Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế lò nung liên tục để nung thép cán

Chia sẻ: Nguyễn Thành Chung | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:61

Thêm vào BST

Báo xấu

456
lượt xem 66
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tính toán sự cháy của nhiên liệu; tính thời gian nung kim loại; cấu trúc lò, chọn vật liệu xây lò, tính cân bằng nhiệt; tính thiết bị đốt nhiên liệu;... là những nội dung chính mà "Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế lò nung liên tục để nung thép cán".

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế lò nung liên tục để nung thép cán

Đồ án Thiết Kế Lò Nung Kim Loại TRƢỜNG ĐHBK HÀ NỘI CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Bộ Môn Kỹ Thuật Nhiệt Độc lập – Tự Do – Hạnh Phúc THIẾT KẾ LÒ NUNG KIM LOẠI Họ và tên : NGUYỄN ĐỨC MỸ 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 : - Năng suất lò : P = 9 t/h - Nhiên liệu Dầu FO có thành phần : Nguyên tố Cd Hd Od Nd Sd Ad Wd Thành Phần 88,50 5,4 0 2,0 1,0 2,1 1,0 - Vật nung : Thép cácbon có thành phần : C= 0,12%; Si = 0,10% ; Mn =0,1 % - Kích thước vật nung : 110x110x2400mm - Nhiệt độ vào và ra lò của vật nung : tđầu = 200 C ; tcuối = 12000 C - Nhiệt độ nung trước : + 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 : Ngày giao đề : 29/ 12 / 2004 Ngày hoàn thành : 04/ 05/ 2005 V . Cán bộ hƣớng dẫn : Th.s . Lại Ngọc Anh Hà nội 29/12/2004 Nguyễn Đức Mỹ VLH – Nhiệt Luyện K47 1
Đồ án Thiết Kế Lò Nung Kim Loại CHƢƠNG 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 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 d Q t = 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) Nguyễn Đức Mỹ VLH – Nhiệt Luyện K47 2
Chất tham gia Chất tạo thành Nhiên liệu Không khí Sản phẩm cháy Tổng Cộng Lưọng O2 N2 Tổng cộng % Khối lg Khối lg CO2 H2O SO2 O2 N2 kmol kmol kmol 3 kmol m3 kg Phân tử kmol m 88,50 88,50 12,0 7,375 7,375 7,099 _ _ _ 5,4 5,4 2,0 2,700 2,700 2,700 _ _ 1,0 1,0 32,0 0,031 0,031 _ 0,031 _ Đồ án Thiết Kế Lò Nung Kim Loại 2,0 2,0 28,0 0,071 _ _ _ _ 8,755x3,762 41,691x22,4 43,169x22,4 8,755+32,936 32,936+0,071 Nguyễn Đức Mỹ VLH – Nhiệt Luyện K47 2,1 2,1 _ _ _ _ _ _ 1,0 1,0 18,0 0,056 _ 0,056 _ _ 100 8,755 32,936 41,691 933,878 7,375 2,756 0,031 33,007 43,168 966,985 10,506 39,523 50,029 1120,65 7,375 2,756 0,031 1,745 39,608 51,515 1160,382 21 79 100 100 14,316 5,349 0, 060 3,387 76,886 100 100 3
Đồ án Thiết Kế Lò Nung Kim Loại n =1,2 Ng.tố n =1 W % H N A C S 1.2.4 Bảng cân bằng khối lƣợng Bảng cân bằng khối lƣợng Bảng 1-3 Chất tham gia cháy Sản phẩm cháy tạo thành Chất Công thức tính Đơn vị Chất Công thức Đơn vị [kg] [kg] Nhiên CO2 7,375 .44 324,500 Liệu Dầu H2O 2,756 .18 49.608 FO 100 N2 39,608 .28 1109,024 Không O2 10,506.32 336,192 O2 1,745 . 32 55,840 Khí N2 39,523.28 1106,644 SO2 0,031 . 64 1,924  SPC = 1540,896  A = 1542,836 B =  SPC + A d = 1540,896 + 2,1 = 1542,996 Đánh giá sai số.  A   B 100%  1542,836  1542,996 100%  0,0103% % = A 1542,836 Nhận xét. Sai số  %  0,0103% nhỏ chứng tỏ các số liệu tính toán trong bảng 1.2 là đáng tin cậy Nguyễn Đức Mỹ VLH – Nhiệt Luyện K47 4
