Nhôm và công nghệ dây cáp nhôm

Nhôm và công nghệ dây cáp nhôm

LỜI NÓI ĐẦU

Cùng với sự phát triển kinh tế – xã hội của đất nước, nhu cầu về sử dụng điện năng của người dân cũng ngày một tăng cao Việc cải tạo, nâng cấp và xây dựng thêm các nhà máy điện còng nh các mạng truyền tải điện là một yêu cầu cấp thiết của ngành điện lực Nhu cầu về dây cáp điện của các công ty điện lực và các công ty xây lắp điện do đó cũng tăng mạnh Việc đầu tư trang thiết bị máy móc và dây chuyền sản xuất hiện đại để nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm nhằm cạnh tranh với các sản phẩm cáp ngoại nhập là nhiệm vụ cơ bản, hàng đầu được đặt ra với các công ty sản xuất cáp điện lực Việt Nam Công ty liên doanh cáp điện lực Daesung – Việt Nam cũng không nằm ngoài xu hướng đó Để nâng cấp và hoàn thiện dây chuyền sản xuất dây cáp nhôm của mình nhằm tạo ra những sản phẩm mới có sức cạnh tranh cao, công ty đã đầu tư và xây dựng thêm nhiều trang thiết bị máy móc mới Một trong số đó là các lò điện trở có không khí tuần hoàn cưỡng bức để ủ các rulô cáp nhôm

Là sinh viên ngành Nhiệt – Lạnh, được giao nhiệm vụ thiết kế tốt nghiệp

là thiết kế các lò điện trở này, em đã tiến hành nghiên cứu, tìm hiểu đặc điểm

kỹ thuật của các loại lò điện trở cũng như đặc tính của nhôm và công nghệ sản xuất dây cáp nhôm ở nước ta để tìm ra phương án thiết kế cho phù hợp.Sau hơn 3 tháng thực hiện, được sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của PGS TS Phạm Văn Trí cùng với sự nỗ lực cố gắng của bản thân, bản đồ án tốt nghiệp đã hoàn thành Nội dung chính của bản đồ án tốt nghiệp bao gồm:

Chương 1 Nhôm và công nghệ sản xuất dây cáp nhôm

Chương 2 Tổng quan về lò điện và các loại lò điện trở

Chương 3 Chọn cấu trúc lò và tính toán các kích thước cơ bản của lò.Chương 4.Tính thời gian nung kim loại

Chương 5 Tính toán cân bằng nhiệt và xác định công suất điện của lò

Chương 6 Tính toán dây điện trở làm việc ở chế độ trao đổi nhiệt đối lưu

Chương 7 Đo và khống chế chế độ nhiệt độ của lò

Trong quá trình thực hiện đồ án, mặc dù đã rất cố gắng tìm hiểu và cân nhắc kỹ lưỡng trước khi quyết định thiết kế cấu trúc lò và đưa ra các thông số

kỹ thuật của lò nhưng do lần đầu tiên được giao nhiệm vụ thiết kế, kiến thức

và kinh nghiệm thực tế còn hạn hẹp nên không tránh khỏi sai sót, em rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của thầy cô và các bạn

Em xin gửi tới PGS TS Phạm Văn Trí, người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo giúp em hoàn thành bản đồ án tốt nghiệp này, lòng biết ơn sâu sắc

Em xin gửi tới Ban giám đốc công ty cơ điện Trần Phú, Ban giám đốc công ty liên doanh cáp điện lực Daesung – Việt Nam, KS Vũ Tuấn Anh, các thầy cô giáo trong Viện khoa học và công nghệ Nhiệt – Lạnh, gia đình và bạn bè, những người đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ, động viên em trong thời gian em thực hiện bản đồ án tốt nghiệp này, lời cảm ơn chân thành

CHƯƠNG 1

NHÔM VÀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT DÂY CÁP NHÔM

1.1 TÍNH CHẤT VÀ VAI TRÒ CỦA NHÔM TRONG ĐỜI SỐNG – KĨ THUẬT

1.1.1 Tính chất của nhôm

Nhôm là nguyên tố hoá học thuộc nhóm III trong bảng hệ thống tuần hoàn Nhôm thuộc chu kì 3, có số hiệu nguyên tử Z = 13, kí hiệu hoá học Al Nguyên tử Al có 13 electron với cấu hình điện tử e như sau:

1s22s22p63s23p1.Với cấu hình này, Al có 3 electron ở líp ngoài cùng (3 electron hoá trị)

do vậy nhôm thường có hoá trị III (Al3+).Tuy nhiên, nhôm cũng có hoá trị I (Al1+) và gần đây, người ta đã điều chế được nhôm hoá trị II (Al2+)

Nhôm có bán kính nguyên tử 1,4 A0, bán kính ion 0,86 A0 và nguyên tử lượng là 26,98 đ.v.C

Do có 3 electron hoá trị nên trong các phản ứng hoá học nhôm thể hiện tính nhường e (tính kim loại) Với độ âm điện lớn, nguyên tử nhôm có hoạt tính rất mạnh Nhôm có thể phản ứng với ôxi trong không khí và tạo thành một líp màng ôxit (Al2O3) máng, líp màng này rất bền vững nên líp nhôm ở bên trong không tiếp tục bị ôxi hoá Vì vậy, nhôm có khả năng chống ăn mòn rất tốt

Còng do có hoạt tính rất lớn nên trong tự nhiên, nhôm thường tồn tại dưới dạng các hợp chất vô cơ như : muối phèn (K2SO4.Al2(SO4)3 21H2O), quặng bôxit (Al2O3 nH2O),

Xét về mặt vật lí, nhôm là kim loại nhẹ (khối lượng riêng 2,7 g/cm3), màu trắng bạc, nóng chảy ở nhiệt độ khoảng (660 ữ 670) 0C Nhôm rất dẻo,

dễ dát mỏng và kéo sợi Do có cấu tạo tinh thể dạng lập phương tâm diện, mật

độ electron tù do lớn nên nhôm có độ dẫn nhiệt tốt Độ dẫn điện của nhôm cũng rất tốt Độ dẫn điện của nhôm bằng 2/3 độ dẫn điện của đồng Hệ số dẫn nhiệt của nhôm lớn gấp 3 lần hệ số dẫn nhiệt của sắt

Các tính chất của nhôm như : tỉ trọng, nhiệt độ chảy, nhiệt độ sôi, nhiệt dung riêng, độ dẫn điện phô thuộc rất nhiều vào độ sạch và nhiệt độ của

- Nhiệt độ sôi: Ở áp suất thường, nhiệt độ sôi của nhôm gần bằng

25000C, nhưng ở trong chân không thì nhiệt độ sôi giảm xuống (xem bảng1.3)

Bảng 1 3: Quan hệ giữa áp suất và nhiệt độ sôi của nhôm.

