Nhu cầu thực tế
Đất nước đang trải qua giai đoạn công nghiệp hoá - hiện đại hoá mạnh mẽ, dẫn đến sự gia tăng đáng kể trong việc xây dựng các công trình Sự phát triển này kéo theo sự bùng nổ của ngành vật liệu xây dựng, đặc biệt là trong lĩnh vực sản xuất kính tấm.
Cùng với sự phát triển của điều kiện kinh tế xã hội, nhu cầu của khách hàng ngày càng cao về chất lượng và sự đa dạng của các mẫu mã, nhằm đáp ứng yêu cầu trang trí cho nhà cửa, công trình hiện đại và các tòa nhà lớn.
Vị trí đặt nhà máy
Lựa chọn địa điểm phù hợp là yếu tố tiên quyết trong quá trình xây dựng và phát triển nhà máy, ảnh hưởng trực tiếp đến sự thành công hay thất bại của dự án.
Sau quá trình nghiên cứu, tôi đã quyết định xây dựng nhà máy tại Khu kinh tế Chu Lai, Quảng Nam Khu vực này có tọa độ từ 108°26'16" đến 108°44'04" độ kinh Đông và từ 15°23'38" đến 15°38'43" độ vĩ Bắc Phía Đông giáp Biển Đông Việt Nam, phía Tây tiếp giáp với Tam Mỹ và Tam Thanh, phía Nam giáp huyện Bình Sơn (Quảng Ngãi), và phía Bắc giáp huyện Thăng Bình (Quảng Nam) Khu kinh tế này bao gồm nhiều khu công nghiệp, khu hành chính và khu du lịch, tạo điều kiện thuận lợi cho phát triển kinh tế và giao thông vận tải.
Khu kinh tế Chu Lai có vị trí địa lý thuận lợi với trữ lượng lớn cát, đủ để phục vụ sản xuất thủy tinh trong 50 năm, giúp tiết kiệm chi phí vận chuyển nguyên vật liệu Điều này tạo ra một đòn bẩy quan trọng cho Vùng kinh tế trọng điểm Trung bộ.
Có giao thông thuận lợi cả đường bộ, đường sắt, đường biển.
- Khu kinh tế Chu Lai nằm trên trục giao thông chính quốc gia với hệ thống đường Quốc lộ1A.
Cảng Kỳ Hà, với tiềm năng phát triển thành cảng quốc tế, mang lại lợi thế lớn trong việc vận chuyển hàng hóa cả trong nước lẫn quốc tế Điều kiện tự nhiên và khí hậu tại khu vực này cũng góp phần quan trọng vào khả năng phát triển logistics và giao thương hiệu quả.
Quảng Nam nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa, có nền nhiệt độ cao, chế độ ánh sáng và mưa ẩm dồi dào.
Nhiệt độ trung bình năm khoảng 25,6 o C
Độ ẩm tương đối trung bình khoảng 84%
Lượng mưa trung bình khoảng 2000- 2500 mm
TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
Lịch phát triển
Thủy tinh là một trong những vật liệu phổ biến và thiết yếu trong cuộc sống hiện đại Nó không chỉ được sử dụng để chế tạo các đồ dùng sinh hoạt hàng ngày mà còn là nguyên liệu quan trọng trong thiết kế và trang trí các công trình xây dựng và kiến trúc.
Khoảng 1500 năm TCN ở Ai Cập, thuỷ tinh được tìm thấy Vào khoảng 300 năm TCN, những người thợ ở Siri đã phát minh ra chiếc ống thổi
Các thế kỷ tiếp theo, ngành sản xuất thủy tinh phát triển mạnh mẽ nhờ những phát minh mới như:
Thế kỷ 13, ra đời công nghệ sản xuất kính tấm theo phương pháp đúc thủy tinh không màu trên bàn thép
Vào năm 1670, George Ravenscoft đã phát minh ra kính chì, đánh dấu bước tiến quan trọng trong việc hoàn thiện chất lượng thủy tinh Cùng thời điểm này, kính tấm bắt đầu được sản xuất hàng loạt tại Pháp theo phương pháp mặt trụ phổ biến Công nghệ sản xuất thủy tinh của người La Mã đã được cải tiến bởi các thợ thủy tinh Pháp thông qua kỹ thuật cán mỏng bằng các khối gỗ, giúp nâng cao hiệu quả sản xuất.
Vào năm 1773, một sự kiện quan trọng đã diễn ra trong lịch sử ngành công nghiệp thuỷ tinh khi tấm kính đầu tiên được sản xuất tại Anh, từ đó biến nước này thành trung tâm sản xuất kính cửa sổ chất lượng cao trên toàn thế giới.
Năm 1825, phát minh ra máy ép nhờ pit-tông.
Vào năm 1871, William Pilkington đã phát minh ra máy tự động sản xuất kính tấm bằng phương pháp thổi mặt trụ Đến năm 1903, J.H Lubber đã cải tiến quy trình cơ giới hóa này tại Mỹ.
Vào thế kỷ tiếp theo, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng kính tấm có thể được tôi bằng cách nung lại và làm nguội nhanh chóng, giúp tăng độ bền của kính lên khoảng 400% nhờ vào các ứng suất đặc biệt của vật liệu thủy tinh Sự cải tiến này đã đóng góp quan trọng cho ngành sản xuất ô tô trong giai đoạn đầu Mặc dù phương pháp sản xuất "kéo" vẫn gặp phải một số vấn đề về gợn sóng, nhưng chất lượng và giá thành của sản phẩm được đánh giá cao, với giá thành thấp hơn 60% so với trước đây vào những năm 1920-1930, khi kính "kéo" chiếm ưu thế trên thị trường.
Vào những năm 1960, Alastair Pilkington đã phát minh ra công nghệ kính nổi hiện đại, đánh dấu một bước ngoặt lớn trong ngành sản xuất kính Công nghệ này giúp giảm thiểu sự khác biệt so với tấm kính đã đánh bóng, bằng cách cho phép thủy tinh lỏng chảy liên tục vào bể kim loại nóng chảy, thường là thiếc Thủy tinh lỏng lan ra trên bề mặt kim loại, tạo ra băng kính chất lượng cao với độ dày ổn định và được làm bóng bằng nhiệt Sản phẩm này có giá thành thấp nhưng chất lượng cao, từ đó nhanh chóng chiếm ưu thế trong các ngành xây dựng, chế tạo ôtô và công nghiệp gương.
Hiện nay, hơn 90% sản lượng kính tấm toàn cầu được sản xuất bằng công nghệ Pilkington Thủy tinh ngày càng trở nên phổ biến trong nhiều lĩnh vực và được sản xuất với quy mô lớn nhờ vào dây chuyền công nghệ hiện đại.
Định nghĩa và tính chất
Thủy tinh là một loại vật liệu vô định hình, được hình thành khi các hợp chất vô cơ từ trạng thái lỏng được làm nguội với tốc độ đủ nhanh để ngăn chặn sự hình thành cấu trúc tinh thể.
Thủy tinh, với thành phần chính là đioxit silic (SiO2), tồn tại dưới dạng đa tinh thể như cát và là thành phần hóa học của thạch anh Silicat có điểm nóng chảy lên tới khoảng 2000°C (3632°F), điều này khiến việc nung chảy để tạo hình thủy tinh trở nên tốn kém về năng lượng.
Để giảm nhiệt độ nóng chảy của silicat xuống còn 1000 °C, người ta thường thêm sô đa (cacbonat natri Na2CO3) hoặc bồ tạt (cacbonat kali K2CO3) khi nung nóng chảy.
