07-thiet-ke-lo-tunnel-xe-goong.docx
This document was uploaded by user and they confirmed that they have the permission to share it. If you are author or own the copyright of this book, please report to us by using this DMCA report form. Report DMCA
Overview
Download & View 07-thiet-ke-lo-tunnel-xe-goong.docx as PDF for free.
More details
- Words: 5,124
- Pages: 25
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU BỘ MÔN VẬT LIỆU SILICAT --------------------
BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ SILICAT 2
THIẾT KẾ LÒ NUNG TUNNEL XE GOÒNG Nhóm thực hiện: Nhóm 7 GVHD: ThS. Lê Minh Sơn
Tp. Hồ Chí Minh, 18 tháng 11 năm 2018
Bài tập lớnThiết kế lò Tunnel xe goòng
Nhóm 7
DANH SÁCH THÀNH VIÊN THỰC HIỆN
STT
Họ và tên
MSSV
1
Nguyễn Ngọc Lan Anh
1610079
2
Nguyễn Bảo Ngân
1612164
3
Đỗ Ngọc Châu Ngân
1612157
Lê Minh Sơn
Trang ii
Bài tập lớnThiết kế lò Tunnel xe goòng
Nhóm 7
MỤC LỤC Trang DANH SÁCH THÀNH VIÊN THỰC HIỆN ..................................................................ii MỤC LỤC ...................................................................................................................... iii DANH MỤC HÌNH ẢNH ............................................................................................... v DANH MỤC BẢNG ........................................................................................................ 1 Chương 1 .......................................................................................................................... 2 TỔNG QUAN .................................................................................................................. 2 Chương 2 .......................................................................................................................... 3 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG .................................................................. 3 2.1 Cấu tạo........................................................................................................................ 3 2.1.1 Tường lò và trần lò ............................................................................................. 3 2.1.2 Nền lò .................................................................................................................. 4 2.1.3 Van cát, máng cát................................................................................................ 5 2.1.4 Khung lò ............................................................................................................. 5 2.1.5 Hệ thống thoát khói............................................................................................. 5 2.1.6 Xe goòng ............................................................................................................. 6 2.1.6.1 Khung kim loại ............................................................................................ 6 2.1.6.2 Lớp gạch lót ................................................................................................. 7 2.1.7 Bao nung ............................................................................................................. 7 2.1.8 Thiết bị đẩy xe lò ................................................................................................ 8 2.2 Nguyên lý hoạt động .................................................................................................. 8 Chương 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ BẢN ................................................................ 9 3.1 Lưu đồ tính toán thiết kế ............................................................................................ 9 3.2 Chọn gạch cho tường lò ........................................................................................... 10 3.2.1 Lớp trong cùng .................................................................................................. 10 Lê Minh Sơn
Trang iii
Bài tập lớnThiết kế lò Tunnel xe goòng
Nhóm 7
3.2.2 Lớp gạch xốp cách nhiệt ................................................................................... 10 3.2.3 Lớp gạch xây dựng ........................................................................................... 11 3.3 Chọn gạch cho vòm lò.............................................................................................. 11 3.4 Tính toán kết cấu và kích thước lò ........................................................................... 11 3.4.1 Kích thước bao nung ......................................................................................... 11 3.4.2 Bố trí các bao nung, số lượng viên ngói trên một xe goòng ............................. 11 3.4.3 Số lượng xe goòng ............................................................................................ 12 3.4.4 Kích thước khối xếp, xe goòng và kích thước bên trong lò ............................. 13 3.4.5 Chiều dài mỗi zone và số xe goòng mỗi zone .................................................. 15 Chương 4 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN ............................................................................... 17 4.1 Tính toán kết cấu sơ bộ của lò ................................................................................. 17 4.2 Tính toán kích thước lò ............................................................................................ 18 Chương 5 KẾT LUẬN ................................................................................................... 19 5.1 Ưu điểm .................................................................................................................... 19 5.2 Khuyết điểm ............................................................................................................. 19 TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................. 20
Lê Minh Sơn
Trang iv
Bài tập lớnThiết kế lò Tunnel xe goòng
Nhóm 7
DANH MỤC HÌNH ẢNH Trang Hình 2.1 Cấu tạo một modun lò [1] ................................................................................. 3 Hình 3.1 Lưu đồ tính toán thiết kế ................................................................................... 9 Hình 3.2 Bố trí bao nung trên xe goòng ......................................................................... 12
Lê Minh Sơn
Trang v
Bài tập lớnThiết kế lò Tunnel xe goòng
Nhóm 7
DANH MỤC BẢNG Trang Bảng 4.1 Thông số tính toán kết cấu sơ bộ của lò ......................................................... 17 Bảng 4.2 Thông số tính toán kích thước lò .................................................................... 18
Lê Minh Sơn
Trang 1
Bài tập lớnThiết kế lò Tunnel xe goòng
Nhóm 7
Chương 1 TỔNG QUAN Lò tunnel là loại lò hiện đại nhất hiện nay dùng trong công nghiệp gốm sứ và vật liệu chịu lửa, ngày càng hoàn thiện hơn về mặt cấu tạo cũng như tự động hóa điều khiển hoạt động của lò. Lò tunnel được sử dụng ở giai đoạn cuối cùng của dây chuyền sản xuất để hoàn thành sản phẩm đó là sấy đốt nóng và nung bán thành phẩm. Sấy và nung là hai khâu công nghệ quan trọng quyết định đến chất lượng của sản phẩm và các chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật của sản xuất. Lò tunnel là một hầm rất dài so với chiều rộng. Vật liệu nung được xếp lên xe goòng, nhờ chuyển động tịnh tiến của xe goòng vật liệu nung chuyển động liên tục từ đầu này đến đầu kia của lò. Thông thường lò tunnel được chia làm 3 vùng là vùng sấy đốt nóng, vùng nung và vùng làm nguội. Ở mỗi vùng có đặc điểm cấu tạo riêng, có chế độ nhiệt riêng và có kích thước xác định [1].