Nhiệt độ [ 0 C]

(trạng thái lỏng)

Nhiệt dung riêng [kJ/kg.K]

- Độ dẫn điện: Độ dẫn điện của nhôm tăng theo độ sạch (xem bảng 1 5):

Bảng 1 5: Quan hệ giữa độ dẫn điện với độ sạch của nhôm.

Độ sạch

[% Al]

Nhiệt độ [ 0 C]

Điện trở suất x 10 -3

[Ώ.mm 2 /m]

So với độ dẫn điện của đồng [%]

1.1.2 Vai trò của nhôm trong đời sống – kĩ thuật

Nhôm là kim loại được sử dụng rộng rãi (sau sắt) trong nhiều ngành kinh tế - kĩ thuật và đời sống hàng ngày Những ứng dụng này của nhôm liên quan chặt chẽ đến tính chất vật lí và hoá học của nhôm

Nhôm và hợp kim nhôm có đặc tính: nhẹ, bền đối với không khí và nước Nhôm được dùng làm vật liệu chế tạo máy bay, ô tô , tên lửa, tầu vũ trụ…

Nhôm và hợp kim nhôm có màu trắng bạc được dùng trong xây dựng nhà cửa và trang trí nội thất

Nhôm có tính dẫn nhiệt và dẫn điện tốt nên được dùng để chế tạo dây cáp dẫn điện cao thế thay cho đồng

Nhôm được dùng để chế tạo thiết bị trao đổi nhiệt, dụng cụ đun nấu.Giấy nhôm không gây độc hại nên được dùng để bao gói thực phẩm, bánh kẹo

Bét nhôm dùng chế tạo hỗn hợp tecmic (hỗn hợp bột nhôm và ôxit sắt từ) để hàn kim loại, điều chế một số kim loại trong phòng thí nghiệm

Nhôm siêu sạch dùng để chế tạo bán dẫn Al - Sb Loại bán dẫn này chịu được nhiệt độ cao nên được dùng nhiều trong kĩ thuật điện tử

1.2 TÌNH HÌNH SẢN XUẤT TIÊU THỤ VÀ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO CÁP NHÔM

Ở NƯỚC TA HIỆN NAY

1.2.1 Tình hình sản xuất – tiêu thụ cáp nhôm ở nước ta hiện nay

Hiện nay, ở nước ta, dây cáp nhôm được sản xuất bởi rất nhiều công ty như : Công ty cơ điện Trần Phú (Hà Nội), Liên doanh LG – Vina (Hải Phòng), Liên doanh CFT – Cadivi (Hồ Chí Minh), Liên doanh Daesung – Việt Nam (Cơ khí Yên Viên), với nhiều chủng loại và mẫu mã khác nhau

Sản phẩm chủ yếu của các công ty này là: Cáp nhôm có lõi thép, cáp nhôm không có lõi thép, cáp nhôm có lõi thép bọc vỏ và cáp nhôm không có lõi thép bọc vỏ, các loại dây điện trần, dây điện bọc vá,

Các sản phẩm này có chất lượng tốt, mẫu mã đa dạng và phong phú nên không chỉ được thị trường trong nước chấp nhận mà còn rất được ưa chuộng ở nước ngoài Sản phẩm của các công ty này đã được xuất khẩu sang : Đài

Loan, Nhật Bản, Hàn Quốc,… với số lượng ngày càng tăng Ở trong nước, với chiến lược phát triển mạng lưới điện quốc gia đến năm 2010 của ngành điện lực, nhu cầu tiêu thụ cáp điện của các công ty xây lắp điện cũng tăng mạnh Chỉ tính riêng ở công ty cơ điện Trần Phú, lượng cáp điện được đặt hàng trong năm 2004 là:

Cáp nhôm không lõi thép: 1200 tấn

Cáp nhôm có lõi thép: 600 tấn

Cáp nhôm bọc PVC: 8000 tấn

Nhu cầu về cáp điện của thị trường đối với các công ty khác cũng khá lớn Đây là điều kiện rất thuận cho việc đầu tư sản xuất - kinh doanh của các công ty sản xuất dây cáp điện ở nước ta trong thời gian tới

1.2.2 Công nghệ sản xuất dây cáp nhôm

Để tạo ra những sản phẩm có chất lượng và hình thức đặc trưng, mỗi công ty đều có dây chuyền công nghệ, thiết bị sản xuất và công nghệ chế tạo riêng biệt khác nhau Nhưng nhìn chung tất cả các sản phẩm do các công ty ở nước ta sản xuất đều trải qua các giai đoạn công nghệ sau:

- Nhập nhôm thỏi từ nước ngoài về

- Nấu chảy nhôm thỏi trong lò

CHƯƠNG 2

TỔNG QUAN VỀ LÒ ĐIỆN VÀ LÒ ĐIỆN TRỞ.

2.1 LÒ ĐIỆN VÀ LĨNH VỰC SỬ DỤNG CỦA LÒ ĐIỆN

2.1.1 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 nhỏ

- 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 Ýt bị tổn hao trong m«i trêng cã khÝ b¶o vÖ nªn kim lo¹i Ýt bÞ tæn hao

- Có khả năng cơ khí hoá và tự động hoá quá trình chất dỡ liệu và vận chuyển vật phẩm chuyÓn vËt phÈm

- Đảm bảo được điều kiện lao động hợp vệ sinh: không có bụi, khói,

Ýt 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

2.1.2 Lĩnh vực sử dụng của lũ điện

Với những ưu, nhược điểm của lũ điện đó trỡnh bày ở trờn, lũ điện được

sử dụng rộng rói trong cỏc lĩnh vực kỹ thuật:

- Trong luyện kim và chế tạo mỏy, lũ điện cú một vị trớ quan trọng và thường được dựng để: thờng đợc dùng để:

+ Sản xuất thộp chất lượng cao

+ Nhiệt luyện và hoỏ nhiệt luyện

+ Nung cỏc vật phẩm trước khi cỏn, rốn dập, kộo dõy kộo sợi

- Trong cụng nghiệp hoỏ học lũ điện được sử dụng để:

+ Sản xuất CaC2, SiC, B4C

+ Sản xuất CS2, C2H2

+ Sản xuất cỏc kim loại kiềm thổ

- Trong cỏc lĩnh vực cụng nghiệp khỏc:

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

+ Trong cỏc lĩnh vực khỏc, lũ điện được sử dụng để sản xuất: gốm, sứ, thuỷ tinh, cỏc loại vật liệu chịu lửa

Ngoài ra, lũ điện cũn được sử dụng rộng rói trong đời sống sinh hoạt: bếp điện, nồi cơm điện, bỡnh nước núng, thiết bị nung, rỏn, sấy điện

2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI ĐIỆN NĂNG THÀNH NHIỆT NĂNG

Điện năng được biến đổi thành nhiệt năng theo cỏc phương phỏp sau :

