đồ án tốt nghiệp tính toán thiết kế lò nung liên tục nung thép cán

Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: Chương I: Tính toán sự cháy của nhiên liệu Chương II: Tính thời gian nung kim loại Chương III: Chọn cấu trúc lò, tính cân bằng nhiệt và xác

TrƯờng đại học thủy sản nha trang

Khoa chế biến • ngành máy và thiết bị lạnh

Đồ án tốt nghiệp

GVHD : PGS.TS PHạM VĂN TRí SVTH : đỗ danh lợi

LớP : 43 NHIệT LạNH MSSV : 43D2041

TRƯỜNG ĐHTS NHA TRANG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT

1 Đề tài tốt nghiệp:

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LÒ NUNG LIÊN TỤC NUNG THÉP CÁN Số liệu ban đầu:

- Năng suất lò: P = 20000 [kg/giờ]ø

- Nhiên liệu: Dầu FO có các thành phần sau

Thành phần [%] 88 8 1,5 2,5 0,4 1

- Vật nung là thép có các thành phần: C = 0,12%; M n = 0,13%; S i = 0,6%

- Vật nung có các kích thước: 100 ´ 110 ´2500 [mm]

- Không khí được nung trước: t kk = 350 [ 0 C]

- Nhiên liệu (dầu FO) được nung trước: t FO = 110 [ 0 C]

- Nhiệt độ thép ra lò: t c

KL = 1200 [ 0C]

2 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

Chương I: Tính toán sự cháy của nhiên liệu Chương II: Tính thời gian nung kim loại Chương III: Chọn cấu trúc lò, tính cân bằng nhiệt và xác định lượng tiêu hao dầu FO Chương IV: Tính toán mỏ phun cao áp đốt dầu FO

Chương V: Tính và thiết kế thiết bị nung gió nóng Chương VI: Tính và thiết kế thiết bị nung dầu FO Chương VII: Tính toán hệ thống cấp không khí và hệ thống thoát khói của lò

3 Các bản vẽ và bảng biểu:

1 Bản vẽ 3 mặt cắt chính của lò A o

2 Bản tóm tắt các đặc tính cơ bản của lò A o

3 Bản vẽ cấu trúc của mỏ đốt A o

4 Bản vẽ 3D về lò và các thiết bị chính của lò (2 bản A o )

5 Bản vẽ cấu trúc của thiết bị nung gió và hệ thống thoát khói của lò (2 bản A o )

6 Hệ thống cấp gió và thoát khói A o

4 Ngày giao đề tài đồ án: 2/8/2005

5 Ngày hoàn thành đồ án:15/11/2005

TRƯỞNG BỘ MÔN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 2

(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)

Ngày bảo vệ: PGS.TS Phạm Văn Trí

Điểm HD: Điểm duyệt:

Điểm bảo vệ: Điểm chung: Ngày tháng năm 2005 CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án cho bộ môn

(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)