Lê Minh Sơn
Trang 2
Bài tập lớnThiết kế lò Tunnel xe goòng
Nhóm 7
Chương 2 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG 2.1 Cấu tạo Với các lò hiện đại, có cấu tạo từng modun rất tiện cho việc lắp ráp, vận hành và sửa chữa. Cấu tạo một modun lò như hình 2.1.
Hin ̀ h 2.1 Cấu tạo một modun lò [1] Trong đó:
1 - Khung lò 2 - Vòm lò 3 - Tường lò 4 - Đường ray xe goòng 5 - Gạch cách nhiệt 6 - Lớp thép bảo vệ 7 - Máng cát 8 - Lỗ quan sát 9 - Lỗ tra cát
2.1.1 Tường lò và trần lò Tường và trần lò tunnel xây dựng sao cho nhiệt độ mặt ngoài của zôn nung không quá 80 – 90oC và mặt ngoài của zôn khác không quá 45 – 60oC. Lựa chọn vật liệu xây lò căn cứ vào đường cong nung. Nếu nhiệt độ trong lò không quá 600oC thì có thể dùng gạch đỏ nhưng tốt nhất vẫn dùng gạch chịu lửa cấp thấp. Nhiệt độ trong lò khoảng1000oC thì thường xây một lớp 230 mm samot, một lớp gạch samot nhẹ và bên Lê Minh Sơn
Trang 3
Bài tập lớnThiết kế lò Tunnel xe goòng
Nhóm 7
ngoài là gạch đỏ. Khi nhiệt độ zôn nung đạt đến 1500oC, thì từ phạm vi trên 1200oC phải dùng gạch chịu lửa silica hay dinat, cao alumin. Khi nhiệt độ đạt đến 1600 – 1800oC thì bên trong phải xây bằng gạch chịu lửa mulit, corindon, manhêdi crôm với chiều dày đến hai viên, sau đó là gạch nhẹ và gạch đỏ. Chiều dày tổng của tường lò có thế lên đến 1m[2,3]. Trần lò xây theo kiểu vòm cung với chiều cao của cung 1/5 - 1/6 chiều rộng của lò. Khi nhiệt độ cao, nếu dùng gạch cao alumin thì chiều cao vòm lò phải cao hơn so với gạch dinas vì gạch dinas có độ giãn nở lớn hơn gạch cao alumin. Việc sử dụng gạch chịu lửa dinas phải chú ý vì khi giản nỡ nhiệt, vòm lò sẽ nâng cao lên nên dễ hở và khí nóng thoát ra ngoài. Đó cũng là nguyên nhân khí chuyển động ở trên và như thế nhiệt độ nhiệt độ phía trên càng cao hơn phía dưới. Trong trường hợp đó, phải có lớp gạch thứ hai phủ lên trên để ngăn ngừa khí trong lò lọt ra ngoài. [1] Chiều dày vòm lò thường từ 200 – 300 mm, trên đó là gạch cách nhiệt với lớp xỉ 100 – 250 mm. Khi sử dụng vòm cung thì khe hở giữa vật liệu xếp trong lò và vòm thường lớn và khí nóng càng dễ đi nghĩa là càng dễ tăng chênh lệch nhiệt độ. Để khắc phục tình trạng trên người ta có thể dùng trần phẳng với gạch treo thay cho trần lò xây theo kiểu vòm cung. Tuy nhiên còn phụ thuộc vào điều kiên kinh tế và kỹ thuật. [1] Trước khi xây gạch cần phải chuẩn bị mái khuôn làm bằng gỗ. Vòm xây được dùng nhiều ở các lò có kích thước không lớn lắm, nhiệt độ làm việc không cao, cấu trúc đơn giản. Để giữ cho vòm được chắc, mỗi vòng gạch đều có một viên gạch khóa ở đỉnh vòm. Ta sử dụng loại gạch búa để xây vòm, hai bên tường sử dụng gạch chân vòm để tạo thế vững chắc cho vòm. Cả tường và trần lò đều phải chừa khe giãn nở nhiệt khi xây, chiều rộng của khe này phụ thuộc vào loại vật liệu sử dụng cũng như nhiệt độ làm việc. 2.1.2 Nền lò Với lò tunnel, hệ thống xe goòng đóng vai trò nền lò. Lò làm việc liên tục nên trong khi chạy lò có thể có mảnh vỡ rơi xuống sàn lò do đó khe giữa lớp lót trên xe với tường lò cần đảm bảo nguyên tắc trên hẹp dưới rộng, như vậy mới thoát được dễ dàng Lê Minh Sơn
Trang 4
Bài tập lớnThiết kế lò Tunnel xe goòng
Nhóm 7