- Phương phỏp điện trở

- Phương phỏp cảm ứng

- Phương phỏp hồ quang điện

- Phương phỏp điện mụi

- Phương phỏp Plasma

2.2.1 Phương pháp điện trở ( hình 2.1 )

Phương pháp điện trở dùa trên định luật Joule-Lence: Khi dòng điện chạy qua dây dẫn có điện trở R thì trên dây dẫn sẽ toả ra một lượng nhiệt, lượng nhiệt này được tính theo công thức:

Q = R.I2.t [J]

Trong đó:

- R : điện trở của dây dẫn, [ ]

- I : cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn, [A]

- t : thời gian dòng điện chạy qua dây dẫn, [s]

Nguyên lý làm việc của lò điện trở được trình bày trên hình 2.1:

Hình 2.1 Nguyên lý làm việc của lò điện trở.

a - Đốt nóng trực tiếp b - Đốt nóng gián tiếp

1 - Cầu dao điện 4 - Vật liệu được nung nóng trực tiếp

2 - Biến áp 5 - Vật liệu được nung nóng gián tiếp 3 - Đầu cấp điện 6 - Dây điện trở

2.2.2 Phương pháp cảm ứng ( hình 2.2 )

Phương pháp cảm ứng dùa trên định luật cảm ứng điện từ của Faraday: Khi dòng điện xoay chiều chạy qua cuộn cảm thì tạo ra từ trường biến thiên xung quanh cuộn cảm Từ trường biến thiên này tác động lên vật dẫn (vật

nung hoặc nấu chảy) làm xuất hiện dòng điện cảm ứng trong vật dẫn - dòng điện xoáy (dòng Fucô).

Những phần của vật dẫn có dòng điện xoáy sẽ toả nhiệt

Những phần không có dòng điện xoáy chạy qua sẽ nhận nhiệt bằng dẫn nhiệt hoặc đối lưu từ phần kim loại nóng có dòng điện xoáy chạy qua

Nguyên lý làm việc của lò điện cảm ứng được trình bày trên hình 2.2:

12

a)

43

341

b)

Hình 2.2 Nguyên lý làm việc của lò điện cảm ứng

a Lò điện cảm ứng có kênh b Lò điện cảm ứng kiểu nồi

1 Mạch dẫn từ 3 Nồi lò, chứa vật liệu cần gia công

2 Vòng cảm ứng 4 Tường lò bằng vật liệu chịu nóng

2.2.3 Phương pháp hồ quang điện ( hình 2.3 )

Phương pháp hồ quang điện dùa trên nguyên lý phát nhiệt của ngọn lửa

hồ quang điện Hồ quang điện là một trong những hiện tượng phóng điện qua chất khí Bình thường thì khí không dẫn điện, nhưng nếu ion hoá khí và dưới tác dụng của điện trường thì khí sẽ dẫn điện Khi hai điện cực tiếp cận nhau thì giữa chúng sẽ xuất hiện ngọn lửa hồ quang Người ta dùng nhiệt năng của ngọn lửa hồ quang để gia nhiệt cho vật nung hoặc nấu chảy

Nguyên lý làm việc của lò hồ quang điện được trình bày trên hình 2.3:

Hình 2.3 Nguyên lý làm việc của lò điện hồ quang

a – Lò hồ quang trực tiếp b – Lò hồ quang gián tiếp

1 – Điện cực 3 – Vật gia công nhiệt

2 – Ngọn lửa hồ quang 4 – Tường lò

2.2.4 Phương pháp điện môi ( hình 2.4 )

Phương pháp điện môi dùa trên nguyên tắc: Nếu đặt các vật liệu rắn, không dẫn điện vào vùng điện trường có tần số cao thì các nguyên tử, các phân tử của vật đó sẽ bị phân cực Sự phân cực này có tần số bằng tần số biến đổi của điện trường và tần số này thường rất lớn Đối với sự phân cực có tần

số lớn thì sẽ sinh ra nhiệt ma sát, nhiệt ma sát này toả ra trong toàn bộ thể tích của vật nung

Trong lò nung điện môi, vật liệu nung được đặt giữa các phần điện cực Các điện cực này có thể tiếp xúc với vật nung hoặc đặt cách xa vật nung một khoảng nào đó

Nguyên lý làm việc của lò nung điện môi được trình bày trên hình 2.4:

Hình 2.4 Nguyên lý làm việc của lò nung điện môi.

2.2.5 Phương pháp Plasma ( hình 2.5 )

H×nh 2.4 Nguyªn lý lµm viÖc cña lß hå quang ®iÖn.

Phương pháp Plasma dùa trên nguyên tắc phát nhiệt Plasma: Đã là sự toả nhiệt trong luồng không khí được ion hoá dưới tác dụng của hồ quang điện

Do khí bị ion hoá và bị nén trong thể tích không lớn nên mật độ nhiệt rất cao

và nhiệt độ đạt được cũng rất lớn (10000 20000) OC

Nguyên lý làm việc của lò điện Plasma được trình bày trên hình 2.5:

1 Bể lò kim loại

2 Cuộn cảm để nung nóng và

khuấy trộn kim loại

3 Nồi lò bằng vật liệu chịu nóng

4 Ngọn lửa hồ quang

5 Èng bao quanh điện cực

6 Điện cực graphit

7 Đường thổi khí Argon

8 Điện cực gắn vào nồi lò

Hình 2.5 Nguyên lý làm việc của lò điện Plasma.

2.3 PHÂN LOẠI LÒ ĐIỆN

2.3.1 Phân loại lò điện

Theo phương pháp biến đổi điện năng thành nhiệt năng người ta chia lò điện thành các loại sau:

- Lò điện trở

- Lò điện cảm ứng

- Lò điện hồ quang

- Lò nung điện môi.

Lò điện hồ quang được phân thành lò điện hồ quang trực tiếp và lò điện

hồ quang gián tiếp

2.3.2 Sơ đồ phân loại lò điện

Sự phân loại lò điện được trình bày trên hình 2.6 và hình 2.7 :

lß ®iÖn c¶m øng

lß ®iÖn plasma

2.4 VẬT LIỆU ĐỂ CHẾ TẠO DÂY ĐIỆN TRỞ

2.4.1 Yêu cầu của vật liệu chế tạo dây điện trở

Dây điện trở là bộ phận phát nhiệt của lò, làm việc trong điều kiện nhiệt

độ cao do đó phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Chịu nóng tốt, Ýt bị ôxi hoá ở nhiệt độ cao

- Có độ bền cơ học cao, không bị biến dạng ở nhiệt độ cao, có thể tự bền vững dưới tải trọng của dây

- Điện trở suất phải lớn: Tạo cho dây điện trở có cấu trúc gọn khi cùng đáp ứng một công suất yêu cầu, dễ dàng bố trí trong lò

- Hệ số nhiệt điện trở nhỏ: Hầu hết các vật liệu chế tạo dây điện trở đều có hệ số nhiệt điện trở nhỏ và dương (nhiệt độ càng cao, điện trở càng lớn)