Đồ án Thiết Kế Lò Nung Kim Loại 1.2.5 Khối lƣợng riêng của sản phẩm cháy sử dụng công thức 0 =  SPC [ kg / m3 ] 100.Vn với  SPC  1542,996 , 100Vn = 1160,382 Thay số ta có 1542,996 0 = 3 =1,329 [ kg / m ] 1160,382 1.2.6. Nhiệt độ cháy của nhiên liệu a) Nhiệt độ cháy lý thuyết công thức tính nhiệt độ cháy của lý thuyết i  i1 (t  t )  t1 ilt = i  i 2 1 2 1 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 i Qtd inl ikk .ln. f i =   Vn Vn Vn 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 Nguyễn Đức Mỹ VLH – Nhiệt Luyện K47 5
Đồ án Thiết Kế Lò Nung Kim Loại Từ bảng II2 ta có Ln = 11,206 [m3/kg] 35647,5  2,17.110  463,75.11, 206  i =  3540,720 [kj/m3tc] 11,603 i = 3540,720 [kJ/m3tc] * Tính nhiệt hàm i1 và i2 Giả thiết nhiệt độ cháy lí thuyết của nhiên liệu nằm trong khoảng :t1
Đồ án Thiết Kế Lò Nung Kim Loại i 2 =0,01(14,316.5446,2+5,349.4358,8+76,886.3295,8+3,387.3487,4+0,060.4049,9) i 2 =3669,96 [kj/m3tc] Như vậy i1 = 3485,79< i2 = 3669,96 Thoả mãn giả thiết đã chọn Tính tlt i  i1 tlt = ( t2-t1) + t1 = 3540,720  3485,79 (2200  2100)  2100 i 2 i1 3669,96  3485,79 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  [m tc/kg] [m tc/kg][kg/m3tc] 3 3 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 CHƢƠNG 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 Nguyễn Đức Mỹ VLH – Nhiệt Thành Luyện phần thể K47sản phẩm cháy [%] tích của 7 Chất CO2 H2O SO2 O2 N2
Đồ án Thiết Kế Lò Nung Kim Loại 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) t3k 1400 t4k t2k tm3 t4m 1200 tt3 t4t 1000 800 t1k 600 t2m 400 200 t2t 200 t t1 = t1m Thời gian sấy Thời gian nung Thời gian đoạn nhiệt 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 0-C Nguyễn Đức Mỹ VLH – Nhiệt Luyện K47 8
Đồ án Thiết Kế Lò Nung Kim Loại - Vùng nung nhiệt độ bắt đầu từ 1300 – 1350 ta chọn t2k = 1350 0C - Nhiệt độ cuối vùng nung t3-k = 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 0  t = S . [  t] 1,1 . 15 = 16,5 [ C] Mặt khác ta có m t t 0  t = t4 - t4  t 4 = 1200 – 16,5 = 1183,5 [ C] Vậy tt4 = 1183,5 [0C] 2.2.2. 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] Nguyễn Đức Mỹ VLH – Nhiệt Luyện K47 9
Đồ án Thiết Kế Lò Nung Kim Loại B = 2,9 [m] - Chiều cao lò s  Chiều cao vùng sấy H [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 t1 k  t2 k 700  1350 tktb =   10250 C 2 2 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] n  Chiều cao vùng nung H (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 n  H H = 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] đn  Chiều cao vùng đồng nhiệt .H [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 . t3k  t4 k 1350  1300 tktb =  = 1325[0c] 2 2 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 Nguyễn Đức Mỹ VLH – Nhiệt Luyện K47 10