mục lục

Lời nói đầu Lời cam đoan

Chương Tính toán sự cháy của nhiên liệu

I Số liệu ban đầu 1

II Tính toán sự cháy của nhiên liệu 1

II.1 Chuyển đổi thành phần nhiên liệu 1

II.2 Tính nhiệt trị thấp của nhiên liệu 2

II.3 Chọn hệ số tiêu hao không khí 2

II.4 Bảng tính toán sự cháy của nhiên liệu 2

II.5 Bảng cân bằng khối lượng 4

II.6 Tính khối lượng riêng của sản phẩm cháy 4

II.7 Tính nhiệt độ cháy của nhiên liệu 4

II.8 Các kết quả tính toán 7

Chương II Chọn chế độ nung và tính thời gian nung kim loại I Số liệu ban đầu 8

II Phương pháp nung và chọn giản đồ nhiệt độ nung 8

II.1 Giai đoạn sấy 9

II.2 Giai đoạn nung 9

II.3 Giai đoạn đồng nhiệt 9

III.Tính thời gian nung 10

III.1 Xác định kích thước cơ bản của nội hình lò 10

III.2 Tính thời gian nung kim loại 12

III.2.1 Tính thời gian sấy 12

III.2.2 Tính thời gian nung 18

III.2.3 Tính thời gian đồng nhiệt 22

III.2.4 Tổng thời gian nung phôi 24

III.3 Xác định chiều dài lò 24

Chương III Chọn thể xây và tính cân bằng nhiệt

I Cấu trúc lò 27

I.1 Kích thước cơ bản của nội hình lò 27

I.2 Chọn vật liệu và kích thước thể xây 28

II Tính cân bằng nhiệt 29

II.1 Các khoản nhiệt thu 29

II.2 Các khoản nhiệt chi 31

II.3 Tính lượng tiêu hao dầu FO và các thông số nhiệt đặc trưng của lò 41

II.4 Suất tiêu hao nhiên liệu tiêu chuẩn và các chỉ tiêu kỹ thuật 43

Chương IV Tính toán mỏ phun dầu A Các số liệu ban đầu 46

B Tính toán thiết kế mỏ phun dầu FO 46

I Lựa chọn kiểu mỏ phun 46

II Chọn số lượng mỏ phun và cách bố trí mỏ phun 47

III.Tính các kích thước cơ bản của mỏ phun 47

III.1.Tính và chọn các thông số kỹ thuật của không khí nén và dầu FO 47

III.2 Tính toán các kích thước cơ bản của mỏ phun 49

Chương V Tính toán thiết bị nung gió I Các số liệu ban đầu 57

I.1 Lượng không khí cần nung nóng 57

I.2 Nhiệt độ không khí cần nung nóng 57

I.3 Lượng khói vào thiết bị nung gió 57

I.4 Nhiệt độ của khói vào thiết bị 58

II Cấu trúc thiết bị nung gió 58

III Tính toán thiết bị nung gió 58

III.1 Lượng nhiệt cần nung không khí 58

III.2 Lượng nhiệt do khói lò mang vào thiết bị 58

III.3 Tổng tiết diện cắt ngang của các ống dẫn không khí trong thiết bị nung gió 59

III.4 Chọn kích thước ống thép nhẵn 59

III.5 Số ống dẫn không khí 59

III.6 Tổng tiết diện thực tế cắt ngang của các ống dẫn

không khí 60

III.7 Tốc độ thực tế của không khí ở điều kiện tiêu chuẩn 60

III.8 Hệ số truyền nhiệt của thiết bị 60

III.9 Tính độ chênh nhiệt độ trung bình giữa khói và không khí 64

III.10 Xác định tổng chiều dài của ống dẫn không khí 65

III.11 Kích thước của thiết bị nung gió 66

IV Kiểm tra nhiệt độ cực đại của thành ống 67

V Tính tổn thất áp suất trong thiết bị nung gió 67

V.1 Tổn thất áp suất của khói 67

V.2 Tổn thất áp suất của không khí 68

Chương vi Thiết bị nung dầu A Các số liệu ban đầu 72

B Tính toán nhiệt và thiết kế chế tạo bộ nung dầu 72

I Tính công suất của thiết bị nung dầu 72

I.1 Lượng nhiệt cần cung cấp cho dầu 72

I.2 Công suất điện của thiết bị nung dầu 72

II Chọn kiểu thiết bị và cấu trúc của thiết bị nung dầu 73

II.1 Chọn kiểu thiết bị nung dầu 73

II.2 Tính toán các kích thước cơ bản của thiết bị nung dầu 73

II.3 Tính toán sự trao đổi nhiệt của dầu FO và thanh đốt 74

II.4 Chọn tốc độ của dầu FO trong thiết bị nung dầu 74

II.5 Chọn tiết diện dầu chảy trong thiết bị nung dầu 75

II.6 Tính lưu lượng cần thiết của dầu chảy qua thiết bị nung

dầu 75

II.7 Chọn ống dẫn cấp dầu vào và ra khỏi thiết bị nung dầu 76

II.8 Tính trở lực của dầu khi qua thiết bị nung dầu 76

Chương VIi Tính toán hệ thống cấp gió và thoát khói của lò I Sơ đồ bố trí hệ thống cấp gió và thoát khói của lò 78

II Tính các kích thước cơ bản của hệ thống thoát khói 78

III Tính kích thước cơ bản của đường ống dẫn không khí 80

IV Tính tổn thất áp suất trên đường ống dẫn khói 80

IV.1 Tính tổn thất cục bộ trên đường ốnh dẫn khói 81

IV.2 Tính tổn thất ma sát trên đường ống dẫn khói 81

IV.3 TÝnh tæn thÊt h×nh häc ë kªnh khãi 82

V.Tæn thÊt ¸p suÊt trªn ®­êng èng giã 83

V.1 TÝnh tæn thÊt ¸p suÊt côc bé trªn ®­êng èng giã 83

V.2 TÝnh tæn thÊt h×nh häc trªn ®­êng èng giã 84

V.3 TÝnh tæn thÊt do ma s¸t trªn ®­êng èng dÉn kh«ng khÝ 85

VI TÝnh chän qu¹t giã 86

VI.1 TÝnh to¸n c¸c th«ng sè c¬ b¶n cña qu¹t giã 86

VI.2 Chän qu¹t giã 88

VI.3 TÝnh c«ng suÊt qu¹t 88

VII TÝnh chiÒu cao èng khãi 89

VII.1 ChiÒu cao s¬ bé èng khãi 89

VII.2 TÝnh to¸n ®­êng kÝnh vµ chiÒu cao èng khãi 89

KÕt luËn 92

Tµi liÖu tham kh¶o 93

Lời nói đầu

Góp phần vào sự phát triển của đất nước, các thiết bị nhiệt nói chung trong đó có lò công nghiệp nói riêng đã và đang giữ vai trò quan trọng trong nhiều ngành kinh tế quốc dân, quốc phòng, phục vụ đời sống

