ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ LÒ NUNG LIÊN TỤC ĐỂ NUNG THÉP CÁN.DOC

Chiều cao có hiệu của vùng đồng nhiệt đợc xác định theo công thức ; 22.3.Tính thời gian nung phôi trong vùng sấy.. - Nhiệt độ trung bình của sản phẩm cháy trong vùng sấy... 2.2.3.5 Các t

TrƯờng ĐHBK Hà Nội Cộng hoà xã hội chủ nghĩa việt nam

Bộ Môn Kỹ Thuật Nhiệt Độc lập – Tự Do – Hạnh Phúc Tự Do – Tự Do – Hạnh Phúc Hạnh Phúc

Thiết kế lò nung kim loại

Khoá : K47 Nghành : Vật liệu ; Khoa : Khoa học & Công nghệ Vật liệu

Đề tài đồ án : thiết kế lò nung liên tục để nung thép cán

I Những số liệu ban đầu :

- Nhiệt độ vào và ra lò của vật nung : tđầu = 200 C ; tcuối = 12000 C

- Nhiệt độ nung trớc : + Không khí : tKK = 350 0C nung 100%

+ Nhiên liệu : tđầu = 1100C nung 100%

Nung 1 mặt , xếp 1 hàng phôi , nhiệt dung riêng của dầu CP= 2,17 [kJ /kg.K]

II Nội dung thiết kế :

1 Tính toán sự cháy của nhiên liệu

2 Tính thời gian nung kim loại

3 Cấu trúc lò , chọn vật liệu xây lò , tính cân bằng nhiệt

4 Tính thiết bị đốt nhiên liệu

5 Tính cơ học khí đờnng khói và đờng cấp không khí

III Bản vẽ : 1 bản vẽ tổng thể của lò ( A 0 )

IV Thời gian thiết kế :

Ngày giao đề : 29/ 12 / 2004 Ngày hoàn thành : 04/ 05/ 2005

V Cán bộ hớng dẫn : Th.s Lại Ngọc Anh

Hà nội 29/12/2004

CHƯƠNG 1 : Tính toán sự cháy cửa nhiên liệu

1.1 Các số liệu ban đầu

- Năng suất lò : P = 9 t/h

- Nhiên liệu dầu FO có các thành phần cho trong bảng 1-1

Thành phần 88,50 5,4 0 1,0 2,0 2,1 1,0

- Vật nung thép cácbon có thành phần : C=0.12% , Si = 0.10% , Mn = 0,1%

- Kích thớc vật nung : 110 x 110 x 2400

- Nhiệt độ vào và ra lò của vật nung tđầu = 20 0C , tcuối = 1200 0C

- Nhiệt độ nung trớc + không khí tkk = 350 0 C nung 100 %

+ nhiên liệu tdầu = 110 0 C nung 100 %

- Nung một mặt , xếp 1 hàng phôi , nhiệt dung riêng của dầu CP = 2,17 [kJ/kg.K]

1.2 Tính toán sự cháy của nhiên liệu

1.2.1 Tính nhiệt trị thấp của nhiên liệu

Qd

t = 339Cd + 1030Hd - 109( Od - Sd) - 25 Wd [ kJ/kg]

Trong đó các trị số 339, 1030, là lợng nhiệt toả ra khi đốt cháy một đơn vị [kg] cácbon (C) , Hiđrô (H) [kJ/kg]

Cd , Hd , Od là các thành phần dùng của nhiên liệu

Thay các giá trị trên vào công thức tính Q ta đợc

 =100

kg m ]

1.2.6 Nhiệt độ cháy của nhiên liệu

a) Nhiệt độ cháy lý thuyết

công thức tính nhiệt độ cháy của lý thuyết

tlt: nhiệt độ cháy lí thuyết của nhiên liệu

i1,i2:Entanpi của sản phẩm cháy tơng ứng với nhiệt độ t1,t2[kg/m3

tc] Công thức tính i 

tnl : Nhiệt độ nung trớc của nhiên liệu (dầu FO) tdầu=110%

cnl : Nhiệt dung riêng của nhiên liệu (dầu FO)