Đồ án Thiết Kế Lò Nung Kim Loại 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 t1k  t 2 k 700  1350 ttb k    1025 0C 2 2 - Nhiệt độ trung bình của bề mặt phôi trong giai đoạn sấy 2 2 ttb m  t1m  (t2 m  t1m )  20  (600  20)  407 0C 3 3 2.2.3.1 Độ đen của sản phẩm cháy trong vùng sấy (  k ) Độ đen của khí lò được xác định theo công thức :  k   co 2   H O 2 Trong đó:  k - Độ đen của khí lò  co : Độ đen của khí CO2 2  Hệ số hiệu chỉnh  H O : Độ đen của H2O 2 Từ bảng 1-2 ta có % CO2 = 14,316 % nên PCO = 0,14316 [at] 2 % H2O = 5,349% nên PH O = 0,05349 [at] 2 Chiều dày có hiệu của lớp khí bức xạ : (Shq) đối với lò liên tục ta có 2.BH chS Shq   B  H chs 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 2.2,9.0,764 Shq  0,9  1,088 2,9  0,764 Vậy Shq = 1,088 [m] Tích số M : M = P.S S : Chiều dày có hiệu của lớp khí [m] Với M CO2  PCO2 .SCO2 [at.m]  0,14316.1,088  0,155 M CO2  0,155[at.m] M H 2 O  pH 2O .S H 2O  [at.m]0,05349.1,088  0,058 M H 2 O  0,058[at.m] - Với nhiệt độ trung bình của sản phẩm cháy tktb=10250C và tích số M CO  0,155[at .m ] 2 M H2 O  0,058[at.m] theo các giản đồ hình 24,25,26 trang 16,17[1] ta có Nguyễn Đức Mỹ VLH – Nhiệt Luyện K47 11
Đồ án Thiết Kế Lò Nung Kim Loại  co  0,1 2  H O  0,07 2   1,03  k   CO   H O  0,12  1,03.0,07  0,1921 2 2 Vậy :  k  0,1921 2.2.3.2 Hệ số bức xạ quy dẫn (Cqd[W/m2.K4]) - Độ phát triển của tường lò 2.H chS  B 2.0,764  2,9    1,845 n.l 1.2,4 - Hệ số bức xạ quy dẫn  1 k Cqd   kl .C0 . 1 k  kl   k 1   k    k   kl  0,8 1,845  1  0,1921 Cqd  0,8.5,7  2,065 1  0,1921 0,8  0,19211  0.1921   1,845 0,1921 Vậy : Cqd=2,065 [W/m2.K4] 2.2.3.3 Hệ số trao đổi nhiệt tổng cộng (   [w/m.K]    bx   dl 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: 4 4  T1   T2       bx =Cqd  100   100  [w/m2.c] t1  t2 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] Nguyễn Đức Mỹ VLH – Nhiệt Luyện K47 12
Đồ án Thiết Kế Lò Nung Kim Loại 4 4  1298   680        bx =2,065.  100   100   54201.103  87.865 1025  407 618 Vậy  bx=87,865[w/m2.K4]. 2    = 1,1  bx =1.1.87,865= 96,651[w/m .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  0 hệ số dẫn nhiệt của thép ở 0 C  0  69,8  10,12.0,12  16,75.0,1 33,72.01 63,741[w /m K. ] 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 t [ư/m.K] 200 0,95  0 60,554 400 0,85  0 54,179 600 0,75  0 47,805 800 0,68  0 43,344 1000 0,68  0 43,344 §å thÞ biÓu hiÖn sù phô thuéc cña hÖ sè dÉn nhiÖt vµo nhiÖt ®é  [w/m.K] 63,741 60,554 54,179 Nguyễn Đức Mỹ VLH – Nhiệt Luyện K47 13
Đồ án Thiết Kế Lò Nung Kim Loại 47,805 46,531 43,344 200 400 600 800 1000 1200 t[ 0C] Hình 2.1 Sự phụ thuộc của  vào nhiệt độ 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 t k tb  t m 2 1025  600 tm    0, 423 t k tb  t m1 1025  20 b)_Tiêu chuẩn Biô sơ bộ.   .ST ta có công thức : Bi =  sb 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]  sb :hệ số dẫn nhiệt trung bình của phôi thép . Do chua biết nhiệt độ tâm phôi nên tính  sơ bộ 1m  1t  2 m  2t 20  20  700  502,4  sb =  4 4 TRa giản đồ hình 2.1 và dùng phương pháp nội suy ta có 400  600 502,4  400  .102, 4 200 54,179  47,805 = 54,179  .102,4  50,915 200 502,4 =50,915 [w/m. C] 0 63,422  63,422  45,575  50,915  cx   55,833 4  cx  55,833[w / m. 0C]. Nguyễn Đức Mỹ VLH – Nhiệt Luyện K47 14
