sử dụng nhiều công nghệ cũ, lạc hậu. Vì vậy chất lượng sản phẩm còn thấp, ít có tính cạnh tranh, và mang lại hiệu quả kinh thế chưa cao. Hiện nay, sử dụng lò nung gốm sử dụng điện đang là hướng đi mới cho các làng nghề sản xuất gốm sứ với nhiều ưu điểm mang lại. Trong tiểu luận này em xin trình bày về “Tính toán và thiết kế lò điện nung gốm, với sản phẩm là bát ăn cơm”. Bài tiểu luận được chia thành ba phần chính: I. Công Nghệ Sản Xuất Gốm Sứ II. Cấu Trúc Của Lò Và Tính Cân Bằng Nhiệt III. Tính Toán Dây Điện Trở Và Tính Toán Chi Phí Kinh Tế Trong quá trình tìm hiểu do lượng kiến thức và kinh nghiệm thực còn hạn chế nên bài tiểu luận không tránh khỏi những sai sót và hạn chế. Mong thầy (cô) có thể góp ý thêm cho chúng em. Em xin chân thành cảm ơn Nội Dung CHƯƠNG 1: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GỐM SỨ 1.1. CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GỐM SỨ Công nghệ sản xuất gốm sứ bao gồm 5 năm công đoạn: 1.1.1. Gia công và chuẩn bị phối liệu. Trong công nghệ gốm sứ, gia công và chuẩn bị phối liệu giữ một vai trò rất quan trọng vì nó tạo điều kiện cải thiện nhiều tính chất của nguyên phối liệu cũng như của chất lượng sản phẩm nung. Quá trình gia công và chuẩn bị phối liệu bao gồm: làm giàu và tuyển chọn nguyên liệu, gia công thô các loại nguyên liệu, gia công tinh (nghiền mịn) nguyên liệu và phối liệu, chuẩn bị phối liệu theo yêu cầu từng loại sản phẩm phù hợp với các phương pháp tạo hình khác nhau. a) Nghiền Phối liệu gốm sứ được tạo hình từ nguyên liệu dạng bột mịn, do yêu cầu về tính chất và phạm vi sử dụng, mỗi loại sản phẩm đòi hỏi một mức độ nghiền nguyên liệu nhất định. Độ mịn càng cao thì bề mặt riêng của phối liệu càng lớn. Khi nung, các phản ứng giữa các hạt xảy ra dễ dàng hơn. Khả năng phản ứng giữa các hạt vật chất có độ mịn cao tiến hành thuận lợi vì tổng diện tích tiếp xúc lớn. Kỹ thuật nghiền được chia thành 3 loại: Nghiền thô, nghiền trung bình và nghiền mịn. Về phương thức nghiền có thể tiến hành nghiền riêng hay nghiền chung, về phương pháp nghiền có thể nghiền ướt hay nghiền khô, nghiền gián đoạn hay nghiền liên tục. Công nghệ gốm thô phần lớn là nghiền thô và nghiền trung bình. Sản xuất gốm mịn thì cần cả hai loại trên, song chủ yếu là nghiền mịn. Thực tế, giữa gia công và chuẩn bị phối liệu không tồn tại một ranh giới rõ ràng, nghiền là một mắt xích trong công đoạn chuẩn bị phối liệu. Cơ sở để lựa chọn loại nghiền và phương thức nghiền, thiết bị nghiền, chế độ nghiền phải dựa trên các đặc tính của nguyên liệu, loại sản phẩm và tính chất mong muốn của sản phẩm. Nghiền thô và nghiền trung bình: là nghiền nguyên liệu ở dạng cục lớn đến độ hạt nhỏ hơn 1mm để đưa vào máy nghiền mịn. Nghiền mịn: yêu cầu của nghiền mịn là kích thước hạt liệu sau khi nghiền phải ≤ 63 (µm) (tức qua mắt sàng 10.000 lỗcm2 ) trong đó cỡ hạt từ 1÷20 µm phải chiếm đa số. Nguyên liệu nạp vào máy nghiền mịn thường có độ hạt 1mm. Công nghiệp gốm sứ phổ biến là dùng máy nghiền bi và nghiền phớt. b) Chuẩn bị phối liệu Đạt độ chính xác cao nhất về thành phần hóa học và tỉ lệ các loại cỡ hạt, thành phần phối liệu và các tính chất kỹ thuật của nó ở các khâu khác nhau trong dây chuyền công nghệ đảm bảo đúng tính chất cần mong muốn của các loại sản phẩm sau khi nung. Đạt được độ đồng nhất cao về thành phần hóa học, thành phần độ hạt; lượng nước tạo hình, chất điện giải hay các loại phụ gia khác…. Muốn đạt được các yêu cầu trên cần hiểu biết kỹ về các đặc tính của các loại nguyên liệu (bao gồm cả các đặc tính kỹ thuật của máy móc, thiết bị). Căn cứ vào chỉ tiêu chất lượng của loại sản phẩm, ta tiến hành: Tính phối liệu nguyên liệu và lựa chọn dây chuyền và công nghệ tối ưu. c) Kiểm tra kỹ thuật phối liệu Phối liệu được chuẩn bị xong, trước khi đem đi tạo hình phải kiểm tra kỹ thuật. Nếu phối liệu không đúng yêu cầu, nhất thiết phải xử lý lại; tuyệt đối không đem phối liệu không đạt các tính năng kỹ thuật đưa sang khâu tạo hình. Nội dung kiểm tra bao gồm: Kiểm tra độ chính xác và tính đồng nhất về thành phần hóa học, về thành phần độ hạt và độ ẩm. Kiểm tra màu sắc đất mộc sau khi nung. Kiểm tra một số tính chất kỹ thuật của phối liệu ở nhiệt độ thường: độ dẻo, cường độ mộc, độ co sấy… Kiểm tra các tính chất của phối liệu ở nhiệt độ cao (chủ yếu là ở nhiệt độ nung). 