Cp (dầu)=2,17[kj/kg.k]

ikk: Entanpi của không khí ở nhiệt độ tkk=3500c

từ (phụ lục ) bảng 15 trang 47[1].ta có ikk= 463,75[kj/m3

tc]

inl : entanpi của dầu FO ở nhiệt độ tđầu inl=cnl.tnl

Vn=11,603[m3/m3

tc] Ln.lợng tiêu haokhông khí thực tế dùng đốt một đơn vị nhiên liệu

Từ bảng II2 ta có Ln = 11,206 [m3/kg]

 i =  35647,5 2,17.110 463,75.11,206

3540,720 11,603

Chọn : 21000C < tl t < 22000C  i1< i<i2

Ta phải tìm Entanpy của các khí thành phần ứng với hai nhiệt độ này

Theo bảng 16 trang 48[1] ta có entanpi của sản phẩm cháy ứng với t1 =21000Cvà

t2 = 22000C

Với các giá trị entanpi vừa tìm đợc ta có

- i1= i2100 =0,01(CO2.iCO2+ H2O.iH2O+N2.iN2 +O2.iO2+ SO 2.iSO2)

3 tc





tlt =2129,82[0C]

b ) Nhiệt độ cháy thực tế của nhiên liệu

- Trong thực tế nhiệt lợng sinh ra do đốt cháy nhiên liệu ngoài việc tăng nhiệt độ sản phẩm cháy còn thất thoát ra môi trờng xung quanh Vậy nhiệt độ thực tế thấp hơn nhiệt độ lý thuyết vừa tính đợc

Sử dụng công thức : ttt = tlt

Entanpy i [kj/m3

tc] Khí thành phần

t

1 = 21000 C t

2 = 2200 0C CO

Trong đó  : Hệ số nhiệt độ nó phụ thuộc vào loại lò ở đây loại lò là lò liên tục nên ta chon  = 0,7

Vậy ttt = 0,7 x 2129,82 = 1490,874 [0 C]

Bảng tóm tắt tính toán sự cháy của nhiên liệu

Chơng 2 Tính thời gian nung kim loại

2.1 Các số liệu ban đầu

t2k

tm

3

Trong bản thiết kế này ta nung thép trong lò liên tục và sử dụng giản đồ nung 3 giai

đoạn vậy dựa vào bảng 26 trang 65 [1] ta có thể chọn

- Vùng sấy nhiệt độ từ 700 – Tự Do – Hạnh Phúc 950 0C ta chọn t1k = 700 0-C

- Vùng nung nhiệt độ bắt đầu từ 1300 – Tự Do – Hạnh Phúc 1350 ta chọn t2 = 1350 0C

- Nhiệt độ cuối vùng nung t3-k = 1350 0C

- Nhiệt độ cuối vùng đồng nhiệt t4 = 1300 0C

- t1m, tt

1 :Nhiệt độ bề mặt và nhiệt độ tâm của phôi ở đầu vùng sấy

t1m = t1t = 20 0C

t2m Nhiệt độ bề mặt của phôi ở đầu vùng nung t2m = 600 0C

t3m Nhiệt độ bề mặt của phôi ở đầu vùng đồng nhiệt tm

3 = 1200 0C

t4m Nhiệt độ bề mặt của phôi ở cuối vùng đồng nhiệt t4m = 1200 0C

t2t Nhiệt độ tâm phôi ở cuối vùng sấy

t3t Nhiệt độ tâm phôi ở đầu vùng đồng nhiệt

t4t Nhiệt độ tâm phôi ở cuối vùng đồng nhiệt

Phôi vào lò có nhiệt độ t1m = tt

1 = 20 0CPhôi đợc nung một mặt và đợc xếp 1 hàng phôi

Nhiệt độ tâm phôi đợc chọn theo độ chênh lệch nhiệt độ cho phép giữa bề mặt và tâm [t] = 15 [ 0C /dm ]