ở các nước phát triển, lò công nghiệp tiêu thụ 50% tổng số nhiên liệu

đốt hàng năm và 25% tổng năng lượng điện ở Việt Nam, hiện nay gần như tất cả các tỉnh thành đều có công ty cán thép ( sản phẩm cán là thép tròn từ

F3á F10, các thép gai có F12á F22, các thép hình chữ I, L, V, [, với kích thước khác nhau)

Sản lượng thép năm 2004 là 4,5 triệu tấn, với lượng tiêu hao dầu trung bình cho 1kg thép nung trong lò là b = 0,045 kg/kg kim loại (tương ứng với

202500 tấn dầu/4,5 triệu tấn thép) Việt Nam là nước đang phát triển, vì vậy trong những năm tới, ngành công nghiệp luyện kim nói chung và công nghiệp cán thép nói riêng sẽ phát triển mạnh mẽ Sản lượng thép và lượng tiêu hao dầu sẽ tăng lên

Vì vậy, việc tính toán kỹ thuật nhiệt luyện kim đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về công nghệ cũng như về tính kinh tế có tầm quan trọng lớn và ngày càng

được ứng dụng rộng rãi

Theo công nghệ cán thép nóng thì trước khi cán, các phôi kim loại được nung nóng trong lò tới 1150 0C á1250oC Quy trình công nghệ cán thép (với sản phẩm là thép hình và thép tròn) được mô tả ở trang bên (hình vẽ giới thiệu

đề tài)

Bản đồ án này giải quyết các vấn đề:

áp dụng kỹ thuật tính toán nhiệt, từ đó thiết kế lò nung liên tục nung phôi thép để cán

1 Tính toán sự cháy của dầu FO

2 Chọn chế độ nung và tính thời gian nung kim loại

3 Chọn cấu trúc lò, tính cân bằng nhiệt và xác định lượng tiêu hao dầu

FO

4 Tính toán và thiết kế mỏ phun cao áp đốt dầu FO

5 Tính toán và thiết kế thiết bị nung gió

6 Tính toán và thiết kế thiết bị nung dầu FO

7 Tính toán hệ thống cấp không khí và thoát khói của lò

Các vấn đề trên tuy được tính toán và thiết kế đối với một dạng lò cụ thể (lò nung liên tục), nhưng cũng là những kiến thức cơ bản khi phải thiết kế một thiết bị nhiệt có các quy trình công nghệ khác nhau

Trong quá trình thực hiện đồ án, em đã nhận được sự hướng dẫn tận tình của các thầy, cô giáo trong bộ môn và bạn bè đặc biệt là thầy trực tiếp hướng dẫn em, thầy giáo PGS.TS Phạm Văn Trí Tuy nhiên, do thời gian và kiến thức

có hạn nên có thể không tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận được sự góp ý của các thầy cô và toàn thể các bạn để bản đồ án này được hoàn chỉnh hơn

Em xin chân thành cảm!

Sinh viên

Đỗ Danh Lợi

Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan bản đồ án này do tôi tự tính toán, thiết kế và nghiên cứu dưới sự hướng dẫn của thầy giáo PGS.TS Phạm Văn Trí

Để hoàn thành bản đồ án này, tôi chỉ sử dụng những tài liệu đã ghi trong mục tài liệu tham khảo, ngoài ra không sử dụng bất cứ tài liệu nào khác

mà không được ghi

Nếu sai, tôi xin chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định

Ký tên

Đỗ Danh Lợi

đề tài tốt nghiệp

thiết kế lò nung liên tục nung thép

Chương i

tính toán sự cháy của

nhiên liệu

CHƯƠNG I

TÍNH TOÁN SỰ CHÁY CỦA NHIÊN LIỆU

I SỐ LIỆU BAN ĐẦU

1 Nhiên liệu: Dầu FO

2 Thành phần của dầu FO:

3 Nhiệt độ nung trước nhiên liệu:

Dầu FO được nung trước tới nhiệt độ tFO = 1100 C

4 Nhiệt độ nung trước không khí:

Không khí được nung trước đến nhiệt độ: tKK = 350 [0C ]

5 Loai lò:

Lò liên tục nung phôi thép để cán

II TÍNH TOÁN SỰ CHÁY CỦA NHIÊN LIỆU

II.1 Chuyển đổi thành phần của nhiên liệu:

1 Hệ số chuyển đổi từ thành phần nhiên liệu khô sang thành phần dùng:

99,0100

1100100

d d

k

W k

2.Hàm lượng tro tính theo thành phần dùng:

[%]

396 , 0 99 , 0 4 ,

)1396,0(100100

)(

100

=+-

=+

-=-

d d d

c

W A k

4 Chuyển đổi thành phần cháy sang thành phần dùng:

Công thức tổng quát:

d c c

Xd: Thành phần sử dụng nguyên tố ‘X’

XC: Thành phần cháy của nguyên tố ‘X’