Mặc dù Na2CO3 có tác dụng trong sản xuất thủy tinh, nhưng nó lại làm cho thủy tinh bị hòa tan trong nước, điều này không mong muốn Để khắc phục tình trạng này, người ta đã bổ sung vôi sống (oxit canxi, CaO) nhằm phục hồi tính không hòa tan của thủy tinh.
Thủy tinh là một chất rắn trong suốt, không màu và không gỉ, có độ cứng tương đối nhưng lại dễ bị vỡ khi rơi từ độ cao hoặc trong quá trình vận chuyển.
Thủy tinh không cháy, không hút ẩm, không bị ăn mòn với nhiều loại axit mạnh khác nhau, ngoại trừ axit hydro florua (HF).
Thủy tinh trong suốt cho phép ánh sáng đi qua một cách dễ dàng, vì vậy nó thường được sử dụng để chế tạo lăng kính, đèn trang trí và sợi dây cáp quang.
Thủy tinh không có nhiệt độ nóng chảy cố định; việc thêm các tạp chất khác vào thủy tinh sẽ làm thay đổi nhiệt độ nóng chảy của nó.
Thủy tinh giúp ánh sáng tán sắc vì thế được sử dụng để làm các vật trang trí như đèn thủy tinh, cốc thủy tinh, bình thủy tinh
Ngoài ra thì thủy tinh cũng chất cách điện tốt.
Ứng dụng
Thủy tinh được ứng dụng nhiều trong cuộc sống hằng ngày của con người, trong các lĩnh vực y học, nông nghiệp và công nghiệp như sau:
Trong nông nghiệp, lai tạo và nhân giống cây trồng đóng vai trò quan trọng, với chất liệu thủy tinh giúp các nhà khoa học theo dõi quá trình mô tế bào phân tử Nhờ đó, chất lượng cây trồng được nâng cao, mang lại hiệu quả tối ưu trong quy trình nhân giống.
Thủy tinh đóng vai trò quan trọng trong y học, được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị chăm sóc và điều trị như ống nghiệm, ống đựng thuốc và lăng kính.
Thủy tinh là một vật liệu phổ biến trong cuộc sống hàng ngày, xuất hiện trong nhiều đồ dùng sinh hoạt như chén bát, bình nước, bóng đèn, gương, tivi và cửa kính.
Trong lĩnh vực trang trí, thủy tinh là vật liệu phổ biến nhờ khả năng truyền ánh sáng dễ dàng và tán sắc màu hiệu quả Các mẫu đèn thủy tinh như đèn chùm, đèn thả, đèn tường, đèn ốp trần và đèn thông tầng đang được ưa chuộng trong thiết kế nội thất hiện nay.
Sản xuất thủy tinh bằng phương pháp kéo nổi
Để sản xuất thủy tinh tấm, phương pháp kéo nổi được sử dụng Quy trình bắt đầu bằng việc nung chảy phối liệu thô như thủy tinh cũ, cát và đá vôi ở nhiệt độ khoảng 1600 độ C Sau đó, hỗn hợp này được tinh luyện thành một hỗn hợp đồng nhất và được ủ ở nhiệt độ thích hợp.
Ở nhiệt độ 1100°C, phối liệu nóng chảy từ từ được dẫn vào bể thiếc, lan tỏa trên bề mặt thiếc nóng chảy, tạo thành băng kính chất lượng cao với độ dày ổn định Cuối cùng, băng kính được làm lạnh, điều chỉnh chất lượng và cắt thành từng tấm.
Kính nổi (Float Glass) là kính tấm được sản xuất theo công nghệ kéo theo phương nằm ngang, nổi trên bề mặt thiếc nóng chảy.
Ngành sản xuất kính đã trải qua một cuộc cách mạng lớn với phát minh công nghệ kính nổi hiện đại của Alastair Pilkington vào những năm 1960 Công nghệ này cho phép thuỷ tinh lỏng chảy liên tục vào bể kim loại nóng chảy, tạo ra băng kính chất lượng cao với độ dày ổn định và bề mặt bóng nhờ quá trình làm nóng Nhờ vào sự cải tiến này, giá thành kính tấm đã giảm đáng kể, mở ra nhiều ứng dụng mới trong trang trí nội thất và xây dựng các toà nhà cao tầng Kính chất lượng cao với giá thành hợp lý đã trở thành lựa chọn ưu tiên trong các ngành xây dựng, chế tạo ôtô và công nghiệp gương.
Hiện nay, hơn 90% sản lượng kính tấm toàn cầu được sản xuất bằng công nghệ Pilkington Nhờ vào sự cân bằng giữa lực trọng trường và sức căng bề mặt, băng kính có chiều dày ổn định khoảng 7mm Chiều dày này có thể được diễn đạt qua một phương trình liên quan đến sức căng bề mặt và khối lượng riêng của thủy tinh thiếc, cụ thể là: d² = (S_s + S_sc + S_c)² ρ_c / ρ_s (ρ_c - ρ_s).
S: sức căng bề mặt của thủy tinh, tại ranh giới giữa thủy tinh-thiếc, thiếc
ρ: khối lượng riêng của thủy tinh
Độ nhớt của thủy tinh là yếu tố quan trọng trong quá trình sản xuất băng kính, ảnh hưởng đến việc dàn phẳng và song song của bề mặt kính dưới trọng lực Cần xác định chính xác đường cong nhớt ở từng vùng nhỏ trong bể thiếc để duy trì chế độ nhiệt thích hợp Khi đạt đến nhiệt độ nhất định, băng kính sẽ có độ cứng và được kéo ra khỏi bể thiếc vào hầm hấp ủ Độ nhớt của thủy tinh tại cuối bể thiếc cần đạt khoảng 10^13 poise, trong khi khi chuyển tiếp vào hầm hấp ủ, độ nhớt không vượt quá 10^11 poise tại nhiệt độ khoảng 600°C, vẫn giữ tính dẻo Để sản xuất băng kính mỏng hơn, cần sử dụng trục giữ song song với việc tăng lực kéo, thay vì chỉ đơn thuần tăng lực kéo.
Băng kính được làm lạnh đến nhiệt độ 700 °C với độ nhớt 10^8 p, sau đó được đốt nóng lại đến 850 °C với độ nhớt 8 p Quá trình này kết hợp với việc kéo rộng băng kính bằng các cặp trục và tăng lực kéo, cho phép sản xuất băng kính có độ dày dưới 2mm.
Phương pháp này tạo ra tấm kính có độ phẳng cao, kích thước chiều dài, chiều rộng, chiều dày lớn.
Công nghệ sản xuất kính tấm bằng phương pháp kéo nổi hiện vẫn là công nghệ hàng đầu thế giới, mang đến sự đa dạng phong phú cho sản phẩm Tại Quảng Nam, một khoản đầu tư 1300 tỉ đồng đã được dành cho việc xây dựng nhà máy kính nổi lớn nhất Việt Nam, với dây chuyền công nghệ hiện đại nhất thế giới Nhà máy này có công suất 900 tấn mỗi ngày, sản xuất hàng năm 40 triệu m² kính nổi đạt tiêu chuẩn JIS 3202-2011 của Nhật Bản.
Dây chuyền công nghệ
Thuyết minh dây chuyền công nghệ:
⁕ Thuyết minh dây chuyền công nghệ:
Cát được nạp trực tiếp vào hai bể chứa thông qua băng tải hoặc xe xúc lật Tại đây, cát được vận chuyển lên bằng gầu tải và sau đó được đưa xuống sàn rung qua ống dẫn liệu.