mảnh vỡ khi nó rơi vào khe. Thông thường khe này có chiều rộng 20 – 50 mm. Với sự cách nhiệt tốt để đảm bảo độ bền cho khung xe goòng và đường ray thì nhiệt độ dưới nền xe goòng không cao lắm. Do đó, vật liệu làm nền lò không đòi hỏi cao về kĩ thuật, ở đây ta sử dụng bê tông chịu nhiệt. 2.1.3 Van cát, máng cát Van cát là một máng thép dày 1cm hình chữ U, bên trong chứa đầy cát mịn chạy dọc theo hai bên theo chiều dài lò. Van cát có tác dụng ngăn ngừa không khí lạnh lọt vào zone đốt nóng hoặc ngăn không cho khí trong zone làm nguội thoát ra [1]. Dọc theo lò ta ghép một máng bằng thép bên trong chứa đầy cát. Hai bên thành xe goòng cũng được ghép các tấm thép, khi xe gòng chuyển động các tấm thép này sục vào máng cát, do đó dao thép và van cát tạo một van thủy lực, tăng độ kín cho lò [1]. Khi goòng chuyển động, không tránh khỏi rơi cát ra khỏi máng, vì vậy ở tường lò cần chừa một số lỗ tra cát vào máng. Để tránh cản trở chuyển động của xe goòng người ta thường dùng cát mịn. Cần phải bổ sung cát định kì để bù lại lượng cát rơi khỏi máng khi xe goòng chuyển động. 2.1.4 Khung lò Khung lò được làm bằng cột trụ thép và thanh giằng có tác dụng ngăn lực đẩy của tường, giữ đúng hình dáng lò và cốt thép. Phần dưới trụ được gắn chặt với móng, phần trên có kết cấu thanh giằng bulông.Khung lò phải đảm bảo chắc chắn và không biến dạng [1,2]. 2.1.5 Hệ thống thoát khói Hệ thống thoát khói làm nhiệm vụ dẫn khói thải của lò thoát ra môi trường, có ảnh hưởng đến sự chuyển động của khí và chế độ áp suất trong lò.Hệ thống thoát khói càng ngắn, càng thẳng càng tốt [4]. Bao gồm các bộ phận chính sau: - Các đường kênh khói, cống khói và ống khói. - Quạt hút và các thiết bị khác như van khói, thiết bị trao đổi nhiệt.
Lê Minh Sơn
Trang 5
Bài tập lớnThiết kế lò Tunnel xe goòng
Nhóm 7
Vị trí và số lượng miệng kênh khói được bố trí phù hợp với cơ học khí trong lò, thường nằm trên đáy lò, nơi có áp suất gần bằng không [4]. Cống khói làm nhiệm vụ dẫn khói từ kênh khói đến ống khói. Ở các lò lớn, cống khói thường đi ngầm trong xưởng tới nơi đặt ống khói. Trên đường thoát khói, thường đặt các van khói để điều chỉnh lượng khói thải và chế độ áp suất trong lò [4]. Ống khói có độ cao công nghệ tạo nên sức hút hình học thắng mọi trở lực trên đường thoát khói để đưa khói thải ra ngoài môi trường. Ngoài ra ống khói còn có tác dụng phát tán khí bụi thảo ô nhiêm nên cần có chiều cao thích hợp. Ống khói được xây dựng bằng vật liệu chịu lửa khi nhiệt độ khói >400˚C hay bằng kim loại khi nhiệt độ khói <400˚C. Tốc độ khói thải trong kênh và cống khói là 1 – 3 m/s, trong ống khói là 3 – 4 m/s [4]. Nếu trong xưởng có nhiều lò thì có thể dùng chung một hệ thống thoát khói nhưng phải đảm bảo lưu lượng tổng khi thoát khói đồng thời và lực hút của ống khói chung, tính theo đường dẫn khói có trở lực lớn nhất [4]. 2.1.6 Xe goòng Trong lò vật liệu nung được vận chuyển trên các xe goòng. Cấu tạo xe goòng gồm 2 bộ phận chính: bộ phận kim loại và lớp lót chịu lửa. [1] Cấu tạo xe goòng cơ bản giống như xe của lò con thoi. Tuy nhiên xe của lò tunnel nói chung lớn hơn nhiều về kích thước cũng như tải trọng. Về mặt nguyên tắc cũng có khung ép, lớp lót chịu lửa ziczac, van cát và bánh xe [3]. Kích thước bánh xe dao động trong khoảng 300 – 500 mm được chạy trên ổ trượt hay ổ bi với mỡ bôi trơn chịu được nhiệt đến 1500C. Xe goòng lăn trên đường ray với chiều rộng của đường ray thông thường là 600 – 1200 mm. Với những lò có năng suất cao chiều rộng này có thể lên tới 3 – 6 m [3]. 2.1.6.1 Khung kim loại Bộ phận kim loại là khung bằng thép hay gang chịu nhiệt được hàn hoặc vít chặt với nhau. Khung phải đảm bảo chắc chắn, không biến dạng. Dưới khung có 4 bánh xe
Lê Minh Sơn
Trang 6
Bài tập lớnThiết kế lò Tunnel xe goòng
Nhóm 7