- Các kích thước phải ổn định : Mét số vật liệu, ngày càng chảy dài ra, đứng về mặt cấu tạo, lắp ráp không thuận lợi, khi xây lò và lắp ráp phải chừa chỗ dự phòng cho sự dãn dài của dây, như vậy không đạt yêu cầu chắc chắn

- Các tính chất điện phải ổn định hoặc Ýt thay đổi

- Dễ gia công: Kéo dây, dễ hàn, đối với vật liệu phi kim loại phải Ðp khuôn được

Để thoả mãn 7 yêu cầu trên, trong thực tế rất khó có vật liệu nào đáp ứng được, nhưng người ta đã chọn được một số vật liệu thoả mãn tốt các yêu cầu chính để chế tạo dây điện trở Các vật liệu đó là: Crôm - Niken, Crôm - Nhôm, Crôm - Nhôm - Sắt, Cacbuarun (SiC),

2.4.2 Vật liệu kim loại

Đa số các lò điện trở dùng dây điện trở bằng hợp kim Crôm - Niken (Nicrôm), hợp kim Crôm - Nhôm - Sắt Những hợp kim này có điện trở suất lớn

Các kim loại nguyên chất Ýt được sử dụng vì: điện trở suất của chúng không lớn, hệ số nhiệt điện trở lớn, dễ bị ôxi hoá trong không khí

Những kim loại có nhiệt độ chảy cao: Molipden (Mo), Tantan (Ta), Vonfram (W) được dùng làm dây điện trở trong các lò điện trở chân không hoặc lò điện trở có khí bảo vệ.

Trong những lò làm việc ở nhiệt độ thấp, chế độ làm việc ngắn thì có thể

sử dụng thép xây dựng làm dây điện trở

a) Hợp kim Nicrôm

Hợp kim Nicrôm có độ bền nóng tốt vì có líp màng crôm ôxit (Cr2O3) bảo vệ rất chắc chắn, chịu được sự thay đổi nhiệt độ tốt nên có thể làm việc trong các lò có chế độ làm việc gián đoạn

Hợp kim Nicrôm có cơ lý tính tốt ở nhiệt độ thường cũng như nhiệt độ cao: dẻo, dễ gia công, dễ hàn, điện trở suất lớn, hệ số nhiệt điện trở nhỏ, không có hiện tượng già hoá Nicrôm là vật liệu đắt tiền nên người ta có khuynh hướng tìm các loại vật liệu khác thay thế

b) Hợp kim Sắt - Crôm - Nhôm

Hợp kim này chịu được nhiệt độ cao, thoả mãn các yêu cầu về tính chất dẫn điện, nhưng có nhược điểm là: giòn, khó gia công, kém bền cơ học ở nhiệt độ cao Vì vậy khi thiết kế cần lưu ý tránh tác động tải trọng của chính dây điện trở

Một nhược điểm nữa của hợp kim này là ở nhiệt độ cao dễ bị các ôxit sắt, ôxit silic tác dụng hoá học, phá hoại líp màng bảo vệ của các ôxit nhôm

và crôm Vì vậy, tường lò (ở những nơi tiếp xúc với dây điện trở) phải là vật liệu chứa nhiều Alumin (Al2 O3 ≥ 70%, Fe2O3 ≤ 1%)

Độ dãn dài của hợp kim này tới 30% ÷ 40% đã gây khó khăn khi lắp đặt dây trong lò, vì vậy cần tránh đoản mạch khi dây dãn dài và cong Ở Liên

Xô cũ, người ta đã chế tạo được hai hợp kim эи - 595 và эи - 626 có nhiệt độ làm việc đạt 13000C Chúng là hợp kim Crôm có hàm lượng lớn, được biến

tính bằng các kim loại kiềm thổ nên tăng độ dẻo ở 10000C, do vậy có độ bền cao.

Các dây điện trở được tiêu chuẩn hoá khi sản xuất Dây điện trở bằng hợp kim X13ю4; OX23ю5A; X27ю5A; X20H80 có các loại:

Dây tròn có đường kính d [mm]:

Dây điện trở có tiết diện hình chữ nhật (a x b) [mm x mm]:

Tiết diện của

dây

1,0x8 1,0x10 1,2x10 1,2x12 1,2x15 1,2x20 1,4x10 1,4x15 1,4x20 1,5x10 1,5x12 1,5x15 1,5x20 1,8x15 1,8x18 1,8x20 2,0x15 2,0x20 2,0x25 2,2x20 2,2x25 2,5x20 2,5x25 2,5x30 2,5x40 3,0x25 3,0x30 3,0x40Những kích thước được dùng phổ biến là:

- Dây điện trở tiết diện tròn có cấu trúc xoắn lò xo:

Đường kính dây : 5 ; 5,5 ; 6 ; 6,5 ; 7 [mm]

- Dây điện trở dạng lõi có cấu trúc dích dắc:

Đường kính dây: 8; 8, 5; 9 [mm] §êng kÝnh d©y: 8; 8, 5; 9 [mm]

- Dây có tiết diện hình chữ nhật có cấu trúc dích dắc :

Tiết diện dây: 2 x 20; 2, 5 x 25 ; 3 x 30 [mm] TiÕt diÖn d©y: 2 x 20; 2, 5 x 25 ; 3 x 30 [mm]

- Dây diện trở làm việc trong các lò có đối lưu tuần hoàn hoặc trong các buồng nung không khí thường có:

Đường kính dây: 3 ; 3,5 ; 4 ; 4,5 [mm]

Tiết diện dây: 1 x 10; 1, 2 x 12 ; 1,5 x 15 [mm x mm]

2.4.3 Vật liệu phi kim loại

Các vật liệu phi kim loại được sử dụng làm dây nung thường là:

Cacbuarun (SiC), than và grafit , cripton

a) Vật liệu Cacbuarun

Cacbuarun là hợp chất của cacbon và silic, được chế tạo dưới dạng thanh Các thanh Cacbuarun chỉ khác nhau về cấu trúc và phương pháp chế tạo Cacbuarun chịu được nhiệt độ cao 1350 14000C nên có thể đảm bảo cho

lò đạt tới nhiệt độ 1350 1400 0C

Điện trở suất của Cacbuarun lớn hơn nhiều so với kim loại, chúng đạt tới (800 900) .mm2/m vì vậy các thanh Cacbuarun thường có kích thước lớn

Các thanh Cacbuarun giòn, tăng nhiệt độ nhanh khi nung nên phải sấy và nâng nhiệt từ từ