Tùy thuộc vào lượng cát sử dụng, có thể hoạt động 2 hoặc 4 sàng cùng lúc Cát sau khi được sàng sẽ được đổ vào 4 silo chứa cát Từ các silo, cát được đưa xuống cân định lượng theo chế độ lập trình sẵn tại phòng điều khiển trung tâm Sau khi hoàn tất quá trình cân, cát sẽ được chuyển tiếp xuống băng tải chung.
Các nguyên liệu như đá vôi, đôlômit, feldspar và soda được đưa vào bể chứa, nơi có ống hút bụi để loại bỏ hạt nhỏ và giảm bụi cho nhà máy Sau đó, nguyên liệu được gầu tải nâng lên và dẫn qua ống tới silo chứa, nơi có máy hút bụi riêng cho từng loại Từ silo, nguyên liệu được đưa xuống cân định lượng và sau khi cân xong, được chuyển tiếp qua băng tải chung.
Muối sunfat và than được đưa vào bể chứa, sau đó được chuyển lên silo chứa qua gầu tải Tại silo, muối và than được cân theo khối lượng đã lập trình sẵn, với muối được cân trước Sau khi hoàn tất quá trình cân, muối và than sẽ được đưa vào máy trộn sơ cấp Cuối cùng, hỗn hợp muối và than sau khi trộn xong sẽ được chuyển xuống băng tải chung.
Các nguyên liệu được đưa xuống băng tải chung và sau đó chuyển vào máy trộn Trên băng tải có hệ thống ống hút bụi và máy hút sắt để loại bỏ sắt trước khi đưa vào máy trộn Có hai loại máy trộn: máy nhập khẩu từ Đức và máy sản xuất tại Trung Quốc, nhưng chúng không hoạt động đồng thời Mỗi loại máy trộn tương ứng với một băng tải phối liệu riêng biệt, đảm bảo quá trình trộn nguyên liệu diễn ra hiệu quả.
Quá trình trộn nguyên liệu bao gồm ba giai đoạn: trộn khô, thêm nước, và trộn ướt Nước ấm có nhiệt độ từ 50-60 độ C được sử dụng trong giai đoạn trộn ướt, với nhiệt lượng được cung cấp từ khí thải của lò nấu qua thiết bị sấy Sau khi hoàn tất việc trộn, phối liệu sẽ được chuyển xuống băng tải phối liệu, lúc này vẫn chưa có thủy tinh vụn.
Thủy tinh vụn sau khi thu hồi và gia công tại nhà máy được vận chuyển bằng xe đến bể chứa Tại đây, thủy tinh được đưa lên băng tải, nơi có thiết bị hút sắt để đảm bảo chất lượng Sau khi vào silo, thủy tinh được cân định lượng và tiếp tục được đưa xuống băng tải, nơi có thiết bị lọc bụi và khử sắt Cuối cùng, thủy tinh được kết hợp với phối liệu trước đó và đưa lên máy nạp liệu thông qua băng tải chung.
Từ silo, nguyên liệu được chuyển vào bể nấu qua các zôn Trong giai đoạn khử bọt, nhiệt độ thủy tinh đạt mức cao nhất, sau đó thủy tinh sẽ được đưa qua cống để đối lưu trở lại bể nấu nhằm tăng cường độ đồng nhất Cuối cùng, phần thủy tinh đạt yêu cầu sẽ được chuyển đến bể thiếc để tiến hành tạo hình.
Thời gian từ lúc bắt đầu đi vào bể nấu đến quá trình gia công là 3.5 – 4 giờ, và cứ 20 phút là buồng thu hồi nhiệt đổi chiều một lần.
Thủy tinh được làm lạnh đến nhiệt độ và độ nhớt phù hợp sẽ được đưa vào bể thiếc để kéo thành tấm Trong bể thiếc, áp suất luôn duy trì ở mức dương nhờ vào việc cấp khí N2 và H2, giúp ngăn chặn sự xâm nhập của khí O2.
Khối lượng riêng của thiếc cao hơn thủy tinh, dẫn đến hiện tượng thủy tinh nổi trên bề mặt thiếc Quá trình kéo thủy tinh được thực hiện nhờ bộ truyền động bánh răng ở hai bên bể, cho phép điều chỉnh độ dày của thủy tinh thông qua các bánh răng.
- Thủy tinh sau khi ủ được con lăn đưa đến phần cắt thủy tinh.
+ Đầu tiên tấm thủy tinh sẽ được cắt dọc hai bên để loại bỏ phần biên của tấm thủy tinh và cắt tấm thủy tinh làm đôi.
Sau khi cắt tấm thủy tinh theo chiều dài, bước tiếp theo là cắt ngang tùy thuộc vào kích thước yêu cầu Để đảm bảo tấm thủy tinh có hình chữ nhật, góc cắt ngang được tính toán dựa vào tốc độ quay của con lăn.
Sau khi cắt kính, các tấm kính sẽ được chuyển đến khu vực đóng gói Trước khi đóng gói, chúng sẽ được kiểm định theo tiêu chuẩn của Việt Nam và Nhật Bản Những tấm kính bị lỗi sẽ được loại bỏ, gia công thành kính vụn và tái sử dụng làm nguyên liệu cho quá trình nấu.
NGUYÊN LIỆU VÀ PHỐI LIỆU
Thành phần hóa của kính
Thủy tinh có sự đa dạng phong phú về sản phẩm, với mỗi loại thủy tinh được chế tạo từ một công thức riêng biệt Mỗi công thức này bao gồm các đơn phối liệu khác nhau, trong đó mỗi cấu tử đều có những tính chất đặc trưng, nhằm đáp ứng yêu cầu cụ thể của từng sản phẩm thủy tinh.
Thủy tinh kính tấm có ứng dụng đa dạng trong nhiều lĩnh vực như gia dụng, xây dựng kết cấu, ốp cửa kính và làm vách ngăn Mỗi ứng dụng yêu cầu những đặc tính kỹ thuật và thành phần hóa học riêng biệt Tuy nhiên, thành phần hóa của thủy tinh kính tấm thường nằm trong một khoảng nhất định.
Dựa vào các đặc điểm và yêu cầu sử dụng các phương pháp công nghệ tạo hình kính nổi, bảng thành phần hóa của kính tấm theo phương pháp nổi được thể hiện trong bảng 2.1 dưới đây.
Bảng 2.1 Thành phần hóa của thủy tinh tấm
Nguyên liệu sản xuất thủy tinh
Nguyên liệu dùng để sản xuất thủy tinh chia làm hai nhóm: nhóm nguyên liệu chính và nhóm nguyên liệu phụ.
Nhóm nguyên liệu chính để sản xuất thủy tinh bao gồm các hợp chất thiên nhiên và nhân tạo, có khả năng cung cấp oxyt axit, oxyt kiềm và oxyt kiềm thổ Những thành phần này là cơ sở thiết yếu cho việc chế tạo các loại thủy tinh phổ biến hiện nay.
Nhóm nguyên liệu phụ bao gồm các hợp chất hóa học có chức năng khử bọt, khử màu, nhuộm màu, làm đục thủy tinh và rút ngắn thời gian nấu.
2.2.1 Nhóm nguyên liệu chính a, Cát
Cát là nguyên liệu chính trong sản xuất thủy tinh, cung cấp thành phần SiO2, giúp tăng cường độ bền hóa, bền cơ và bền nhiệt cho sản phẩm Tuy nhiên, việc sử dụng cát chứa nhiều SiO2 cũng gặp khó khăn do độ tinh khiết không đạt yêu cầu, bởi hầu hết cát có chứa oxit gây màu, đặc biệt là oxit sắt SiO2 có mặt trong khoảng một nửa vật chất trên Trái đất, nhưng để sản xuất thủy tinh chất lượng cao, cần phải xử lý cát để loại bỏ các tạp chất này.