có đường kính từ 0,3 – 0,5 m chạy bằng ổ bi hay ổ trượt. Nhiệt độ ổ bi có thế đến 150oC nên phải dùng mỡ bôi trơn nếu không sẽ bị phá hủy ở nhiệt độ này. Kích thước xe goòng phụ thuộc kích thước lò. Xe gòng dịch chuyển phải êm, nhẹ nhàng và thẳng. Bánh xe goòng lăn trên hai đường rây có chiều rộng từ 0,6 – 1,2 m. Đường rây phải phẳng, phải kẹp chặt để tránh đổ vỡ sản phẩm. 2.1.6.2 Lớp gạch lót Trên phần kim loại là lớp lót chịu lửa đóng vai trò nền lò và bảo vệ bộ phận kim loại. Chiều dày lớp lót từ 0,25 – 0,7m gồm : - Tấm amian hay bông gốm - Gạch cách nhiệt samot - Gạch chịu lửa trên cùng. Hiện nay thường dùng bê tông chịu nhiệt để tạo bề mặt goòng. Bê tông dùng chất kết dính là xi măng alumin, xi măng portland, thủy tinh lỏng với phụ gia gầy samot, cromít. Để tránh bức xạ nhiệt từ lò đến phần kim loại, cũng như tăng trở lực dòng khí qua khe hở giữa lớp lót hai xe goòng, cần tạo khe hở có hình zic zắc có chiều rộng từ 2 – 3 cm. Càng xuống dưới khe càng rộng để tránh mảnh vỡ làm hư lớp lót. Khe hở giữa hai lớp lót của xe goòng có bít kín tạm thời bằng lớp vữa samot, để khi hai xe goòng tiếp xúc nhau, tránh hư hại lớp lót đồng thời tăng độ kín mặt goòng. Để tránh hư hại tường lò, lớp lót xe goòng được xây bằng vật liệu kém bền hơn so với tường lò. 2.1.7 Bao nung Trước đây, các lò gốm Bát Tràng dùng một loại gạch vuông ghép lại làm bao nung. Loại gạch này sau hai ba lần sử dụng trong lò đạt đến độ lửa cao và cứng gần như sành (đó chính là gạch Bát Tràng nổi tiếng) [5]. Bao nung thường được làm bằng đất sét chịu lửa có màu xám sẫm trộn đều với bột gạch hoặc bao nung hỏng nghiền nhỏ (gọi là sa mốt) với tỉ lệ 25–35% đất sét và 65–75% sa mốt. Người ta dùng một lượng nước vừa đủ để trộn đều và đánh nhuyễn Lê Minh Sơn
Trang 7
Bài tập lớnThiết kế lò Tunnel xe goòng
Nhóm 7
chất hỗn hợp này rồi đem in (dập) thành bao nung hay đóng thành gạch ghép ruột lò. Bao nung thường hình trụ để cho lửa có điều kiện tiếp xúc đều với sản phẩm. Tuỳ theo sản phẩm mà bao nung có kích thước không giống nhau nhưng phổ biến hơn cả là loại có đường kínhtừ 15-30 cm, dày 2–5 cm và cao từ 5-40 cm. Một bao nung có thể dùng từ 15 đến 20 lần [5]. 2.1.8 Thiết bị đẩy xe lò Để đẩy xe trong lò, người ta dùng thiết bị đẩy kiểu cơ hay thủy lực và đôi khi dùng cả kiểu tời. Đầu pittong có gắn thanh đẩy và thanh đẩy này cũng chuyển động trên bánh xe nhỏ theo đường ray. Khi pittong đến vị trí định sẵn thì van sẽ mở, dầu sẽ thoát ra khỏi xi lanh và kết thúc lực đẩy đồng thời xe lò đã đạt vị trí cần thiết. Ở lò lớn thường dùng kiểu thủy lực vì có nhiều ưu điểm là lực đẩy tăng lên từ từ và khi đạt đến lực cần thiết thì xe sẽ chuyển động và khi ngừng cũng ngừng nhẹ nhàng. Máy đẩy thủy lực có lực đẩy lên tới 40 tấn lực , tốc độ 0,4 m/phút, chiều dài đẩy 2,5m. 2.2 Nguyên lý hoạt động 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 [1]. Lò có thể được đốt bằng nhiều loại nhiên liệu khác nhau như: dầu mazút, than, gas...Thời gian cho 1 chu kì nung được tính từ lúc xe goòng vào lò đến khi ra lò [3]. 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.Ở vùng nung nhiên liệu được cung cấp thông qua các béc phun ở hai bên tường.Ởvùng nung, nhiệt độ của vật liệu đạt giá trị cao nhất, sản phẩm cháy được chuyển sang vùng đốt nóng gặp các xe goòng chứa mộc đang đi vào lòvà đốt nóng dần lên trước khi các xe goòng đi vào vùng nung. Khói lò được thải ra ngoài qua quạt hút dẫn vào ống khói [1].
Lê Minh Sơn
Trang 8
Bài tập lớnThiết kế lò Tunnel xe goòng
Nhóm 7
Chương 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ BẢN 3.1 Lưu đồ tính toán thiết kế Dựa trên cơ sở các đặc điểm của quy trình công nghệ sản xuất sứ vệ sinh, lưu đồ tính toán cơ bản được xây dựng như trong hình 3.1.