Điện trở của thanh Cacbuarun giảm khi nhiệt độ tăng Khi làm việc, thanh nung Cacbuarun bị già hoá (điện trở tăng lên khi thời gian sử dụng tăng) Sau 60 80 giê làm việc đầu tiên, điện trở tăng 20%, sau đó tăng chậm hơn Vì điện trở tăng dần do bị già hoá, nên để đảm bảo công suất, phải tăng điện áp cấp vào lò (P = U2/R), cho nên lò làm việc với thanh Cacbuarun thường phải có máy biến áp nhiều nấc điện áp để điều chỉnh điện áp thứ cấp Thời gian sử dụng các thanh nung Cacbuarun từ 1000 đến 2000 [h] khi nhiệt độ lò là 14000C Nếu nhiệt độ lò cao hơn 14000C, thời gian làm việc giảm đi nhiều lần Nếu nhiệt độ lò trong khoảng 12000C ữ 13000C thì thời gian làm việc tăng 2 ữ 3 lần so với ở 14000C Do các thanh nung Cacbuarun

bị già hoá khác nhau, ta không nên đấu nối tiếp các thanh nung Cacbuarun.Các đặc trưng kỹ thuật của các thanh nung Cacbuarun do Liên Xô sản xuất được trình bày ở bảng 2 1:

Bảng 2.1 Các đặc trưng kỹ thuật của thanh đốt SiC ( Liên Xô sản xuất).

Ghi chó:

1 Sai số điện trở không lớn hơn 4%

2 Hai chữ số viết ở mác thanh đốt:

- Chữ số thứ nhất là đường kính phần làm việc

- Chữ số thứ hai là chiều dài phần làm việc

b) Vật liệu than và grafit

Kích thước [mm] Diện tích bề

mặt làm

Điện trở ban đầu của thanh

Chiều dài toàn thanh ( L∑)

Đường kính hai đầu( D )Thanh nung công nghiệp

Than và grafit được dùng để chế tạo dây đốt dưới dạng thanh, ống, tấm hoặc nồi Ta trộn thêm một lượng nhỏ samốt vào grafit để tăng độ bền, tăng điện trở suất, nhưng lại làm giảm nhiệt độ làm việc.

Khi nung, than và grafit dễ bị ôxi hoá trong không khí nên thường được dùng trong các lò có khí bảo vệ hoặc tính toán với thời gian làm việc ngắn

c) Vật liệu Cripton

Cripton là hỗn hợp của grafit, cacbuarun và đất sét Chúng được tạo hạt

có đường kính 2 3 mm Ở dạng hạt, xuất hiện điện trở tiếp xúc giữa các hạt nên điện trở suất của Cripton lớn hơn điện trở suất của than và grafit Điện trở suất của Cripton phô thuộc nhiều vào độ nén chặt giữa các hạt

Trong các lò thí nghiệm, nhiệt độ lò đạt 18000C Cripton bị cháy dần khi làm việc, nhưng giá thành của lò rẻ và lò có cấu tạo đơn giản nên lò Cripton vẫn được sử dụng khá rộng rãi

2.4.4 Cấu trúc của dây điện trở kim loại

Trong các lò điện trở, dây điện trở thường có tiết diện tròn hoặc tiết diện

chữ nhật Từ hai loại tiết diện này, người ta tạo ra các kiểu cấu tróc dây khác nhau:

- Dây điện trở tròn có cấu trúc xoắn (xoắn trụ hoặc xoắn phẳng)

- Dây điện trở tròn có cấu trúc dích dắc

- Dây điện trở tiết diện chữ nhật, cấu trúc dích dắc

Kích thước cơ bản của các loại dây được mô tả trên hình 2 7:

t = 2e

d e

Hình 2 7 Các kích thước cơ bản của dây điện trở.

a – Dây tiết diện tròn, kiểu dích dắc

b – Dây tiết diện chữ nhật, kiểu dích dắc

c – Dây tiết diện tròn, kiểu xoắn lò xo

Khi chọn lùa và lắp đặt dây vào trong lò cần chú ý:

- Khả năng ăn mòn hoá học giữa dây điện trở và líp lót tiếp xúc với dây điện trở

- Khả năng ăn mòn hoá học của khí lò đối với dây

- Khi nhiệt độ dây điện trở cao hơn 9000C không được đặt dây điện trở trực tiếp lên tường lò bằng gạch samôt (để tránh tạo ra hợp chất dễ chảy giữa dây và samôt)

- Để giữ dây cố định, ta dùng gạch gốm chất lượng cao làm gạch đỡ dây điện trở (samôt loại A, vật liệu Alumin, vật liệu giàu Al2O3)

- Dây điện trở Sắt – Crôm – Nhôm bị giòn trong môi trường có chứa khí CO Trong môi trường này ta phải dùng dây điện trở Crôm – Nhôm (Cr - Al)

a) Cấu trúc dây điện trở có tiết diện chữ nhật

Dây điện trở có tiết diện chữ nhật thường có cấu trúc dích dắc Chúng thường được treo thẳng đứng trên tường lò hoặc đặt nằm ngang ở đáy lò, nóc

lò Những kích thước cơ bản của dây điện trở tiết diện chữ nhật, cấu trúc dích dắc và cách treo chúng lên tường lò được mô tả trên hình 2 7 và 2 8

Dây điện trở tiết diện chữ nhật, kích thước a x b thì thường m = b/a = 10 Bước dích dắc t nên chọn bằng 2b (t = 2b) Khi bố trí dây điện trở trên tường

lò, ta dùng các móc nhỏ làm bằng chính vật liệu của dây, cắm vào tường lò để giữ dây Việc bố trí các móc này tuỳ theo bước dích dắc t (hình 2.8)

b r

e t A

6

7

1 2

5 4 3 2 1

Hình 2.8 Dây điện trở tiết diện chữ nhật, cấu trúc dích dắc,

treo trên tường.

b) Cấu trúc dây điện trở có tiết diện tròn kiểu dích dắc

Dây điện trở tiết diện tròn, cấu trúc dích dắc được kẹp chặt trên tường bên bằng những viên gạch gốm có gờ, hoặc dùng móc treo bằng thép bền nhiệt (d > 7 mm).

