Thiết kế, phục hồi hệ thống lò nấu nhôm

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ, PHỤC HỒI HỆ THỐNG LỊ NẤU NHƠM Người hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: TS LƯU ĐỨC BÌNH NGUYỄN VĂN ĐÀI TRẦN HỒNG QUÂN Đà Nẵng, 2017 Thiết kế, phục hồi hệ thống lị nấu nhơm CHƢƠNG :TỔNG QUAN VỀ CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA LÕ NẤU NHƠM 1.1 TÍNH CHẤT VÀ VAI TRÕ CỦA NHƠM TRONG ĐỜI SỐNG KĨ THUẬT 1.1.1 Tính chất nhơm Nhơm ngun tố hố học thuộc nhóm III bảng hệ thống tuần hồn Nhơm có 13 electron với cấu hình điện tử e nhƣ sau: 1s22s22p63s23p1 Với cấu hình này, Al có electron lớp ngồi (3 electron hố trị) nhơm thƣờng có hố trị III (Al3+) Tuy nhiên, nhơm có hố trị I (Al1+) gần đây, ngƣời ta điều chế đƣợc nhơm hố trị II (Al2+) Nhơm có bán kính nguyên tử C C 1,4 A0, bán kính ion 0,86 A0và nguyên tử lƣợng 26,98 đ.v.C Do có electron hoá trị nên phản ứng hoá học nhơm thể tính nhƣờng e (tính kim loại) Với độ âm điện lớn, ngun tử nhơm có hoạt tính mạnh Nhơm phản ứng R L với ôxi không khí tạo thành lớp màng ôxit (Al2O3) máng, lớp màng bền vững nên lớp nhôm bên không tiếp tục bị ôxi hố Vì vậy, nhơm có khả chống ăn mịn tốt Cũng có hoạt tính lớn nên tự nhiên, nhôm thƣờng tồn dƣới dạng hợp chất vô nhƣ : muối phèn (K2SO4.Al2(SO4)3 21H2O), quặng bơxit (Al2O3 nH2O), thuộc chu kì 3, có số hiệu ngun tử Z = 13, kí hiệu hố học Al Ngun tử Al T U D Hình 1.1 : Các sản phẩm từ Nhôm SVTH : Nguyễn Văn Đài Trần Hồng Quân Hướng dẫn: TS Lưu Đức Bình Trang Thiết kế, phục hồi hệ thống lị nấu nhơm Xét mặt vật lí, nhơm kim loại nhẹ (khối lƣợng riêng 2, g/ cm3), màu trắng bạc, nóng chảy nhiệt độ khoảng (660 - 670) 0C Nhôm dẻo, dễ dát mỏng kéo sợi Do có cấu tạo tinh thể dạng lập phƣơng tâm diện, mật độ electron tự lớn nên nhơm có độ dẫn nhiệt tốt Độ dẫn điện nhôm tốt Độ dẫn điện nhôm 2/ độ dẫn điện đồng Hệ số dẫn nhiệt nhôm lớn gấp lần hệ số dẫn nhiệt sắt Các tính chất nhơm nhƣ : tỉ trọng, nhiệt độ chảy, nhiệt độ sôi, nhiệt dung riêng, độ dẫn điện phụ thuộc nhiều vào độ nhiệt độ nhôm - Nhiệt độ chảy: Nhiệt độ chảy nhômsẽ tăng độ nhôm tăng ( xem bảng 1 ) Bảng 1: Quan hệ hàm lƣợng nhiệt độ chảy nhôm Hàm lƣợng [% Al] 99, 99, 99, 99, 99, 996 Nhiệt độ chảy [0C] 657 658 658, 659, 660, 24 C C - Tỉ trọng nhôm phụ thuộc vào độ nhiệt độ nhôm (xem bảng 2) Bảng 1.2: Quan hệ tỉ trọng nhôm với nhiệt độ độ R L T Độ Tỉ trọng nhôm Nhôm rắn 200C 99, 250 99, 400 99, 750 99, 751 99, 996 Nhôm lỏng 10000C U D 2, 7270 2, 3110 2, 7060 2, 2910 2, 7030 2, 2890 2, 6960 2, 2890 2, 6989 2, 2890 - Nhiệt độ sôi: Ở áp suất thƣờng, nhiệt độ sôi nhôm gần 25000C, nhƣng chân khơng nhiệt độ sôi giảm xuống (xem bảng1.3) SVTH : Nguyễn Văn Đài Trần Hồng Quân Hướng dẫn: TS Lưu Đức Bình Trang Thiết kế, phục hồi hệ thống lò nấu nhôm Bảng 3: Quan hệ áp suất nhiệt độ sôi nhôm Áp suất 0, [mmHg] 0025 0, 01 0, 10 1, 00 10, 100 760 1000 2086 