Đồ án thiết kế lò tunnel đồ án thiết kế lò tunnel

Các lò nung vật liệu gốm sứ phải làm việc ở nhiệt độ cao .Mục đích chủ yếu lànhằm biến đổi trạng thái vật lí và cấu trúc bên trong của vật liệu .Ớ nhiệt độ nàycác quá trình hóa lí xảy ra

Chương II : Phần tổng quan 3

Đồ án lò Sỉlỉcát: Thiết kế lò Tunnel

CHƯƠNG I: PHẦN MỞ ĐAU

I Giớỉ thiệu thiết bị nung trong công nghệ Sỉlỉcát:

Phần lớn các loại vật liệu gốm sứ đều phải trải qua một khâu quan trọng đó là quátrình nung Quá trình nung ảnh hưởng rất nhiều đến chất lượng sản phẩm Nhữngthiết bị thực hiện quá trình nung gọi là lò nung

Lò nung là một thiết bị nhận nhiệt từ quá trình cháy của nhiên liệu rồi cung cấpcho vật liệu nung

Các lò nung vật liệu gốm sứ phải làm việc ở nhiệt độ cao .Mục đích chủ yếu lànhằm biến đổi trạng thái vật lí và cấu trúc bên trong của vật liệu .Ớ nhiệt độ nàycác quá trình hóa lí xảy ra bên trong vật liệu làm thay đổi bản chất của nó so vớicùng nguồn gốc thiên nhiên cũ giúp cho sản phẩm đạt được những yêu cầu kĩ thuậtcần thiết

Xét về mặt năng lượng thì nguồn cung cấp nhiệt cho lò nung rất đa dạng Ngoàinhững nguồn năng lượng truyền thông như : củi , than ,dầu ngày nay công nghệhiện đại cho phép chung ta sử dụng các nguồn năng lượng mới như: điện năng,sóng hồng ngoại Cùng với những nguồn năng lượng này đã có những thiết bị mớiphù hợp song giá thành cao nên chưa được ứng dụng rộng rãi.Việc sử dụng nguồnnăng lượng nào cũng như thiết bị nào phụ thuộc vào các yêu cầu của công nghệ,chất lượng sản phẩm và các chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật

II Phân loại:

Có rất nhiêu loại thiết bị nung, dựa vào các đặc điểm khác nhau cơ bản ta có thểphân thành các loại sau:

Dựa theo chế độ làm việc :lò liên tục và lò gián đoạn

+ Lò liên tục xác giai đoạn trong quá trình nung xảy ra cùng một thời điểm+ Lò gián đoạn: các giai đoạn nung xảy ra tuần tự

Dựa theo nhiên liệu sử dụng: Lò ga , than, củi, dầu

Dựa theo cấu tạo buồng làm việc: Lò phòng , lò Tunnel, lò quay, lò đứng

III Mục tiêu của đề tài:

CHƯƠNG II: PHẦN TổNG QUAN

Máy nhào đùn liên hợp có

hút chân khôngịTạo hình có ép gạch tào

Ép tạo gạch 4 lỗT

II Giởi thiệu về sản phẩm và các yêu cầu kĩ thuật:

Sản phẩm gạch ngói là nguyên liệu cơ bản trong các công trình xây dựng.Nguyên

liệu cơ bản là đất sét .Hầu hết các loại đất sét nếu có đủ độ dẻo tạo hình đều cóthể dùng làm gạch.Tuy nhiên , để gạch ngói có chất lượng cao nguyên liệu vẫn cần

có độ ổn định , không chứa các muôi tan, các muôi sunfat hoặc CaCƠ3 dễ tạo vếtnứt chân chim và thủy hóa làm vật liệu dãn nở

Các loại sản phẩm này công nghệ sản xuất tương đôí đơn giản , có các tính chất kĩ

thuật phù hợp với yêu cầu của các công trình xây dựng và giá thành tương đôi thấp

Có rất nhiều loại sản phẩm gạch ngói, nhưng để đơn giản trong quá trình tính toán ,

ta chọn sản phẩm nung là 1 loại gạch 4 lỗ

IlI.Các biến đổi hóa lí trong quá trình nung:

Trước hết ta xác định khoảng nhiệt độ cần đạt tới của quá trình nung gạch

Để ước tính nhiệt độ nung gạch , ta dựa vào giản đồ pha 3 cấu tử hệ

=19,38%

Ta qui về % của riêng 3 cấu tử trên

SiƠ2 =73%

Điểm biểu diễn hệ trên giản đồ pha là điểm M

Theo giản đồ pha thì điểm bắt đầu xuất hiện pha lỏng chính là điểm otecti tại nhiệt

độ 985°c Sau đó , lượng pha lỏng bắt đầu tăng dần theo nhiệt độ

Đồ án lò Sỉlỉcát: Thiết kế lò Tunnel

Thực chất giản đồ pha chỉ là công cụ cho phép chúng ta dự đoán và ước lượng nhiệt

độ nóng chảy của vật liệu và lượng pha lỏng tạo thành .Từ đó , ta có thể giới hạncác thí nghiệm để tìm ra chính xác nhiệt độ nung thích hợp.Bởi vì các quá trình trêngiản đồ pha là các quá trình kết tinh của các oxít tinh khiết và đó là các quá trìnhthuận nghịch, diễn ra vô cùng chậm.Thực tế thì bản thân thành phần của 3 cấu tửkhông tinh khiết trên không thể đánh gia'hê"t thành phần của phôi liệu đặc biệt là

Fe203

Vì yêu cầu về độ bền cơ và ĩ sô" yếu tô" kĩ thuật khác của sản phẩm gạch ngói

không quá cao nên để giảm nhiệt độ nung cho sản phẩm ta sử dụng những loại đấtsét có hàm lượng châ"t chảy cao, đặc biệt là oxit sắt Fe2ơ3

Từ thực nghiệm thực tê" thì nhiệt độ nung khả thi cho sản phẩm gạch ngói là 950

-1050°c

Ớ khoảng nhiệt độ này , vớinhững loại đất sét có nhiều châ"t chảy ,đặc biệt là

Fe2ơ3 thì lượng pha lỏng tạo ra đủ lớn để làm rắn chắc khôi vật liệu

Qua'trình , chê" độ nung phụ thuộc vào đường cong nung của phôi liệu Ta sử dụng

các kết quả của quá trình phân tích nhiệt vi sai DTA , DG để xác định nhiệt độ xảy

ra các quá trình hóa lí bên trong phôi liệu và cùng kết hợp với các quá trình thựcnghiệm để xây dựng đường cong nung cho phôi liệu

Trong đâ"t sét có rất nhiều khoáng, nhưng khi mâ"t nước có những tính châ"t biến đổi

vì nhiệt tương tự như khoáng caolinhit nên các đường cong DTA chỉ sai lệch nhauchút ít về nhiệt độ và mức độ xảy ra các hiệu ứng nhiệt.Do đó ta có thể phân tíchđường cong DTA của khoáng Caolinhit làm đại diện đặc trưng cho đâ"t sét

+ 100-200°c :giai đoạn sây.Các dạng nước liên kết lí học tách ra khỏi phôi

liệu.Sản phẩm co ngót mạnh ,cần lượng không khí dư lớn giúp tách ẩm

+ 200-400°C :cháy hết các chât hữu cơ có lẫn trong đất sét .Phân hủy sunfit(đáng

kể nhất là pyrit sắt FeS).Cacbon lẫn trong đât sét cháy, có thể tạo ra khí C02 gây

nở sản phẩm :biê"n đổi thù hình quắc làm tăng thể tích , gây nứt vỡ sản phẩm

700-900°C :phân hủy cacbonat canxi .Pha khí C02 bay hơi, pha rắn còn lại rất

hoạt hóa , có khả năng phản ứng với các khoáng của đất sét

Gạch kết khôi nhờ pha lỏng xuất hiện (850-900) nếu nguyên liệu chứa nhiều tạp

chất dễ chảy, nhất là FeO.FeO dễ chảy hơn Fe203 rất nhiều.Trong đất sét , FeOchỉ tạo thành trong môi trường khử, trưòng hợp này gạch có màu hơi xanh