1.1.2. Tạo hình Sản phẩm gốm sứ muôn hình muôn vẻ về hình dáng và kích thước. Hình dáng và kích thước của gốm xây dựng được quyết định bởi chức năng của nó trong từng công trình, do điều kiện và khả năng thi công và do đặc tính kỹ thuật của nguyên phối liệu quyết định. Mục đích của khâu tạo hình là thỏa mãn các chỉ tiêu về kích thước, hình dạng hình học, độ đồng nhất của bán thành phẩm và của sản phẩm. Muốn đạt được điều đó cần hiểu biết đầy đủ về lý thuyết tạo hình, đồng thời cần nghiên cứu, chế tạo được các loại máy tạo hình chuyên dùng thích hợp cho mỗi loại sản phẩm. Tạo hình gồm có các kiểu sau: Đổ rót sản phẩm rỗng (hồ thừa); Đổ rót sản phẩm đặc (rót đầy); Xoay trên máy (loại đầu nén); Xoay trên máy (loại dao bản) ,(kể cả vuốt, gắn ráp bằng tay); Ép bán khô; Ép dẻo; Nện dập thủ công. 1.1.3. Sấy sản phẩm. Quy trình sấy gồm 3 gia đoạn: • Giai đoạn 1: Đốt nóng sản phẩm, (lúc này giữ độ ẩm của không khí nóng khoảng 80 đến 90 %). Thời gian tăng nhiệt độ của không khí từ 20(oC) đến 50(oC) trong khoảng 10 (h); • Giai đoạn 2: Nhiệt độ của không khí (môi chất sấy) giữ ở 50(oC), giảm độ ẩm của không khí sấy từ 85% xuống 75% và giữ không đổi cho đến cuối giai đoạn II. Ở giai đoạn này nhiệt độ bầu ẩm giữ khoảng 45(oC), nhiệt độ của sản phẩm khoảng 43(oC). Thời gian của giai đoạn này kéo dài khoảng 50(h); • Giai đoạn 3: Sấy kết thúc. Độ ẩm của môi chất sấy (không khí) điều chỉnh để giảm từ 75% xuống 20% sau 5(h) tiếp theo. Sau đó từ giờ thứ 65 đến giờ thứ 90 độ ẩm của không khí giảm từ 20% đến 10%. Nhiệt độ của phòng sấy tăng từ 50(oC) lên 76(oC) với tốc độ tăng 5(oCh) và giữ nguyên ở nhiệt độ đó cho đến lúc kết thúc. Nhiệt độ của sản phẩm lúc này đạt 70(oC), nhiệt độ của bầu ẩm giảm từ 45(oC) xuống 40(oC). 1.1.4. Tráng men sản phẩm. Men là một lớp thủy tinh có chiều dày 0,15 ÷ 0,4 (mm) phủ lên bề mặt xương gốm sứ. Lớp thủy tinh này hình thành trong quá trình nung và có tác dụng làm cho bề mặt sản phẩm trở thành sít đặc, nhẵn, bóng. Nhờ vậy, men có ảnh hưởng rõ rệt đến việc tăng độ bền hóa, bền cơ và bền điện của sản phẩm, đồng thời nó còn có ý nghĩa lớn đối với việc trang trí sản phẩm. Bản chất men là một lớp thủy tinh nên các thông số đặc trưng của men cũng tương tự như thủy tinh: Độ nhớt: Độ nhớt của men thay đổi dần theo nhiệt độ, nhiệt đô tăng, độ nhớt giảm và ngược lại. Sức căng bề mặt: sức căng bề mặt tác dụng lên ranh giới của pha lỏng theo chiều hướng thu nhỏ mặt pha lỏng. Sự giãn nở của men: Sự giãn nở của men được biểu thị bằng sự giãn nở của vật khi nâng thêm một độ, gọi là hệ số giãn nở. Quá trình giãn nở nhiệt của men cũng tương tự như thủy tinh, khi làm nguội men xuống dưới điểm chuyển hóa thì men sẽ đóng rắn. Hệ số giãn nở của men phải tương đương với xương sứ. Lớp trung gian giữa xương và men, vai trò và sự tạo thành lớp này: tất cả các loại men trong quá trình nung đều có gắn ít hoặc nhiều tới xương sản phẩm. W.Steger cho rằng khi nung, men cần phải tạo ra giữa xương và men một lớp trung gian hay là lớp quá độ. Lớp này trong một chừng mực nào đó góp phần điều hòa ứng lực xuất hiện giữa xương và men, và có tác dụng giảm bớt ứng lực. Lớp trung gian này càng dày thì xương và men càng phù hợp với nhau. Sự hình thành lớp trung gian phụ thuộc vào thành phần xương và men, nhiệt độ nung sản phẩm. Độ cứng của men: độ cứng của men được xác định thông qua độ bền chống lại đường vạch (vết xước), độ lún. Tính chất cách điện của men: Nhiệm vụ của men là phải đảm bảo tính cách điện tốt và chống được hiện tượng bong men, nứt men khi các chi tiết sứ cách điện làm việc. Độ bền hóa: là tác dụng của men chống lại sự ăn mòn của môi trường (ẩm CO2) cũng như của axit và kiềm loãng. 