Nhiệt độ sôi [K] 1480 1634 1880 2002 2382 2760 2830 3000 1400 - Nhiệt dung riêng : Nhiệt dung riêng nhôm thay đổi nhiệt độ thay đổi (xem bảng 1.4): Bảng 4: Nhiệt dung riêng nhôm khoảng - 1000 0C Nhiệt độ [0C] Nhiệt dung Nhiệt độ [0C] Nhiệt dung (trạng thái rắn) riêng [kJ/kg.K] (trạng thái láng) riêng [kJ/kg.K] 100 0, 9456 657 1, 634 200 0, 9615 700 300 0, 9987 750 400 1, 3704 800 500 1, 0100 900 1, 482 600 1, 0264 1000 1, 444 657 1, 0350 C C R L T U D 1, 598 1, 565 1, 531 - Độ dẫn điện: Độ dẫn điện nhôm tăng theo độ (xem bảng 5): Bảng 5: Quan hệ độ dẫn điện với độ nhôm Độ [% Al] Nhiệt độ [0C] Điện trở suất x 10 [Ώ mm2/m] So với độ dẫn điện đồng [%] 99, 500 25, 300 62, 50 99, 959 24, 500 64, 50 99, 971 20 26, 690 64, 90 99, 996 20 26, 548 65, 49 1.1.2 Vai trò nhôm đời sống – kĩ thuật Nhôm kim loại đƣợc sử dụng rộng rãi (sau sắt) nhiều ngành kinh tế - kĩ thuật đời sống hàng ngày Những ứng dụng nhôm liên quan chặt chẽ đến tính chất vật lí hố học nhơm Nhơm hợp kim nhơm có đặc tính: nhẹ, bền khơng khí nƣớc Nhơm đƣợc dùng làm vật liệu chế tạo máy bay, ô tô , tên lửa, tầu vũ trụ… Nhôm hợp kim nhơm có màu trắng bạc đƣợc dùng xây dựng nhà cửa trang trí nội thất SVTH : Nguyễn Văn Đài Trần Hồng Quân Hướng dẫn: TS Lưu Đức Bình Trang Thiết kế, phục hồi hệ thống lị nấu nhơm Nhơm có tính dẫn nhiệt dẫn điện tốt nên đƣợc dùng để chế tạo dây cáp dẫn điện cao thay cho đồng Nhôm đƣợc dùng để chế tạo thiết bị trao đổi nhiệt, dụng cụ đun nấu C C R L T U D Hình 1.2 Dụng cụ đun nấu từ nhôm Giấy nhôm không gây độc hại nên đƣợc dùng để bao gói thực phẩm, bánh kẹo Bét nhôm dùng chế tạo hỗn hợp tecmic (hỗn hợp bột nhôm ôxit sắt từ) để hàn kim loại, điều chế mét sè kim loại phịng thí nghiệm Nhơm siêu dùng để chế tạo bán dẫn Al-Sb Loại bán dẫn chịu đƣợc nhiệt độ cao nên đƣợc dùng nhiều kĩ thuật điện tử 1.2 LÕ ĐIỆN VÀ LĨNH VỰC SỬ DỤNG CỦA LÕ ĐIỆN 1.2.1 Lò điện đặc điểm lò điện Lò điện thiết bị biến điện thành nhiệt dùng q trình cơng nghệ khác nhƣ nung nóng nấu luyện vật liệu, kim loại hợp kim khác SVTH : Nguyễn Văn Đài Trần Hồng Quân Hướng dẫn: TS Lưu Đức Bình Trang Thiết kế, phục hồi hệ thống lị nấu nhơm Hình 1.3 Lị điện trở C C Lị điện có ƣu điểm: - Có khả tạo đƣợc nhiệt độ cao nhiệt đƣợc tập trung thể tích nhá - Tạo đƣợc tốc độ nung lớn nhiệt tập trung, nhiệt độ cao R L T - Đảm bảo nung đều, nung xác, dễ điều chỉnh chế độ điện chế độ nhiệt lò U D - Lò đảm bảo đƣợc độ kín, có khả nung chân khơng mơi trƣờng có khí bảo vệ nên kim loại bị tổn hao - Có khả khí hố tự động hố q trình chất dỡ liệu vận chuyển vật phẩm - Đảm bảo đƣợc điều kiện lao động hợp vệ sinh: khơng có bụi, khói, tiếng ồn Điều kiện thao tác tốt, thiết bị gọn nhẹ Lị điện có nhƣợc điểm: - Năng lƣợng điện đắt so với lƣợng khác: than, dầu, khí - u cầu ngƣời vận hành lị điện phải có trình độ cao, nghiệp vụ tốt 1.2.2 Lĩnh vực sử dụng lò điện Với ƣu, nhƣợc điểm