Phôi có chiều dày thấm nhiệt St =   S [m]

Trong đó

St : Chiều dày thấm nhiệt của phôi nung [m]

 : Hệ số không đối xứng do cấp nhiệt một phía nên  = 1

S : Chiều dày phôi , S = 0,11 [m]

l : chiều dài phôi nung l = 2,4 [m ]

b : khoảng cách giữa đầu phôi và tờng lò b = 0,25 (Bảng 29 trang [1]0

c : Khoảng cách giữa các dãy phôi c = 0 do n = 1

Vậy B = 1 x 2,4 + 0 + 2 x 0,25 = 2,9 [m]

Hình 2-1 giản đồ nung 3 giai đoạnThời gian sấy Thời gian nung Thời gian đoạn nhiệt

B = 2,9 [m]

- Chiều cao lò

 Chiều cao vùng sấy Hs [m]

Chiều cao vùng sấy hiệu quả của vùng sấy đợc xác định theo công thức

Hs

ch = 10-3 tk

tb ( A + 0,05B) (2.2)Trong đó tk

tb : Nhiệt độ trung bình của sản phẩm cháy trong vùng sấy

S : Chiều dày phôi S = 0,11 [m]

HS

tt = 1 0,764 + 0,11 = 0,874 [m]

 Chiều cao vùng nung Hn (m);

Chiều cao có hiệu của vùng nung đợc xác định theo công thức

 Chiều cao vùng đồng nhiệt Hđn [m]

Chiều cao có hiệu của vùng đồng nhiệt đợc xác định theo công thức ;

22.3.Tính thời gian nung phôi trong vùng sấy

- Nhiệt độ trung bình của sản phẩm cháy trong vùng sấy

2.2.3.1 Độ đen của sản phẩm cháy trong vùng sấy (k)

Độ đen của khí lò đợc xác định theo công thức :

k  co2  H O2

Trong đó:

k- Độ đen của khí lò co2: Độ đen của khí CO2

 Hệ số hiệu chỉnh H O2 : Độ đen của H2O

ch

BH S

2 2 2 2

[ ] 0,14316.1,088 0,1550,155[ ]

[ ]0,05349.1,088 0,0580,058[ ]

0,10,071,03

n l

- Hệ số bức xạ quy dẫn

0,8

1,845 1 0,1921

1 0,19210,8 0,1921 1 0.1921 1,845

ở nhiệt độ cao coi  đl =0,1 bx do đó hệ số bức xạ tổng nhiệt là  =1,1 bx

Hệ số truyền nhiệt bức xạ xác định theo công thức:

Trong đó : t1,T2 - Nhiệt độ trung bình của môi trờng lò 0C , K

t2,T2 - Nhiệt độ trung bình của bề mặt kim loại 0C, K

Cqd - Hệ số bức xạ qui dẫn ứng với nhiệt độ của môi trờng lò

2.2.3.5 Các tiêu chuẩn nhiệt độ và nhiệt độ tâm phân phối cuối giai đoạn sấy ; a)_Tiêu chuẩn nhiệt độ bề mặt phôi nung :

Tiêu chuẩn nhiệt độ đợc xác định theo công thức

tm k m tb

ST: chiều dày thấm nhiệt của vật nung [m], ST=0,11[m]

S

Từ Bi= 0,191 và m=0,423 tra giản đồ hình 27[1] ta đợc

F0 = 4,15 :với Fo=4,15 và Bi =0,191 tra giản đồ hình 28[1] ta có t=0,5

Vậy nhiệt độ tâm chính xác của phôi thép cuối giai đoạn sấy đợc xác định theo công thức sau ; tt

