Thiết kế lò nung liên tục để nung thép cán

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 đườnng khói và đường cấp không khí III . Bản vẽ : 1 bản vẽ tổng thể của lò ( A0) IV . Thời gian thiết kế : V . Cán bộ hướng dẫn : CHƯƠNG 1 : Tính toán sự cháy cửa nhiên liệu 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 Nguyên tố Cd Hd Od Sd Nd Ad Wd 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 thước 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 trước + 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 Qdt = 339Cd + 1030Hd - 109( Od - Sd) - 25 Wd [ kJ/kg] Trong đó các trị số 339, 1030, ............. là lượng 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 được Qdt = 339x88.50 + 1030x5,4 - 109 ( 0 - 1,0) - 25 x 1,0 = 35647,5 [kJ/kg] 1.2.2 Chọn hệ số tiêu hao không khí n Trong bản thiết kế này ta sử dụng dầu FO bằng mỏ phun thấp áp nên ta chọn hệ số tiêu hao không khí n = 1,2 1.2.3 Bảng tính toán sự cháy của nhiên liệu ( Bảng 1.2) Chất tạo thành Sản phẩm cháy Tổng Cộng m3 43,169x22,4 966,985 1160,382 100 kmol 43,168 51,515 100 N2 32,936+0,071 33,007 39,608 76,886 O2 _ _ _ _ _ _ 1,745 3,387 SO2 _ _ 0,031 _ _ _ 0,031 0,031 0, 060 H2O _ 2,700 _ _ _ 0,056 2,756 2,756 5,349 CO2 7,099 7,375 7,375 14,316 Chất tham gia Không khí Tổng cộng m3 41,691x22,4 933,878 1120,65 100 kmol 8,755+32,936 41,691 50,029 100 N2 kmol 8,755x3,762 32,936 39,523 79 O2 kmol 7,375 2,700 0,031 _ _ _ 8,755 10,506 21 Nhiên liệu Lưọng kmol 7,375 2,700 0,031 0,071 _ 0,056 Khối lg Phân tử 12,0 2,0 32,0 28,0 _ 18,0 Khối lg kg 88,50 5,4 1,0 2,0 2,1 1,0 % 88,50 5,4 1,0 2,0 2,1 1,0 100 Ng.tố C H S N A W n =1 n =1,2 % 1.2.4 Bảng cân bằng khối lượng Bảng cân bằng khối lượng Bảng 1-3 Chất tham gia cháy Chất Công thức tính Đơn vị [kg] Nhiên Liệu Dầu FO 100 Không O2 10,506.32 336,192 Khí N2 39,523.28 1106,644 A = 1542,836 Sản phẩm cháy tạo thành Chất Công thức Đơn vị [kg] CO2 7,375 .44 324,500 H2O 2,756 .18 49.608 N2 39,608 .28 1109,024 O2 1,745 . 32 55,840 SO2 0,031 . 64 1,924 SPC = 1540,896 B = SPC + Ad = 1540,896 + 2,1 = 1542,996 Đánh giá sai số. % = Nhận xét. Sai số nhỏ chứng tỏ các số liệu tính toán trong bảng 1.2 là đáng tin cậy 1.2.5 Khối lượng riêng của sản phẩm cháy sử dụng công thức = [] với , 100Vn = 1160,382 Thay số ta có = =1,329 [] 1.2.6. Nhiệt độ cháy của nhiên liệu a) Nhiệt độ cháy lý thuyết công thức tính nhiệt độ cháy của lý thuyết ilt =  trong đó tlt: nhiệt độ cháy lí thuyết của nhiên liệu i1,i2:Entanpi của sản phẩm cháy tương ứng với nhiệt độ t1,t2[kg/m3tc] Công thức tính = Trong đó Qdt : Nhiệt trị thấp của dầu FO, Qdt = 35647,5[kj/kg](xem I.1) f : Tỷ lệ lung trước không khí f = 1(nung 100% không khí ) tnl : Nhiệt độ nung trước 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/m3tc] inl : entanpi của dầu FO ở nhiệt độ tđầu inl=cnl.tnl Vn=11,603[m3/m3tc] Ln.lượng tiêu haokhông khí thực tế dùng đốt một đơn vị nhiên liệu Từ bảng II2 ta có Ln = 11,206 [m3/kg] = [kj/m3tc] = 3540,720 [kJ/m3tc] * Tính nhiệt hàm i1 và i2 Giả thiết nhiệt độ cháy lí thuyết của nhiên liệu nằm trong khoảng :t1<tlt<t2 