Chiều cao dích dắc H nên chọn:

- Đối với hợp kim Crôm – Niken:

H ≤ 250 mm (treo trên tường)

H ≤ 200 mm (đặt dưới nóc lò)

- Đối với hợp kim Sắt – Crôm – Nhôm:

H ≤ 200 mm (treo trên tường)

H ≤ 150 mm (đặt dưới nóc lò)

Đối với dây tiết tròn, kiểu dích dắc đặt ở đáy lò thì chiều cao dích dắc H

có thể lấy lớn hơn (20 ữ 30) % so với các giá trị nêu trên Khoảng cách giữa các trục của dích dắc e (xem hình 2 7 và 2 8) đặt trong các tấm gạch định hình có gờ, phụ thuộc vào kích thước của viên gạch Hiện nay, các viên gạch

có kích thước bước gờ là: 12,5 và 17,5 mm

Đối với những dây dùng chốt để kẹp chặt thì khoảng cách e không nhỏ hơn 2,75 lần đường kính dây điện trở Những dây treo ở tường bên thì được treo trên các móc, các móc này được chốt vào tường lò

c) Cấu trúc dây điện trở có tiết diện tròn, kiểu xoắn lò xo

Ở những lò có nhiệt độ thấp, người ta treo tù do dây xoắn hoặc cố định chúng bằng các dây cách điện

Ở những lò có nhiệt độ trung bình hoặc nhiệt độ cao, người ta đặt dây xoắn ở trong các rãnh hoặc nằm trên các giá đỡ hay quÊn quanh các ống gốm Đường kính dây là d, đường kính vòng xoắn là D, bước xoắn t ≥ 2d, được trình bày trên hình 2 7

Trong cùng điều kiện nh nhau, nếu bước xoắn t càng lớn thì ảnh hưởng che chắn giữa các vòng xoắn càng nhỏ Đường kính trung bình của mỗi vòng xoắn D càng lớn thì khả năng phân bố công suất trên 1m2 tường lò càng lớn,

nhưng độ bền cơ học lại yếu đi và dễ xảy ra biến dạng của đường xoắn dưới tác dụng của trọng lượng bản thân dây xoắn

Khi đặt dây xoắn nằm tự do thì giá trị D/d không lớn hơn 10 (D/d ≤ 10)

và các giá trị D/d được chọn theo bảng 2.2:

Bảng 2.2 Các giá trị (D/d) max tuỳ theo nhiệt độ dây và vật liệu dây Các giá trị (D/d) max được chọn tuỳ theo nhiệt độ dây và vật liệu dây Nhiệt độ dây [ 0 C] Dây Crôm – Niken Dây Sắt – Crôm – Nhôm

- Phải đảm bảo vít quấn đều vì tại những vùng bước vít bị mau thì nhiệt

độ của dây sẽ quá cao và gây đứt dây nung

2.4.5 Các kiểu bố trí dây điện trở trong lò

Trong thực tế có rất nhiều kiểu bố trí dây điện trở ở những vị trí khác nhau trong lò, mỗi kiểu bố trí dây đều có những ưu, nhược điểm riêng Tuỳ thuộc vào yêu cầu công nghệ của từng lò, ta sẽ chọn cách bố trí dây điện trở cho phù hợp

Các kiểu bố trí dây điện trở trong lò được trình bày trên hình 2 9:

2.5 CÔNG SUẤT BỀ MẶT RIÊNG CỦA DÂY ĐIỆN TRỞ

2.5.1 Công suất bề mặt riêng của dây điện trở lí tưởng

Dây điện trở lí tưởng là dây điện trở nằm xen giữa hai mặt phẳng song song vô tận của vật nung Líp lót không tham gia trao đổi nhiệt (tổn thất nhiệt

bằng không) Như vậy nhiệt lượng toả ra từ dây điện trở sẽ được hướng toàn

bộ tới bề mặt vật nung và không có tổn thất nhiệt

Công suất bề mặt riêng của dây điện trở lí tưởng là công suất toả ra trên một đơn vị diện tích bề mặt của dây Công suất này phụ thuộc vào nhiệt độ bề mặt của dây điện trở và phụ thuộc vào nhiệt độ bề mặt của vật nung

Wlt = 10 -4 [W/cm2] (2.1)Trong đó:

- Wlt: công suất bề mặt riêng của dây điện trở lí tưởng, [W/cm2]

- Td: nhiệt độ bề mặt của dây điện trở, [K]

- T v: nhiệt độ bề mặt của vật nung, [K]

- Cqd: hệ số bức xạ qui dẫn, [W/m2 K4]

[W/ m2 K4] (2.2)

Với:

- εd: độ đen của dây điện trở.

- εv: độ đen của vật liệu nung.

Mối quan hệ giữa công suất bề mặt riêng của dây điện trở lí tưởng (Wlt)

và nhiệt độ của dây (Td), nhiệt độ bề mặt vật nung (Tv) khi εd = εv = 0,8 có nghĩa là = 3,78 [W/m2.K4] được trình bày trên hình 2 10

Khi xác định Wlt (theo 2.1) chóng ta hiểu Td là nhiệt độ cao nhất của dây đảm bảo thời gian phục vụ theo yêu cầu cho trước

t d ( C) °

Hình 2.10 Công suất bề mặt riêng của dây nung lý tưởng W lt

phụ thuộc vào nhiệt độ vật nung t v và nhiệt độ dây điện trở t d 2.5.2 Công suất bề mặt riêng của dây điện trở thực

Công suất bề mặt riêng của dây điện trở thực là công suất toả ra trên một đơn vị diện tích bề mặt của dây điện trở thực tế Theo định nghĩa này, thì giá trị của nó bằng thương số giữa công suất dây điện trở và bề mặt xung quanh của dây điện trở đó.

, [W/cm2] (3.3)trong đó:

- W: công suất bề mặt riêng của dây điện trở thực, [W/cm2]

- P: công suất toả nhiệt của dây điện trở, [W]

- Fxq: diện tích bề mặt xung quanh của dây điện trở, [cm2]

Trong thực tế, người ta xác định công suất bề mặt riêng của dây điện trở thông qua công suất bề mặt riêng của dây điện trở lí tưởng và sau đó xét tới ảnh hưởng của những yếu tố khác biệt giữa dây điện trở thực và dây điện trở

lí tưởng

W = Wlt αc αt αkt αhq , [W/cm 2] (3.4)Trong đó:

- W: công suất bề mặt riêng của dây điện trở thực, [W/cm2]

- Wlt: công suất bề mặt riêng của dây điện trở lí tưởng, tính

theo công thức hoặc tra theo đồ thị ở hình 2 10, [W/cm2]

- αc: hệ số hiệu chỉnh khi xét tới ảnh hưởng của hệ số bức xạ

qui dẫn Cqd Khi = 3,78 [W/cm2.K4] thì αc = 1 Hệ số hiệu chỉnh αc được tra theo đồ thị ở hình 2 11.

Hình 2.11 Hệ sè αc phụ thuộc vào hệ số bức xạ qui dẫn.

- αkt : hệ số hiệu chỉnh khi xét tới ảnh hưởng của kích thước vật nung Giá trị αkt phụ thuộc vào tỉ số giữa bề mặt tính toán của vật nung (Fv) và bề mặt của tường lò có bố trí dây điện trở (Ft) Giá trị của αkt được xác định theo

đồ thị trên hình 2 12

Hình 2.12 Hệ sè αkt phô thuộc vào tỉ số F v / F t

Fv : bề mặt trao đổi nhiệt của vật nung, [m2]

Ft : bề mặt tường lò, trên đó có bố trí dây điện trở, [m2]

- α t : hệ số hiệu chỉnh khi xét tới ảnh hưởng của cấu trúc và cả hình dạng tiết diện của dây điện trở, cụ thể là xét tới ảnh hưởng bước xoắn Giá trị của αt được xác định theo đồ thị hình 2.13a, hình 2 13b, hình 2.13c.