1.1.5. Nung sản phẩm. Nung là khâu quan trọng trong kỹ thuật sản xuất gốm sứ vì nó ảnh hưởng quyết định đến chất lượng và giá thành sản phẩm. Để sản phẩm nung đạt chất lượng cao phải làm chủ được kỹ thuật nung, nghĩa là hiểu cặn kẽ cơ sở lý thuyết quá trình nung để xây dựng được chế độ nung tối ưu cho từng loại sản phẩm. Cơ sở lý thuyết của quá trình nung: Quá trình nung là quá trình không thuận nghịch và hầu như không đạt được sự cân bằng pha, (không thực hiện đến cùng) nên sản phẩm gốm sứ chỉ nung đến kết khối. Hiện tượng kết khối: Kết khối là quá trình giảm bề mặt (bên trong và bên ngoài hay ở chỗ tiếp xúc với nhau) của các phần tử vật chất do xuất hiện hay phát triển mối liên kết giữa các hạt, do sự biến mất của các lỗ xốp trong vật liệu để hình thành một khối với thể tích bé nhất. Quá trình giảm bề mặt ngoài xảy ra đồng thời với sự xuất hiện hay tăng cường cầu nối giữa các hạt vật thể dưới tác dụng của áp suất hay nhiệt độ. a) Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nung và chất lượng sản phẩm Thành phần hóa học: Trong quá trình nung, trong sản phẩm sẽ xảy ra các phản ứng hóa học phức tạp giữa các oxyt bazơ và oxyt axit. Kích thước và thành phần hạt trong sản phẩm. Mật độ của bán thành phẩm. Nhiệt độ nung cực đại và thời gian lưu: nhiệt độ nung lợp lý (tmax) và thời gian lưu là yếu tố rất cơ bản, có ảnh hưởng quyết định đến chất lượng sản phẩm nung. Nhiệt độ nung hợp lý có thể tính toán được khi biết thành phần hóa học. Trong thực tế người ta thường xác định nhiệt độ nung bằng thực nghiệm khi nghiên cứu nung thô các mẫu nhỏ. Tốc độ nâng và giảm nhiệt độ : Nói chung sản phẩm lớn có thành dầy, hình dạng phức tạp thì phải nâng nhiệt độ từ từ, loại sản phẩm bé, thành mỏng, hình dạng đơn giản thì cho phép nâng nhiệt độ nhanh. Môi trường khí. Tác dụng của chất phụ gia: Chất phụ gia cải thiện được phần nào chất lượng sản phẩm theo ý muốn. b) Kỹ thuật nung Xếp vật nung trên xe goòng: Đối với những vật nung cần có bao nung thì phải chọn đúng loại bao nung cho vật nung, xếp vật nung vào bao và đặt các bao nung trên xe goòng đúng kỹ thuật. Đối với những vật nung được xếp trực tiếp trên xe goòng phải đảm bảo sự vững chắc của vật nung, thông gió tốt, đảm bảo nhiệt độ phân bố đều và áp suất trong lò theo ý muốn. Thành lập được chế độ nung hợp lý để tiến hành điều khiển quá trình nung theo chế độ nhiệt độ cho trước, xác định đúng tốc độ nâng nhiệt độ, việc phân chia giai đoạn và định môi trường cho các giai đoạn đó, quy định tốc độ làm nguội cho các khoảng nhiệt độ lúc làm nguội. Phần này căn cứ vào lý thuyết, vào tính chất kỹ thuật của nguyên liệu, vào cấu trúc của lò nung cụ thể. Qua việc trình bày cơ sở lý thuyết của quá trình sản xuất gốm sứ, ta có sơ đồ minh họa toàn bộ công nghệ tạo hình và nung gốm sứ: (xem hình 1.1). Hình 1.1: Sơ đồ công nghệ sản xuất gốm sứ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG TIỂU LUẬN MƠN HỌC LỊ ĐIỆN TRỞ Đề Tài: TÍNH TỐN THIẾT KẾ LỊ ĐIỆN NUNG GỐM, SẢN PHẨM LÀ BÁT ĂN CƠM, CÔNG SUẤT 500 CHIẾC/MẺ Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Thị Thu Hà Nhóm sinh viên thực hiện: Ngô Văn Dũng – 18819120010 Mai Ngọc Tú – 18819120038 Đặng Đình Trường – 18819120004 Phan Văn Sơn – 18819120006 Lớp: Nguyễn Văn Đương – 18819120042 D13_Điện Lạnh Hà Nội, tháng 10 năm 2021 Mục Lục Tiểu Luận Môn Học: Lị Điện Trở Lời Mở Đầu Trong thực tế cơng nghiệp sinh hoạt hàng ngày, lượng nhiệt đóng vai trị quan trọng Năng lượng nhiệt dùng để nung nóng, sấy khơ Vì việc sử dụng nguồn lượng cách hợp lý có hiệu cần thiết Lò điện trở ứng dụng rộng rãi cơng nghiệp đáp ứng nhiều u cầu thực tiễn đặt Từ xa xưa, sản phẩm gốm sứ vật dụng thiếu người dân Việt Nam Ngày nay, việc sử dụng sống hàng ngày, gốm sứ cịn có nhiều ứng dụng xây dựng, trang trí nhà cửa, làm sứ cách điện, hay số ngành công nghiệp khác Trên khắp đất nước Việt Nam có nhiều làng nghề sản xuất đồ gốm với hàng trăm năm lịch sử Các lò nung gốm sử dụng nhiều cơng nghệ cũ, lạc hậu Vì chất lượng sản phẩm cịn thấp, có tính cạnh tranh, mang lại hiệu kinh chưa cao Hiện nay, sử dụng lò nung gốm sử dụng điện hướng cho làng nghề sản xuất gốm sứ với nhiều ưu điểm mang lại Trong tiểu luận em xin trình bày “Tính tốn thiết kế lò điện nung