lị điện trình bày trên, lò điện đƣợc sử dụng rộng rãi lĩnh vực kỹ thuật: - Trong luyện kim chế tạo máy, lị điện có vị trí quan trọng thƣờng đƣợc dùng để: + Sản xuất thép chất lƣợng cao + Nhiệt luyện hoá nhiệt luyện + Nung vật phẩm trƣớc cán, rèn dập, kéo dây kéo sợi SVTH : Nguyễn Văn Đài Trần Hồng Quân Hướng dẫn: TS Lưu Đức Bình Trang Thiết kế, phục hồi hệ thống lị nấu nhơm - Trong cơng nghiệp hố học lị điện đƣợc sử dụng để: + Sản xuất CaC2, SiC, B4C + Sản xuất CS2, C2H2 + Sản xuất kim loại kiềm thổ - Trong lĩnh vực công nghiệp khác: + Trong công nghiệp nhẹ thực phẩm, lò điện đƣợc sử dụng để: sấy, mạ vật phẩm chế biến thực phẩm + Trong lĩnh vực khác, lò điện đƣợc sử dụng để sản xuất: gốm, sứ, thuỷ tinh, loại vật liệu chịu lửa Ngồi ra, lị điện cịn đƣợc sử dụng rộng rãi đời sống sinh hoạt: bếp điện, nồi cơm điện, bình nƣớc nóng, thiết bị nung, rán, sấy điện 1.3 CÁC PHƢƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI ĐIỆN NĂNG THÀNH NHIỆT NĂNG Điện đƣợc biến đổi thành nhiệt theo phƣơng pháp sau : C C - Phƣơng pháp điện trở - Phƣơng pháp cảm ứng - Phƣơng pháp hồ quang điện R L - Phƣơng pháp điện môi - Phƣơng pháp Plasma T 1.3.1 Phương pháp điện trở ( hình ) Phƣơng pháp điện trở dựa định luật Joule-Lence: Khi dịng điện chạy qua dây dẫn có điện trở R dây dẫn toả mét lƣợng nhiệt, lƣợng nhiệt đƣợc tính theo cơng thức: U D Q = R I2 t [J] Trong đó: - R : điện trở dây dẫn, [Ω] - I : cƣờng độ dòng điện chạy qua dây dẫn, [A] -t : thời gian dòng điện chạy qua dây dẫn, [s] Ngun lý làm việc lị điện trở đƣợc trình bày hình 2.1: SVTH : Nguyễn Văn Đài Trần Hồng Quân Hướng dẫn: TS Lưu Đức Bình Trang Thiết kế, phục hồi hệ thống lị nấu nhơm C C R L Hình 1.4 Nguyên lý làm việc lị điện trở T a - Đốt nóng trực tiếp - Cầu dao điện b - Đốt nóng gián tiếp - Vật liệu đƣợc nung nóng trực tiếp U D - Biến áp - Đầu cấp điện - Vật liệu đƣợc nung nóng gián tiếp - Dây điện trở 1.3.2 Phương pháp cảm ứng ( hình 2 ) Phƣơng pháp cảm ứng dựa định luật cảm ứng điện từ Faraday: Khi dịng điện xoay chiều chạy qua cuộn cảm tạo từ trƣờng biến thiên xung quanh cuộn cảm Từ trƣờng biến thiên tác động lên vật dẫn (vật nung nấu chảy) làm xuất dòng điện cảm ứng vật dẫn - dịng điện xốy (dịng Fucơ) Những phần vật dẫn có dịng điện xốy toả nhiệt Những phần khơng có dịng điện xốy chạy qua nhận nhiệt dẫn nhiệt đối lƣu từ phần kim loại nóng có dịng điện xốy chạy qua SVTH : Nguyễn Văn Đài Trần Hồng Quân Hướng dẫn: TS Lưu Đức Bình Trang Thiết kế, phục hồi hệ thống lị nấu nhơm Ngun lý làm việc lị điện cảm ứng đƣợc trình bày hình 2.2: C C Hình 1.5 Nguyên lý làm việc lò điện cảm ứng a Lò điện cảm ứng có kênh b Lị điện cảm ứng kiểu nồi Mạch dẫn tõ Nồi lò, chứa vật liệu cần gia cơng Vịng cảm ứng Tƣờng lị vật liệu chịu nóng R L T U D 1.3.3 Phương pháp hồ quang điện ( hình ) Phƣơng pháp hồ quang điện dựa nguyên lý phát nhiệt lửa hồ quang điện Hồ quang