2 = tk

tb-t(tk

tb-tk ) = 1025-0,5(1025-20)=522,50C

- Nhiệt độ trung bình của phôi thép (theo chiều dày ) cuối vùng sấy

2.2.3.6 Hệ số truyền nhiệt độ a (m 2 /h) trong vùng sấy

Hệ số truyền nhiệt độ đợc xác định theo công thức :

3,6

.

tb p

 : Khối lợng riêng của thép = 7800[kg/m3]

CP: Tỷ nhiệt của thép xác định theo công thức sau ;

P kl2 1kl

c d

i i C

2.2.4.Tính thời gian nung phôi trong vùng nung (n [h] )

- Nhiệt độ trung bình của khí lò

- Ta đã chọn tk = tk = 1350 0C do đó tk

tb =13500CNhiệt độ trung bình của bề mặt phôi trong giai đoạn nung

= 1,975[m]

Tích số M

Mco2 =Pco2.Shq=0,14316.1,957=0,280[at.m]

Mh2o=PH2o.Shq=0,05349.1,957=0,105[at.m]

với nhiệt độ trung bình của sản phẩm cháy tk

- độ phát triển của trờng lò

Độ phát triển của trờng lò đợc xác định theo công thức

T1 Nhiệt độ trung bình của sản phẩm cháy trong vùng nung [K]

T2 Nhiệt độ ttrung bình của bề mặt phôi trong giai đoạn nung [K]

2.2.4.4 Các tiêu chuẩn nhiệt độ và nhiệt độ tâm phôi cuối giai đoạn nung

- Tiêu chuẩn nhiệt độ bề mặt phôi nung :

400 600 522,5 400

S

= 296,824.0,11

0,67748,204 

Từ giá trị  m 0, 2 và Bi =0,677 Theo giản đồ hình 27[1] ta có

F0 =2,4 ; Từ giá trị Bi =0,677 và F0=2,4 theo giản đồ 28[1] ta có  t 0, 28

Vậy nhiệt độ tâm phôi sơ bộ cuối giai đoạn nung là



Vậy 1118,3 45,229[ / ]w m K

47,805 50,275 46,531 45,229

47,46[ / ]4

1350 0,29 1350 522,5 1110,0251110,025[ ]

tb t tb t



2.2.4.5 Hệ số dẫn nhiệt độ a [m 2 /h] trong vùng nung

- Hệ số nhiệt độ đợc tính theo công thức sau :

t t





Trong đó :

tkl

c : Nhiệt độ trung bình của phôi thép cuối vùng nung

tđkl : Nhiệt độ trung bình của phôi thép đầu vùng nung

i2 , i1 Entapy của thép ứng với nhiệt độ tkl

.51,667100

.59,984100



 =2,4

0 2,4.0,11

1,037[ ]0,028

T n

F S

h a

2.2.5 Tính thời gian đồng đều nhiệt độ (dn[h])

- Nhiệt độ bề mặt vật nung ở giai đoạn đoòng đều nhiệt (đồng nhiệt)

tm

4=tm

3=12000C-Nhiệt độ tâm vật nung cuối giai đoạn đồng nhiệt tt

4=1183,50C-Tính mức độ đồng nhiệt

1000 1200 1110,025 1000

1110,025

1110,025

.110,025200

43,344 46,531

20045,097[ / ]w m K

1183,5

1183,5

.183,5200

43,344 46,531

20046,268[ / ]w m K

46,106[ / ]4

itb Entanpy của thép ở nhiệt độ trung bình ttb=1164,508 0C

Tra bảng 37[1] và bằng phơng pháp nội suy ta đợc

2.2.5.2 Thời gian đồng nhiệt

Từ tiêu chuẩn Furiê 0 2dn

t

a F S

 2dn 2.0,175 0,35[ ] h

2.3.tổng thời gian nung phôi trong lò là

 S n   1,091 1,037 0,35 2,478[ ]   h

2.4.Xác định chiều dài của lò

Một lò có cấu trúc hợp lí cần phải bảo đảm tỷ lệ

ch – Tự Do – Hạnh Phúc Chiều dài có hiệu của vùng sấy [m]

lK - Chiều dài có tiết diện của kênh khói [m]