Các thành phần dùng của các nguyên tố đựơc trình bày trong bảng I.1

BẢNG I.1 THÀNH PHẦN DÙNG CỦA DẦU FO Chất C d H d O d N d A d W d

Thành phần khối lượng [%] 86,77 7,89 1,48 2,46 0,4 1

II.2 Tính nhiệt trị thấp của nhiên liệu: Qt [kJ/kg]

]/[6,373551

1,25)048,1(8,10889,710307

,86339

]/[1

,25)(

8,1081030

339

kg kJ Q

kg kJ W S

O H

C Q

T

d d

d d

d T

=

´

´-

´+

´

=

´

´-

´+

´

=

II.3 Chọn hệ số tiêu hao không khí:

Hệ số tiêu hao không khí được chọn tuỳ thuộc vào từng loại nhiên liệu và thiết bị đốt Lò được thiết kế là lò nung liên tục, nhiên liệu là dầu FO, để biến bụi tốt phải dùng mỏ phun cao áp, vậy chọn hệ số tiêu hao không khí:

n = 1,2 [1]

II.4 Bảng tính toán sự cháy của nhiên liệu:

Tính toán sự cháy của nhiên liệu được thực hiện theo phương pháp lập bảng Trong bảng này, ta tính cho 100 kg nhiên liệu Toàn bộ kết quả tính toán dược trình bày ở bảng I.2

n = 1,2

II.5 Bảng cân bằng khối lượng:

Từ những kết quả tính toán được trong bảng I.2 ta lập bảng cân bằng

55 , 1608 9 , 1608

% 100

55 , 1608 100

3

n

m kg V

II.7 Tính nhiệt độ cháy của nhiên liệu:

1 Nhiệt độ cháy lý thuyết: t lt [ 0 C ]

Nhiệt độ cháy lý thuyết là nhiệt độ của sản phẩm cháy có được khi giả thiết rằng nhiệt lượng sinh ra trong khi cháy nhiên liệu được tập trung toàn bộ cho sản phẩm cháy( không có tổn thất nhiệt )

] [ )

1 1 2 1 2

1

C t t t i i

i i

å

-=

Trong đó:

tlt: Nhiệt đôï cháy lý thuyết của nhiên liệu, [0C]

i1, i2: Entanpy của sản phẩm cháy tương ứng với nhiệt độ t1, t2, [kJ/m3tc]

åi: Entanpy của sản phẩm cháy tương ứng với nhiệt độ tlt, [kJ/m3

tc] Với:

n

n nl nl t

V

f L t C Q

å

f: Tỉ lệ nung trước không khí; f = 1 (nung 100% không khí)

Cnl: Nhiệt dung riêng của dầu FO; CFO = 2,176 [kJ/kgK]

tnl: Nhiệt độ nung trước của dầu FO; tFO = 110 [0C]

iKK: Entanpy của không khí ở nhiệt độ tKK

Với tKK = 350 [0C] có iKK = 463,5 [kJ/m3tc] ( bảng 15[1] )

Vn = 12,2 [m3

tc/kg]; Ln = 11,719 [m3

tc/kg] ( bảng I.1 )

] / [ 3521 2

, 12

719 , 11 5 , 463 110 176 , 2 6 ,

tc

m kJ

Giả thiết: t1 < tlt < t2 nên i1 < ilt < i2Chọn: t1 = 2100 [ 0C]; t2 = 2200 [ 0C]

Để tính entanpy của sản phẩm cháy ứng với t1 = 2100 [0C] và

t2 = 2200 [0C] ta phải tính Entanpy của các khí thành phần ứng với hai nhiệt độ này Theo bảng 16[1] ta có Entanpy của các khí thành phần ứng với t1 và t2, các giá trị này được trình bày trong bảng I.4

BẢNG I.4 ENTANPY CỦA CÁC KHÍ THÀNH PHẦN

Entanpy i [kJ/m 3

tc ] Khí

SO 2 4049,9 4049,9

°Tính i1 và i2:

·

] / [ 47 , 3483

) 9 , 4049 0 9 , 3314 36 , 3 3132 03 , 76 8 , 4121 34 , 7 8 , 5186 27 , 13 ( 01 , 0

] 1 [ )

%

%

%

% (%

01 , 0

3 1

1

2 2

2 2

2 2100

tc

SO O

N O

H CO

m kJ i

i

i SO i

O i

N i

O H i

CO i

i

=

´ +

´ +

´ +

´ +

´

´

=

´ +

´ +

´ +

´ +

) 9 , 4049 0 4 , 3487 36 , 3 8 , 3295 03 , 76 8 , 4358 34 , 7 2 , 5464 27 , 13 ( 01 , 0

] 1 [ )

%

%

%

% (%

01 , 0

3 2

2

2 2

2 2

2 2200

tc

SO O

N O

H CO

m kJ i

i

i SO i

O i

N i

O H i

CO i

i

=

´ +

´ +

´ +

´ +

´

´

=

´ +

´ +

´ +

´ +

2100)

21002200

(47,34833668

47,34833521

][)(

0

0 1 1 2 1 2 1

C t

t

C t t t i i

i i t

lt lt lt

=

+-

´-

-=

+-

´-

å

-=

2 Nhiệt độ cháy thực tế của nhiên liệu: ttt [0 C ]

Trong thực tế, nhiệt lượng sinh ra do đốt cháy, ngoài việc làm tăng nhiệt độ sản phẩm cháy còn thất thoát ra môi trường xung quanh Vì vậy nhiệt độ cháy thực tế thấp hơn nhiệt độ cháy lý thuyết

II.8 Các kết quả tính toán:

Các kết quả tính toán được trình bày trong bảng I.5.