+ Yêu cầu của cát dùng nấu thuỷ tinh:
Hàm lượng SiO2 trong nguyên liệu thủy tinh cần cao, trong khi hàm lượng tạp chất và các kim loại nặng như Ti, Cr phải được giữ ở mức thấp Nếu hàm lượng Ti quá cao, sản phẩm thủy tinh sẽ không đạt độ bóng mong muốn và xuất hiện nhiều chấm đen nhỏ, đồng thời gây khó khăn trong quá trình chảy của phối liệu.
Hạt cát có kích thước đồng đều Hạt nhỏ dễ nấu nhưng gây khó khăn cho việc khử bọt, bốc bụi, hạt lớn gây khó nấu.
Những loại cát ta có thể dùng để nấu thủy tinh đó là:
Cát Cầu Thiềm, tỉnh Thừa Thiên Huế, có kích thước hạt từ 0.1 đến 0.5 mm, với tỷ lệ chiếm tới 89.27% Hàm lượng SiO2 trung bình đạt 99.37%, trong khi Fe2O3 và TiO2 lần lượt là 0.51% và 0.056% Trữ lượng cát ở đây đạt 8.5 triệu tấn, cùng với tài nguyên dự báo cấp P1 khoảng 8.8 triệu tấn.
Cát Ba Đồn, tỉnh Quảng Bình có thành phần hóa học trung bình của SiO2 99.43%;
Cát Nam Cửa Việt, tỉnh Quảng Trị: cỡ hạt 0.5÷0.1 chiếm 97.01% Trữ lượng cấp C2 đạt 5.3 triệu tấn và tài nguyên dự báo cấp P1 khoảng 7.2 triệu tấn.
Ta chọn cát Cửa Việt rất thuận lợi về mặt giao thông chuyên chở cũng như chi phí cho loại nguyên liệu chính này.
Bảng 2.2 Thành phần hóa của cát Cửa Việt (% trọng lượng )
Để cung cấp CaO cho thành phần thủy tinh, đá vôi được sử dụng trong sản xuất thủy tinh cần có hàm lượng CaO khoảng 51 đến 54%, SiO2 từ 1 đến 2%, Al2O3 từ 0.1 đến 1%, và Fe2O3 chiếm rất ít, dưới 0.1%.
Việt Nam sở hữu nguồn nguyên liệu đá vôi phong phú, trong đó đá vôi Cam Lộ - Quảng Trị được lựa chọn nhờ vào khả năng chuyên chở thuận lợi bằng đường bộ, dễ khai thác, chất lượng tốt và giá thành hợp lý Ngoài ra, các nguồn cung cấp đá vôi thay thế khác như Phong Điền, Quảng Bình, Hà Tiên, Cần Thơ, An Giang và Hà Nam cũng có thể được sử dụng.
Bảng 2.3 Thành phần hóa của đá vôi Cam Lộ ( % trọng lượng )
Nhằm cung cấp Al2O3 vào trong thành phần thuỷ tinh, với vai trò:
- Là oxyt trung gian tạo thủy tinh.
- Làm giảm hệ số giãn nở của thủy tinh, tăng độ bền hóa của thủy tinh, nâng cao độ bề cơ học.
- Ảnh hưởng thuận lợi đến sự biến thiên độ nhớt theo nhiệt độ.
- Làm giảm khuynh hướng kết tinh cuả thủy tinh.
Để sản xuất thủy tinh alumo silicat cao cấp và thủy tinh alumo boro silicat, cần sử dụng nguyên liệu oxyt nhôm kỹ thuật với hàm lượng Al2O3 > 99% Ngoài ra, đối với các loại thủy tinh khác, Al2O3 được bổ sung thông qua nguyên liệu thiên nhiên như tràng thạch.
Bảng 2.4 Thành phần hóa của tràng thạch Phú Thọ
Để cung cấp thành phần MgO cho thủy tinh và một lượng CaO, hàm lượng MgO quyết định chất lượng và khả năng sử dụng của Dolomit Theo tiêu chuẩn kỹ thuật, Dolomit loại một cần có hàm lượng MgO lớn hơn 19%, CaO lớn hơn 30%, oxit sắt không vượt quá 0.15% và tạp chất không quá 2% MgO có tác dụng giảm kết tinh và làm giảm tốc độ đóng rắn của thủy tinh.
Có thể cung cấp MgO cho thủy tinh bằng cách sử dụng manhezit (MgCO3), oxit MgO hoặc đá vôi hóa Dolomit Hiện nay, Dolomit Quảng Bình đang được sử dụng phổ biến trong ngành này.
Bảng 2.5 Thành phần hóa của Dolomit Quảng Bình (% trọng lượng )
0 e, Soda, Sunfat, Alumin và các chất khử
Soda, Sunfat cung cấp Na2O, một thành phần quan trọng giúp quá trình nấu thuỷ tinh trở nên dễ dàng hơn Các nhà máy sản xuất thuỷ tinh chủ yếu sử dụng soda nhập khẩu từ các quốc gia như Trung Quốc và Mỹ.
Sunfat natri thường được sử dụng ở dạng khan, cung cấp Na2O và có tác dụng khử bọt Khi nấu với Sunfat natri, cần sử dụng chất khử, thường là Cacbon, với lượng dưới 5% để tránh nhuộm màu thuỷ tinh Lượng Cacbon thiếu có thể gây ra lớp sunfat nóng chảy, phá huỷ vật liệu chịu lửa trong lò Ngoài ra, Soda cung cấp Na2O nhiều hơn khoảng 25% so với Sunfat, do đó Soda thường được ưa chuộng hơn trong quá trình nấu.
Nhôm hydroxit cung cấp oxit Nhôm Al2O3 cho thuỷ tinh làm giảm khuynh hướng kết tinh, tăng độ bền cơ, bền hóa và độ bền nhiệt.
Yêu cầu của Soda: Bột rời, khô, xám hoặc trắng, không tồn tại tạp chất có thể thấy bằng mắt Hàm lượng Na2O 55% min; Fe2O3 0.02% max
Yêu cầu của Sunfat natri: Bột khô, vàng sáng hoặc trắng, Na2O 98% min; Fe2O3 0.03% max
Yêu cầu của Hydroxit Nhôm: Bột khô, trắng hơi vàng không lẫn tạp chất; hàm lượng
2.2.2 Nhóm nguyên liệu phụ a, Chất khử màu
Thủy tinh có màu xấu thường do tạp chất, đặc biệt là sắt, có mặt trong nguyên liệu trong quá trình gia công và vận chuyển Để tạo ra thủy tinh trong suốt và không màu, cần hạn chế tối đa lượng hợp chất sắt hoặc thực hiện quy trình khử màu hiệu quả.
Có 2 phương pháp khử màu: Khử màu hóa học và khử màu vật lý Nguyên tắc khử màu hóa học là chuyển toàn bộ sắt thành oxit sắt hóa trị 3 (Fe2O3), chuyển sắt về phức chất không màu, chuyển thành hợp chất dễ bay hơi.
Chất khử màu hóa học hay dùng là các chất oxy hóa mạnh như các nitrat
Khử màu vật lý là quá trình đưa vào thủy tinh chất nhuộm màu khác nhằm tạo ra màu phụ để trung hòa màu do sắt gây ra Kết quả của phương pháp nhuộm màu kép này là thủy tinh trở nên trong suốt hơn, mặc dù độ thấu quang của nó có thể giảm.
