Tính toán dây điện trở làm việc ở chế độ trao đổi nhiệt đối lưu trong lò điện
MỤC LỤC
Phơng pháp hồ quang điện ( hình 2.3 )
Phơng pháp hồ quang điện dựa trên nguyên lý phát nhiệt của ngọn lửa hồ quang điện. Bình thờng thì khí không dẫn điện, nhng nếu ion hoá khí và dới tác dụng của điện trờng thì khí sẽ dẫn điện.
Phân loại lò điện
Đối với từng loại lò ngời ta lại phân chia ra cụ thể hơn theo nguyên lý phát nhiệt hoặc theo cấu trúc lò. Lò điện cảm ứng phân thành lò điện cảm ứng có lõi sắt (lò điện cảm ứng có kênh) và lò điện cảm ứng không có lõi sắt (lò nồi).
Sơ đồ phân loại lò điện
Lò điện trở đợc phân thành lò điện trở tác dụng trực tiếp và lò điện trở tác dụng gián tiếp. Lò điện hồ quang đợc phân thành lò điện hồ quang trực tiếp và lò điện hồ quang gián tiếp.
Vật liệu kim loại
Những kim loại có nhiệt độ chảy cao: Molipden (Mo), Tantan (Ta), Vonfram (W) đợc dùng làm dây điện trở trong các lò điện trở chân không hoặc lò điện trở có khí bảo vệ. Hợp kim Nicrôm có độ bền nóng tốt vì có lớp màng crôm ôxit (Cr2O3) bảo vệ rất chắc chắn, chịu đợc sự thay đổi nhiệt độ tốt nên có thể làm việc trong các lò có chế độ làm việc gián đoạn.
Vật liệu phi kim loại
Các đặc trng kỹ thuật của thanh đốt SiC ( Liên Xô sản xuất). Sai số điện trở không lớn hơn 4%. Hai chữ số viết ở mác thanh đốt:. - Chữ số thứ nhất là đờng kính phần làm việc. - Chữ số thứ hai là chiều dài phần làm việc. b) Vật liệu than và grafit. Khi nung, than và grafit dễ bị ôxi hoá trong không khí nên thờng đợc dùng trong các lò có khí bảo vệ hoặc tính toán với thời gian làm việc ngắn.
Cấu trúc của dây điện trở kim loại
Trong môi trờng 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 thờng có cấu trúc dích dắc. đợc treo thẳng đứng trên tờng lò hoặc đặt nằm ngang ở đáy lò, nóc lò. Những kích thớc cơ bản của dây điện trở tiết diện chữ nhật, cấu trúc dích dắc và cách treo chúng lên tờng lò đợc mô tả trên hình 2. Khi bố trí dây điện trở trên tờng lò, ta dùng các móc nhỏ làm bằng chính vật liệu của dây, cắm vào tờng lò để giữ dây. Dây điện trở tiết diện chữ nhật, cấu trúc dích dắc, treo trên tờng. Khi đặt dây. điện trở nằm ngang trên giá đỡ hoặc trên các bản gốm có rãnh thì chiều dài H không bị giới hạn. b) Cấu trúc dây điện trở có tiết diện tròn kiểu dích dắc. Khoảng cách giữa các trục của dích dắc e (xem hình 2. 8) đặt trong các tấm gạch định hình có gờ, phụ thuộc vào kích thớc của viên gạch. Đối với những dây dùng chốt để kẹp chặt thì khoảng cách e không nhỏ hơn 2,75 lần đờng kính dây điện trở. Những dây treo ở tờng bên thì đợc treo trên các móc, các móc này đợc chốt vào tờng lò. c) Cấu trúc dây điện trở có tiết diện tròn, kiểu xoắn lò xo.
Các kiểu bố trí dây điện trở trong lò
Các giá trị (D/d)max đợc chọn tuỳ theo nhiệt độ dây và vật liệu dây Nhiệt độ dây [0C] Dây Crôm Niken– Dây Sắt Crôm Nhôm– –. - Phải đảm bảo vít quấn đều vì tại những vùng bớc vít bị mau thì nhiệt độ của dây sẽ quá cao và gây đứt dây nung.