BẢNG I.5 CÁC KẾT QUẢ TÍNH TOÁN

Nhiệt độ [0 C] Sản phẩm cháy [%]

CHệễNG II

CHọN CHế độ nung và tính

CHƯƠNG II

CHỌN CHẾ ĐỘ NUNG VÀ TÍNH THỜI GIAN NUNG KIM LOẠI

I SỐ LIỆU BAN ĐẦU

1 Năng suất lò: P = 20 [ tấn/giờø]

2 Kích thước phôi: 100 ´ 110 ´ 2500 [ mm ]

3 Nhiệt độ ra lò của vật nung: tC

kl = 1200 [0C ]

4 Thành phần thép nung:

Thành phần thép Nguyên tố

II PHƯƠNG PHÁP NUNG VÀ CHỌN GIẢN ĐỒ NHIỆT ĐỘ NUNG

· Phôi được nung một măït và được xếp một hàng

· Phôi vào lò có nhiệt độ: tm

HÌNH II.1 GIẢN ĐỒ NUNG PHÔI THÉP TRONG LÒ

II.1 Giai đoạn sấy:

· Ở vùng sấy để tránh ứng suất nhiệt, cần nung phôi với tốc độ nung chậm

· Nhiệt độ ở đầu giai đoạn sấy: tk1 = 700 [ 0C]

· Nhiệt độ ở cuối giai đoạn sấy: tk

2 = 1300 [ 0C]

· Nhiệt độ bề mặt và tâm phôi khi vào lò: tt1 = tm1 = 20 [0C]

Nhiệt độ bề mặt phôi ở cuối giai đoạn sấy: tm2 = 600 [0C]

II.2 Giai đoạn nung:

· Ở vùng nung, phôi được nung tới nhiệt độ yêu cầu

· Nhiệt độ lò: tk2 = tk3 = 1300 [0C]

· Nhiệt độ bề mặt phôi ở cuối giai đoạn nung: tm

3 = 1200 [0C]

II.3 Giai đoạn đồng nhiệt:

· Tại vùng đồng nhiệt, nhiệt độ bề mặt phôi không tăng, nhiệt độ tâm phôi tăng dần tới khi:

∆t = tm4 – tt4 < [∆tcho phép ]

· Nhiệt đôï lò ở đầu giai đoạn đồng nhiệt: tk3 = 1300 [ 0C ]

· Nhiệt độ lò ở cuối giai đoạn đồng nhiệt: tk

4 = 1250 [ 0C ]

· Nhiệt độ bề mặt phôi ở cuối giai đoạn đồng nhiệt: tm4 = 1200 [ 0C ]

· Nhiệt độ tâm phôi ở cuối giai đoạn đồng nhiệt: tt4 [ 0C ]

tt4 = tm4 – [∆tcho phép ] [ 0C ] [∆tcho phép ]: Độ chênh lệch nhiệt độ cho phép giữa mặt và tâm

phôi trước khi ra lò

[∆tcho phép ] = S1 ´ [ ∆t/1dm ]

St: Chiều dầy thấm nhiệt, [m ]

St = S´ µ [m ] Trong đó:

St = 0,1 [m]: Chiều dày phôi

µ : Hệ số không đối xứng (nung phôi một mặt ); µ = 1

III TÍNH THỜI GIAN NUNG

III.1 Xác định các kích thước cơ bản của nội hình lò

1 Chiều rộng nội hình lò: B [ m ]

b C

n l n

Trong đó:

n: Số dãy phôi nung; n = 1 l: Chiều dài phôi nung; l =3 [m]

b: Khoảng cách đầøu phôi và tường lò; b = 0,25 [m]

C: Khoảng cách giữa các đầu phôi(vì xếp một hàng nên không co ùC)

][325,02)

11(5,2

2 Chiều cao nội hình lò ở vùng sấy:

a Chiều cao có hiệu ở vùng sấy: H s

ch [m]

][10)05,0

] [ 1000 2

1300 700 2

0 2

1

C t

t t

k k tb

A: Hệ số thực nghiệm, khi tk

tb = 1000 [0C] thì A = 0,6 theo bảng 28 [1]

B: Chiều rộng của lò; B = 3 [m ]

] [ 75 , 0 10 ) 3 05 , 0 6 , 0 (

N: Số mặt được nung; n = 1 (nung một mặt) S: Chiều dày phôi; S = 0,1 [m]