+ 900-1050°C :phá hủy cấu trúc nhóm mica có lẫn trong đất sét .Hình thành mulít

nguyên sinh từ spinel và cristobalit theo phản ứng

Như vậy, thành phần khoáng của gạch gồm các khoáng chính trong hệ Si02 và

trong hệ Ca0-Al203-Si02.Nhưng cường độ gạch có được chủ yếu là nhờ pha lỏng

Trên hình vẽ , hiệu ứng nhiệt thứ nhất (thu nhiệt) ở khoảng nhiệt độ 500 trên

đường cong DTA tương ứng với sự mất nước liên kết hóa học , đồng thời caolinhitchuyển thành dạng mêta caolinhit với cấu trúc tinh thể không rõ ràng.Sự mất nướcđược khẳng định rõ hơn nhờ sự thể hiện tổn thất trọng lượng trên đường cong GTAHiệu ứng nhiệt thứ 2 (tỏa nhiệt) ở khoảng nhiệt độ 950°c tương ứng với quá trìnhphân hủy meta caolinhit thành các oxít hoặc mulít nguyên sinh

Từ 1100-1200 ,mulít thứ sinh hình thành cùng với sự tạo thành các khoáng

cristobalit, với xác suất như nhau

IV Lựa chọn kiểu lò:

Nung là một trong những giai đoạn quan trọng nhất để sản phẩm đạt được các yêu

cầu kĩ thuật .Để nung sản phẩm , ta có thể sử dụng nhiều loại lònhư :lò lửa đảo , lòvòng , lò Tunnel

Lò lửa đảo và lò vòng có nhược điểm là :tôn nhiều năng lượng , cho năng suất thấp

,cho chất lượng sản phẩm không đồng đều.Ngoài ra , đôi với cả 2 loại lò trên thì

Đồ án lò Silicát: Thiết kế lò Tunnel

Lò Tunnel nung sứ vệ sinh

l.ưu điểm của lò Tunnel:

Đồ án lò Silicát: Thiết kế lò Tunnel

Chênh lệch nhiệt độ theo chiều cao trong lò giảm so với các loại lò khác nên cho

sản phẩm có hình dạng đều ,ổn định

Năng suất cao , chất lượng sản phẩm tốt

Dễ dàng thực hiện các quá trình tự động hóa để nâng cao năng suất

2 Nhưực điểm của lò Tunnel:

Chiếm diện tích mặt bằngKhó thay đổi chế độ nhiệt, do đó chỉ có thể nung tốt một loại sản phẩm

3 Nguyên lí hoạt động của lò:

Lò Tunnel là thiết bị nung hoạt động liên tục ,vật liệu chuyển động ngược chiều

với khói lò theo chiều dài lò Theo chế độ nhiệt ,lò Tunnel được chia làm ba vùng:vùng sấy đốt nóng, vùng nung , vùng làm nguội

Nhiên liệu

^ Ị Ị Ị

t ỉ ỉ í

Trên đây là sơ đồ lò Tunneĩ dạng đơn giản :hầm tunnel thẳng , vật liệu xếp trên xe

goòng chuyển động trên đường ray , ngược chiều với không khí lạnh không khí

lạnh dần dần được đốt nóng lên sau khi làm nguội sản phẩm và được chuyển sang

vùng nung tham gia vào quá trình cháy .Ớ vùng nung nhiên liệu được cung cấpthông qua các bét phun ở 2 bên tường .Ớ vùng nung , nhiệt độ của vật liệu đạt giátrị cao nhất .sản phẩm cháy được chuyển sang vùng đốt nóng gặp các xe goòngchứa mộc đang đi vào lòvà đốt nóng dần lên trước khi các xe goòng đi vào vùngnung Khói lò được thải ra ngoài qua quạt hút dẫn vào ông khói

V Thuyết minh và lựa chọn nhiên liệu:

Ta có thể sử dụng các loại nhiên liệu rắn, lỏng hoặc khí để đốt lò

Đôi với nhiên liệu rắn , ta có thể dùng than,

Đôi với nhiên liệu lỏng ,ta có thể dùng các loại dầu ,khí hóa lỏng

Đôi với nhiên liệu khí ,ta có thể dùng gaz

Ta không sử dụng các nhiên liệu khí vì chi phí rất cao , không phù hợp cho công

nghệ sản xuất gạch ngói

Sử dụng các loại nhiên liệu rắn cụ thể là than thì cũng rất phù hợp nhưng quá trình

vận chuyển khó, dễ thất thoát .Hơn nữa, cơ cấu lò đốt than khá phức tạp và ô

Đồ án lò Silicát: Thiết kế lò Tunnel

CHƯƠNG III: PHẦN TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH.

I Đặc điểm của các giai đoạn nung :

Dựa vào đường cong nung , ta chia thành các vùng gia nhiệt như sau :

1 Giai đoạn 1 ( 30 -200°C):

Thời gian nâng nhiệt là 5,5h

Tốc độ nâng nhiệt là 31°c/h

Mộc từ lò sấy đi vào có độ ẩm 4% nên giai đoạn này chủ yếu là quá trình sấy để

tách hoàn toàn nước lý học .Nhiệt độ nâng lên chậm vì phôi liệu chủ yếu là đất sétdẻo nên có sự co ngót mạnh khi sấy , dễ gây nứt vỡ sản phẩm

2 Giai đoạn 2 ( 200 -400°C):

Thời gian nâng nhiệt là 4h

Tôc độ nâng nhiệt là 25°c/h

Đây là giai đoạn tách nước hóa học và đốt cháy các tạp chất hữu cơ Đất sét có

hàm lượng chất hữu cơ đáng kể, do đó khi cháy sẽ để lại các lỗ xốp trong sảnphẩm gây nên sự co , nứt sản phẩm

3 Giai đoạn 3 ( 400 -600°C):

Tôc độ nâng nhiệt là 25°c/h

ở khoảng nhiệt độ 550-600°C có sự biến đổ thù hình của SiƠ2

p - quartz —» a - quartz , kèm theo đó là sự biến đổi thể tích đột ngột gây biến

dạng ,nứt vỡ sản phẩm ,do đó ta cần không chế nhiệt độ tăng từ từ

4 Giai đoạn 4 ( 600 -800°C):

Thời gian nâng nhiệt là 4,5h

Tốc độ nâng nhiệt là 22,2°c/h

Ớ giai đoạn này pha lỏng bắt đầu xuất hiện

5 Giai đoạn 5 ( 800 -980°C) và giai đoạn 6 ( 980 -800°C):

Thời gian nâng nhiệt là 7h

Tôc độ nâng nhiệt là 25,7°c/h

Đây là giai đoạn lưu nhiệt ,ở giai đoạn này pha lỏng xuất hiện nhiều để thực hiện

quá trình kết khôi có mặt pha lỏng Giai đoạn này cần tốc độ nâng nhiệt và do đóchiều dài của giai đoạn này là dài nhất để tạo khoảng thời gian lưu nhiệt cần thiếtcho quá trình kết khôi và để tránh gây biến dạng sản phẩm vì lúc này pha lỏng sinh

ra nhiều

Ngoài ra trong giai đoạn này còn xảy ra quá trình phân hủy tạp chất cacbonat sinh

ra khí , do đó ta cũmg cần chú ý thời gian lưu nhiệt đủ lâu để cho khí thoát rangoài

ó.Giai đoạn 7 ( 800 -400°C):

Thời gian hạ nhiệt là 5h

Tốc độ hạ nhiệt là 80°c/h

Đồ án lò Silicát: Thiết kế lò Tunnel

Đây là giai đoạn làm nguội nhanh để ổn định các khoáng và pha thủy tinh trong

sản phẩm, tạo cho sản phẩm có độ bền cơ nhất định Ớ 573°c biến đổi thù hìnhcủa Quắc ??? làm nguội chậm ???