Hin ̀ h 0.1 Lưu đồ tính toán thiết kế
Lê Minh Sơn
Trang 9
Bài tập lớnThiết kế lò Tunnel xe goòng
Nhóm 7
3.2 Chọn gạch cho tường lò 3.2.1 Lớp trong cùng - Sử dụng gạch chịu lửa Samot loại A theo TCVN vì có những ưu điểm sau: + Có độ chịu lửa lớn. + Nhiệt độ biến dạng dưới tải trọng cao 1300˚C. + Độ xốp lớn nên cách nhiệt tốt. + Tương đối rẻ so với các loại vật liệu chịu lửa khác. - Các đặc điểm chính: + Hệ số dẫn nhiệt: λ = 0,7 + 65.10-5t kcal/mh˚C. + Tỉ nhiệt: C = 0,2 + 63.10-6t kcal/kg˚C. + Khối lượng riêng: γ = 2 T/m3. + Độ chịu lửa: 1680 - 1770˚C. + Nhiệt độ biến dạng dưới tải 1300˚C. - Chọn chiều dày lớp gạch chịu lửa: + Vùng nung: 345 mm. + Vùng sấy – đốt nóng và vùng làm nguội: 230 mm. 3.2.2 Lớp gạch xốp cách nhiệt - Sử dụng loại gạch Samot xốp. - Các đặc điểm chính: + Hệ số dẫn nhiệt: λ = 0,24 + 20.10-5t kcal/mh˚C. + Tỉ nhiệt: C = 0,21 kcal/kg˚C. + Khối lượng riêng: γ = 0,95 T/m3. + Độ chịu lửa: 1300 - 1400˚C. + Nhiệt độ biến dạng dưới tải 850 - 970˚C. - Chọn chiều dày lớp gạch cách nhiệt: + Vùng nung: 460 mm. + Vùng sấy – đốt nóng: 230 mm. + Vùng làm nguội: 345 mm. Lê Minh Sơn
Trang 10
Bài tập lớnThiết kế lò Tunnel xe goòng
Nhóm 7
3.2.3 Lớp gạch xây dựng - Lớp gạch xây dựng nằm ở ngoài cùng có mục đích là để gia cố cho tường lò thêm vững chắc và giảm thất thoát nhiệt ra môi trường xung quanh. - Các đặc điểm chính: + Hệ số dẫn nhiệt: λ = 0,4 + 44.10-5t kcal/mh˚C. + Tỉ nhiệt: C = 0,21 kcal/kg˚C. + Khối lượng riêng: γ = 1,6 T/m3. + Độ chịu lửa: 500 - 600˚C. + Nhiệt độ biến dạng dưới tải 300˚C. - Chọn chiều dày lớp gạch xây dựng cho cả 3 vùng: 230 mm. 3.3 Chọn gạch cho vòm lò Gạch vòm lò gồm 3 lớp: + Lớp trong cùng là lớp vật liệu Samot chịu lửa. + Lớp tiếp theo là lớp vật liệu Samot xốp cách nhiệt. + Bên trên là lớp gạch xây dựng cùng với lớp bê tông chịu nhiệt thuận lợi cho việc bố trí đường ống dẫn quạt và khí. 3.4 Tính toán kết cấu và kích thước lò 3.4.1 Kích thước bao nung Dựa vào kích thước ngói ta chọn kích thước bao nung như sau: - Chiều cao ngoài cùng: Hnb = 200 (mm). - Chiều cao trong cùng: Htb = 180 (mm). - Chiều dài: Lb = 240 (mm). - Chiều rộng ngoài cùng: Wnb = 288 (mm). - Chiều rộng trong cùng: Wtb = 218 (mm). 3.4.2 Bố trí các bao nung, số lượng viên ngói trên một xe goòng Cách bố trí các bao nung trên một xe goòng được thể hiện như hình 2.3. Các bao nung được xếp thành 3 hàng, mỗi hàng gồm 5 bao nung xếp sát với nhau và được xếp
Lê Minh Sơn
Trang 11
Bài tập lớnThiết kế lò Tunnel xe goòng
Nhóm 7
chồng lên nhau 5 lớp. Khoảng hở giữa 2 hàng bao nung là 250 mm, khoảng hở giữa bao nung và mép xe goòng là 70 mm. Như vậy số bao nung trên một xe goòng là:
Hin ̀ h 0.1 Bố trí bao nung trên xe goòng Nbn = nhb× nbh × nbc =3×5×5 = 75 (bao nung). Trong đó, nhb: Số hàng bao nung trên một xe goòng, nhb = 3 hàng. nbh: Số bao nung trên một hàng, nbh = 5 bao nung. nbc: Số bao nung trên một chồng, nbc = 5 bao nung. Mỗi bao nung xếp được 16 viên ngói, mỗi xe goòng xếp được 75 bao nung, xếp đứng từng viên ngói, chiều dài song song với chiều chuyển động của xe goòng. Do đó số lượng viên ngói trên mỗi xe goòng là: nviên = 16 × Nbn = 16 × 75 = 1200 (viên). 3.4.3 Số lượng xe goòng Số lượng xe goòng cần thiết là: Lê Minh Sơn
Trang 12
Bài tập lớnThiết kế lò Tunnel xe goòng
Nxe = =
Q
Nhóm 7
[1]
X ×n
6000000 300 ×1200
= 16.667 (xe). Ta thấy: Nxe × α = 16.667 × 1.05 = 17.5 Nên ta chọn: Nxe = 18. Trong đó, Q: là năng suất yêu cầu, Q = 6000000 viên/năm. X: số ngày làm việc, X = 300 ngày. nviên: số lượng viên ngói trên mỗi xe goòng, nviên = 1200 viên. α: hệ số làm việc, α = 1.05.