0,8

0,41,0

1,21,6

t2,0

Hình 2.13a Hệ sè αt phô thuộc vào t/d đối với dây

tiết diện tròn, cấu trúc xoắn.

t - bước xoắn d - đường kính dây

1,4 α t

1

1,2 1,0 0,8 0,6

0,4

e d

e d

Hình 2.13b Hệ sè αt phô thuộc vào tỉ số e/d, dây tròn kiểu dích dắc.

Hình 2.13c Hệ sè αt phô thuộc vào tỉ số e/b, dây tiết diện hình chữ nhật, kiểu dích dắc.

- αhq: hệ số hiệu chỉnh khi xét tới ảnh hưởng bức xạ có hiệu quả của dây điện trở Giá trị của αhq tra theo bảng 2.3, ứng với m = b/a = 10 Khi m ≠ 10 thì αhq có thay đổi nhưng không đáng kể Khi vật nung đặt trong lòng của dây xoắn thì αhq = 0, 68

Bảng 2.3 Giá trị của hệ sè αhq.

Kiểu dây điện trở Khoảng cách vít nhỏ nhất αhq

Dây tiết diện tròn, cấu trúc

Dây tiết diện tròn, cấu trúc

Dây đốt dạng thỏi, cấu trúc

KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA LÒ.

3.1 CHỌN CẤU TRÚC LÒ

3.1.1 Cơ sở lùa chọn cấu trúc lò

Khi lùa chọn cấu trúc lò cần lưu tâm tới các dữ liệu kỹ thuật sau:

- Đảm bảo yêu cầu công nghệ của dây chuyền sản xuất đề ra

- Năng suất, thời gian, số lượng vật liệu đưa vào lò

- Hình dáng, kích thước vật liệu được gia công nhiệt trong lò

- Công nghệ nung nóng vật liệu

Dùa trên các điều kiện đã cho ban đầu và đặc điểm làm việc của từng loại lò, ta sẽ lùa chọn được cấu trúc lò phù hợp

Với yêu cầu đặt ra của đề tài đồ án tốt nghiệp này, lò thiết kế là lò điện trở có không khí tuần hoàn cưỡng bức để ủ rulô cáp nhôm trong công nghệ chế tạo cáp điện lực của Công ty cáp điện lực DEASUNG – VIỆT Nam:

- Lò có nhiệt độ sử dụng: 150 180OC

- Nhiệt độ cao nhất của lò: 250OC

- Dung sai nhiệt độ: ± 30C

- Đường kính của rulô sau khi đã quấn dây cáp nhôm: = 570 mm

- Hệ số điền đầy của cáp nhôm khi quấn trên rulô: k = 0,75

- Thời gian nâng nhiệt của lò: tới 180OC trong 1 giê

- Năng suất của lò: 3000 kg/ mẻ nung

- Vật gia công nhiệt: Rulô cáp nhôm có các kích thước cơ bản được trình bày trên hình 3.1:

a) Cỏc yờu cầu về cấu trỳc lũ:

Theo yờu cầu cụng nghệ và cỏc điều kiện ban đầu đó trỡnh bày ở trờn, lũ lựa chọn cần cú cấu trỳc thoả món cỏc yờu cầu sau:

- Lũ làm việc theo chu kỳ (theo từng mẻ nung)

- Lũ kiểu buồng, cú đỏy di động (để thuận tiện cho việc chất, dỡ liệu)

- Cú sự đối lưu tuần hoàn cưỡng bức của khụng khớ núng trong buồng

lũ (để đảm bảo sự đồng đều nhiệt độ và khả năng trao đổi nhiệt trong buồng

lũ được thuận lợi) lò (để đảm bảo sự đồng đều nhiệt độ và khả năng trao

đổi nhiệt trong buồng lò đợc thuận lợi)

- Đảm bảo khụng gian buồng lũ kớn để tổn thất nhiệt ở mức thấp nhất

- Đảm bảo sự an toàn về điện cho cụng nhõn kỹ thuật khi vận hành lũ

Ta lựa chọn cấu trỳc lũ để đạt được ở mức cao nhất những yờu cầu về cụng nghệ và kỹ thuật được trỡnh bày ở trờn

b) Chọn cấu trỳc lũ:

Sau khi nghiờn cứu cấu trỳc và đặc điểm của từng loại lũ cũng nh những yờu cầu mà lũ thiết kế cần thoả món ta quyết định lựa chọn và thiết kế lũ Hỡnh dỏng sơ bộ của lũ được trỡnh bày trờn hỡnh 3.2:

5

678

432

1

1 – Đường ray 6 – Các tấm ngăn và vỏ lò bằng thép

2 – Dây điện trở 7 – Đáy lò di động

3 – Các rulô cáp nhôm 8 – Dao rạch trên máng cát

4 – Líp xỉ bông cách nhiệt 9 – Máng cát

5 – Quạt gió tuần hoàn 10 – Bê tông móng lò

Nguyên lý làm việc của lò:

- Các rulô cáp nhôm được xếp lên đáy lò di động 7 ở bên ngoài buồng

lò Sau đó đáy lò 7 được đẩy vào trong lò nhờ hệ thống đường ray 1 Khi toàn

bộ đáy lò đã được đưa vào, ta đóng chặt cửa lò, tiến hành kiểm tra độ kín khít của lò và độ an toàn của toàn bộ hệ thống cấp điện cho lò rồi mới cho lò hoạt động

- Trước tiên, ta bật nguồn điện cho quạt gió tuần hoàn 5 chạy để cung cấp gió và tạo sự tuần hoàn của gió trong buồng lò Sau khi quạt chạy được khoảng 3 ÷ 5 phót, ta sẽ đóng cầu dao cấp điện cho dây điện trở hoạt động Trong quá trình lò làm việc, quạt gió tuần hoàn 5 sẽ hót không khí từ không gian buồng lò thổi tạt sang hai không gian bố trí dây điện trở 2 ở hai phía tường bên để nhận nhiệt từ dây điện trở Sau khi nhận nhiệt từ dây điện trở

H×nh 3.2 H×nh d¸ng s¬ bé cña lß ®iÖn trë ñ rul« c¸p nh«m.

xong, luồng không khí nóng này lại được thổi tạt sang không gian làm việc của buồng lò thông qua các lỗ khoan trên tấm thép ngăn Trong không gian làm việc của buồng lò, không khí nóng sẽ trao đổi nhiệt đối lưu với các rulô cáp nhôm 3 rồi lại được hót lên trên và được thổi tạt sang hai bên nhờ quạt gió Quá trình lưu chuyển và trao đổi nhiệt giữa không khí với dây điện trở trong không gian 2 và các rulô cáp nhôm 3 cứ thế diễn ra trong suốt quá trình làm việc của lò.