điện mét tƣợng phóng điện qua chất khí Bình thƣờng khí khơng dẫn điện, nhƣng ion hố khí dƣới tác dụng điện trƣờng khí dẫn điện Khi hai điện cực tiếp cận chúng xuất lửa hồ quang Ngƣời ta dùng nhiệt lửa hồ quang để gia nhiệt cho vật nung nấu chảy.Nguyên lý làm việc lò hồ quang điện đƣợc trình bày hình 2.3: a – Lị hồ quang trực tiếp b – Lò hồ quang gián tiếp – Điện cực – Vật gia công nhiệt – Ngọn lửa hồ quang – Tƣờng lò SVTH : Nguyễn Văn Đài Trần Hồng Quân Hướng dẫn: TS Lưu Đức Bình Trang Thiết kế, phục hồi hệ thống lị nấu nhơm Hình 1.6 Ngun lý làm việc lò điện hồ quang 1.3.4 Phương pháp điện mơi ( hình ) Phƣơng pháp điện mơi dựa nguyên tắc: Nếu đặt vật liệu rắn, khơng dẫn điện vào vùng điện trƣờng có tần số cao nguyên tử, phân tử vật bị phân cực Sự phân cực có tần số tần số biến đổi điện trƣờng C C R L tần số thƣờng lớn Đối với phân cực có tần số lớn sinh nhiệt ma sát, nhiệt ma sát toả tồn thể tích vật nung Trong lị nung điện mơi, vật liệu nung đƣợc đặt phần điện cực Các điện cực tiếp xúc với vật nung đặt cách xa vật nung mét khoảng Nguyên lý làm việc lị nung điện mơi đƣợc trình bày hình 2.4: T U D Hình 1.7 Nguyên lý làm việc lị nung điện mơi 1.3.5 Phương pháp Plasma ( hình ) Phƣơng pháp Plasma dựa nguyên tắc phát nhiệt Plasma: Đó toả nhiệt luồng khơng khí đƣợc ion hố dƣới tác dụng hồ quang điện Do khí bị ion hố bị nén thể tích khơng lớn nên mật độ nhiệt cao nhiệt độ đạt đƣợc lớn (10000 - 20000) OC SVTH : Nguyễn Văn Đài Trần Hồng Quân Hướng dẫn: TS Lưu Đức Bình Trang Thiết kế, phục hồi hệ thống lị nấu nhơm C C R L T U D Hình 6.5.Hình ảnh lị q trình nấu SVTH : Nguyễn Văn Đài Trần Hồng Quân Hướng dẫn: TS Lưu Đức Bình Trang 59 Thiết kế, phục hồi hệ thống lò nấu nhơm C C R L T U D Hình 6.5.Sản phẩm sau đúc ( má tĩnh ê-tô ) SVTH : Nguyễn Văn Đài Trần Hồng Quân Hướng dẫn: TS Lưu Đức Bình Trang 60 Thiết kế, phục hồi hệ thống lị nấu nhơm KẾT LUẬN Sau gần tháng thực đồ án tốt nghiệp chúng tơi tính tốn, thiết kế khơi phục lại hệ thống lị nấu nhơm, bên cạnh khống chế ổn định nhiệt độ lò, thiết kế hệ thống dẫn động quay lị tự động Trong q trình thiết kế lị , thời gian có hạn kiến thức chun mơn nhƣ kiến thức thực tế cịn ít, nên việc hồn thành đồ án chúng em khơng tránh khỏi sai sót, chúng em mong đƣợc bảo thầy cô Cuối cùng, em xin cảm ơn thầy LƢU ĐỨC BÌNH thầy khoa Cơ khí, Trƣờng Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng tận tình hƣớng dẫn em hồn thành đề tài dạy dỗ bảo em suốt thời gian học tập trƣờng Kính chúc thầy sức khoẻ thành công công tác C C R L T U D Đà Nẵng, Ngày 25 tháng 05 năm 2017 Sinh viên thực Nguyễn Văn Đài SVTH : Nguyễn Văn Đài Trần Hồng Quân Hướng dẫn: TS Lưu Đức Bình Trần Hồng Quân Trang 61 Thiết kế, phục hồi hệ thống lị nấu nhơm TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Tính tốn kĩ thuật nhiệt luyện kim – Hoàng Kim Cơ – Nhà xuất giáo dục [2] Giáo trình lị