Tính phối liệu
2.3.1 Chọn thành phần hóa học của thủy tinh tấm
Bảng 2.7 Thành phần phần trăm các oxit trong thủy tinh (%)
Ta khống chế thành phần Fe2O3 trong thủy tinh tấm không quá 0.1 để kính đạt yêu cầu về chất lượng.
Bảng 2.8 Thành phần hóa của nguyên liệu để nấu thủy tinh (% khối lượng )
Cát Cửa Việt 99.4 0.1 0.1 0 0.03 0.100 0 0.2 99.930 Đá vôi Cam Lộ 0.18 0.17 0.05 52.44 2.83 0 0 42.8 98.470
Bảng 2.9 Hiệu chỉnh bảng thành phần hóa nguyên liệu (%)
Nguyên liệu %SiO2 %Al2O3 %Fe2O3 %Ca
Gọi x, y, z, t, q, r, s lần lượt là phần khối lượng của mỗi loại nguyên liệu.
Cát Đá vôi Tràng thạch Đôlô mit So đa Na2
- Giả sử lượng Na2SO4 mang vào là 0.6%
Vậy: Lượng Na2SO4 = 0.6*142 100 = 0.85 ( phần trọng lượng )
Na2SO4 hay được dùng nhất để khử bọt thủy tinh vì khả năng khử bọt tốt lại giá rẻ.
Na2SO4 nóng chảy ở 880 0 C, phân hủy mạnh ở 1300-1350 0 C và tiến hành phản ứng:
Na2SO4 + SiO2 → Na2O.SiO2 + SO3
Theo phương trình trên, lượng SiO2 tham gia phản ứng với Na2SO4 là: a = 0.85∗60 142 = 0.36 ( phần trọng lượng )
2.3.3.1 Thành lập các phương trình
Na2SO4 đưa vào 0,85 trong đó SiO2 chiếm 0,21% nên:
Từ đây ta có phương trình: 0,9947x+0,0018y+0,7597z+0,0024t+0,0013q = 73.28 (1)
Na2SO4 đưa vào 0,85 ptl trong đó Na2O chiếm 43.23% :
Từ đây ta có phương trình:
Từ (1),(2),(3),(4),(5) ta có hệ phương trình :
Dùng solver để giải hệ phương trình, ta tìm được :
Trong 100 phần khối lượng thủy tinh cần nguyên liệu nấu là :
Bảng 2.11 Nguyên liệu tính toán nấu 100 phần khối lượng thủy tinh (pkl)
Cát Đá vôi Tràng thạch Dolomite Soda Na2SO4 Potat Tổng
68.48 3.17 6.82 16.43 24.00 0.85 0.29 120.04 Lượng Sođa bay hơi là 3.2% nên ta cần bù vào lượng bay hơi đó.
Lượng Sođa thực tế cấp cho quá trình nấu:
Bảng 2.12 Nguyên liệu tổng hợp nấu 100 phần khối lượng thủy tinh ( pkl )
Cát Đá vôi Tràng thạch Đôlômit Sođa Na2SO4 Potat Tổng
2.3.3.2 Hiệu suất nấu thủy tinh
Cứ 120.81 phần khối lượng phối liệu thì nấu được 100 phần khối lượng thủy tinh. Vậy 1 phần khối lượng phối liệu thì sẽ nấu được a phần khối lượng thủy tinh: a = 1∗100 120.81 = 0.8277 = 82.77%
Vậy hao hụt khi nấu là : 100-82.77= 17.23%
2.3.4 Tính lượng oxyt do nguyên liệu cung cấp
Thành phần phần trăm các oxit do các nguyên liệu mang vào:
Bảng 2.13 Thành phần lý thuyết oxit của thủy tinh
Nguyên liệu %SiO2 %Al2O3 %Fe2O3 %CaO %MgO %Na2O %K2O Tổng
Bảng 2.14 Hiệu chỉnh thành phần lý thuyết oxit của thủy tinh
2.3.5 Chuyển phối liệu ra 100 phần trọng lượng cát
Bảng 2.15 Khối lượng các nguyên liệu theo 100 phần trọng lượng cát
Cát Đá vôi Tr.thạch Sô đa Đôlômit Na2SO4 Potat
2.3.6 Lập đường cong nhớt của thủy tinh
Bảng 2.16 Thành phần hóa thủy tinh
Loại oxit SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO CaO Na2O K2O Tổng
Thành phần 72.93 1.01 0.10 3.64 7.17 14.95 0.20 100.00 Áp dụng công thức M-V OKhôtin để tính nhiệt độ ứng với độ nhớt η = 10 3 ÷ 10 13 P
T = a.X + b.Y + c.Z +d ( o C) (Trang 18 - GTTT tập1) Trong đó : X - Tổng hàm lượng kiềm ; X = 15.15(%)
Y - Tổng hàm lượng CaO và 3 * % MgO Y= 7.17 + 3*3.64/100 = 7.2792 (%)
Và a, b, c, d là các hằng số cho ở bảng sau :
Bảng 2.17 Hằng số để tính độ nhớt
Khi hàm lượng MgO lớn hơn hoặc bằng 3%, nhiệt độ hiệu chỉnh theo số liệu của bảng sau khi thay 1% CaO = 1% MgO.
Ta có hàm lượng MgO = 3.64%, lượng MgO cần hiệu chỉnh là (3.64-3) = 0.64%
Bảng 2.18 Hiệu chỉnh nhiệt độ khi thay 1% CaO bằng 1% MgO
Lg η Số hiệu chỉnh Lg η
Tính các giá trị nhiệt độ bằng cách thay vào công thức M-V.OKhôtin có hiệu chỉnh.
Bảng 2.19 Nhiệt độ nấu của thủy tinh
Từ số liệu ta có đồ thị Lgη-T sau:
Hình 2.1 Quan hệ đường cong nhớt theo nhiệt độ Nhận xét : Từ các số liệu tính toán được ta đã xây dựng được mối quan hệ
Lgμ - T Đó là hàm có phương trình : y = 36.505e -0.002x
2.3.7 Xác định nhiệt độ nấu, khử bọt, gia công, hấp ủ a, Nhiệt độ nấu của thủy tinh: tương ứng với lgη = 2
Thay y=2 vào phương trình y = 36.505e -0.002x ta được x= 1452.151 ( o C)
Vậy nhiệt độ nấu: tn = 1452.151 ( o C) b, Nhiệt độ khử bọt:
Nhiệt độ khử bọt lấy bằng nhiệt độ nấu vì tương ứng với nhiệt độ này thì quá trình khử bọt là tốt nhất.
Vậy nhiệt độ khử bọt: tkhử bọt = 1452.151 ( o C) c, Nhiệt độ gia công : ứng với lgη = 4.5 suy ra tgc = 1105.577( o C) d, Tính nhiệt độ ủ cao và nhiệt độ ủ thấp
Từ giản đồ đường cong nhớt trên ta sẽ xác định được nhiệt độ ủ cao sẽ ứng với lgη = 13
Vậy nhiệt độ ủ cao của thủy tinh ứng với lgη = 13 là: tủ cao = 516.2499 ( o C) Thực tế nhiệt độ ủ thấp sẽ nhỏ hơn nhiệt độ ủ cao 100 0 C: tủ thấp = 516.2499– 100 = 416.2499 ( o C)
2.3.8 Vẽ đường cong ủ Đối với kính tấm thực hiện chế độ ủ 3 giai đoạn với 3 chiều dày s khác nhau. 0.3cm, 0.7 cm, 1 cm.Chọn s = 0.3 cm
+ Giai đoạn 1: Làm nguội sản phẩm đến nhiệt độ ủ cao với vận tốc:
V1= 20/a 2 , với a là kích thước hướng của sản phẩm [P]cm] Trong trường hợp kính tấm thì a s
2 , s là chiều dày thành sản phẩm [P]cm]
Giai đoạn làm nguội từ nhiệt độ kính 599.777ºC đến nhiệt độ ủ cao 516.2499ºC có sự chênh lệch nhiệt độ t1 là 83.5271ºC Thời gian cần thiết cho giai đoạn này được tính toán là 0.0939 phút.