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 Entanpy i [kj/m3tc] Khí thành phần t1 = 21000 C t2 = 2200 0C CO2 5186,8 5464,2 N2 3132,0 3295,8 O2 3314,9 3487,4 H2O 4121,8 4358,8 SO2 4049,9 4049,9 Với các giá trị entanpi vừa tìm được ta có - i1= i2100 =0,01(CO2.iCO2+ H2O.iH2O+N2.iN2 +O2.iO2+ SO 2.iSO2) - i2 = i2200 = 0,01(CO2.iCO2+ H2O.iH2O+N2.iN2 +O2.iO2+ SO 2.iSO2) Như vậy i1 = 3485,79< i2 = 3669,96 Thoả mãn giả thiết đã chọn Tính tlt tlt = t2-t1) + t1 = tlt =2129,82[0C] b ) Nhiệt độ cháy thực tế của nhiên liệu - Trong thực tế nhiệt lượng sinh ra do đốt cháy nhiên liệu ngoài việc tăng nhiệt độ sản phẩm cháy còn thất thoát ra môi trường xung quanh . Vậy nhiệt độ thực tế thấp hơn nhiệt độ lý thuyết vừa tính được Sử dụng công thức : ttt = tlt 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 Nhiệt độ [0C] Sản phẩm cháy [%] Ln Vn [m3tc/kg] [m3tc/kg][kg/m3tc] tlt ttt CO2 H2O O2 N2 SO2 11,206 11,603 1,327 2141,25 1498,875 14,316 5,349 3,387 76,886 0,060 Chương 2 Tính thời gian nung kim loại 2.1 Các số liệu ban đầu - Năng suất của lò P = 9 t/h - Kích thước vật nung 110 x 110 x 2400 mm -Thành phần của thép C = 0,12 % , Si = 0,10% , Mn = 0,1% - Nhiệt độ ra lò của vật nung : tckl = 1200 oC Thành phần của sản phẩm cháy Thành phần của sản phẩm cháy đã đượctính ở chương 1 bảng 1-2 Thành phần thể tích của sản phẩm cháy [%] Chất CO2 H2O SO2 O2 N2 Giá trị [%] 14,24 5,349 0,060 3,387 76,886 2.2 Tính thời gian nung 2.2.1 Chọn giản đồ nung Để tránh gây ứng suất nhiệt bên trong kim loại và để có thể tăng tốc độ nung bằng cách chọn nhiệt độ lò lớn nhờ đó mà ta có thể rút ngắn thời gian nung vậy ta chọn giản đồ nung 3 giai đoạn ( giản đồ nung được trình bày ở hình H 2-1) 1400 t3k t4k t4m t4t t2k 1200 tm3 tt3 1000 800 600 t1k t2m 400 t2t 200 200 t1t = t1m Thời gian đoạn nhiệt Thời gian nung Thời gian sấy Hình 2-1 giản đồ nung 3 giai đoạn 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 – 950 0C ta chọn t1k = 700 0C Vùng nung nhiệt độ bắt đầu từ 1300 – 1350 ta chọn t2k = 1350 0C Nhiệt độ cuối vùng nung t3k = 1350 0C Nhiệt độ cuối vùng đồng nhiệt t4k = 1300 0C t1m, tt1 :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 tm3 = 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 = tt1 = 20 0C Phôi được nung một mặt và được xếp 1 hàng phôi Nhiệt độ tâm phôi được 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] St = 1 . 0,11 = 0,11 [m] = 1,1 [dm] Vậy độ chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt và tâm phôi cuối giai đoạn đồng nhiệt t = S . [t] 1,1 . 15 = 16,5 [0C] Mặt khác ta có t = t4m - t4t tt4 = 1200 – 16,5 = 1183,5 [0C] Vậy tt4 = 1183,5 [0C] Tính thời gian nung a ) Các kích thước cơ bản của nội hình lò - Chiều ngang lò được xác định theo công thức B = n.l + (n – 1) c + 2.b [m] (2.1) Trong đó n : số dãy phôi n = 1 l : chiều dài phôi nung l = 2,4 [m ] b : khoảng cách giữa đầu phôi và tường 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] B = 2,9 [m] - Chiều cao lò Chiều cao vùng sấy Hs [m] Chiều cao vùng sấy hiệu quả của vùng sấy được xác định theo công thức Hsch = 10-3 tktb ( A + 0,05B) (2.2) Trong đó tktb : Nhiệt độ trung bình của sản phẩm cháy trong vùng sấy tktb = A : Hệ số thực nghiệm : Khi tktb = 1025 oC ta có A = 0,6 ( bảng 28 ) B : Chiều ngang lò B = 2,9 [m] Vậy HSch = 10-3 . 