luyện kim – Đại học bách khoa Hà Nội [3] Phạm Văn Trí, Dƣơng Đức Hồng, Nguyễn Cơng Cẩn: Lị Cơng nghiệp – Đại học bách khoa Hà Nội - 1968 [4] Thiết kế chi tiết máy – Nguyễn Trọng Hiệp, Nguyễn Văn Lẫm- Nhà xuất giáo dục 1999 C C R L T U D SVTH : Nguyễn Văn Đài Trần Hồng Quân Hướng dẫn: TS Lưu Đức Bình Trang 62 TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ TĨM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tên đề tài : Họ tên SV : Thiết kế, phục hồi hệ thống lị nấu nhơm Nguyễn Văn Đài – Trần Hồng Quân Mã SV Lớp Điện thoại: 101120224 - 101120253 12C1C 0982077444 - 01698066341 : : : Email: vandaibkdntc@gmail.com – hongquan1031994@gmail.com GV hƣớng dẫn : T.S Lƣu Đức Bình GV duyệt : C C Th.S Trần Ngọc Hải Nội dung ĐATN bao gồm vấn đề sau: 1.Nhu cầu thực tế đề tài : Nhôm kim loại đƣợc sử dụng rộng rãi (sau sắt) nhiều ngành kinh tế - kĩ thuật đời sống hàng ngày Những ứng dụng nhôm liên quan chặt chẽ đến tính chất vật lí hố học nhơm Nhơm hợp kim nhơm có đặc tính: nhẹ, bền khơng khí nƣớc Nhơm đƣợc dùng làm vật liệu chế tạo máy bay, ô tô , tên lửa, tầu vũ trụ… Nhôm hợp kim nhơm có màu trắng bạc đƣợc dùng xây dựng nhà cửa trang trí nội thất Nhơm đƣợc dùng để chế tạo thiết bị trao đổi nhiệt, dông cụ đun nấu Nhơm có tính dẫn nhiệt dẫn điện tốt nên đƣợc dùng để chế tạo dây cáp dẫn điện cao thay cho đồng Nhôm siêu dùng để chế tạo bán dẫn Al-Sb Loại bán dẫn chịu đƣợc nhiệt độ cao nên đƣợc dùng nhiều kĩ thuật điện tử R L T U D Phạm vi nghiên cứu đề tài tốt nghiệp:  Tham khảo thực tế qua sách, báo, mạng  Vận dụng kiến thức đƣợc học Nội dung đề tài thực :  Số trang thuyết minh: 62 trang  Số vẽ: Ao Kết đạt đƣợc: - Phần lý thuyết tìm hiểu : Tính chất vai trị nhơm đời sống – kĩ thuật Tình hình sản xuất – tiêu thụ cơng nghệ chế tạo cáp nhôm nƣớc ta Lò điện lĩnh vực sử dụng lò điện Các phƣơng pháp biến đổi điện thành nhiệt Phân loại lò điện Vật liệu chế tạo dây điện trở - Đã tính tốn thiết kế phần nhƣ sau: Chọn cấu trúc lị Tính tốn kích thƣớc lị Tính thời gian nung kim loại 4.Tính tốn cân nhiệt xác định cơng suất điện lị C C Tính tốn cơng st làm việc dây điện trở Đo khống chế nhiệt độ lị Thiết kế hệ thống dẫn động rót kim loại R L T - Tài liệu tham khảo - Kết luận,thiếu sót, cảm ơn U D Đà Nẵng, Ngày 25 tháng 05 năm 2017 Sinh viên thực Nguyễn Văn Đài- Trần Hồng Quân ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Trƣờng Đại học Bách khoa Độc lập - Tự - Hạnh phúc KHOA CƠ KHÍ BỘ MƠN CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: NGUYỄN VĂN ĐÀI – TRẦN HỒNG QUÂN Lớp: 12C1C Ngành: Công Nghệ Chế Tạo Máy Tên đề tài: Thiết kế, phục hồi hệ thống lò nấu nhôm Các số liệu ban đầu: Tham khảo thực tế đơn vị xƣởng đúc Trƣờng ĐH BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG - Đƣờng kính lị - Đƣờng kính nồi lò : d= 230 mm C C R L : d = 600 mm T Vật liệu làm nồi : thép INOX theo TCVN 08Cr18Ni10 (JSI SUS304, AISI 304) - Vật liệu chế tạo dây điện trở : dây crom-nhom -Vật liệu xây lò Gạch chịu lửa bột samot A NỘI DUNG CÁC PHẦN THUYẾT MINH VÀ TÍNH TỐN: - U D Chƣơng : Tổng quan cấu tạo nguyên lý làm việc lò nấu nhơm Chƣơng : Chọn cấu trúc lị tính tốn kích thƣớc lị Chƣơng : Tính thời gian nung kim loại Chƣơng : Vật liệu để chế tạo dây điện trở Chƣơng : Tính tốn cân nhiệt xác định cơng suất lị Chƣơng : Đo khống chế nhiệt độ lò B CÁC BẢN VẼ VÀ ĐỒ THỊ Bản vẽ phƣơng án lò 1A0 Bản vẽ sơ đồ động học lò 1A0 Bản vẽ kết cấu máy số chi tiết lò 4A0 Ngày tháng Ngày giao nhiệm vụ: năm 2017 Cán hƣớng dẫn TS LƢU ĐỨC BÌNH Kết hoàn thành nhiệm vụ: Sinh viên hoàn thành nộp tồn đồ án cho Bộ mơn Ngày tháng C C R L U D T năm 2017 LỜI CAM ĐOAN Chúng tôi: Nguyễn Văn Đài – Trần Hồng Quân xin cam đoan: - Đồ án tốt nghiệp thành từ nghiên cứu hoàn toàn thực tế sở số liệu thực tế thực theo hướng dẫn giáo viên hướng dẫn - Đồ án thực hoàn toàn mới, thành riêng tôi, không chép theo đồ án tương tự - Mọi tham khảo sử dụng đồ án trích dẫn nguồn tài liệu báo cáo danh mục tài liệu tham khảo - Mọi chép không hợp lệ, vi phạm quy chế nhà trường, chúng tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm Đà Nẵng tháng năm 2017 C C Sinh viên: Nguyễn Văn Đài R L T U D i Trần Hồng Quân LỜI NÓI ĐẦU Trong giai đoạn nay, đất nước bước vào thời kỳ cơng nghiệp hóa, đại hóa kinh tế Vai trị ngành khí ngày trở nên quan trọng phát triển kinh tế đất nước, nói ngành then chốt cơng nghiệp đại Trong suốt năm học tập trường, em truyền đạt kiến thức bản, làm sở, hành trang cho công việc sau Để tổng kết học suốt năm vừa qua, phân công nhà trường, chúng em nhận đồ án tốt nghiệp với đề tài “ Thiết kế, phục hồi hệ thống lị nấu nhơm ” hướng dẫn thầy giáo TS LƯU ĐỨC BÌNH Là sinh viên ngành Chế Tạo Máy, giao nhiệm vụ tốt nghiệp khôi phục lò điện trở này, em tiến hành nghiên cứu, tìm hiểu đặc điểm kỹ thuật loại C C lị điện trở đặc tính nhôm công nghệ nung nấu nhôm nước ta để tìm phương án thiết kế cho phù hợp Khi nghiên cứu đề tài này, em tham khảo nhiều tài liệu, sách R L thực tế phịng thí nghiệm đúc nhà trường, em nhận thấy đề tài tương đối rộng, nhiều kiểu mẫu tùy thuộc vào điều kiện sở sản xuất hay công ty riêng Tuy nhiên, dù thiết kế có theo hướng thiết kế đề tài cần phải đảm bảo ba tiêu là: Phải có tính kinh tế, đạt suất cao đảm bảo an toàn Và em cố gắng để đề tài thiết kế theo ba tiêu Tuy nhiên, đề tài có khối lượng tương đối lớn, lại chưa có nhiều kinh nghiệm thực tế nên em gặp nhiều khó khăn, việc tìm kiếm tài liệu hướng dẫn Vì việc sai sót thiết kế tính tốn khơng thể tránh khỏi Em mong thầy bạn dẫn để em hồn thành tốt cơng việc sau Em xin chân thành cảm ơn! Đà Nẵng tháng năm 2017 Sinh viên: Nguyễn Văn Đài Trần Hồng Quân T U D ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI NÓI ĐẦU ii CHƢƠNG :TỔNG QUAN VỀ CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA LÕ NẤU NHÔM 1.1 TÍNH CHẤT VÀ VAI TRỊ CỦA NHƠM TRONG ĐỜI SỐNG KĨ THUẬT 1.1.1 Tính chất nhơm 1.2 LÕ ĐIỆN VÀ LĨNH VỰC SỬ DỤNG CỦA LÕ ĐIỆN 1.2.1 Lò điện đặc điểm lò điện 1.2.2 Lĩnh vực sử dụng lò điện 1.3 CÁC PHƢƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI ĐIỆN NĂNG THÀNH NHIỆT NĂNG 1.3.1 Phương pháp điện trở ( hình ) 1.3.2 Phương pháp cảm ứng ( hình 2 ) C C 1.3.3 Phương pháp hồ quang điện ( hình ) 1.3.4 Phương pháp điện mơi ( hình ) 1.3.5 Phương pháp Plasma ( hình ) R L 1.4 PHÂN LOẠI LÕ ĐIỆN 10 1.4.1 Phân loại lò điện 10 1.4.2 Sơ đồ phân loại lò điện 10 1.5 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LÕ ĐIỆN TRỞ 11 1.5.1 Nguyên lý làm việc lò điện trở 11 1.5.2 Những vật liệu dùng làm dây nung 12 1.6 CẤU TẠO LÕ ĐIỆN TRỞ 13 1.6.1 Những yêu cầu cấu tạo lò điện 13 1.7 PHÂN LOẠI LÕ ĐIỆN TRỞ 16 CHƢƠNG 2: THIẾT KẾ LÒ NẤU NHÔM 18 2.1 TÍNH TỐN CÂN BẰNG NHIỆT CỦA LỊ 18 2.1.1 Lượng nhiệt để nung phôi nhôm (Q1) 18 2.1.2 Lượng nhiệt để nung nồi lò (Q2) 19 2.1.3 Lƣợng nhiệt tổn thất dẫn nhiệt qua tƣờng lò, đáy lị, lị (Q3) 19 2.1.4 Lượng nhiệt tổn thất tích nhiệt tường lị, đáy lị, lị (Q4) 20 2.1.5 Tổng lượng nhiệt mà lò cần cung cấp 21 2.1.6 Lập bảng cân nhiệt lò 22 T U D 2.2 XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT ĐIỆN CỦA LÕ 22 2.2.1 Xác định cơng suất nhiệt lị (Pnhiệt) 22 2.2.2 Xác định cơng suất điện lị (Pđiện) 22 iii 2.3 CHỌN CẤU TRÚC LÒ 23 2.3.1 Cơ sở lựa chọn cấu trúc lò 23 2.3.2 Chọn cấu trúc lò 23 CHƢƠNG 3: TÍNH THỜI GIAN NUNG KIM LOẠI 26 3.1 CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU 26 3.2 CHỌN PHƢƠNG PHÁP NUNG VÀ GIẢN ĐỒ NUNG 26 3.2.1 Giản đồ nung (xem hình 4.2) 26 3.3 TÍNH THỜI GIAN NUNG 26 3.3.1 Nhiệt độ trung bình bề mặt vật nung: 26 3.3.2 Tính hệ số trao đổi nhiệt xạ bx) 27 3.3.4 Tính hệ số trao đổi nhiệt tổng cộng 28 3.3.5 Tính thờ n) 28 CHƢƠNG VẬT LIỆU ĐỂ CHẾ TẠO DÂY ĐIỆN TRỞ 30 C C 4.1 Yêu cầu vật liệu chế tạo dây điện trở 30 4.2 Vật liệu kim loại 30 4.3 Vật liệu phi kim loại 32 R L 4.4 Cấu trúc dây điện trở kim loại 33 4.5 CÔNG SUẤT BỀ MẶT RIÊNG CỦA DÂY ĐIỆN TRỞ 36 4.5.1 Công suất bề mặt riêng dây điện trở lí tưởng 36 4.5.2 Công suất bề mặt riêng dây điện trở thực 39 4.5.3 Tính chiều dài nhánh dây 44 4.5.4 Tính số vịng xoắn cho nhánh dây (Nxoắn) 44 4.5.5 Tính bƣớc xoắn dây (txoắn) 44 4.5.6 Tính khối lƣợng dây nhánh dây (gnhánh) 45 4.5.7 Tổng số mét dây điện trở 45 4.5.8 Tổng khối lƣợng dây điện trở 45 CHƢƠNG 5: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ LÒ 45 5.