H s tt = 1 ´ 0,75 + 0,1 = 0,85 [m]

3 Chiều cao nội hình lò ở vùng nung:

a Chiều cao có hiệu ở vùng nung: H n

ch [m]

H n

ch =(0,4¸0,6)´B [m]

B: Chiều rộng của lò; B = 3 [m]

Lò có một dãy phôi, chiều rộng của lò tương đối lớn (B =3 m) nên có thể chọn:

n: Số mặt được nung, ở đây nung một mặt; n = 1

S: Chiều dầy phôi; S = 0,1 [m]

4 Chiều cao nội hình lò ở vùng đồng nhiệt:

a Chiều cao có hiệu của vùng đồng nhiệt: H dn

ch [m]

H dn ch = tktb ´ ( A + 0,05 ´ B ) ´ 10-3 [m]

Trong đó:

tktb : Nhiệt độ trung bình của sản phẩm cháy trong vùng đồng nhiệt, [0C]

][12752

12501300

2

0 4

3

C t

t t

k k tb

III.2 Tính thời gian nung kim loại:

III.2.1 Tính thời gian sấy: (nung sơ bộ)

1 Nhiệt độ bề mặt vật nung trong vùng sấy: tmtb [0C]

][407)20600(3

220

][)(

32

0

0 1 2 1

C t

C t

t t

t

tb

m m m

tb

=-

´+

=

-´+

=

2 Xác định độ đen của sản phẩm cháy trong vùng sấy: εk

O H CO

e = + ´ [1] Độ đen của khí phụ thuộc vào áp suất riêng phần của của chất khí bức xạ, nhiệt độ khí và chiều dầy bức xạ có hiệu của sản phẩm cháy

H dn ch = 0,956 [m]

H dn tt = 1,056 [m]

),,(

2 2

2 2

hq tb

k O H O

H

hq tb

k CO CO

S t P f

S t P f

=

=

e e

a Aùp suất riêng phần:

Aùp suất riêng phần của các khí thành phần tỉ lệ với thành phần thể tích các chất khí

%CO2 = 13,27% Þ PCO2 = 0,1327 [bar]

%H2O = 7,34% Þ PH2O = 0,0734 [bar]

b Chiều dày bức xạ có hiệu quả của sản phẩm cháy trong vùng sấy:

][08,175,03

375,029,0

2

m H

B

B H

ch

s ch

].[

].[1433,01327,008,1

].[

2

2 2

2

2 2

m bar M

m bar P

S M

m bar M

m bar P

S M

O H

O H hq O H CO

CO hq CO

;09,0

;13,0

].[079,0

].[1433,0

][1000

2 2

2 2

0

=

=

=Þ

=

=

=

b e

O H CO

k tb

m bar M

m bar M

C t

Vậy độ đen của sản phẩm cháy là: εk

23,008,109,013,0

2 2

=

´+

=

´+

=

k

O H CO k

e

b e

e e

3 Tính hệ số bức xạ quy dẫn: Cqd [W/m2K4 ]

· Độ đen của sản phẩm cháy: εk = 0,23

· Độ đen của kim loại: εkl = 0,8

a Độ phát triển của tường lò: ω

8,15,21

375,02

B

H ch s w

Trong đó:

(Xem bảng I.2)

ε k = 0,23

l: Chieàu daứi phoõi theựp; l = 2,5 [m]

B: Chieàu roọng cuỷa loứ; B = 3 [m]

Hchs: Chieàu cao coự hieọu cuỷa vuứng saỏy; Hchs = 0,75 [m]

N: Soỏ haứng phoõi theựp nung; n = 1 Heọ soỏ bửực xaù quy daón: Cqd [W/m2K4 ]

] / [ 5 , 2 8 , 1 )]

8 , 0 1 ( 23 , 0 8 , 0 [ 23 , 0

23 , 0 1

8 , 1 23 , 0 1 8

, 0 76 , 5

] 1 [ ] / [ )]

1 ( [

1

1 67

, 5

4 2

4 2

K m W C

K m W C

qd

kl k

kl k k

k kt

qd

= + -

´ +

´ -

+ -

´

´

=

+ -

´ +

´ -

+ -

´

´

=

w e e

e e e

w e e

] / [W m2K

[(

2

4 4

K m W t

t

T T

C

kl k

kl k

k qd

1000

)100

680()100

1273(5,

4 4

K m W

b Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu: ađl [W/m2.K]

Các lò có mức nhiệt độ cao thường có cả hai quá trình truyền nhiệt (truyền nhiệt bức xạ và truyền nhiệt đối lưu) Song truyền nhiệt bức xạ là chủ yếu, đối với đối lưu chiếm khoảng 10%

5

a Hệ số dẫn nhiệt( tính sơ bộ ):

loại Hệ số này phụ thuộc vào thành phần và trạng thái nhiệt độ của kim loại

ở điều kiện nhiệt độ 0 [0C] hệ số dẫn nhiệt:

0

l = 69,8 - 10,12´C - 16,75´Mn - 33,72´Si [W/mK] [1] Trong đó:

C, Mn, Si: Thành phần khối lượng của các nguyên tố C, Mn, Si có trong thép, [%] Với C = 0,12 [%], Mn = 0,13 [%], Si = 0,06 [%] Vậy:

0

l = 69,8 - 10,12 ´ 0,12 - 16,75 ´ 0,13 - 33,72 ´ 0,06 = 64,38 [W/mK]

Theo [1] khi nhiệt độ thay đổi, với l0 = 64,38 [W/mK] > 46 [W/mK] Ta

có các giá trị hệ số dẫn nhiệt của thép C theo nhiệt độ (xem II.1 [1])

Do chưa biết nhiệt độ tâm phôi thép cuối giai đoạn sấy, vậy ta tính hệ số dẫn nhiệt sơ bộ như sau:

]/[63,563

3,488,608,603

]/[3

600 20 20

2 1 1

mK W

mK W

sb

m m t sb

=+

+

=++

=

++

=

l l l l

l l l l

Bảng hệ số dẫn nhiệt của thép ở các nhiệt độ khác nhau Nhiệt độ [0 C] Tính toán Giá trị l T [W/mK]

l

63,56

=

sb

Hình.II.2 sự phụ thuộc của l t vào nhiệt độ

b.Tiêu chuẩn Bi (tính sơ bộ):

Tiêu chuẩn Bisb:

Bisb =

sb t

S

l

63,56

1,0

112´ =

=

c Tiêu chuẩn nhiệt độ bề mặt không thứ nguyên: q m

Công thức tính:

201000

6001000

-= k m

tb

m k tb m

t t

t t q

ã Từ (qm = 0,408 và Bisb = 0,2) tra được tiêu chuẩn Fo: Fosb = 4,5 (theo hình 5.28/276 [2])

từ giá trị Fo = 4,5 và Bisb = 0,2 theo hình 5.29/276 [2] ta tra được

1 W mK

m t m t cx

l l l l

]/[1,544

5,463,488,608,60

4

6 578 600 20 20

mK W cx

cx

=+

++

=

+++

=

l

l l l l l

e Tiêu chuẩn Bi chính xác:

Bicx =

cx t

1,0112

giá trị Focx = 4,4 và Bicx = 0,207 theo hình 5.29/276 [2] ta tra được

f Nhiệt độ tâm phôi thép ở cuối giai đoạn sấy là:

3

1 559 ) (

3

2 2 2

3 [m2/h]

Trong đó:

lcx: Hệ số dẫn nhiệt trung bình của phôi thép , [W/mK]

r: Khối lượng riêng của thép; r = 7800 [kg/m3]

Cp: Nhiệt dung riêng của thép, [kJ/kg0C]

tb

c tb

d c

t t

i i

[kJ/kg0C]

Trong đó:

ic, iđ : Entanpy của thép ở cuối và đầu giai đoạn sấy, [kJ/kg]

ttbc, ttbđ: Nhiệt độ trung bình của phôi thép ở cuối và đầu giai đoạn sấy;

91 , 6 5 ,

316 = -

[kJ/kgK]

7800 56 , 0

1 , 54 6

a t

ta được:

044 , 0

1 , 0 4 ,

4 2 2

t m tb

] [

1 h

s =

t

] [ 1000 )

600 1200 ( 3

2 600

] [ ) (

3 2

0

0 2 3 2

C t

C t

t t

t

m tb

m m m

m tb

= - +

=

+

-=

2 Xác định độ đen của khí lò ở vùng nung: ek

a.áp suất riêng phần của khí CO2 và hơi nước H2O:

PCO2 = 0,1327 [bar] ; PH2O = 0,0734 [bar]

b Tính chiều dày bức xạ hiệu quả của lớp khí ở vùng nung:

][

2

m H

B

H B

ch

n ch hq

35,1329,

MCO2 = Shq ´ PCO2 = 1,67 ´ 0,1327 = 0,22 [bar]

MH2O = Shq ´ PH2O = 1,67 ´ 0,0734 = 0,12 [bar]

Căn cứ vào giá trị MH2O, MCO2 và nhiệt độ trung bình của khí lò, tk

tb [0C] Tra hình 5.8á5.10/226 [2] với k

ek = e CO2 +b´e H2O = 0,11 + 1,06 ´ 0,19 = 0,3114

ã Độ đen của kim loại: e kl = 0 , 8

3114 , 0

=

k

e

a Tính độ phát triển của tường lò:

Ta có công thức:

l n

l: Chiều dài vật nung; l = 2,5 [m]

28 , 2 5 , 2 1

3 35 , 1

e e e

w e

+ -

´ +

´ -

+ -

)]