Hệ thống dao rạch cát 8 và máng cát 9 giúp tạo độ kín khít cho buồng lò khi di chuyển đáy lò di động 7 vào và ra khỏi lò

3.2 TÍNH CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA LÒ

3.2.1 Tính kích thước nội hình lò

Việc xác định kích thước nội hình lò phải căn cứ vào:

- Sè lượng rulô được chất trong lò

- Phương pháp xếp rulô trên đáy lò

- Khả năng trao đổi nhiệt giữa không khí tuần hoàn và dây cáp nhôm quấn ở các rulô nh«m quÊn ë c¸c rul«

Nh vậy, để xác định kích thước nội hình lò trước hết ta phải xác định số lượng rulô cần bố trí và phương pháp bố trí các rulô trên đáy lò

a) Tính khối lượng thép làm lõi quấn rulô:

Trên cơ sở kích thước hình học của lõi rulô và khối lượng riêng của thép

ta tính được khối lượng thép làm lõi quấn của 1 rulô (xem hình 3.1)

= Vlõi ρthép , [kg] (3.1)Trong đó:

ρthép : khối lượng riêng của thép, ρthép = 7800 [kg/m 3]

Vlõi : thể tích của lõi thép, được xác định theo công thức sau:

với:

φ1 : đường kính ngoài mặt bích rulô, φ1 = 0,610 [m].

H1 : chiều dày mặt bích rulô, H1 = 0,010 [m].

φ2 : đường kính ngoài của lõi rulô, φ2 = 0,270 [m].

φ3 : đường kính trong của lõi rulô, φ3 = 0,250 [m].

H2 : chiều cao của lõi quấn rulô, H2 = 0,335 [m]

φ4 : đường kính trong mặt bích rulô, φ4 = 0,060 [m].

Theo công thức (3.1) ta có:

= Vlõi ρthép = 0,0086881.7800 = 67,77 [kg].

b) Tính khối lượng của dây cáp nhôm quấn ở một rulô:

Dây cáp nhôm được quấn bắt đầu từ đường kính ngoài của lõi rulô

φ2 = 270 [mm] tới bề mặt ngoài có = 570 [mm] (cách mặt ngoài φ1 mét khoảng cách 20 [mm]) Với cách quấn này ta sẽ xác định khối lượng dây cáp nhôm quấn ở một rulô

= V Al ρAl k , [kg] (3.2)

Trong đó:

k : hệ số điền đầy của cáp nhôm khi quấn trên rulô, theo số liệu

thực tế của nhà máy, k = 0,75

ρAl : khối lượng riêng của nhôm, ρAl = 2700 [kg/m 3]

V Al : thể tích được quấn cáp nhôm, [m3]

VAl = , [m3] (3.4) Với:

: đường kính bề mặt ngoài của cáp nhôm sau khi quấn xong,

= 0,570 [m]

φ2 : đường kính ngoài của lõi rulô, φ2 = 0,270 [m]

H 2 : chiều cao của lõi quấn rulô, H 2 = 0,335 [m]

Theo công thức (3.2) ta có:

= 0,0663033.2700.0,75 = 134,264 [kg]

c) Tính số lượng rulô xếp trong lò và bố trí rulô trên đáy lò:

, [rulô] (3.3)Trong đó:

N : sè lượng rulô xếp trong lò, [rulô].

G : năng suất của lò, theo yêu cầu thiết kế G = 3000 [kg/mẻ].

: khối lượng cáp nhôm quấn ở một rulô, = 134,264 [kg]

[rulô] , lấy N = 23 [rulô]

Với số lượng rulô đã chọn, ta kiểm tra lại năng suất thực tế của lò:

+ Ở hàng đầu và hàng cuối (tính theo chiều dọc lò) ta dùng các thanh thép hình để chặn (tránh hiện tượng rulô bị lăn trên đáy lò)

- Ở tầng trên, các rulô được bố trí làm hai hàng, mỗi hàng gồm 4 rulô:

+ Khoảng cách giữa các hàng là a = 100 [mm]

+ Khoảng cách giữa mặt trên của rulô và nóc lò, h = 500 [mm].

b a

a b

Bn: chiều rộng nội hình lò, [mm]

n: số hàng ru lô xếp trên đáy lò, n = 3

H3 : chiều cao tổng của rulô, H3 = 355 [mm]

a : khoảng cách giữa các hàng, a = 100 [mm]

b : khoảng cách giữa đầu rulô với tường bên của lò, b = 150 [mm]

Bn = 3.355 + (3 - 1).100 + 2.150 = 1565 [mm]

B n = 1565 [mm]

- Chiều dài nội hình lò:

Ln = n1.φ1 + A + B.(3.5) (3.5)Trong đó:

Ln : chiều dài nội hình lò, [mm]

n1 : sè rulô trong một hàng ở tầng dưới (tính theo tầng dưới vì tầng này có nhiều rulô hơn), n1 = 5

φ1 : đường kính ngoài mặt bích rulô, φ1 = 610 [mm].

A: khoảng cách giữa các rulô với tường cuối lò, A = 150 [mm]

B: khoảng cách giữa các rulô với cửa lò, B = 400 [mm]

Ln = 5.610 + 150 + 400 = 3600 [mm]

- Chiều cao nội hình lò:

Hn = Hliệu + h(3.6) (3.6)Trong đó:

h: khoảng cách từ mặt trên của tầng rulô thứ 2 và nóc lò,

h = 500 [mm]

Hliệu : chiều cao của 2 tầng rulô, được mô tả trên hình 3.4 và xác

định bằng công thức:

Hliệu = 2.R1 + H∆ (3.7) (3.7)với:

R1 : bán kính ngoài mặt bích rulô, R1 = 305 [mm]

H∆ : chiều cao của tam giác đều tạo bởi tâm của 3 rulô, được mô

tả trên hình 3.4:

L n = 3600 [mm]

Hliệu = φ1.(1 + ) = 610 (1 + ) = 1140 [mm].

Theo cụng thức (3.6) ta cú:

Hn = 1140 + 500 = 1640 [mm]

3.2.2 Tớnh cỏc kớch thước ngoại hỡnh lũ:

Cỏc kớch thước ngoại hỡnh lũ được xỏc định dựa trờn cỏc kớch thước nội hỡnh

lũ và chiều dày của tường lũ, núc lũ Các kích thớc ngoại hình lò đợc xác

định dựa trên các kích thớc nội hình lò và chiều dày của tờng lò, nóc lò

Chúng ta đó tớnh được cỏc kớch thước nội hỡnh của lũ, bõy giờ ta sẽ thiết

kế cấu trỳc của tường lũ, núc lũ (chiều dày và vật liệu)

a) Cấu trỳc của tường lũ, núc lũ và đỏy lũ:

* Cấu trỳc của tường lũ và khụng gian bố trớ dõy điện trở

H n = 1640 [mm]

Chiều dày tường lò, nóc lò

Kích thước nội hình lò Kích thước

ngoại hình lò