Đồ án Thiết Kế Lò Nung Kim Loại Nên chuẩn bị chính xác là  .S 96,651.0,11 Bi =  t   0,191 cx 55,833 Từ Bi= 0,191 và  m =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  t =0,5 Vậy nhiệt độ tâm chính xác của phôi thép cuối giai đoạn sấy được xác định theo công thức sau ; tt2 = tktb-  t (tktb-tkđ) = 1025-0,5(1025-20)=522,50C - Nhiệt độ trung bình của phôi thép (theo chiều dày ) cuối vùng sấy tc kl  t2t   t m 2  t2t   522,5   600  522,5  1 1 3 3 tc  548,333  C  kl 0 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 : tb a  3, 6  .C p Trong đó : tb   cx  55,833[W / m.K ] 3  : Khối lượng riêng của thép = 7800[kg/m ] CP: Tỷ nhiệt của thép xác định theo công thức sau ; i2  i1 CP  [kj/kg.k] tc kl  tdkl 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] i i 338,6  265 i548,333 = i600 - 600 500 .51,667  338,6  .51,667  300,573 100 100 i548,333 = 300,573 [kj/kg] Vậy 300,537  9,4 CP =  0,551[kj / kg.K ] 548,333  20 55,833  a  3,6  0,046[m 2 / h] 7800.0,551 2.2.3.7 Thời gian nung vật trong vùng sấy (TS) a. Từ tiêu chuẩn F0  2s St Nguyễn Đức Mỹ VLH – Nhiệt Luyện K47 15
Đồ án Thiết Kế Lò Nung Kim Loại F0 .ST 2 4,15.0,112  S  =  1,091[h] a 0,046 2.2.4.Tính thời gian nung phôi trong vùng nung (  n [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 2 tmtb = tm2 + ( tm3 –tm2) 3 Trong đó : tm2 =6000C , tm3 = 12000C. 2  tmtb =600+ (1200-600)=10000C 3 2.2.4.1 Xác định độ đen của khí lò Độ đen của khí lòđược xác định theo công thức sau .  k   2   . H2 0 . 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 2. .H ch Shq =  . [m] H ch  Shq = 0,9.2.2,9.1,74 = 1,975[m] 2,9  1,74 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 . 2.H ch n   2.1,74  2,9    2,658 n.l 1.2,4 hệ số bức xạ qui dẫn . Nguyễn Đức Mỹ VLH – Nhiệt Luyện K47 16
Đồ án Thiết Kế Lò Nung Kim Loại  1  Cqd =  kl .C0 . 1 k  kl   k 1   kl   k 2,658  1  0,1765  Cqd =0,8.5,67.  2,409 . 1  0,1765 0,8  0,1765 1  0,8    2,658 0,1765 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   bx   dl ở nhiệt độ cao có thể coi  dl = 0,1  bx do đó hệ số bức xạ tổng cộng sẽ là:   =1,1  bx Hệ số trao đổi nhiệt bức xạ được xác định theo công thức sau: 4 4  T1   T2  100   100   bx  Cqd [W/m2.K] t1  t2 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] 1350  273  1000  273  4 4  100    100   bx  2,409  296,824 [w/m2.K] 1350  1000 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 : ttbk  t3m 1350  1200 m  k m   0,2 ttb  t2 1350  600 - Tiêu chuẩn Bi (sơ bộ)  .S Bi   t sb Trong đó :   = 296,824 St = 0,11 [m] Tính sb : 2m  2t  3m 600  522,5  1200 sb   3 3 Tra đồ thị hình 2.1 và dùng phương pháp nội suy ta có Nguyễn Đức Mỹ VLH – Nhiệt Luyện K47 17