gốm, với sản phẩm bát ăn cơm” Bài tiểu luận chia thành ba phần chính: I II III Cơng Nghệ Sản Xuất Gốm Sứ Cấu Trúc Của Lị Và Tính Cân Bằng Nhiệt Tính Tốn Dây Điện Trở Và Tính Tốn Chi Phí Kinh Tế Trong trình tìm hiểu lượng kiến thức kinh nghiệm thực hạn chế nên tiểu luận khơng tránh khỏi sai sót hạn chế Mong thầy (cơ) góp ý thêm cho chúng em Em xin chân thành cảm ơn! Nhóm SVTH: Nhóm 3 Lớp: D13_Điên Lạnh Tiểu Luận Mơn Học: Lị Điện Trở Nội Dung CHƯƠNG 1: CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT GỐM SỨ 1.1 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GỐM SỨ Công nghệ sản xuất gốm sứ bao gồm năm công đoạn: 1.1.1 Gia công chuẩn bị phối liệu Trong công nghệ gốm sứ, gia công chuẩn bị phối liệu giữ vai trị quan trọng tạo điều kiện cải thiện nhiều tính chất nguyên phối liệu chất lượng sản phẩm nung Q trình gia cơng chuẩn bị phối liệu bao gồm: làm giàu tuyển chọn nguyên liệu, gia công thô loại nguyên liệu, gia công tinh (nghiền mịn) nguyên liệu phối liệu, chuẩn bị phối liệu theo yêu cầu loại sản phẩm phù hợp với phương pháp tạo hình khác Nghiền a) Phối liệu gốm sứ tạo hình từ nguyên liệu dạng bột mịn, yêu cầu tính chất phạm vi sử dụng, loại sản phẩm đòi hỏi mức độ nghiền nguyên liệu định Độ mịn cao bề mặt riêng phối liệu lớn Khi nung, phản ứng hạt xảy dễ dàng Khả phản ứng hạt vật chất có độ mịn cao tiến hành thuận lợi tổng diện tích tiếp xúc lớn Kỹ thuật nghiền chia thành loại: Nghiền thơ, nghiền trung bình nghiền mịn Về phương thức nghiền tiến hành nghiền riêng hay nghiền chung, phương pháp nghiền nghiền ướt hay nghiền khơ, nghiền gián đoạn hay nghiền liên tục Công nghệ gốm thô phần lớn nghiền thơ nghiền trung bình Sản xuất gốm mịn cần hai loại trên, song chủ yếu nghiền mịn Thực tế, gia công chuẩn bị phối liệu không tồn ranh giới rõ ràng, nghiền mắt xích cơng đoạn chuẩn bị phối liệu Cơ sở để lựa chọn loại nghiền phương thức nghiền, thiết bị nghiền, chế độ nghiền phải dựa đặc tính nguyên liệu, loại sản phẩm tính chất mong muốn sản phẩm - Nghiền thơ nghiền trung bình: nghiền ngun liệu dạng cục lớn đến độ hạt nhỏ - 1mm để đưa vào máy nghiền mịn Nghiền mịn: yêu cầu nghiền mịn kích thước hạt liệu sau nghiền phải ≤ 63 (µm) (tức qua mắt sàng 10.000 lỗ/cm2 ) cỡ hạt từ 1÷20 [µm] phải chiếm đa số Nguyên liệu nạp vào máy nghiền mịn thường có độ hạt 1[mm] Cơng nghiệp gốm sứ phổ biến dùng máy nghiền bi nghiền phớt Nhóm SVTH: Nhóm Lớp: D13_Điên Lạnh Tiểu Luận Mơn Học: Lị Điện Trở b) Chuẩn bị phối liệu Đạt độ xác cao thành phần hóa học tỉ lệ loại cỡ hạt, thành phần phối liệu tính chất kỹ thuật khâu khác dây chuyền cơng nghệ đảm bảo tính chất cần mong muốn loại sản phẩm sau nung Đạt độ đồng cao thành phần hóa học, thành phần độ hạt; lượng nước tạo hình, chất điện giải hay loại phụ gia khác… Muốn đạt yêu cầu cần hiểu biết kỹ đặc tính loại nguyên liệu (bao gồm đặc tính kỹ thuật máy móc, thiết bị) Căn vào tiêu chất lượng loại sản phẩm, ta tiến hành: Tính phối liệu nguyên liệu lựa chọn dây chuyền công nghệ tối ưu c) Kiểm tra kỹ thuật phối liệu Phối liệu chuẩn bị xong, trước đem tạo hình phải kiểm tra kỹ thuật Nếu phối liệu không yêu cầu, thiết phải xử lý lại; tuyệt đối không đem phối liệu khơng đạt tính kỹ thuật đưa sang khâu tạo hình Nội dung kiểm tra bao gồm: - Kiểm tra độ xác tính đồng thành phần hóa học, thành phần độ hạt - độ ẩm Kiểm tra màu sắc đất mộc sau nung Kiểm tra số tính chất kỹ thuật phối liệu nhiệt độ thường: độ dẻo, cường độ - mộc, độ co sấy… Kiểm tra tính chất phối liệu nhiệt độ cao (chủ yếu nhiệt độ nung) 1.1.2 Tạo hình Sản phẩm gốm sứ mn hình mn vẻ hình dáng kích thước Hình dáng kích thước gốm xây dựng định chức cơng trình, điều kiện khả thi cơng đặc tính kỹ thuật nguyên phối liệu định Mục đích khâu tạo hình thỏa mãn tiêu kích thước, hình dạng hình học, độ đồng bán thành phẩm sản phẩm Muốn đạt điều cần hiểu biết đầy đủ lý thuyết tạo hình, đồng thời cần nghiên cứu, chế tạo loại máy tạo hình chuyên dùng thích hợp cho loại sản phẩm Tạo hình gồm có kiểu sau: - Đổ rót sản phẩm rỗng (hồ thừa); Đổ rót sản phẩm đặc (rót đầy); Xoay máy (loại đầu