Do nung phôi một mặt cho nên chiều dài thực tế của vùng sấy chính là chiều dài có hiệu của vùng sấy S S 4,768[ ]

2.4.3 Chiều dài vùng đồng nhiệt

- Chiều dài có hiệu của vùng đồng nhiệt

0,11.9000.0,35

1,529[ ] 1.226,512

Các kích thớc cơ bản của lò và thời gian nung đợc trình bày trong bảng sau :

Đại lợng Vùng Sấy Vùng nung Vùng đồng

Chơng 3 Tính cân bằng nhiệt xác định lợng dầu tiêu hao 3.1 Cấu trúc của lò

3.1.1 Kích thớc nội hình lò

- Kích thớc cơ bản của lò đợc trình bày trong bảng sau :

- Các loại vật liệu xây lò đảm bảo những yêu cầu nêu trên đợc trình bày trong bảng dới

đây (bảng 3.2)

Lò nung liên tục có chế độ nhiệt và chế độ nhiệt ổn định Vì vậy lò nung liên tục không có tổn thất nhiệt do tích nhiệt cho tờng lò (Trừ trờng hợp lò làm việc lần đầu hoặc làm việc trở lại sau một thời gian nghỉ )

Để giảm tổn thất nhiệt do dẫn nhiệt qua tờng lò , ngời ta có xu hớng tăng chiều dày tờng lò khi vật liệu đã đợc chọn thích hợp

Thể Xây

Lớp chịu nóngVật liệu Chiều dày [mm]

Lớp cách nhiệtVật liệu Chiều dày [mm] Chiều dày chung [mm]

Tờng Lò Điatômít 232

Samốt A 232

sSamốtnhẹ 115 579

Samốt A 67Samốt C 115Samốt C 115 Samốt A 67

Samốt A 67Samốt C 115Samốt C 115Samốt A 67Samốt A 67

Gạch đỏ 232

Gạch đỏ 232

Gạch đỏ 232

596

596

596

3.1.3 Kích thớc ngoại hình lò

Dựa vào kích thớc nội hình lò , kích thớc thể xây khoảng cách cửa ra liệu đến cuối lò

ta xác định đợc kích thớc ngoại hình lò, các kích thớc ngoại hình lò đợc trình bày trong bảng 3.3

Vùngnung

Vùng

đồngnhiệt

ToànLò

Vùngsấy

Vùngnung

Vùng

đồngnhiệt

Cả 3vùng lò

Giá trị

[mm]

3.2.1.1 Nhiệt lợng do đốt cháy dầu FO:

Qc=0,28.B.Qt [W]

Trong đó :

B : Lợng tiêu hao dầu FO [kg/h]

Qt : Nhiệt trị thấp của dầu FO : Qt = 35647,5 [kJ/kg]

0,28 : Hệ số chuyển đổi đơn vị

Qc=0,28.B Q1=0,28.B 35647,5 =9981,3B [W]

3.2.1.2 Nhiệt lợng do không khí nóng mang vào

Không khí đợc nung nóng sẽ mang vào lò một lợng nhiệt:

3.2.1.3 Nhiệt lợng do nung trớc dầu FO

Theo bàI ra, dầu FO đợc nung trớc 100% tới nhiệt độ tdầu=1100C

Qdầu=0,28.Cdầu.tdầu.B [W]

Trong đó:

Cdầu: Nhiệt dung riêng của dầu FO; Cdầu= 2,17 [kJ/kg.K]

tdầu: Nhiệt độ nung trớc của dầu FO; tdầu=110 [ 0C]

Qdầu=0,28.2,17.110.B =66,836.B [W]