Đồ án Thiết Kế Lò Nung Kim Loại 400  600 54,179  47,805 522,5  400  .122,5  54,179  .122,5 200 200 522,5  50,275[ w / m.K ] 47,805  50,275  46,531  sb =  48,204 [W/m.K] 3  .S 296,824.0,11 Vậy Bi =  t =  0,677 sb 48,204 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. tt3(sb) = tktb -  t (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 2 m  2t  3m  3t 600  522,5  1200  1118,3 cx   4 4 tra đồ thị hình 2.1 Và dùng phương pháp nội suy ta có .   1200  1118,3 =  1000- 1000 .118,3 200 43,344  46,531  43,344  .118,3  45,229 200 Vậy 1118,3  45,229[w / m.K ] 47,805  50,275  46,531  45,229  cx   47,46[ w / m.K ] 4 --Tiêu chuẩn Bi chính xác  .S 296,824.0,11 Bi=  t  0,687 cx 47,46 Từ Bi =0,687và m  0,2 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 t  0,28 Vậy nhiệt độ chính xác tâm phôi cuối giai đoạn nung là : t3t  ttbk  t  ttbk  t2t   1350  0,29 1350  522,5  1110,025 0C t3t  1110,025[ 0C ] Nhiệt độ trung bình của phôi thép (theo chiều dày ) cuối vùng nung tckl  t3t   t3m  t3t   1110,025  1200  1110,025  1140,016[ 0C ] 1 1 3 3 tc  1140,016[ C ] kl 0 Nguyễn Đức Mỹ VLH – Nhiệt Luyện K47 18
Đồ án Thiết Kế Lò Nung Kim Loại 2.2.4.5 Hệ số dẫn nhiệt độ a [m2/h] trong vùng nung - Hệ số nhiệt độ được tính theo công thức sau : tb a  3,6. [m2/h] kl .Ckl tb  cx  47,46[ w / m.K ] kl  7800[kg / m3 ] i i Ckl  kl2 1kl tc  t d 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 i600  i500 i1  i548,333  i600  .51,667 100 356,0  280,5 i1  356,0  .51,667  316,991[kj / k ] 100 i1200  i1100 i2  i1140,016  i1200  .59,984 100 814,5  744,0 i2  814,5  .59,984  772,211[kj / kg ] 100 772,211  316,991 Ckl   0,769[kj / kg.K ] 1140,016  548,333 Vậy 47,46 a  3,6.  0,028[m 2 / h] 7800.0,769 2.2.4.6 Thời gian nung vật trong vùng nung [Tn] a. Từ tiêu chuẩn F0  2s =2,4 St F0 .ST 2 2,4.0,112 n    1,037[h] a 0,028 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) 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: Nguyễn Đức Mỹ VLH – Nhiệt Luyện K47 19
Đồ án Thiết Kế Lò Nung Kim Loại tc tc m  tc t   td td m  td t 1200  1183,5   0,183 1200  1110,025 Căn cứ mức đồng nhiệt   0,183 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. d m   t d  cm  ct tb  4 1200  1110,025  1200  1183,5 tb  4 Dựa vào đồ thị hình 2.1 và bằng phương pháp nội suy ta có   1110,025  1000  1000 1200 .110,025 200 43,344  46,531 1110,025  43,344  .110,025  45,097 200 1110,025  45,097[ w / m.K ] 1000  1200 1183,5  1000  .183,5 200 43,344  46,531 1183,5  43,344  .183,5  46,268 200 1183,5  46,268[ w / m.K ] 46,531  45,097  46,531  46,268 Vậy tb   46,106[ w / m.K ] 4 - Nhiệt độ trung bình của phôi thép trong giai đoạn đồng nhiệt tckl  tdkl ttb  2 Trong đó tklđ = tckl(nung) = 1140,016[0C] tklc (đồng nhiệt) Nhiệt độ trung bình của phôi thép cuối vùng đồng nhiệt 1 1 tklc(đn) = t4t+ (ttm – tt4) = 1183,5 + (1200 – 1183,5) = 11890C 3 3 tklc(đn) = 1189[0C] tckl  tdkl 1140,016  1189 Vậy ttb  =  1164,508[0 C ] 2 2 Nguyễn Đức Mỹ VLH – Nhiệt Luyện K47 20