1025 ( 0,6 + 0,05.2,9) = 0,764 [m] Chiều cao thực tế của vùng sấy HStt = n.HSch + S Trong đó n : Số mặt nung n = 1 S : Chiều dày phôi S = 0,11 [m] HStt = 1 . 0,764 + 0,11 = 0,874 [m] Chiều cao vùng nung Hn (m); Chiều cao có hiệu của vùng nung được xác định theo công thức Hnch = (0,4 -:- 0,6).B,[m] Trong đó đến 0,4 _Hệ số dùng cho lò xếp hai hàng Đến 0,6_Hệ số dùng cho lò xếp một hàng HnH = 0,6.2,9 = 1,74 [m] Chiều cao thực tế của vùng nung;HnH =n.Hnch +S.. HnH = 1.1,74 +0,11 = 1,85 [m] Chiều cao vùng đồng nhiệt .Hđn [m]. Chiều cao có hiệu của vùng đồng nhiệt được xác định theo công thức ; Hđnch =10-3.tktb(A +0,05.B)[m]. Trong đó tktb :Nhiệt độ cháy trong vùng đồng nhiệt . tktb = = 1325[0c] A: Hệ số thực nghiệm .khi tktb=13250c ta có A = 0,6 bảng 28[1]. B: Chiều ngang lò :B = 2,9 (m). Vậy ta có . Hđnch =10-3. tktb (A +0,05.B) =10-3.1325(0,6+0,05.2,9) Hđnch = 0,987 [m]. Chiều cao thực tế của vùng đồng nhiệt ; Hđntt Hđntt =n. Hđnch +S =1.0,987 +0,11 =1,097[m] 22.3.Tính thời gian nung phôi trong vùng sấy. - Nhiệt độ trung bình của sản phẩm cháy trong vùng sấy 0C Nhiệt độ trung bình của bề mặt phôi trong giai đoạn sấy 0C 2.2.3.1 Độ đen của sản phẩm cháy trong vùng sấy () Độ đen của khí lò được xác định theo công thức : Trong đó: - Độ đen của khí lò : Độ đen của khí CO2 Hệ số hiệu chỉnh : Độ đen của H2O Từ bảng 1-2 ta có % CO2 = 14,316 % nên = 0,14316 [at] % H2O = 5,349% nên = 0,05349 [at] Chiều dày có hiệu của lớp khí bức xạ : (Shq) đối với lò liên tục ta có Trong đó : Hệ số điền đầy khí trong lò thường lấy = 0,9 B, HSch : chiều ngang và chiều cao có hiệu của vùng sấy Vậy = 1,088 [m] Tích số M : M = P.S S : Chiều dày có hiệu của lớp khí [m] Với - Với nhiệt độ trung bình của sản phẩm cháy tktb=10250C và tích số theo các giản đồ hình 24,25,26 trang 16,17[1] ta có Vậy : 2.2.3.2 Hệ số bức xạ quy dẫn (Cqd[W/m2.K4]) - Độ phát triển của tường lò Hệ số bức xạ quy dẫn Vậy : Cqd=2,065 [W/m2.K4] 2.2.3.3 Hệ số trao đổi nhiệt tổng cộng ( [w/m.K] ở nhiệt độ cao coi đl =0,1bx do đó hệ số bức xạ tổng nhiệt là =1,1bx Hệ số truyền nhiệt bức xạ xác định theo công thức: bx =Cqd [w/m2.c] Trong đó : t1,T2 - Nhiệt độ trung bình của môi trường 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 trường lò Thay số với t1=tktb =1025[0C]T1=1025+273=1298 K t2=tmtb=407[0C] T2=407+273=680 K Cqd =2,065 [w/m2.K4] bx =2,065. Vậy bx=87,865[w/m2.K4]. = 1,1 bx =1.1.87,865= 96,651[w/m2.k]. 2.2.3.4. Hệ số dẫn nhiệt . [w/m2.K]. - Hệ số dẫn nhiệt đặc trưng cho khả năng truyền nhiệt ở bên trong kim loại hệ số này phụ thuộc vào thành phần của kim loại và trạng thái nhiệt của kim loại đó - Hệ số truyền nhiệt dẫn nhiệt của thép cacbon ở điêù kiện nhiệt độ không đổi được xác định theo công thức: 0 =69,8-10,12C-16,75Mn-33,72Si(w/m.K) Trong đó : C , Mn Si thành phần của cacbon , mangan, silic 0 hệ số dẫn nhiệt của thép ở 00C Bảng hệ số dẫn nhiệt của thép cacbon ở nhiệt độ t0C Bảng 2.1 Nhiệt độ phôi thép [0C] Công