[1]
3.4.4 Kích thước khối xếp, xe goòng và kích thước bên trong lò Chiều dài khối xếp: Lkx = nhb× Lb = 3 × 240 = 720 (mm). Chiều rộng khối xếp: Wkx = nbh× Wnb = 5 × 288 = 1440 (mm). Chiều cao khối xếp: Hkx = nbc× Hnb = 5 × 200 = 1000 (mm). Trong đó, nhb: Số hàng bao nung trên một xe goòng, nhb = 3 hàng. nbh: Số bao nung trên một hàng, nbh = 5 bao nung. nbc: Số bao nung trên một chồng, nbc = 5 bao nung. Wnb: Chiều rộng ngoài cùng của bao nung, Wnb = 288 mm. Lb: Chiều dài của bao nung, Lb = 240 mm. Lê Minh Sơn
Trang 13
Bài tập lớnThiết kế lò Tunnel xe goòng
Nhóm 7
Hnb: Chiều cao ngoài cùng của bao nung, Hnb = 200 mm. Chiều dài xe goòng: Lx = Lkx + 4×Khb = 720 + 4 × 250 = 1720 (mm). Chiều rộng xe goòng: Wx = Wkx + 2×Kb = 1440 + 2 × 70 = 1580 (mm). Trong đó, Khb: Khoảng hở giữa các hàng bao nung, Khb = 250 mm. Kb: Khoảng hở giữa khối xếp với mép xe goòng, Kb = 70 mm. Chiều dài bên trong lò: Ltr = Lx × Nxe = 1720 × 18 = 30960 (mm). Chiều rộng bên trong lò: Wtr = Wx + 2×hth = 1580 + 2 × 20 = 1620 (mm). Chiều cao bên trong lò: Htr = Hkx + Hg + hdc + hn = 1000 + 800 + 50 + 300 = 2150 (mm). Trong đó, Nxe: Số xe goòng trong một chu kì nung, Nxe = 18 xe. hdc: Khoảng hở giữa xe goòng và đầu/cuối lò, hdc = 50 mm. Hg: Chiều cao xe goòng, Hg = 800 mm. hth: Khoảng hở giữa xe goòng và thành lò, hth = 20 mm. hn: Khoảng hở từ nền đến đáy xe goòng, hn = 300 mm. Lê Minh Sơn
Trang 14
Bài tập lớnThiết kế lò Tunnel xe goòng
Nhóm 7
3.4.5 Chiều dài mỗi zone và số xe goòng mỗi zone Chiều dài zone sấy đốt nóng: t dn T
Ldn L tr
= 30960 ×
[1] 8 24
= 10320 (mm). Số xe goòng trong zone đốt nóng:
N dn =
Ldn Lx
[1]
10320 1720
= 6 (xe). Chiều dài zone nung: L n L tr
tn T
= 30960 ×
[1] 4 24
= 5160 (mm). Số xe goòng trong zone nung:
Nn =
Ln Lx
[1]
5160 1720
= 3 (xe). Chiều dài zone làm nguội: Lln L tr
t ln T
= 30960 ×
[1] 12 24
= 15480 (mm).
Lê Minh Sơn
Trang 15
Bài tập lớnThiết kế lò Tunnel xe goòng
Nhóm 7
Số xe goòng trong zone làm nguội:
N ln =
Lln Lx
[1]
15480 1720
= 9 (xe). Tốc độ vận chuyển trung bình của xe goòng: Vtb
=
L tr T
[1]
30960 24
= 1290 (mm/giờ). Trong đó, Ltr: chiều dài bên trong lò, Ltr = 30960 mm. Lx: chiều dài xe goòng, Lx = 1720 mm. T: thời gian một chu kì nung, T = 24 giờ. tdn: thời gian đốt nóng sản phẩm, tdn = 8 giờ. tn: thời gian nung sản phẩm, tn = 4 giờ. tln: thời gian làm nguội sản phẩm, tln = 12 giờ.
Lê Minh Sơn
Trang 16
Bài tập lớnThiết kế lò Tunnel xe goòng
Nhóm 7
Chương 4 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN 4.1 Tính toán kết cấu sơ bộ của lò Thông số tính toán kích thước sơ bộ của lò được thể hiện trong bảng 4.1 Bảng 0.1 Thông số tính toán kết cấu sơ bộ của lò Ký Thông số tính toán
hiệu
Giá trị
Đơn vị
Chiều cao ngoài cùng bao nung
Hnb
200
mm
Chiều cao trong cùng bao nung
Htb
180
mm
Chiều dài bao nung
Lb
240
mm
Chiều rộng ngoài cùng bao nung
Wnb
288
mm
Chiều rộng trong cùng bao nung
Wtb
218
mm
Số lượng bao nung trên một xe goòng
Nbn
75
bao nung
16
viên
Số lượng viên ngói trên một bao nung Số lượng viên ngói trên một xe goòng
nviên
1200
viên
Số lượng xe goòng sử dụng
Nxe
18
xe
Chiều rộng khối xếp
Wkx
1440
mm
Chiều dài khối xếp
Lkx
720
mm
Chiều cao khối xếp
Hkx
1000
mm
Lê Minh Sơn
Trang 17
Bài tập lớnThiết kế lò Tunnel xe goòng
Nhóm 7
4.2 Tính toán kích thước lò Thông số tính toán kích thước lò thể hiện trong bảng 4.2 Bảng 0.1 Thông số tính toán kích thước lò Ký Thông số tính toán
hiệu
Giá trị
Đơn vị
Chiều rộng xe goòng
Wx
1580
mm
Chiều dài xe goòng
Lx
1720
mm
Chiều dài bên trong lò
Ltr
30960
mm
Chiều rộng bên trong lò
Wtr
1620
mm
Chiều cao bên trong lò
Htr
2150
mm
Chiều dài zone sấy đốt nóng
Ldn
10320
mm
Chiều dài zone nung
Ln
5160
mm
Chiều dài zone làm nguội
Lln
15480
mm
Số lượng xe goòng ở zone sấy đốt nóng
Ndn
6
xe
Số lượng xe goòng ở zone nung
Nn
3
xe
Số lượng xe goòng ở zone làm nguội
Nln
9
xe
Tốc độ vận chuyển trung bình của xe goòng
Vtb
1290
mm/giờ
Lê Minh Sơn
Trang 18
Bài tập lớnThiết kế lò Tunnel xe goòng
Nhóm 7
Chương 5 KẾT LUẬN 5.1 Ưu điểm Lò nung tunnel xe goòng có nhiều ưu điểm như là: quá trình nung nóng liên tục, chênh lệch nhiệt độ theo chiều cao trong lò giảm so với các loại lò khác nên sản phẩm có chất lượng tốt, có hình dạng đều và ổn định. Dễ dàng thực hiện các quá trình tự động hóa, cơ giới hóa, giảm nhẹ sức lao động nâng cao năng suất, đạt hiệu quả kinh tế cao [1]. 5.2 Khuyết điểm Tuy nhiên, lò tunnel xe goòng vẫn còn nhiều nhược điểm như chi phí đẩu tư ban đầu lớn, chiếm nhiều diện tích mặt bằng, khó thay đổi chế độ nhiệt, do đó chỉ có thể nung tốt một loại sản phẩm [1].