nén); Nhóm SVTH: Nhóm Lớp: D13_Điên Lạnh Tiểu Luận Mơn Học: Lị Điện Trở - Xoay máy (loại dao bản) ,(kể vuốt, gắn ráp tay); Ép bán khô; Ép dẻo; Nện dập thủ công 1.1.3 Sấy sản phẩm Quy trình sấy gồm gia đoạn: • Giai đoạn 1: Đốt nóng sản phẩm, (lúc giữ độ ẩm khơng khí nóng khoảng 80 đến 90 %) Thời gian tăng nhiệt độ khơng khí từ 20(oC) đến 50(oC) khoảng 10 (h); • Giai đoạn 2: Nhiệt độ khơng khí (mơi chất sấy) giữ 50(oC), giảm độ ẩm khơng khí sấy từ 85% xuống 75% giữ không đổi cuối giai đoạn II Ở giai đoạn nhiệt độ bầu ẩm giữ khoảng 45(oC), nhiệt độ sản phẩm khoảng 43(oC) Thời gian giai đoạn kéo dài khoảng 50(h); • Giai đoạn 3: Sấy kết thúc Độ ẩm môi chất sấy (khơng khí) điều chỉnh để giảm từ 75% xuống 20% sau 5(h) Sau từ thứ 65 đến thứ 90 độ ẩm khơng khí giảm từ 20% đến 10% Nhiệt độ phòng sấy tăng từ 50(oC) lên 76(oC) với tốc độ tăng 5(oC/h) giữ nguyên nhiệt độ lúc kết thúc Nhiệt độ sản phẩm lúc đạt 70(oC), nhiệt độ bầu ẩm giảm từ 45(oC) xuống 40(oC) 1.1.4 Tráng men sản phẩm Men lớp thủy tinh có chiều dày 0,15 ÷ 0,4 (mm) phủ lên bề mặt xương gốm sứ Lớp thủy tinh hình thành q trình nung có tác dụng làm cho bề mặt sản phẩm trở thành sít đặc, nhẵn, bóng Nhờ vậy, men có ảnh hưởng rõ rệt đến việc tăng độ bền hóa, bền bền điện sản phẩm, đồng thời cịn có ý nghĩa lớn việc trang trí sản phẩm Bản chất men lớp thủy tinh nên thông số đặc trưng men tương tự thủy tinh: - Độ nhớt: Độ nhớt men thay đổi dần theo nhiệt độ, nhiệt đô tăng, độ nhớt giảm - ngược lại Sức căng bề mặt: sức căng bề mặt tác dụng lên ranh giới pha lỏng theo chiều - hướng thu nhỏ mặt pha lỏng Sự giãn nở men: Sự giãn nở men biểu thị giãn nở vật nâng thêm độ, gọi hệ số giãn nở Quá trình giãn nở nhiệt men tương tự Nhóm SVTH: Nhóm Lớp: D13_Điên Lạnh Tiểu Luận Mơn Học: Lò Điện Trở thủy tinh, làm nguội men xuống điểm chuyển hóa men đóng rắn - Hệ số giãn nở men phải tương đương với xương sứ Lớp trung gian xương men, vai trò tạo thành lớp này: tất loại men q trình nung có gắn nhiều tới xương sản phẩm W.Steger cho nung, men cần phải tạo xương men lớp trung gian lớp độ Lớp chừng mực góp phần điều hòa ứng lực xuất xương men, có tác dụng giảm bớt ứng lực Lớp trung gian dày xương men phù hợp với Sự hình thành lớp trung gian phụ thuộc vào - thành phần xương men, nhiệt độ nung sản phẩm Độ cứng men: độ cứng men xác định thông qua độ bền chống lại đường - vạch (vết xước), độ lún Tính chất cách điện men: Nhiệm vụ men phải đảm bảo tính cách điện tốt - chống tượng bong men, nứt men chi tiết sứ cách điện làm việc Độ bền hóa: tác dụng men chống lại ăn mịn mơi trường (ẩm CO2) axit kiềm loãng 1.1.5 Nung sản phẩm Nung khâu quan trọng kỹ thuật sản xuất gốm sứ ảnh hưởng định đến chất lượng giá thành sản phẩm Để sản phẩm nung đạt chất lượng cao phải làm chủ kỹ thuật nung, nghĩa hiểu cặn kẽ sở lý thuyết trình nung để xây - dựng chế độ nung tối ưu cho loại sản phẩm Cơ sở lý thuyết trình nung: Q trình nung q trình khơng thuận nghịch không đạt cân pha, (không thực đến cùng) nên sản phẩm - gốm sứ nung đến kết khối Hiện tượng kết khối: Kết khối trình giảm bề mặt (bên bên hay chỗ tiếp xúc với nhau) phần tử vật chất xuất hay phát triển mối liên kết hạt, biến lỗ xốp vật liệu để hình thành khối với thể tích bé Q trình giảm bề mặt xảy đồng thời với xuất hay tăng cường cầu nối hạt vật thể tác dụng áp suất hay nhiệt độ a) Các yếu tố ảnh hưởng đến trình nung chất lượng sản phẩm - Thành phần hóa học: Trong trình nung, sản phẩm xảy phản ứng hóa - học phức tạp oxyt bazơ oxyt axit Kích thước thành phần hạt sản phẩm Mật độ bán thành phẩm Nhiệt độ nung cực đại thời gian lưu: nhiệt độ nung lợp lý (tmax) thời gian lưu yếu tố bản, có ảnh hưởng định đến chất lượng sản phẩm nung Nhiệt độ nung hợp lý tính tốn biết thành phần hóa học Trong thực tế người ta Nhóm SVTH: Nhóm Lớp: D13_Điên Lạnh Tiểu Luận Mơn Học: Lò Điện Trở thường xác định nhiệt độ nung thực nghiệm nghiên cứu nung thô mẫu - nhỏ Tốc độ nâng giảm nhiệt độ : Nói chung sản phẩm lớn có thành dầy, hình dạng phức tạp phải nâng nhiệt độ từ từ, loại sản phẩm bé, thành mỏng, hình dạng đơn giản - cho