+ Giai đoạn 2: Làm nguội chậm (516.2499 416.2499)ºC nên t2 = 100 (ºC)
+ Giai đoạn 3: Làm lạnh nhanh từ nhiệt độ ủ dưới (416.2499ºC) đến nhiệt độ ra khỏi thiết bị ủ (70ºC) nên t3 = 346.2499 (ºC)
Thực tế thường lấy 20 30 (ºC/phút) Chọn V3 = 30 (ºC/phút)
+ Giai đoạn 1: Làm nguội sản phẩm đến nhiệt độ ủ cao với vận tốc:
V1= 20/a 2 , với a là kích thước hướng của sản phẩm [P]cm] Trong trường hợp kính tấm thì a s
2 , s là chiều dày thành sản phẩm [P]cm]
Trong giai đoạn làm nguội, nhiệt độ kính giảm từ 599.777ºC xuống 516.2499ºC, với sự chênh lệch nhiệt độ t1 là 83.5271ºC Thời gian cần thiết để hoàn thành giai đoạn này là t1 = 0.5116 phút.
+ Giai đoạn 2: Làm nguội chậm (516.2499-416.2499) ºC nên t2= 100 (ºC)
+ Giai đoạn 3: Làm lạnh nhanh từ nhiệt độ ủ dưới (416.2499ºC) đến nhiệt độ ra khỏi thiết bị ủ (70ºC) nên t3 = 346.2499 (ºC)
Thực tế thường lấy 2030 (ºC/phút) Chọn V3 = 30 (ºC/phút)
+ Giai đoạn 1: Làm nguội sản phẩm đến nhiệt độ ủ cao với vận tốc:
V1= 20/a 2 , với a là kích thước hướng của sản phẩm [P]cm] Trong trường hợp kính tấm thì a=2 s , s là chiều dày thành sản phẩm [P]cm]
Trong giai đoạn 1, quá trình làm nguội diễn ra từ nhiệt độ kính 599.777ºC đến 516.2499ºC, với sự thay đổi nhiệt độ t1 = 83.5271ºC, dẫn đến thời gian t1 là 1.0441 phút Tiếp theo, giai đoạn 2 là quá trình làm nguội chậm từ 516.2499ºC xuống 416.2499ºC, với sự thay đổi nhiệt độ t2 = 100ºC.
+ Giai đoạn 3: Làm lạnh nhanh từ nhiệt độ ủ dưới (416.2499ºC) đến nhiệt độ ra khỏi thiết bị ủ (70ºC) nên t3= 346.2499 (ºC)
Thực tế thường lấy 2030 (ºC/phút) Chọn V3 = 30 (ºC/phút)
Bảng2.22 sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian
Nhiệt độ ºC Thời gian ( phút ) s1 s2 s3
CÂN BẰNG VẬT CHẤT
Năng suất
Vì nhà máy có năng suất là 600.000 tấn/năm là quá lớn nên tôi sẽ chia làm 6 lò mỗi lò có năng suất là 100.000 tấn/năm.
Năng suất yêu cầu: 100.000 tấn/năm
Thời gian nghỉ của nhà máy trong năm:
Nghỉ đại tu, sửa chửa : 20 ngày
Tổng thời gian nghỉ : 20 ngày
Thời gian làm việc trong một năm: 365 – 20 = 345 (Ngày)
Năng suất và lượng nguyên liệu sử dụng
Năng suất của một lò là 100.000 tấn/năm, vì vậy lượng phối liệu đưa vào nấu phải lớn hơn để bù trừ các hao hụt do:
- Gia công, tạo hình, hấp ủ, đóng gói : 5 %
- Hao hụt trong quá trình nấu : 17.23 %
Lượng nguyên liệu thực tế cần sản xuất:
Tính phối liệu khi dùng mảnh
Chọn lượng mảnh thủy tinh đưa vào lò: 20% so với nguyên liệu thô.
Lượng nguyên liệu tính toán cần nạp vào lò theo công thức: q = m (100- n)/ 100 + p* m/ 100 (tấn/h) Với: - q: lượng thủy tinh cần nấu trong một đơn vị thời gian.
- m: lượng liệu tính toán cần nạp vào lò.
- n: phần trăm hao hụt khi không có mảnh.
- p: lượng mảnh đưa vào, p = 20 % Thay số: n = 27.23 %, p = 20 %, q = 16595.64 (kg/h)
- Lượng mảnh đưa vào lò:
- Tổng nguyên liệu khô và mảnh cung cấp trong 1giờ:
Bảng 3.1 Bảng % nguyên liệu trong 100pkl thủy tinh
Nguyên liệu Cát Đá vôi Tràng thạch Đolomi t Sođa Pota t Na2SO4 Mản h Tổng
KÍCH THƯỚC VÀ KẾT CẤU LÒ
Chọn kiểu lò
Theo yêu cầu của đồ án thiết kế nhà máy sản xuất kính tấm với năng suất 600.000 tấn/năm, tôi đã chia thành 6 lò sản xuất, mỗi lò có năng suất 100.000 tấn/năm Trước xu thế cạnh tranh ngày càng gay gắt về chủng loại và chất lượng hàng nhập khẩu, hệ thống thiết bị sản xuất cần được thiết kế hiện đại để đảm bảo sản phẩm đạt chất lượng tốt, đủ sức cạnh tranh về cả chất lượng lẫn giá thành.
Do đó, tôi chọn kiểu lò sản xuất là loại lò liên tục lửa ngang với buồng hồi nhiệt gián đoạn bố trí 2 bên lò.
Thời gian làm việc của lò
Lò làm việc liên tục trong 1năm: 345 ngày đêm Tuổi thọ của lò: 8 - 10 năm
Năng suất lò theo ngày
Theo tính toán ở trên thì trong một ngày:
- Lượng thủy tinh cần sản xuất 1 ngày: 398.2953 (Tấn/ngày đêm)
- Tổng phối liệu cần cho 1 ngày (kể mảnh thủy tinh) là: 465.05 (Tấn/ngày đêm)
- Năng suất riêng của lò được lựa chọn là K = 2000 kg/m 2 ngày đêm
Xác định kích thước cơ bản của lò
Lò bể nấu thủy tinh tấm thường có cỡ lớn ứng với năng suất 398.30 tấn/ngày
Lò bể được chia thành hai loại chính: bể nấu và bể sản xuất Bể nấu thực hiện các quá trình như nấu, khử bọt và đồng nhất, thường có hình dạng chữ nhật Trong khi đó, bể sản xuất tập trung vào việc làm lạnh và sản xuất sản phẩm, với hình dạng phụ thuộc vào điều kiện thao tác và yêu cầu tạo hình sản phẩm.