Lê Minh Sơn
Trang 19
Bài tập lớnThiết kế lò Tunnel xe goòng
Nhóm 7
TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đ. H. Nguyễn. Lò nung gốm sứ và vật liệu chịu lửa, lò nung clinke xi măng và vôi, lò nấu thủy tinh và frit (lò silicat). Hà Nội: NXB Bách Khoa Hà Nội, 2014. [2] Sacmi, Applied Ceramic Technology – Vol 1,2, Imola (BO) Italy, 2005. [3] M. Đ. Vũ. Công nghệ gốm xây dựng. Hà Nội: NXB Xây Dựng. [4] Quy luật chuyển động của khí trong lò.Internet: http://www.thuvientailieu.vn/tailieu/quy-luat-chuyen-dong-cua-khi-trong-lo-22979/, 28/12/2013. [5]Gốm bát tràng. Internet: https://vi.wikipedia.org/wiki/Gốm_Bát_Tràng, 4/12/2017. [6] N.T.N.Giàu. Thiết kế lò tunnel xe goòng, 2015.
Lê Minh Sơn
Trang 20
BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ SILICAT 2
THIẾT KẾ LÒ NUNG TUNNEL XE GOÒNG Nhóm thực hiện: Nhóm 7 GVHD: ThS. Lê Minh Sơn
Tp. Hồ Chí Minh, 18 tháng 11 năm 2018
Bài tập lớnThiết kế lò Tunnel xe goòng
Nhóm 7
DANH SÁCH THÀNH VIÊN THỰC HIỆN
STT
Họ và tên
MSSV
1
Nguyễn Ngọc Lan Anh
1610079
2
Nguyễn Bảo Ngân
1612164
3
Đỗ Ngọc Châu Ngân
1612157
Lê Minh Sơn
Trang ii
Bài tập lớnThiết kế lò Tunnel xe goòng
Nhóm 7
MỤC LỤC Trang DANH SÁCH THÀNH VIÊN THỰC HIỆN ..................................................................ii MỤC LỤC ...................................................................................................................... iii DANH MỤC HÌNH ẢNH ............................................................................................... v DANH MỤC BẢNG ........................................................................................................ 1 Chương 1 .......................................................................................................................... 2 TỔNG QUAN .................................................................................................................. 2 Chương 2 .......................................................................................................................... 3 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG .................................................................. 3 2.1 Cấu tạo........................................................................................................................ 3 2.1.1 Tường lò và trần lò ............................................................................................. 3 2.1.2 Nền lò .................................................................................................................. 4 2.1.3 Van cát, máng cát................................................................................................ 5 2.1.4 Khung lò ............................................................................................................. 5 2.1.5 Hệ thống thoát khói............................................................................................. 5 2.1.6 Xe goòng ............................................................................................................. 6 2.1.6.1 Khung kim loại ............................................................................................ 6 2.1.6.2 Lớp gạch lót ................................................................................................. 7 2.1.7 Bao nung ............................................................................................................. 7 2.1.8 Thiết bị đẩy xe lò ................................................................................................ 8 2.2 Nguyên lý hoạt động .................................................................................................. 8 Chương 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ BẢN ................................................................ 9 3.1 Lưu đồ tính toán thiết kế ............................................................................................ 9 3.2 Chọn gạch cho tường lò ........................................................................................... 10 3.2.1 Lớp trong cùng .................................................................................................. 10 Lê Minh Sơn
Trang iii
Bài tập lớnThiết kế lò Tunnel xe goòng
Nhóm 7
3.2.2 Lớp gạch xốp cách nhiệt ................................................................................... 10 3.2.3 Lớp gạch xây dựng ........................................................................................... 11 3.3 Chọn gạch cho vòm lò.............................................................................................. 11 3.4 Tính toán kết cấu và kích thước lò ........................................................................... 11 3.4.1 Kích thước bao nung ......................................................................................... 11 3.4.2 Bố trí các bao nung, số lượng viên ngói trên một xe goòng ............................. 11 3.4.3 Số lượng xe goòng ............................................................................................ 12 3.4.4 Kích thước khối xếp, xe goòng và kích thước bên trong lò ............................. 13 3.4.5 Chiều dài mỗi zone và số xe goòng mỗi zone .................................................. 15 Chương 4 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN ............................................................................... 17 4.1 Tính toán kết cấu sơ bộ của lò ................................................................................. 17 4.2 Tính toán kích thước lò ............................................................................................ 18 Chương 5 KẾT LUẬN ................................................................................................... 19 5.1 Ưu điểm .................................................................................................................... 19 5.2 Khuyết điểm ............................................................................................................. 19 TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................. 20
Lê Minh Sơn
Trang iv
Bài tập lớnThiết kế lò Tunnel xe goòng
Nhóm 7
DANH MỤC HÌNH ẢNH Trang Hình 2.1 Cấu tạo một modun lò [1] ................................................................................. 3 Hình 3.1 Lưu đồ tính toán thiết kế ................................................................................... 9 Hình 3.2 Bố trí bao nung trên xe goòng ......................................................................... 12
Lê Minh Sơn
Trang v
Bài tập lớnThiết kế lò Tunnel xe goòng
Nhóm 7
DANH MỤC BẢNG Trang Bảng 4.1 Thông số tính toán kết cấu sơ bộ của lò ......................................................... 17 Bảng 4.2 Thông số tính toán kích thước lò .................................................................... 18
Lê Minh Sơn
Trang 1
Bài tập lớnThiết kế lò Tunnel xe goòng
Nhóm 7
Chương 1 TỔNG QUAN Lò tunnel là loại lò hiện đại nhất hiện nay dùng trong công nghiệp gốm sứ và vật liệu chịu lửa, ngày càng hoàn thiện hơn về mặt cấu tạo cũng như tự động hóa điều khiển hoạt động của lò. Lò tunnel được sử dụng ở giai đoạn cuối cùng của dây chuyền sản xuất để hoàn thành sản phẩm đó là sấy đốt nóng và nung bán thành phẩm. Sấy và nung là hai khâu công nghệ quan trọng quyết định đến chất lượng của sản phẩm và các chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật của sản xuất. Lò tunnel là một hầm rất dài so với chiều rộng. Vật liệu nung được xếp lên xe goòng, nhờ chuyển động tịnh tiến của xe goòng vật liệu nung chuyển động liên tục từ đầu này đến đầu kia của lò. Thông thường lò tunnel được chia làm 3 vùng là vùng sấy đốt nóng, vùng nung và vùng làm nguội. Ở mỗi vùng có đặc điểm cấu tạo riêng, có chế độ nhiệt riêng và có kích thước xác định [1].