1 ( [

1

1

kl k

kl k k

[ 216 , 3 ] 28 , 2 ) 8 , 0 1 ( 3114 , 0 8 , 0 [ 3114 , 0

3114 , 0 1

28 , 2 3114 , 0 1 8

, 0 67 ,

5 W m2K4

+ -

´ +

´ -

+ -

´

´

=

] / [ , W m2K

ồ

a. Tính hệ số trao đổi nhiệt bức xạ: a bx [W/m2K]

] / [

) 100 ( ) 100

(

2

4 4

K m W t

t

T T

C

kl k

kl k

] / [ 82 , 374 1000

1300

) 100

1273 ( ) 100

1573 ( 216 ,

4 4

K m W

b Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu: ađl [W/m2.K]

Các lò có mức nhiệt độ cao thường có cả hai quá trình truyền nhiệt (truyền nhiệt bức xạ và truyền nhiệt đối lưu).Song truyền nhiệt bức xạ là chủ yếu, đối với đối lưu chiếm khoảng 10%

472,473,483

]/[3

1200 559

600

2 1 2

mK W

mK W

sb

m m t sb

=++

=+

+

=

++

=

l l l l

l l l l

=

tb t

1 , 0 3 ,

412 ´ =

b Tiêu chuẩn nhiệt độ bề mặt không thứ nguyên: qm

143 , 0 600 1300

1200 1300

tb

m k tb m

t t

t t q

ã Từ (qm = 0,143và Bisb = 0,87) tra được tiêu chuẩn Fo : Fosb = 2,75 ( theo hình 5.28/276 [2] )

ã Để xác định được nhiệt độ sơ bộ của tâm phôi thép ở cuối giai đoạn nung, từ giá trị Fo = 2,75 và Bisb = 0,87 theo hình 5.29/276 [2] ta tra

] / [ 525 , 46 4

6 , 43 47 2 , 47 3 , 48 4

] / [ 4

1174 1200 559 600

3 2 3 2

mK W

mK W

cx

t m m t cx

= + + +

= +

+ +

=

+ + +

=

l l l l l

l l l l l

b Tiêu chuẩn Bicx:

=

tb t

S

l

525 , 46

1 , 0 3 ,

1174 1200 ( 3

1 1174

] [ ) (

3 1

0

0 3 3 3

C t

C t t t t

tb

t m t

kl tb

= -

´ +

=

+

[m2/h]

Trong đó:

lcx: Hệ số dẫn nhiệt trung bình của thép , [W/mK]

r: Khối lượng riêng của thép, r = 7800 [kg/m3]

Cp: Nhiệt dung riêng của thép, [kJ/kg0C]

tb

c tb

d c t t

i i

[kJ/kg0C]

Trong đó:

ic, iđ: Entanpy của thép ở cuối và đầu giai đoạn nung, [kJ/kg]

ttbc, ttbđ: Nhiệt độ trung bình của thép ở cuối và đầu giai đoạn nung;

5,316

525 , 46 6 ,

1 , 0 75 ,

t m d

c

t t

t t t

t

3 3

4 4-

-=D

6,11821200

=-

0C t

t t

d tb

c tb kl tb

4 , 1188 1174

] [ 4 , 1188 )

6 , 1182 1200 ( 3

1 6 , 1182 )

( 3 1

0

0 4

4 4

C t

C t

t t

t

kl tb

t m t

c tb

´ +

= -

´ +

=

b HÖ sè dÉn nhiÖt trung b×nh:

] [ 1 ,

t

] / [ 5 , 45 4

4 , 44 47 6 , 43 47 4

] / [ 4

4 , 1182 1200 1174 1200

4 4 3 3

mK W

mK W

cx

t m m t tb

= + + +

= +

+ +

=

+ + +

=

l l l l l

l l l l l

c Hệ số dẫn nhiệt độ: a [m2/h]

Nhiệt dung riêng trung bình của phôi thép ở vùng đồng nhiệt:

2 , 1181

89 , 836

2 ,

,0

5,456,36

,3

tb

d Tính thời gian đồng nhiệt: t dn [h]

] [ 096 , 0 028 , 0

1 , 0 3 ,

III.3 Xác định chiều dài lò:

a Chiều dài hữu ích vùng sấy:

g n

p b

b a V

g

ˆ/5,21478005

,211,01,0

ˆ/

dn =

t

t ồ

,2141

12000011

,0

b Chiều dài thực tế của vùng sấy:

Chọn chiều dài của kênh khói ở đầu vùng sấy là 0,43 [m] do đó chiều dài thực tế của vùng sấy:

,2141

1,12000011

,0

m g

n

P b L

tt n n

,214

096,02000011

,0

][

m L

m g n

P b L

h dn

dn h

][

m L

m L L L

dn t

dn dn h dn t

=+

][

m L

m L L L L

h

dn h n s h h

=+

+

=

++

=

L t n

h

][

m L

m L L L L t

dn t n t s t t

=++

=

++

=

Kết quả tính toán được trình bày trong bảng II.2

bảng ii.2 các kích thước cơ bản của nội hình Lò

Chương iii

Chọn thể xây và tính

cân bằng nhiệt