thức tính Giá trị [ư/m.K] 200 0,950 60,554 400 0,850 54,179 600 0,750 47,805 800 0,680 43,344 1000 0,680 43,344 Đồ thị biểu hiện sự phụ thuộc của hệ số dẫn nhiệt vào nhiệt độ [w/m.K] 63,741 60,554 54,179 47,805 46,531 43,344 Hình 2.1 Sự phụ thuộc của vào nhiệt độ 200 400 600 800 1000 1200 t[0C] 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 được xác định theo công thức b)_Tiêu chuẩn Biô sơ bộ. ta có công thức : Bi = Trong đó ; : Hệ số truyền nhiệt tổng cộng =96,651[w/m.K] ST: chiều dày thấm nhiệt của vật nung [m], ST=0,11[m] :hệ số dẫn nhiệt trung bình của phôi thép . Do chua biết nhiệt độ tâm phôi nên tính sơ bộ = TRa giản đồ hình 2.1 và dùng phương pháp nội suy ta có = =50,915 [w/m.0C] 0C]. Nên chuẩn bị chính xác là Bi = Từ Bi= 0,191 và =0,423 tra giản đồ hình 27[1] ta được F0 = 4,15 :với Fo=4,15 và Bi =0,191 tra giản đồ hình 28[1] ta có =0,5 Vậy nhiệt độ tâm chính xác của phôi thép cuối giai đoạn sấy được xác định theo công thức sau ; tt2 = tktb-(tktb-tkđ) = 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 (m2/h) trong vùng sấy Hệ số truyền nhiệt độ được xác định theo công thức : Trong đó : : Khối lượng riêng của thép = 7800[kg/m3] CP: Tỷ nhiệt của thép xác định theo công thức sau ; [kj/kg.k] Trong đó tklđ , tckl Nhiệt độ trung bình của phôi đầu vùng sấy và cuối vùng sấy . tklđ = 200C tckl =548,3330C Tra bảng 37[1] và dùng phương pháp nội suy ta có i20 = 9,4 [kj/kg.0C] i548,333 = i600 - i548,333 = 300,573 [kj/kg] Vậy 2.2.3.7 Thời gian nung vật trong vùng sấy (TS) Từ tiêu chuẩn = 2.2.4.Tính thời gian nung phôi trong vùng nung ( [h] ) - Nhiệt độ trung bình của khí lò - Ta đã chọn tk2= tk3 = 1350 0C. do đó tktb =13500C Nhiệt độ trung bình của bề mặt phôi trong giai đoạn nung tmtb = tm2 +( tm3 –tm2) Trong đó : tm2 =6000C , tm3 = 12000C. tmtb =600+(1200-600)=10000C Xác định độ đen của khí lò Độ đen của khí lòđược xác định theo công thức sau . . Ta có %co2 = 14,316%Pco2=0,143116[ođ] %h20 =5,349% Ph2o=0,05349[ođ] _Chiều dày có hiệu của lớp khí bức xạ Shq = [m] Shq == 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 tktb =13500C[at.m] và tích số Mco2= 0,280[at.m] MH2o=0,105[at.m] Theo các giản đồ 24,25 và 26 ta tra được co2 =0,1 h20 =0,075 =1,02 Vậy k=co2+ .H20=0,1+1,02.0,075=0,1765 2.2.4.2.Hệ số bức xạ quy dẫn - độ phát triển của trường lò Độ phát triển của trường lò được xác định theo công thức . hệ số bức xạ qui dẫn . Cqd = Cqd =0,8.5,67.. Cqd =2,409 [w/m2.k4]. 2.2.4.3. Hệ số trao đổi nhịêt tổng cộng - Hệ số trao đổi nhiệt tổng cộng được xác định theo công thức ở nhiệt độ cao có thể coi = 0,1 do đó hệ số bức xạ tổng cộng sẽ là: =1,1 Hệ số trao đổi nhiệt bức xạ được xác định theo công thức sau: [W/m2.K] Trong đó : 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] [w/m2.K] Các tiêu chuẩn nhiệt độ và nhiệt độ tâm phôi cuối giai đoạn nung Tiêu chuẩn nhiệt độ bề mặt phôi nung : - Tiêu chuẩn Bi (sơ bộ) Trong đó : = 296,824 St = 0,11 [m] Tính : Tra đồ thị hình 2.1 và dùng phương pháp nội suy ta có = [W/m.K] Vậy Bi = = Từ giá trị 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 Vậy nhiệt độ tâm phôi sơ bộ cuối giai đoạn nung là. tt3(sb) = tktb -(tktb-tt2) = 1350-0,28(1350-522,5)=1118,30C tt3(sb) =1118,30C Hệ số dẫn nhiệt trung bình chính xác của kim loại trong vùng nung tra đồ thị hình 2.1 Và dùng phương pháp nội suy ta có . 