Công suất bề mặt riêng của dây điện trở lí tởng
Nh vậy nhiệt lợng toả ra từ dây điện trở sẽ đợc hớng toàn bộ tới bề mặt vật nung và không có tổn thất nhiệt. 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.
Công suất bề mặt riêng của dây điện trở thực
- αt : hệ số hiệu chỉnh khi xét tới ảnh hởng của cấu trúc và cả hình dạng tiết diện của dây điện trở, cụ thể là xét tới ảnh hởng bớc xoắn. Hệ số αt phụ thuộc vào tỉ số e/b, dây tiết diện hình chữ nhật, kiểu dích dắc.
Chọn cấu trúc lò
Khi toàn bộ đáy lò đã đợc đa 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. Trong không gian làm việc của buồng lò, không khí nóng sẽ trao đổi nhiệt đối lu với các rulô cáp nhôm 3 rồi lại đợc hút lên trên và đợc thổi tạt sang hai bên nhờ quạt gió.
Tính các kích thớc ngoại hình lò
Trên cơ sở các kích thớc nội hình lò, các kích thớc ngoại hình lò đã xác. • Phôi đợc nung nóng nhờ trao đổi nhiệt đối lu với không khí nóng tuần hoàn trong không gian lò.
Phơng pháp nung
Nếu kết thúc giai đoạn nung mà nhiệt độ của tâm (nơi có nhiệt độ thấp nhất) có sự sai khác lớn so với nhiệt độ bề mặt (∆t < [∆t]) thì ta phải thực hiện tiếp giai. Ngợc lại, nếu kết thúc giai đoạn nung mà nhiệt độ của tâm có sự sai khác không lớn so với nhiệt độ bề mặt (∆t < [∆t]) thì ta không cần thực hiện giai đoạn đồng nhiệt nữa.
Tính hệ số trao đổi nhiệt tổng cộng
Hệ số dẫn nhiệt (λ) của nhôm theo nhiệt độ. ST : chiều dày thấm nhiệt của phôi. δ : chiều dày của dây cáp nhôm quấn trên rulô. c) Tính tiêu chuẩn nhiệt độ bề mặt không thứ nguyên (θm ). e) Tính hệ số dẫn nhiệt của nhôm (chính xác). g) Tính tiêu chuẩn Bi (chính xác). h) Tính nhiệt độ tâm phôi (chính xác). CAl : nhiệt dung riêng của nhôm, đợc xác định nh sau:. ttb : nhiệt độ trung bình của nhôm cuối giai đoạn nung. ic : entanpi của nhôm ứng với nhiệt độ ttbc. id : entanpi của nhôm ứng với nhiệt độ ttbd. k) TÝnh thêi gian nung. Việc tính toán cân bằng nhiệt của lò nhằm mục đích xác định tổng lợng nhiệt mà lò cần cung cấp trong một đơn vị thời gian.
Lợng nhiệt để nung dây cáp nhôm (Q 1 )
Từ lợng nhiệt cần thiết này ta sẽ xác định đợc công suất điện cần cung cấp cho lò Pđiện [kW]. - Lợng nhiệt cần cấp cho vật gia công nhiệt (trong đồ án này là lợng nhiệt cấp cho dây cáp nhôm).