3.2.1.4 Nhiệt lợng do các phản ứng toả nhiệt :

Khi nung, kim loại bị oxy hoá Phản ứng oxy hoá kim loại là phản ứng toả nhiệt

Qtoả=0,28.a.q.P [W]

Trong đó :

a: Tỷ lệ kim loại bị oxy hoá khi nung trong lò

Đối với lò nhiệt luyện : a = 0,005 0,01

Đối với lò nung cán, rèn : a = 0,010,03 : Lờy a =0,02

q: Lợng nhiệt toả ra khi 1 kg sắt (Fe) bị oxy hoá ; q=5650[kJ/kg]

P: Năng suất lò ; P=9000[kg/h]

Qtoả=0,28.0,02.5650.9000=284760[W]

3.2.2 Các khoản chi nhiệt lợng:

3.2.2.1 Nhiệt lợng dùng để nung kim loại:

3.2.2.2 Lợng nhiệt tổn thất do đốt cháy không hoàn toàn hoá học

Khi đốt nhiên liệu có ngọn lửa lớn thờng trong sản phẩm hay ra khỏi lò còn một lợng khí CO và H2 cha cháy hết do đó tạo lên tổn thất

Q2 =0,28.p.g.B.Vn[W]

Trong đó :

p =0,005 0,03 lấy dựa vào thiết bị đốt nhiên liệu mỏ đốt càng hoàn hảo thì giá trị p càng nhỏ Lò dùng mỏ phun thấp áp nên chon p =0,02

g : Nhiệt trị trung bình của các khí CO và H2; g = 12150 [kJ/m3]

Vn: Lợng sản phẩm cháy thực tế sinh ra khi đốt cháy 1 kg dầu FO

Qt : Nhiệt trị thấp của dầu FO ; Qd =35647,5[kJ/kg]

K: Hệ số mất mát do cháy không hoàn toàn cơ học Với nhiên liệu lỏng : K=0,01

Q3=0,28.0,01.35647,5.B = 99,813.B[W]

3.2.2.4 Lợng nhiệt tổn thất do dẫn nhiệt qua các thể xây lò :

a) Tổn thất do dẫn nhiệt qua tờng lò: (Q sấy

Wngoài Wtrong t t

tWngoài: Nhiệt độ mặt ngoài của tờng lò [C] tWngoài trong khoảng (30 

450C) lấy tWngoài=45 0C

i : Chiều dày của lớp tờng thứ i [m]

Ftờng: Diện tích bề mặt ngoài tờng lò [m2]

α : Hệ số truyền nhiệt đối lu, thờng α=11,63[W/m2]  α = 0,05

i : Hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu thứ it[0C]

tKK: Nhiệt độ của không khí bao quanh lò ;tKK=20[C]

ttb1: Nhiệt độ trung bình của lớp trong [C]

ttb2: Nhiệt độ trung bình của lớp giữa [C]

ttb3: Nhiệt độ trung bình của lớp ngoài [C]

Các kết quả tính toán đợc ghi trong bảng 3.4

b) Tổn thất nhiệt qua nóc lò: (Q sấy

tWtrong: Nhiệt độ mặt trong của nóc lò [C]

tWngoài: Nhiệt độ mặt ngoài của nóc lò [C]

i : Hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu thứ i

i phụ thuộc vào vật liệu và nhiệt độ trung bình của lớp thứ i

l: Chiều dài nóc ứng với mỗi vùng (m)

: góc ở tâm vòm lấy = 600

Ta có

D1=2R1=2.2,9= 5,8(m)(R1=B lò)

Tổn thất dẫn nhiệt qua nóc của lò

Qnóc=Q nóc S Q nóc n Q noc dn

Các kết quả tính toán đợc trình bày ở bảng 3.5

Bảng 3.4: Các thông số và kết quả tính toán hệ dẫn nhiệt qua tờng lò