1118,3 = 1000- Vậy --Tiêu chuẩn Bi chính xác Bi= Từ Bi =0,687và Theo giản đồ hình 27[1] ta có F0=2,4 với F0=2,4 và Bi=0,687 theo giản đồ hình 28[1] tra được Vậy nhiệt độ chính xác tâm phôi cuối giai đoạn nung là : Nhiệt độ trung bình của phôi thép (theo chiều dày ) cuối vùng nung Hệ số dẫn nhiệt độ a [m2/h] trong vùng nung - Hệ số nhiệt độ được tính theo công thức sau : [m2/h] Trong đó : tklc : 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 tklc tđkl Dựa vào bảng 37[1] và dùng phương pháp nội suy ta được Vậy Thời gian nung vật trong vùng nung [Tn] Từ tiêu chuẩn =2,4 Tính thời gian đồng đều nhiệt độ ([h]) - Nhiệt độ bề mặt vật nung ở giai đoạn đoòng đều nhiệt (đồng nhiệt) tm4=tm3=12000C -Nhiệt độ tâm vật nung cuối giai đoạn đồng nhiệt tt4=1183,50C -Tính mức độ đồng nhiệt Mức độ đồng nhiệt được xác định theo công thức: Căn cứ mức đồng nhiệt và theo giản đồ hình 33[1] ta có được tiêu chuẩn Fủiê. F0=0,45 2.2.5.1 Hệ số dẫn nhiệt độ -Hệ số dẫn nhiệt trung bình. Dựa vào đồ thị hình 2.1 và bằng phương pháp nội suy ta có Vậy Nhiệt độ trung bình của phôi thép trong giai đoạn đồng nhiệt Trong đó tklđ = tckl(nung) = 1140,016[0C] tklc (đồng nhiệt) Nhiệt độ trung bình của phôi thép cuối vùng đồng nhiệt tklc(đn) = t4t+(ttm – tt4) = 1183,5 +(1200 – 1183,5) = 11890C tklc(đn) = 1189[0C] Vậy = Hệ số dẫn nhiệt [m2/h] CP Nhiệt dung riêng trung bình của thép ở vùng đồng nhiệt CP = itb Entanpy của thép ở nhiệt độ trung bình ttb=1164,508 0C Tra bảng 37[1] và bằng phương pháp nội suy ta được Vậy Thời gian đồng nhiệt . Từ tiêu chuẩn Furiê Để hoàn thiện quá trình chuyển hoá về tổ chức của kim loại thông thường thời gian giữ nhiệt gấp đôi thời gian đồng nhiệt giữa mặt và tâm vật do đó thời gian giữ nhiệt là: 2.3.tổng thời gian nung phôi trong lò là . 2.4.Xác định chiều dài của lò -- Một lò có cấu trúc hợp lí cần phải bảo đảm tỷ lệ 2.4.1. Chiều dài có hiệu của vùng sấy được tính theo công thức Trong đó : b : Chiều rộng của phôi b = 0,11 P : năng suất của lò P = 9 t/h = 9000kg/h : thời gian nung phôi trong cùng sấy = 1,091 [h] n : số dãy phôi n = 1 g ; khối lượng của một phôi [kg/phôi] Vậy = Chiều dài thực tế của vùng sấy : [m] Trong đó Lsch – 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 2.4.2 Chiều dài vùng nung 2.4.3 Chiều dài vùng đồng nhiệt - Chiều dài có hiệu của vùng đồng nhiệt Chiều dài thực tế vùng đồng nhiệt được lấy dư thêm 0,9m để duy trì sự cháy ổn định từ các mỏ đốt 2.4.4. Chiều dài thực tế của lò . vậy Ta có Vậy thoả mãn với cấu trúc của lò . Các kết quả tính toán . Các kích thước cơ bản của lò và thời gian nung được trình bày trong bảng sau : Đại lượng Vùng Sấy Vùng nung Vùng đồng nhiệt Toàn lò Chiều ngang B [m] 2,900 2,900 2,900 - Chiều cao thực H[m] 0,874 1,850 1,097 - Chiều dài thực L[m] 4,768 4,532 2,429 11,729 Thời gian [h] 1,091 1,037 0,350 2,478 Chương 3 Tính cân bằng nhiệt xác định lượng