Tính công suất bề mặt riêng của dây điện trở W [W/cm 2 ]
Với cách bố trí này, chiều dài theo trục xoắn của một nhánh dây điện trở (Lxoắn) là:. Nống gốm : tổng số ống gốm dùng quấn một nhánh dây, Nống gốm = 4. a) Công suất bề mặt riêng của dây điện trở khi tính theo sự trao đổi nhiệt đối lu giữa không khí và bề mặt của dây điện trở Wđối lu [W/cm2]. Theo tiêu chuẩn Reynolds ta có:. Re ωkk dday. ωkk : tốc độ không khí thổi qua dây điện trở. V : lu lợng của quạt gió tuần hoàn, theo số liệu ban đầu:. F : diện tích mặt cắt của không gian bố trí dây điện trở vuông góc với phơng thổi gió khi đã có các ống gốm và tấm đỡ. Fkhg : diện tích mặt cắt của không gian bố trí dây điện trở vuông góc với phơng thổi gió khi cha có các ống gốm và tấm đỡ. Ftấm đỡ : tổng diện tích mặt cắt các tấm đỡ. Ftấm đỡ = δtấm đỡ. Fống gốm : tổng diện tích mặt cắt các ống gốm. ddây : đờng kính của dây điện trở cần xác định, [m]. Với dây điện trở làm bằng vật liệu X13Ю4 thì:. Re ωkk dday. điện trở làm việc ở chế độ đối lu sẽ đợc tính theo công thức:. ∆t : Độ chênh nhiệt độ giữa dây điện trở và không khí tuần hoàn,. điện trở làm việc ở chế độ đối lu sẽ đợc tính theo công thức:. ∆t : Độ chênh nhiệt độ giữa dây điện trở và không khí tuần hoàn,. b) Công suất bề mặt riêng của dây điện trở xác định theo định luật Joule-Lence Wđiện [W/cm2]. ρt: điện trở suất của dây điện trở ở nhiệt độ làm việc của dây, td. c) Tính công suất bề mặt riêng của dây điện trở theo Wđối lu và Wđiện. Các giá trị của Wđối lu và Wđiện tơng ứng với một số giá trị đờng kính dây.
Tổng khối lợng dây điện trở
STT Các đại lợng đặc trng Ký hiệu Giá trị Đơn vị 1 Vật liệu chế tạo dây điện trở X13Ю4.
Khái niệm chung về đo nhiệt độ
Khi xác định nhiệt độ của một hệ thống nào đó, ta giả thiết rằng giữa hệ thống và thiết bị đo có sự cân bằng hoàn toàn về nhiệt độ nhng thực tế khó có thể đạt đợc sự cân bằng đó. Có nhiều phơng pháp đo nhiệt độ, nhng dựa trên yêu cầu nhiệt độ cần đo và độ chính xác của dụng cụ đo nhiệt độ, ngời ta thờng dùng hai phơng pháp đo nhiệt độ sau: Đo tiếp xúc và đo không tiếp xúc.
Đo nhiệt độ bằng cặp nhiệt điện XA
Do sức nhiệt điện động của cặp nhiệt phụ thuộc vào nhiệt độ của đầu nóng (t) và nhiệt độ đầu tự do (t0) nên để đo đợc nhiệt độ một cách chính xác ta cần giữ nhiệt độ đầu tự do (t0) cố định. Nếu đầu tự do nằm gần sát lò, tủ sấy,. thì t0 có giá trị cao và không ổn định. Ta có thể kéo dài các cực của cặp nhiệt nhng nh vậy sẽ tốn kém vì giá thành của vật liệu làm cực thờng rất đắt. Để khắc phục nhợc điểm này, ta dùng một cặp dây nối để kéo dài cặp nhiệt ra nhng không gây sai số, cặp dây dẫn nối đó gọi là dây bù. Các tính chất nhiệt điện của cặp dây bù phải gần giống tính chất nhiệt điện của cặp nhiệt điện. Đối với cặp nhiệt điện XA, ta sử dụng cặp dây dẫn bù sau:. - Cực dơng: Vật liệu làm dây bù là đồng. d) Các dụng cụ thứ cấp làm việc với cặp nhiệt điện. Nếu quạt cha chạy, ta không đợc cho dây điện trở làm việc vì khi đó cha có không khí tuần hoàn nên nhiệt lợng do dây điện trở toả ra sẽ không đợc lấy đi làm cho nhiệt độ của dây tăng lên quá nhiệt độ cho phép gây hỏng dây.
Hoạt động của hệ thống cung cấp nguồn điện
Để lò có thể hoạt động đợc, ta cần cung cấp điện cho dây điện trở, quạt gió và các thiết bị điện khác có chức năng: báo hiệu, bảo vệ, khống chế chế độ nhiệt. Đồng thời, tiếp điểm thờng đóng K5 đợc mở ra nên đèn xanh tắt, tiếp điểm K6 đóng lại nên đèn đỏ sáng báo hiệu hệ cung cấp nguồn.
Hoạt động của hệ thống bảo vệ sự cố
Muốn cho lò làm việc trở lại, ta thực hiện lại các thao tác đã trình bày ở trên.