7.Giai đoạn 8 ( 400-200°C):

Thời gian hạ nhiệt là 9h

Tốc độ hạ nhiệt là 22,2°c/h

Il.Xác định các kích thưởc cơ bản của lò:

Xe goòng được cấu tạo bởi 2 phần :

+ Phần khung bằng thép hợp kim chịu nhiệt tốt , phía dưới là cơ cấu chuyển động

bằng bánh xe trên đường ray

Chiều dài xe goòng : 2,4 m

Chiều rộng xe goòng : 3 mChiều cao xe goòng :0,8m

Chiều dày của lớp vật liệu nền xe : 130+195+130 = 355mm.

Chiều cao xếp gạch : 1,35 m

Thể tích chứa của xe goòng Vo = 2,4 X 3 X 1,35 = 9,72 m3

Mật độ xếp gạch p = 0,8 T/m3 , suy ra sức chứa của mỗi xe goòng 7,8 T/ m3

2.SỨC chứa của lò :

Năng suất 20 tr viên/năm

1 viên gạch 4 lỗ có khôi lượng 1,5 KgKhôi lượng gạch ra lò hàng năm ( khôi lượng khô)1,5 X 2.1 o6 = 30.1 o6 Kg/ năm

1 năm lò làm việc 350 ngày = 8400 h , do đó trong 1 chu kì nung khôi lượnggạch ra lò là :

-— -= 164286 Kg/lò8400

Độ ẩm vào lò : 4% , do đó khôi lượng của vật liệu ẩm là

(1 -w)

Lượng mất khi nung của phôi liệu 6,5% , khôi lượng của phôi liệu khi chưanung mn = -—H- = 183028 Kg/lò

Đồ án lò Silicát: Thiết kế lò Tunnel

này cần xếp tạo ra các rãnh khác có chiều rộng !4 viên gạch để khí lò di chuyển tốt

theo chiều dài lò

3 Kích thước lò:

Sự tiếp xúc giữa xe goòng và 2 bên tường lò phải đảm bảo 1 khoảnh cách hợp lí

để xe goòng không va chạm với tường và cũng không lớn quá tránh nhiệt truyềnxuống dưới nền lò Ta chọn khoảng cách giữa xe goòng và vách lò là 25 mm , do

đó chiều rộng bên trong của lò B| = 3000+25x2=3050 mm

Dựa vào kết cấu thực tế của khung xe goòng , khả năng chịu tải khi làm việc của

xe mà ta tính toán áp lực đặt lên xe goòng hợp lí Theo thực tế, ta chọn chiều caoxếp gạch là l,35m

Chọn khoảng cách từ sản phẩm đến chân vòm 100 mm , thì chiều cao từ nền xegoòng đến chân vòm là Hi = 800 + 1350 + 100 = 2250 mm

Để nền lò được cách nhiệt tốt thì các xe goòng phải được bô" trí liên tục , tiếp xúcgiữa các xe goòng phải đảm bảo ăn khớp nhau , nhưng cũng cần tránh va chạm Tachọn khoảng cách giữa 2 xe goòng 20 mm

Chiều dài của lò L] = 2400x25 + 20x24 = 60480mm

Tính thêm các chiều dài cho cửa lò , buồng chờ ta chọn chiều dài lò 63m

4 TỐC độ chuyển động trung bình của xe goòng :

Vtb = L|/T = 63/46 = 1,37 m / h

Sô" xe goòng ra lò trong 1 h

Nxg = 1,37/2,4 =0,566Sô" xe goòng ra lò trong 1 ngày : 0,53x46 = 27,4 xe goòng

Các xe goòng được đẩy bằng hệ thông pitông nằm dưới đường ray theo cơ chê"gián đoạn

Đồ án lò Silicát: Thiết kế lò Tunnel

Bảng phân chia các giai đoạn nung theo chiều dài lò :

-Tương đôi rẻ so với các loại vật liệu chịu lửa khác

Cho vùng nung là 345mm

Cho vùng sấy , đốt nóng và vùng làm nguội là 230mm