dầu tiêu hao 3.1 Cấu trúc của lò 3.1.1 Kích thước nội hình lò - Kích thước cơ bản của lò được trình bày trong bảng sau : Bảng 3.1 Các kích thước nội hình lò Các vùng làm việc Các kích thước nội hình lò Chiều dài L [mm] Chiều rộng B [mm] Chiều caoH[mm] Vùng sấy 4768 2900 874 Vùng nung 4532 2900 1850 Vùng đồng nhiệt 2429 2900 1097 11729 3.1.2 Chọn vật liệu và kích thước thể xây - Chọn vật liêu xây lò Khi chon vật liệu chịu lửa để xây lò phải căn cứ vào nhiệm vụ của lò (lò nung , lò sấy) đặc điểm làm việc của lò (ổn định hay không ổn định ). Nhiệt độ làm việc và tính chất của môi trường lò . - Các loại vật liệu xây lò đảm bảo những yêu cầu nêu trên được trình bày trong bảng dưới 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 tường lò (Trừ trường 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 tường lò , người ta có xu hướng tăng chiều dày tường lò khi vật liệu đã được chọn thích hợp Thể Xây Lớp chịu nóng Vật liệu Chiều dày [mm] Lớp cách nhiệt Vật liệu Chiều dày [mm] Chiều dày chung [mm] Tường Lò Điatômít 232 Samốt A 232 sSamốtnhẹ 115 579 Nóc Lò Samốt A 232 Điatômít 115 347 Vùng Sấy ĐáY Lò Vùng nung Vùng Đồng Nhiệt Samốt C 115 Samốt C 115 Samốt A 67 Samốt A 67 Samốt C 115 Samốt C 115 Samốt A 67 Samốt A 67 Samốt C 115 Samốt C 115 Samốt A 67 Samốt A 67 Gạch đỏ 232 Gạch đỏ 232 Gạch đỏ 232 596 596 596 3.1.3 Kích thước ngoại hình lò Dựa vào kích thước nội hình lò , kích thước thể xây khoảng cách cửa ra liệu đến cuối lò ta xác định được kích thước ngoại hình lò, các kích thước ngoại hình lò được trình bày trong bảng 3.3 STT Chiều dài Chiều cao Chiều rộng Vùng sấy Vùng nung Vùng đồng nhiệt Toàn Lò Vùng sấy Vùng nung Vùng đồng nhiệt Cả 3 vùng lò Ký hiệu Lng Lng Lng Lồ Hng Hng Hng Bng Giá trị [mm] 5347 4532 3008 12887 1927 2903 2150 3479 Bảng 3.3 Kích thước ngoại hình lò 3.2. Tính cân bằng nhiệt 3.2.1. Các khoản thu nhiệt lượng: 3.2.1.1. Nhiệt lượng do đốt cháy dầu FO: Qc=0,28.B.Qt [W] Trong đó : B : Lượng 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 lượng do không khí nóng mang vào Không khí được nung nóng sẽ mang vào lò một lượng nhiệt: Qkk=0,28.Ckk.tkk.Ln.f.B [W] Trong đó : Ckk.tkk=ikk : Entanpy của không khí ẩm ở nhiệt độ tkk=350 [°C] Tra bảng , ta có ikk=463,75 [kJ/m3] Ln : Lượng không khí thực tế cần để đốt 1 kg dầu FO Ln =11,206 [m3/kg] f : Tỷ lệ nung trước không khí (f = 1 vì nung 100% không khí ) . Qkk = 0,28.463,75.11,206.1.B =1455,099B [W] 3.2.1.3. Nhiệt lượng do nung trước dầu FO Theo bàI ra, dầu FO được nung trước 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 trước của dầu FO; tdầu=110 [ 0C] Qdầu=0,28.2,17.110.B =66,836.B [W] 3.2.1.4. Nhiệt lượng 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 = 0,010,03 : Lờy a =0,02 q: Lượng 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 lượng: 3.2.2.1. Nhiệt lượng dùng để nung kim loại: Q1=0,28.P.(ic - id) [W] Trong đó : P: Năng suất lò; P=9000[kg/h] ic,id: Entanpy của thép trước và sau khi nung iđ= i20=9,4[kJ/kg] ic= i1164,508=789,478[kj/kg] Q1=0,28.9000.