- Diện tích bể nấu (diện tích nền lò): F G
- G: lượng thủy tinh cần nấu trong 1 ngày đêm: 465.05 tấn/ngày
- K: năng suất riêng (phụ thuộc vào loại thủy tinh cần nấu)
- K thay đổi theo loại thủy tinh (kính tấm K = 700-2000) ta chọn K = 2000 kg/m 2 ngày
Vậy diện tích bể nấu: F G
Vì lò lửa ngang nên chọn: Chiều rộng B = 8 m
Để xây dựng đáy lò chịu lửa hiệu quả, cần sử dụng gạch chịu lửa kích thước lớn (300x400x1000mm), được mài nhẵn và lát sít lại mà không cần vữa (xây khô) Đáy lò đóng vai trò quan trọng vì phải chịu tác động mạnh từ dòng chảy của thủy tinh lỏng, đặc biệt là khi sử dụng nhiều mảnh gạch, dẫn đến nguy cơ phá hủy cao Việc sửa chữa đáy lò cũng cần được thực hiện cẩn thận như những khu vực khác Do đó, nên chọn vật liệu chịu lửa chất lượng cao như samot, cao alumin, và các loại chống mài mòn tốt như Bacro (AZS), Corvizit Hiện nay, đáy lò thường được xây dựng theo cấu trúc nhiều lớp, bao gồm lớp gạch chịu lửa, lớp thép và lớp bê tông chịu lửa kết hợp với bảo ôn.
Tính chất và màu sắc của thủy tinh ảnh hưởng đến việc lựa chọn vật liệu xây dựng đáy lò Bể cạn nấu thủy tinh mang lại hiệu quả tốt hơn, nhưng vật liệu xây dựng đáy lò lại dễ bị ăn mòn Ngược lại, bể sâu tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ lớn giữa đáy và bề mặt, dẫn đến dòng thủy tinh chuyển động mạnh, gây ăn mòn tường lò Độ sâu của thủy tinh tấm thường dao động từ 1.2 đến 1.6m.
→ Ta chọn chiều sâu là: 1.4 m
Tỉ lệ giữa bể sản xuất và bể nấu thay đổi tùy loại thủy tinh cũng như cơ cấu lò:
Kích tấm thường có tỉ lệ: 0.3-0.5 Ta chọn Fsx: Fn = 0.32
Vậy chiều dài d = 9.1 m Đối với sản xuất bằng máy: Bể sản xuất cạn hơn bể nấu 200-300 mm
Chọn chiều sâu bể là 1.2 m
Vòm lò được xây dựng từ gạch Dinas chịu lửa và gạch Dinas xốp bên ngoài, giúp giảm thiểu tổn thất nhiệt ra môi trường Vật liệu xây dựng sử dụng Dinas có lớp bảo ôn bằng Dinas nhẹ, với các khe giãn nở nhiệt từ 50 đến 70mm được chừa khoảng 3 - 6mm.
Khi xây dựng vòm lò, cần đảm bảo khoảng cách giữa vòm và tường bể nấu là 0.1 m Điều này nhằm hạn chế tác động của xung nhiệt từ ngọn lửa lên vật liệu tường, đồng thời giảm thiểu sự rơi của sạn vật liệu chịu lửa vào khối thủy tinh lỏng.
Chiều cao vòm : Lửa ngang 1/8 - 1/9 dây cung → Chọn : 1/8
Góc ở tâm φ = 60 ; B: chiều rộng bể B = 8 + 2×0.1= 8.2 (m)
Chiều rộng cung bên trong vòm: Bt = 2π* R* α/ 360 = 9.098(m)
Chiều rộng cung bên ngoài vòm : Bn = 2π × (R + δ) ×α/ 360 = 9.652(m)
Với Với δ = δ1 + δ2 = 0.3 + 0.23 = 0.53 (m) Độ rộng trung bình của vòm là: Btb = (Bt+Bn)/ 2 = (9.098+9.652)/ 2 = 9.375 (m)
+ Chiều dài vòm: L= chiều dài lò phần nấu + 0,2 (m).
+ Diện tích bề mặt truyền nhiệt trung bình của vòm lò nấu.
Vật liệu làm vòm lò, chọn: gồm 2 lớp
Lớp ngoài bảo ôn Dinas nhẹ 230
Tường lò được xây dựng bằng gạch có kích thước 300 x 400 x 500, với độ dày tường là 300 hoặc 400mm Việc thiết kế tường mỏng giúp tăng cường hiệu quả làm lạnh nhân tạo bên ngoài, đồng thời giảm thiểu sự ăn mòn của gạch chịu lửa do tiếp xúc với thủy tinh có độ nhớt cao Nếu tường dày, khả năng bị ăn mòn sẽ tăng lên do nhiệt độ bề mặt cao.
Chọn vật liêu làm tường lò:
Tường không gian lò được cấu tạo từ hai lớp, với chiều cao h1 là 0.9 mét Đoạn tường nằm trên bể nấu thường được xây bằng gạch dinas Mặc dù gạch dinas có độ bền nhiệt không cao, nhưng nó có khả năng chịu đựng dao động nhiệt độ cao và không ảnh hưởng nhiều đến tính chất của thủy tinh.
Lớp ngoài bảo ôn Dinas nhẹ 250
- Tường dưới mực thuỷ tinh gồm 2 lớp: h2 = 1.4 (m)
Tường lò tại đây là nơi có tốc độ bị ăn mòn mạnh nhất nên người ta xây bằng gạch
Al2O3 nấu chảy bằng lò điện rồi đúc thành viên và gọi là Zircon Aluminum (ZAS )
Lớp ngoài bảo ôn ZAS 250
Sử dụng Dinas và cao alumin chất lượng cao, cùng với vật liệu cách nhiệt bên ngoài, là rất quan trọng Số lượng miệng lửa cần được bố trí hợp lý để đảm bảo độ phủ của ngọn lửa đều và kín trên bề mặt bể.
Tổng diện tích miệng lửa:
Fml = (1-2) %×Fn → Chọn: Fml = 1% Fn → Fml = 199*0.01 = 1.99(m 2 )
Tổng chiều rộng của tất cả các miệng bằng khoảng 45 - 55% chiều dài bể nấu Chiều rộng 1 miệng lửa 0.9 – 1.4 (m) Chọn chiều rộng miệng lửa: 1.4 (m)
Gọi n là số miệng lửa cần bố trí.
Ri: chiều rộng miệng lửa thứ i
+ Khoảng cách giữa hai đầu lò: đầu lò nạp liệu 0.96m, đầu lò chảy qua bể đồng nhất 0.955m.
+ Khoảng cách giữa các miệng lửa 1.18m Tổng chiều dài: 1.18*(n-1)
+Chiều dài cần bố trí: L = 12.45 = 0.96 + 0.935 + 1.4*n + 1.18* (n-1)
→ n = 4.55 Vậy số cặp miệng lửa cần bố trí là 5
Chiều cao miệng lửa: 1 ml n i i h F
0.28 (m) Phần tường không gian sẽ lùi ra mỗi bên 0.1m so với thành bể nấu nhằm:
+ Hạn chế tác dụng xung nhiệt của ngọn lửa lên vật liệu làm tường không gian.
+ Làm giảm sạn vật liệu chịu lửa rơi vào khối thủy tinh lỏng
Để xây dựng đáy lò chịu lửa, cần sử dụng gạch lớn có kích thước 300 x 400 x 1000 mm, được mài nhẵn và lát sít lại mà không cần vữa (gọi là xây khô) Đáy lò rất quan trọng vì nó phải chịu tác động mạnh từ dòng chảy của thủy tinh lỏng, đặc biệt khi có nhiều mảnh vụn và kim loại, dẫn đến nguy cơ hư hỏng cao Ngoài ra, việc sửa chữa đáy lò trong quá trình vận hành là rất khó khăn Do đó, việc chọn lựa vật liệu chịu lửa chất lượng cao như samot, samot caolanh hoặc cao alumin là cần thiết để đảm bảo khả năng chống mài mòn tốt.