phép nâng nhiệt độ nhanh Mơi trường khí Tác dụng chất phụ gia: Chất phụ gia cải thiện phần chất lượng sản phẩm theo ý muốn b) Kỹ thuật nung - Xếp vật nung xe gng: Đối với vật nung cần có bao nung phải chọn loại bao nung cho vật nung, xếp vật nung vào bao đặt bao nung xe goòng kỹ thuật Đối với vật nung xếp trực tiếp xe goòng phải đảm bảo vững vật nung, thơng gió tốt, đảm bảo nhiệt độ phân bố áp - suất lò theo ý muốn Thành lập chế độ nung hợp lý để tiến hành điều khiển trình nung theo chế độ nhiệt độ cho trước, xác định tốc độ nâng nhiệt độ, việc phân chia giai đoạn định môi trường cho giai đoạn đó, quy định tốc độ làm nguội cho khoảng nhiệt độ lúc làm nguội Phần vào lý thuyết, vào tính chất kỹ thuật nguyên - liệu, vào cấu trúc lò nung cụ thể Qua việc trình bày sở lý thuyết trình sản xuất gốm sứ, ta có sơ đồ minh họa tồn cơng nghệ tạo hình nung gốm sứ: (xem hình 1.1) Hình 1.1: Sơ đồ cơng nghệ sản xuất gốm sứ Nhóm SVTH: Nhóm Lớp: D13_Điên Lạnh Tiểu Luận Mơn Học: Lị Điện Trở 1.2 QUY TRÌNH SẢN XUẤT BÁT ĂN CƠM Bát ăn cơm vật dụng thiếu bữa ăn hang ngày người dân Việt Nam Hơn người Việt Nam khơng thể khơng biết tới chất lượng sản Nhóm SVTH: Nhóm Lớp: D13_Điên Lạnh Tiểu Luận Mơn Học: Lị Điện Trở phẩm gốm sứ bát ăn cơm, chất lượng bát nhờ vào quy trình sản xuất phương thủ cơng cơng nghệ hồn tồn khắt khe làng nghề sản xuất bát ăn cơm Quy trình để sản xuât bát ăn cơm phức tạp, đò hỏi người nghệ nhân phải có bàn tay khéo léo tay nghề cao Vậy để sản xuất bát ăn cơm hoàn chỉnh chất - lượng cần trải qua bước sau: Bước 1: Xử lý nguyên liệu sản xuất Nguyên liệu để sản xuất bát ăn cơm đất sét, bên cạnh nghệ nhân co thể bổ sung thêm ố vật liệ khác để nân cao hất lượng sản phẩm Người làm gốm nhào đất sét nguyên liệu khác để bắt đầu bước tạo hình sản phẩm, (hình 1.2) Hình 1.2: Quy trình nhào đất sét - Hình 1.3:Quá trình tạo hình sản phẩm Bước 2: Tạo hình phơi khơ Có hai phương pháp để tạo hình cho sản phẩm: • Phương pháp thủ công: Nghệ nhân dùng tay nhào nặn tạo hình dáng sản phẩm • Phương pháp cơng nghiệp: Nghệ nhân nặn theo khuôn mẫu sẵn dùng máy móc tạo số lượng sản phẩm lớn Sau sản phẩm tạo hình xong mang di phơi khơ tự nhiên để đảm bảo tính thẩm mĩ cho sản phẩm - Bước 3: Vẽ hoa văn họa tiết phủ men cho sản phẩm Nghệ nhân phủ men lên toàn bề mặt sản phẩm sửa dụng bút long vẽ hoa văn lên ản phẩm Hình 1.4: Quá trình vẽ hoa, văn họa tiết Nhóm SVTH: Nhóm Hình 1.5: Lị nung gốm 10 Lớp: D13_Điên Lạnh Tiểu Luận Mơn Học: Lị Điện Trở F dcl = = 2,015 1,329 = 2,68 (m2) Vdcl = 2,68.0,115= 0,31 (m3 ) Qdcl= = 359,35 W +) Lớp điatomit lị Fđl = =0,649[2,015+2(0,23+0,115)] = 1,76 (m2) Vđl = 1,76 0,115= 0,2(m3 ) Qđl = 51,52 W Vậy tổng Q6 = 30659,788 W Lượng nhiệt tổn thất tường tích nhiệt cho đáy lị, cột đỡ giá đỡ a) Lượng nhiệt tổn thất tích nhiệt cho đáy lị • Lớp chịu nóng Q7 sm = = 3675,67 W • Lớp cách nhiệt Q7 smnhe = = = 322,56 W • Tổn thất nhiệt tích nhiệt cho đáy lò ( xe goòng) Q xe= Q sm + Q smnhe =3675,67 + 322,56= 4320,79 W b) Lượng nhiệt tổn thất tích nhiệt cho cột đỡ giá đỡ • Lượng nhiệt tích cho cột đỡ : +) Tính cho viên gạch đỡ đặt mặt xe goòng : Q cột(1) = = = 354,47 (W) +) Tính cho cột đỡ đặt giá đỡ : Q cột(2) = = = 8082,73(W) Q cột = Q cột(1) + Q cột(2) = 8437,2 (W) • Lượng nhiệt tích cho giá đỡ : Q giá đỡ = = = 7329,91 (W) Vậy lượng nhiệt tổn thất tích nhiệt cho xe gng , cột đỡ giá đỡ là: Q7 = Q xe + Q cột + Q giá đỡ = 19733,43 (W) 2.2.4.3 Tính lượng tiêu hao nhiên liệu thơng sơ đặc trưng lị Nhóm SVTH: Nhóm 34 Lớp: D13_Điên Lạnh Tiểu Luận Mơn Học: Lị Điện Trở a) Lượng tiêu hao nhiên liệu B2 (m3/h) ∑=∑ Suy B3 = 3,85 (m3/h) b) Suất tiêu hao nhiên liệu chuẩn Suất tiêu hao nhiên liệu tiêu chuẩn lượng nhiên liệu tiêu chuẩn cần thiết để nung đơn vị khối lượng vật liệu B3 = =0,2 (kg) c) Hiệu suất sử dụng nhiệt có ích lò : (%) = 100 = 100=6,14 (%) d) Hiệu suát sử dụng nhiệt lò : [%] = 100 = 100 = 48,2 (%) Trong : : lượng nhiệt cấp cho lò = 119907W = 62097W.Lượng nhiệt sản phẩm cháy mang qua kênh khói , cống khói ống khói Nhóm SVTH: Nhóm 35 Lớp: D13_Điên Lạnh Tiểu Luận Mơn Học: Lị Điện Trở CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN DÂY ĐIỆN TRỞ, TÍNH TỐN CHI PHÍ KINH TẾ 3.1 NHỮNG VẬT LIỆU CHUNG DÙNG LÀM DÂY NUNG 3.1.1 Những vật liệu dùng làm dây nung 3.1.1.1 Yêu cầu vật liệu dùng làm dây nung Dây nung phận phát nhiệt lò, làm việc điều kiện khắc nghiệt địi hỏi phải đảm bảo yều cầu sau: + Chịu nóng tốt, bị ơxy hố nhiệt độ cao + Phải có độ bền học cao, khơng bị biến dạng nhiệt độ cao + Điện trở suất phải lớn + Hệ số nhiệt điện trở phải nhỏ + Các tính chất điện phải cố định thay đổi + Các kích thước phải khơng thay đổi sử dụng + Dễ gia công, dễ hàn hoăc dễ ép khuôn 3.1.1.2 Dây nung kim loại Để đảm bảo yêu cầu dây nung, hầu hết lò điện trở công nghiệp, dây nung kim loại chế tạo hợp kim Crôm-Nhôm Crôm-Niken hợp kim có điện trở lớn Cịn kim loại nguyên chất dùng để chế tạo dây nung kim loại ngun chất thường có tính chất khơng có lợi cho việc chế tạo dây nung : + Điện trở suất nhỏ + Hệ số nhiệt điện trở lớn + Bị ơxy hố mạnh mơi trường khí quyễn bình thường Dây nung kim loại thường chế tạo dạng tròn dạng băng 3.1.1.3 Dây nung phi kim loại Nhóm SVTH: Nhóm 36 Lớp: D13_Điên Lạnh Tiểu Luận Mơn Học: Lị Điện Trở Dây nung phi kim loại dùng phổ biến SiC, grafit than 3.1.2 Một số loại dây nung 3.1.2.1 Dây điện trở hợp kim Hợp kim Crơm – Niken (Nicrơm) Hợp kim có độ bền học cao có lớp màng Oxit Crơm (Cr2O3) bảo vệ, dẻo, dễ gia công, điện trở suất lớn, hệ số nhiệt điện trở bé, sử dụng với lò có nhiệt độ làm việc 1200 oC Hợp kim Crơm - Nhơm (Fexran), có đặc điểm hợp kim Nicrơm có nhược điểm giịn, khó gia công, độ bền học môi trường nhiệt độ cao 3.1.2.2 Dây điện trở kim loại Thường dùng kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao: Molipden (Mo), Tantan (Ta) Wonfram (W) dùng cho lị điện trở chân khơng lị điện trở có khí bảo vệ 3.1.2.3 Điện trở nung nóng vật liệu kim loại Vật liệu Cacbuarun (SiC) chịu nhiệt độ cao tới 1450 oC, thường dùng cho lò điện trở có nhiệt độ cao, dùng để tơi dụng cụ cắt gọt Cripton hỗn hợp graphic, cacbuarun đất sét, chúng chế tạo dạng hạt có đường kính 2-3mm, thường dùng cho lị điện trở phịng thí nghiệm u cầu nhiệt độ lên đến 18000C Nhóm SVTH: Nhóm 37 Lớp: D13_Điên Lạnh Tiểu Luận Mơn Học: Lị Điện Trở Hình 3.1: Các loại dây điện trở dùng cơng nghiệp dân dụng Nhóm SVTH: Nhóm 38 Lớp: D13_Điên Lạnh Tiểu Luận Mơn Học: Lị Điện Trở Hình 3.2: Các điện trở dùng công nghiệp dân dụng 3.1.3 Lựa chọn dây nung Ta chọn dây nung điện trở hợp kim Crơm-Niken Dây đốt lị điện trở có tiết diện trịn có kích cỡ sau: 3.2 Tiết diện: Dây tròn Nhiệt độ làm việc lò: Từ 800 – 1000 (oC) Kích thước dây đốt: d = (mm) Chất liệu dây: Hợp kim Nicrôm PHÂN LOẠI NHIỆT ĐỘ LÀM VIỆC TRONG BUỒNG LÒ Nhiệt độ làm việc buồng lò điện trở ta chia thành loại sau: 3.2.1 Lò điện trở nhiệt độ thấp, (tlò < 600 – 700 (oC)) Nhiệt độ làm việc buồng lò loại nhỏ 600 – 700 ( oC), vai trị truyền nhiệt đối lưu Lị điện trở nhiệt độ thấp dùng để sấy, ram vật phẩm thép; dùng để nung kim loại màu kim loại nhẹ 3.2.2 Lò điện trở nhiệt độ trung bình, (700 – 1200 (oC)) Những lị có nhiệt độ làm việc buồng lò từ 700 – 1200 (°C) xếp vào nhóm lị có nhiệt độ trung bình Vai trị truyền nhiệt xạ Điện trở nung thường chế tạo dây điện trở kim loại 3.2.3 Lò điệ trở nhiệt độ cao,( tlò < 1200 (oC)) Những lị có nhiệt độ làm việc buồng lị cao 1200°C xếp vào nhóm có nhiệt độ cao 3.3 TÍNH TỐN KÍCH THƯỚC DÂY ĐIỆN TRỞ • Chọn dây làm hợp kim Nicrơm có: Tiết diện: Dây trịn - Nhiệt độ làm việc lị: Từ 800 – 1000 (oC) Kích thước dây đốt: d = (mm) = 0,005(m) Chất liệu dây: Hợp kim Nicrôm Điện trở suất: = 1,10 (Ω.mm2/m) Ta có: - Chu vi: C = π.d = π = 15,7 (mm) Nhóm SVTH: Nhóm 39 Lớp: D13_Điên Lạnh Tiểu Luận Mơn Học: Lị Điện Trở - Điện tích: S = = π (5)2 = 19,6 (mm2) a) Tính thể tích lị V = S.H = Lnội hình.Bnội hình.Hnội hình = 28,1.13,15.6,49 = 2398,152 (dm3) = 2398,152 (lít) b) Tính cơng suất lò nung P = J.V = 50.2398,152 = 119907,6 (W) = 119,9076 (KW) Trong đó: - V: Thể tích lị - J: Công suất cụ thể xác định đựa lị Ta có: - J = 70 ÷ 100 (W/l) với thể tích lị đến 60 lít; - J = 50 ÷ 70 (W / l) với thể tích lị 60 lít c) Tính I (A) Ta có: I = ,(A) Trong đó: - P: Cơng suất lò - U: Điện áp cung cấp Nên chọn điện áp cung cấp theo cơng suất lị - U = 200 (V), Với cơng suất lị từ ÷ (kW); U = 380 (V), Với công suất lò (kW) Với P =119,9076 (kW) => U = 380 (V) I = = 0,316 (A) d) Tính điện trở Ta có: R = (Ω) e) Chiều dài dây L = = = 1094,7 (m) f) Cơng suất bề mặt ψ = (W/m2) Trong đó: - P: cơng suất lị, (W); - S = 3,14 L d : diện tích bề mặt dây, (cm2), L: chiều dài dây, (m); Nhóm SVTH: Nhóm 40 Lớp: D13_Điên Lạnh Tiểu Luận Mơn Học: Lị Điện Trở d: đường kính dây, (m) S = 3,14 1094,7 0,005= 17,188 (m2) ψ= = 6,9762 (W /m2) 3.4 TÍNH TỐN SƠ BỘ CHI PHÍ XÂY LỊ 3.4.1 Tính tốn chi phí vật liệu Số TT Tên Thiết Bị Số Lượng Đơn Vị Giá Thành (VNĐ) Tổng Giá Thành (VNĐ) Gạch Điatomít 1667 Viên 8.000 13.336.000 Dây Điện Trở 1094,7 M 13.000 14.231.100 Cao Nhôm 4157,9 Viên 7.000 29.105.300 SaMốt A 384 Viên 4.000 1.536.000 SaMốt Nhẹ 96 Viên 3.500 336.000 Tổng 57.008.400 3.4.2 Tính tốn số chi phí khác STT Chi Phí Cơng Thức Tính Thành Tiền (VNĐ) Phí Thi Công 30% Tổng Vật Liệu 17.102.520 Tổng Tiền (VNĐ) 18.812.772 Phí Thiết Kế Nhóm SVTH: Nhóm 3% Tổng Vật Liệu 41 1.710.252 Lớp: D13_Điên Lạnh Tiểu Luận Mơn Học: Lị Điện Trở Tổng (Txđ) - 75.821.172 Thuế VAT = 10% Txđ = 10% 75821172 = 7582117 (VNĐ) 3.4.3 TÍNH TỐN CHI PHÍ NHIÊN LIỆU SỬ DỤNG TRONG MỘT MẺ NUNG STT Nguyên, Nhiên Liệu Số Lượng Đơn Vị Đơn Giá (VNĐ) Thành Tiền (VNĐ) Đất Sét Trắng 300 Kg 60.000 9.000.000 Điện 119,91 KW 2.862 343.183 Tổng 9.343.183 3.4.4 TÍNH TỐN CHI PHÍ CHO CƠNG NHÂN LÀM VIỆC - Số cơng nhân vận hành hệ thống: Hai người Lương cho công nhân vận hành : 3.000.000 (VNĐ/Tháng) = 100.000 (VNĐ/Ngày) - Chi phí nguyên liệu cho mẻ nung: 9.343.183 (VNĐ) Giá thành để nung bát = = 18886 (VNĐ) Thời gian hòa vốn: T = = 0,022 (Năm) Nhóm SVTH: Nhóm 42 Lớp: D13_Điên Lạnh Tiểu Luận Mơn Học: Lị Điện Trở Kết Luận Sau học kỳ học tập thực tiểu luận với hướng dẫn tận tình giáo mơn Nguyễn Thị Thu Hà, nhóm chúng em hồn thành tiểu luận mơn học Lị Điện Trở với đề tài “ Tính tốn thiết kế lị điện nung gốm, sản phẩm bát ăn cơm với công suất 500 chiếc/mẻ ” đạt số kết sau : - Hiểu cấu tạo ngun lý hoạt động lị điện nói chung lị điện trở nói riêng - Vận dụng nguyên lý hoạt động mạch điều áp xoay chiều ba pha vào mạch thực tế - Biết cách thiết kế tính tốn Là sinh viên, kiến thức kinh nghiệm chúng em lị cơng nghiệp nói chung cơng nghệ sản xuất gốm nói riêng cịn nhiều hạn chế Tuy nhóm chúng em giành nhiều thời gian tìm hiểu, học hỏi kiến thức lị cơng nghiệp tài liệu có liên quan đến đề tài để thừa hưởng kết lý thuyết thực tế với mong muốn lò thiết kế phải đáp ứng đầy đủ yêu cầu công nghệ tính kinh tế Sau hồn thành tiểu luận nhóm em nhận thấy trưởng thành hơn, hoạt động đội nhóm tốt nhiều Nhóm em xin chân thành cảm ơn cô Nguyễn Thị Thu Hà hướng dẫn tận tình bảo giúp đỡ chúng em thời gian làm tiểu luận Chúng em mong nhận nhận xét góp ý nhiều từ Nhóm SVTH: Nhóm 43 Lớp: D13_Điên Lạnh Tiểu Luận Mơn Học: Lị Điện Trở Tài Liệu Tham Khảo Giáo trình Lị Điện Trở Giáo trình Lị Cơng Nghiệp Phạm Văn Trí – Dương Đức Hồng – Nguyễn Cơng Cẩn Giáo trình Tính tốn kỹ thuật nhiệt luyện kim Hồng Kim Cơ - Đỗ Thanh Ngân – Dương Đức Hồng ( Mục 2.2 Tính cân nhiệt ) Tổng quan lị điện trở - Khotrithucso.com Phần công nghệ gốm Công nghệ sản xuất gốm sứ Tác giả :TS Nguyễn Văn Dũng – Nhà xuất khoa học kỹ thuật2009 Nhóm SVTH: Nhóm 44 Lớp: D13_Điên Lạnh ... Nguyễn Thị Thu H? ?, nhóm chúng em hồn thành tiểu luận mơn học Lị Điện Trở với đề tài “ Tính tốn thiết kế lị điện nung gốm, sản phẩm bát ăn cơm với công suất 500 chiếc/ mẻ ” đạt số kết sau : - Hiểu... Lị Điện Trở phẩm gốm sứ bát ăn cơm, chất lượng bát nhờ vào quy trình sản xuất phương thủ cơng cơng nghệ hồn tồn khắt khe làng nghề sản xuất bát ăn cơm Quy trình để sản xuât bát ăn cơm phức tạp,... CO2 261 5,8 5 H2 O 201 6,2 5 N2 162 2,9 5 O2 172 1,9 ik tb =[261 5,8 5.1 0,8 1 + 201 6,2 5.1 3,9 1 + 162 2,9 5.7 3,5 + 172 1,9 . 1,7 8]. 0,0 1 =i 1150 = 1612 9,3 5 B3 W Q5 = 0,2 8 178 6,7 5.(B3.3 2,2 4 - 0) Q5 = 1612 9,3 5.B3