(789,478 - 9,4) = 1965796,56[W] 3.2.2.2. Lượng nhiệt tổn thất do đốt cháy không hoàn toàn hoá học Khi đốt nhiên liệu có ngọn lửa lớn thường trong sản phẩm hay ra khỏi lò còn một lượng khí CO và H2 chưa 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: Lượng sản phẩm cháy thực tế sinh ra khi đốt cháy 1 kg dầu FO Vn=11,603[m3/kg] Q2 =0,28.0,02.12150.B.11,603 = 789,468.B[W] 3.2.2.3. Lượng nhiệt tổn thất do đốt cháy không hoàn toàn cơ học Q3=0,28.K.Qt.B[W] Trong đó : Qt : Nhiệt trị thấp của dầu FO ; Qdt =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. Lượng nhiệt tổn thất do dẫn nhiệt qua các thể xây lò : a) Tổn thất do dẫn nhiệt qua tường lò: (Qsấytường; Qnungtường; Qđồngnhiệt tường) Lượng nhiệt mất do dẫn nhiệt qua tường lò của mỗi vùng được tính theo công thức sau Qtường=.Ftường [W] Trong đó : tWtrong: Nhiệt độ mặt trong của tường lò [°C]. Giá trị này thường nhỏ hơn giá trị của sản phẩm cháy (tktb) khoảng 50 [°C] tWngoài: Nhiệt độ mặt ngoài của tường lò [°C]. tWngoài trong khoảng (30 450C) lấy tWngoài=45 0C di : Chiều dày của lớp tường thứ i [m]. Ftường: Diện tích bề mặt ngoài tường lò [m2] α : Hệ số truyền nhiệt đối lưu, thường α=11,63[W/m2] α = 0,05 li : Hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu thứ i t[0C] =232 [mm] Hình 3.2: Các lớp tường lò Theo bảng phụ lục IX [2] ta có Nhiệt độ trung bình của các lớp đối với tường lò được xác định theo công thức: ttb2= ttb1= ttb3= Trong đó : 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 được ghi trong bảng 3.4 b) Tổn thất nhiệt qua nóc lò: (Qsấynóc, Qnungnóc, Qđồngnhiệtnóc) Tổn thất nhiệt qua nóc của lò nung cũng được tính cho từng vùng , vùng sấy vùng nung vùng đồng nhiệt Tổn thất nhiệt qua nóc của lò được tính theo công thức sau: Qnóc = [W] Trong đó: tWtrong: Nhiệt độ mặt trong của nóc lò [°C]. tWngoài: Nhiệt độ mặt ngoài của nóc lò [°C]. li : Hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu thứ i li 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) D2=2R2=2(2,9+0,232)=6,264(m) D3=2R3=2(2,9 + 0,232 + 0,115)=6,494 Fnóc: Diện tích nóc lò (m2) Fnóc=(2.P.R3)..l=(2.P.R2)..l=.P.R3.l Tổn thất dẫn nhiệt qua nóc của lò Qnóc= Các kết quả tính toán được trình bày ở bảng 3.5 Bảng 3.4: Các thông số và kết quả tính toán hệ dẫn nhiệt qua tường lò Những thông số cơ bản Giá trị các thông số ở mỗi vùng lò Vùng sấy Vùng nung Vùng đồng nhiệt tkk [°C] 20 20 20 tktb [°C] 1025 1350 1325 twtrong [°C] 975 1300 1275 twngoài [°C] 45 45 45 ttb1 [°C] 736 980 962 ttb2 [°C] 497 660 648 ttb3 [°C] 258 340 334 l1 [W/m.K] 1,049 1,105 1,101 l2 [W/m.K] 0,994 1,031 1,029 l3 [W/m.K] 0,939 0,958 0,956 d1 [m] 0,232 0,232 0,232 d2 [m] 0,232 0,232 0,232 d3 [m] 0,115 0,115 0,115 Ftường [m2] 20 26 13 Qtường [W] 29663,457 53932,034 26365,601 Qtuong[W] 109961,092 Bảng 3.5: Các thông số và kết quả tính toán dẫn nhiệt qua nóc lò Những thông số cơ bản Giá trị các thông số ở mỗi vùng lò Vùng sấy Vùng nung Vùng đồng nhiệt tkk[0C] 20 20 20 ttbk[0C] 1025 1350 1325 twtrong [°C] 975 1300 1275 twngoài [°C] 45 45 45 ttb1 [°C] 497 660 648 ttb2 [°C] 736 980 962 ttb3 [°C] 258 340 334 l1 [W/m.K] 1,049 1,105 1,101 l2 [W/m.K] 1,049 1,105 1,101 D1 5,8 5,8 5,8 D2 6,264 6 264 6,264 D3 