Bacor (AZS), Corvizit… Kết hợp với bảo ôn ,ngày nay người ta dùng đáy lò nhiều lớp Vật liệu làm nền lò, chọn:
Các loại VLCL đều được thiết kế theo kiểu Block hoặc dị hình theo kiểu thiết kế của lò.
Vỏ lò được thiết kế chắc chắn với hệ thống dầm và cột thép, đảm bảo độ bền và an toàn Hệ thống quạt thổi cung cấp không khí làm mát toàn bộ phần nấu của lò Tường không gian lò được treo trên các cột và dầm, tạo ra kết cấu vững chắc Nền lò được hỗ trợ bởi hệ thống dầm ngang dọc và cột bê tông chịu lực, hoặc các thanh thép chữ I, giúp phân phối tải trọng hiệu quả.
TÍNH TOÁN SỰ CHÁY CỦA NHIÊN LIỆU
Yêu cầu chung của các loại nhiên liệu
Nhiên liệu dùng để đốt lò yêu cầu phải:
- Nhiên liệu phải toả nhiệt lớn.
Khi cháy nhiên liệu, việc không thải ra khí độc hại cho con người và vật liệu xây lò là rất quan trọng Nhiên liệu cần có hàm lượng tro và lưu huỳnh thấp (< 0.5%) để giảm thiểu tình trạng ăn mòn lò Điều này không chỉ bảo vệ thiết bị mà còn góp phần nâng cao chất lượng thủy tinh.
- Dễ khai thác và rẻ tiền.
- Có khả năng bảo quản lâu trong kho mà không làm thay đổi tính chất.
- Đảm bảo nhu cầu về kinh tế và kỹ thuật.
- Do vậy mà ta dùng dầu FO để đốt lò.
Trước khi đốt dầu, cần hâm nóng dầu đến 80°C và phun vào không gian lò dưới dạng sương bằng hệ thống phun ổn định Môi trường đốt yêu cầu lượng oxy vào lò lớn hơn lượng cần thiết để đốt cháy nhiên liệu, nhưng không nên dư thừa quá nhiều để tránh giảm nhiệt độ và tổn thất nhiệt Do đó, việc lựa chọn hệ số α là rất quan trọng.
= 1.05 (hệ số không khí dư) (bảng 1.4-trang10-TTKTNLCN tập 1).
Bảng 5.1 Thành phần làm việc của dầu FO, %
0 Với A: độ tro của nhiên liệu.
W: thành phần ẩm của nhiên liệu.
Nhiệt trị thấp của nhiên liệu
- Theo công thức Menđêleev (CT 1.8-trang 8-TTKTNLCN tập1):
Lượng không khí cần thiết để đốt hoàn toàn 1kg nhiên liệu
- Theo lý thuyết (CT 1.9-trang 11-TTKTNLCN tập1):
Vậy lượng không khí khô thực tế dùng là:
Lo ktt = Lo k * α = 10.59* 1.05 = 11.12 (m 3 kk/kgnl) α : Hệ số không khí dư, α = 1.05
- Lượng không khí ẩm cần thiết để đốt cháy 1 kg nhiên liệu:
Với dkk: Hàm ẩm của không khí (g/m 3 )
Xét: Môi trường làm việc tại nhà máy:
Ta có độ ẩm tương đối khu vực Quảng Trị ta có :
- Nhiệt độ môi trường làm việc: t = 26 o C
- Độ ẩm tương đối của nhà máy: φ = 0.81 Ứng với nhiệt độ t = 26 o C, tra bảng L250 –trang 312 sổ tay QTTB tập 1, ta có áp suất hơi bão hoà Pbh = 0.0343 at
Mặt khác theo quy định ta có áp suất làm việc P = 1.033 at. Áp dụng công thức VII.11-trang 95-STQTTB tập 2, ta có hàm ẩm không khí: dkk = 0.622* ϕ∗P bh
P−ϕ∗P bh = 0.0172 (Kg ẩm/kgkkk) 2(g ẩm/kgkkk) Vậy: Lo = (1+ 0.124 * 0.0172) * 10.59 = 10.816 (m 3 /kg)
- Lượng không khí ẩm thực tế (CT 1.11-trang 11-TTKTNLCN tập 1)
* Nhận xét: Để tăng quá trình cháy thì ta nên gia nhiệt cho dầu và không khí trước bằng cách tận dụng nhiệt từ thiết bị thu hồi nhiệt.
Lượng sản phẩm cháy và thành phần % của chúng
- Khi đốt cháy 1 kg nhiên liệu thì lượng sản phẩm sinh ra (CT 1.14-trang 12- TTKTNLCN tập1):
Vα = VCO2 + VH2O + VSO2 + VO2 + VN2 = 12.213 (m 3 /kg)
- Thành phần của sản phẩm cháy:
Tính toán tương tự, ta có:
Bảng 5.2 Thành phần các khí
Thành phần CO2 H2O SO2 O2 N2 Tổn g
- Khối lượng riêng của sản phẩm cháy (CT 1.25-trang14-TTKTNLCN tập1) ρ 0 SPC =ρ 0 K D %CO 2 +18%H 2 O+28%N 2 +32%O 2 +64 %SO 2
Tính nhiệt độ cháy lý thuyết của nhiên liệu
Hàm nhiệt của sản phẩm:
V α (KJ/m 3 ) Với Cspc:Nhiệt dung riêng của sản phẩm cháy (Kcal/m 3 độ) tlt: Nhiệt độ lý thuyết, o C.
Qt: Nhiệt trị thấp của nhiên liệu, Qt = 9665 (Kcal/kg)
Vα: Lượng sản phẩm cháy khi đốt một kg nhiên liệu, Vα = 12.213 (m 3 /kg)
Cnl: Nhiệt dung riêng của nhiên liệu, Kcal/m 3 độ
Lα: Lượng không khí thực tế để đốt cháy 1 đơn vị nhiên liệu, Lα = 11.3567 (m 3 /kg)
Ckk: Nhiệt dung riêng không khí tnl, tkk: Nhiệt độ của nhiên liệu và không khí được nung trước, o C
Nhiên liệu và không khí được gia nhiệt trước khi vào béc đốt là: tnl = 80 o C, tkk= 850 o C tnl: Nhiệt độ nhiên liệu trước khi đốt ta hâm nóng đến 80 o C.
- Có thể áp dụng công thức để tính nhiệt dung riêng của hơi dầu mỏ như sau:
(J/kgđộ) dn t là khối lượng riêng tương đối của chất lỏng ở 15.6 o C, chọn d t n = 0.9 (Kg/m 3 )
Thay số ta có: Cnl = 1625+1.886∗( 9
Theo [P]Sổ tay QT và TBCNHC Tập 1-Tr 203,204] ở 850 0 C và 1atm thì:
Ta có tại nhiệt độ tkk = 850ºC, áp suất 1atm ( áp dụng phươg pháp nội suy) :
Suy ra Ckk = 0.2798 (kcal/kgđộ).
Thay số vào công thức : iΣ = Qt+ Cnl∗Tnl+Ckk∗Tkk∗L α
Tính nhiệt độ cháy lý thuyết
Giả thiết i1 < iΣ