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ĐO NHIỆT ĐỘ 46 5.1.1 Khái niệm chung đo nhiệt độ 46 5.1.2 Đo nhiệt độ cặp nhiệt điện XA 46 5.2 ỔN ĐỊNH NHIỆT TRONG LÒ 49 5.2.1 Cấu trúc tổng quát khối ổn định nhiệt độ: 49 5.2.2 Các phương pháp điều khiển 50 T U D 52.3 Tính chọn thiết bị tủ điện 54 CHƢƠNG 6: THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG QUAY LÒ 55 6.1 Yêu cầu hệ thống quay 56 iv 6.2 Chọn động 57 6.3 Phân phối tỉ số truyền 57 A NỘI DUNG CÁC PHẦN THUYẾT MINH VÀ TÍNH TỐN: 65 C C R L T U D v DANH SÁCH BẢNG VÀ HÌNH VẼ Hình 1.1 : Các sản phẩm từ nhôm Bảng 1.1: Quan hệ hàm lƣợng nhiệt độ nóng chảy nhơm Bảng 1.2: Quan hệ tỷ trọng nhôm với nhiệt độ độ Bảng 1.3: Quan hệ áp suất nhiệt độ sôi nhôm Bảng 1.4: Nhiệt dung riêng nhôm khoảng 0-1000 0C Bảng 1.5: Quan hệ độ dẫn điện độ nhôm Hình 1.2 : Dụng cụ đun nấu từ nhơm Hình 1.3 : Lị điện trở Hình 1.4 : Ngun lý làm việc lị điện trở Hình 1.5 : Ngun lý làm việc lị điện cảm ứng Hình 1.6 : Nguyên lý làm việc lò điện hồ quang Hình 1.7 : Ngun lý làm việc lị điện mơi Hình 1.8 : Ngun lý làm việc lị điện plasma Bảng 1.6: Tính chất vật liệu làm dây đốt Bảng 2.1: Bảng cân nhiệt lị Hình 2.1 : Hình dáng sơ lị nấu nhơm Hình 3.1 : Gian đồ nung phơi nhơm Hình 4.1 : Các kích thƣớc dây điện trở Bảng 4.1: Kích thƣớc loại dây điện trở sản xuất Hình 4.2: Dây điện trở tiết diện chữ nhật, cấu trúc dích dắc treo tƣờng Bảng 4.2: Các giá trị D\d tùy theo nhiệt độ dây vật liệu dây Hình 4.3 : Cơng suất bề mặt riêng dây nung lý tƣởng Wlt phụ thuộc vào nhiệt độ vật nung tv nhiệt độ dây điện trở td C C R L T U D Hình 4.4 : Hệ số c phụ thuộc vào hệ số xạ qui dẫn Hình 4.5 Hệ số kt phơ thuộc vào tỉ số Fv/ Ft Hình 4.6a Hệ số t phô thuộc vào t/d dây tiết diện trịn, cấu trúc xoắn Hình 4.6b Hệ số t phụ thuộc vào tỉ số e/d, dây trịn kiểu dích dắc Hình 4.6c Hệ số t phơ thuộc vào tỉ số e/b,dây tiết diện hình chữ nhật, kiểu dích dắc vi Bảng 4.3 Giá trị hệ số hq Bảng 5.1 Quan hệ sức nhiệt điện động nhiệt độ cặp nhiệt XA Hình 5.1 Quan hệ sức nhiệt điện động nhiệt độ cặp nhiệt XA Hình 5.2 Sơ đồ khối điều khiển nhiệt thơng dụng Hình 5.3 Các điều khiển nhiệt độ thực tế Hình 5.4 Đặc điểm hoạt động On-Off Hình 5.5 Đặc điểm Hunting Hình 5.6 Hệ thống điều khiển vịng kín với điều khiển PID Hình 5.7 Sơ đồ nguyên lý điều khiển nhiệt độ Hình 5.8 Một số hình ảnh sau nối dây Hình 6.1: Cấu trúc lị thiết kế Hình 6.2 Sơ đồ lựuc tác dụng lên lị quay Hình 6.3.Hình ảnh cấu quay sau thiết kế Hình 6.4.Hình ảnh lị sau hồn thành Hình 6.5.Hình ảnh lị trình nấu Hình 6.5.Sản phẩm sau đúc ( má tĩnh ê-tô ) C C R L T U D vii ... W/m K Hình 4.4 Hệ số c phụ thuộc vào hệ số xạ qui dẫn SVTH : Nguyễn Văn Đài Trần Hồng Quân Hướng dẫn: TS Lưu Đức Bình Trang 39 Thiết kế, phục hồi hệ thống lò nấu nhôm - kt : hệ số hiệu chỉnh... gốm Thit k, phc hồi hệ thống lị nấu nhơm W: cơng suất bề mặt riêng dây điện trở thực, [W/cm2] W = 6,23x1x0,9x1,4x0,32 = 2,512 [W/cm2] Trang 43 Thiết kế, phục hồi hệ thống lị nấu nhơm 4.5.3 Tính... Đức Bình Trang 45 Thiết kế, phục hồi hệ thống lị nấu nhơm 5.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ĐO NHIỆT ĐỘ 5.1.1 Khái niệm chung đo nhiệt độ Khi nhiệt độ hệ thống thay đổi tính chất vật lý hệ thống thay đổi theo