6,494 6,494 6,494 [độ] 60 60 60 l[m] 5,347 4,532 3,008 Fnóc[m2] 19,678 15,409 10,227 Qnóc[W] 70978,416 182516,542 118297,778 Qnóc[W] 371792,736 Tổn thất nhiệt qua đáy lò: Trong tính toán tổn thất nhiệt ở đáy lò Do đáy lò được xây trực tiếp trên nền móng nên khó xác định nhiệt độ đáy lò do đó người ta thường xác định lượng nhiệt tổn thất qua đáy lò theo những số liệu thực nghiệm Qđáy= (0,1502)Qtường lấy Qđáy= 0,2.Qtường = 0,2.109961,092 = 21992,218[W] Qđáy= 21992,218[W] Do đó lượng nhiệt tổn thất do dẫn nhiệt qua tường lò , nóc lò , đáy lò Q4 = Qt4 + Qn4 + Qđ4 Q4 = 109961,092+371792,736+21992,218=503746,046 [W] 3.2.2.5.Lượng nhiệt tổn thất do bức xạ qua cửa lò khi mở cửa: Trong khi làm việc cửa lò có lúc mở hoàn toàn hoặc mở một phần để thao tác ra vào liệu , điều chỉnh phôi nung hay mở cửâ quan sát để kiểm tra tình trạng vật nung trong lò . Mỗi lần mở như vậy sẽ mất lượng nhiệt nhất định lượng nhiệt mất này được xác định theo công thức : Q5= C0.. F.f.y.Z [W] Trong đó: C0: Hệ số bức xạ; C0=5,67 [W/m2.K4] Tk : Nhiệt đó trung bình của sản phẩm cháy ở vùng có cửa [°K] F: Diện tích phần mở [m2]; F = 0,14.2,6=0,364[m2] y: Hệ số thời gian mở cửa f : Hệ số chắn . xác định theo chiều dày của tường và kích thước cửa mở a ) Lượng nhiệt tổn thất qua cửa vào liệu Lượng nhiệt này được tính theo công thức: Qcửa vào = [W] Do cửa vào phôi thường xuyên nên y=1 Z=1 do chỉ có một cửa vào phôi f = 0,45 b) Lượng nhiệt tổn thất qua cửa vào liệu : Qcửa ra= C0.. F.f.y.Z [W] Trong đó : C0=5,67 [W/m2.K4] F = 0,4.0,2=0,08[m2] ra phôI cạnh lò f=0,38 Z=1 y = Giả thiết rằng thời gian mở cửa một lần là t=20 (s) Số lần mở cửa trong 1h là N lần. N được tính theo công thức N=[lần] P: Công suất của lò; P= 9000[kg/h] g: khối lượng một phôi [kg/1 phôi] : g =226,512 N === 39,73 [lần] y = =0,22 Qcửa ra =5,67.. 0,072. 0,52. 0,22.1 = 2856,278[W] Vậy tổng tổn thất qua các cửa là: Q5 = Qcửa vào+ Qcửa ra= 8324,311+2856,278=11180,589[W] Q5 = 11180,589[W] 3.2.2.6. Lượng nhiệt tổn thất do lọt sản phẩm cháy khi mở cửa: Thông thường trong lò có áp suất lớn hơn áp suất khí quyển vì vậy khi mở cửa lò có một lượng khí lò qua cửa mở ra ngoài a). Lượng nhiệt tổn thất do sản phẩm cháy khi mở cửa vào liệu: Lượng nhiệt này được xác định theo công thức sau; Qlọt= 0,28.Ck..tk.V0.y [W] Trong đó : Ck.tk=ik: Entanpi của sản phẩm cháy tại vùng mở cửa với tksấy= 700[0C] ; ik =960,75[kJ/m3] y: Hệ số thời gian mở cửa; y = 0,44 V0: Lượng sản phẩm cháy lọt qua cửa khi mở cửa V0=.3600 Vt: Lượng khí lọt qua cửa nằm Vt = m.H.B. rkk: Khối lượng riêng của không khí ở điều kiện môi trường tkk=20[°C] rkk==1,205 [kg/m3] rk: Khối lượng riêng của không khí ở điều nhiệt độ nơi mở cửa rk = = 0,372 [kg/m3] m: Hệ số lưu lượng phụ thuộc vào chiều dày của tường lò và kích thước của cửa Do (chiều dày của tường lò ) =3,52 m=0,62 Vt=0,62.0,14.2,6.= 0,559[m3/s] [m3tc/h] Qlọt= 0,28.960,75.564,63.0,44 =66832,091W] b) Lượng nhiệt tổn thất do sản phẩm cháy khi mở cửa vào liệu Qlọt 2 = 0,28. Ck..tk.V0.y [W] Tương tự ta có: Ck.tk=ik =1879,27 với tđn=1300 y = 0,44 ; H = 0,18[m] ; B = 0,4[m] ; g = 9,81[m/s2] ; m=0,6._.