Lê Minh Sơn
Trang 2
Bài tập lớnThiết kế lò Tunnel xe goòng
Nhóm 7
Chương 2 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG 2.1 Cấu tạo Với các lò hiện đại, có cấu tạo từng modun rất tiện cho việc lắp ráp, vận hành và sửa chữa. Cấu tạo một modun lò như hình 2.1.
Hin ̀ h 2.1 Cấu tạo một modun lò [1] Trong đó:
1 - Khung lò 2 - Vòm lò 3 - Tường lò 4 - Đường ray xe goòng 5 - Gạch cách nhiệt 6 - Lớp thép bảo vệ 7 - Máng cát 8 - Lỗ quan sát 9 - Lỗ tra cát
2.1.1 Tường lò và trần lò Tường và trần lò tunnel xây dựng sao cho nhiệt độ mặt ngoài của zôn nung không quá 80 – 90oC và mặt ngoài của zôn khác không quá 45 – 60oC. Lựa chọn vật liệu xây lò căn cứ vào đường cong nung. Nếu nhiệt độ trong lò không quá 600oC thì có thể dùng gạch đỏ nhưng tốt nhất vẫn dùng gạch chịu lửa cấp thấp. Nhiệt độ trong lò khoảng1000oC thì thường xây một lớp 230 mm samot, một lớp gạch samot nhẹ và bên Lê Minh Sơn
Trang 3
Bài tập lớnThiết kế lò Tunnel xe goòng
Nhóm 7
ngoài là gạch đỏ. Khi nhiệt độ zôn nung đạt đến 1500oC, thì từ phạm vi trên 1200oC phải dùng gạch chịu lửa silica hay dinat, cao alumin. Khi nhiệt độ đạt đến 1600 – 1800oC thì bên trong phải xây bằng gạch chịu lửa mulit, corindon, manhêdi crôm với chiều dày đến hai viên, sau đó là gạch nhẹ và gạch đỏ. Chiều dày tổng của tường lò có thế lên đến 1m[2,3]. Trần lò xây theo kiểu vòm cung với chiều cao của cung 1/5 - 1/6 chiều rộng của lò. Khi nhiệt độ cao, nếu dùng gạch cao alumin thì chiều cao vòm lò phải cao hơn so với gạch dinas vì gạch dinas có độ giãn nở lớn hơn gạch cao alumin. Việc sử dụng gạch chịu lửa dinas phải chú ý vì khi giản nỡ nhiệt, vòm lò sẽ nâng cao lên nên dễ hở và khí nóng thoát ra ngoài. Đó cũng là nguyên nhân khí chuyển động ở trên và như thế nhiệt độ nhiệt độ phía trên càng cao hơn phía dưới. Trong trường hợp đó, phải có lớp gạch thứ hai phủ lên trên để ngăn ngừa khí trong lò lọt ra ngoài. [1] Chiều dày vòm lò thường từ 200 – 300 mm, trên đó là gạch cách nhiệt với lớp xỉ 100 – 250 mm. Khi sử dụng vòm cung thì khe hở giữa vật liệu xếp trong lò và vòm thường lớn và khí nóng càng dễ đi nghĩa là càng dễ tăng chênh lệch nhiệt độ. Để khắc phục tình trạng trên người ta có thể dùng trần phẳng với gạch treo thay cho trần lò xây theo kiểu vòm cung. Tuy nhiên còn phụ thuộc vào điều kiên kinh tế và kỹ thuật. [1] Trước khi xây gạch cần phải chuẩn bị mái khuôn làm bằng gỗ. Vòm xây được dùng nhiều ở các lò có kích thước không lớn lắm, nhiệt độ làm việc không cao, cấu trúc đơn giản. Để giữ cho vòm được chắc, mỗi vòng gạch đều có một viên gạch khóa ở đỉnh vòm. Ta sử dụng loại gạch búa để xây vòm, hai bên tường sử dụng gạch chân vòm để tạo thế vững chắc cho vòm. Cả tường và trần lò đều phải chừa khe giãn nở nhiệt khi xây, chiều rộng của khe này phụ thuộc vào loại vật liệu sử dụng cũng như nhiệt độ làm việc. 2.1.2 Nền lò Với lò tunnel, hệ thống xe goòng đóng vai trò nền lò. Lò làm việc liên tục nên trong khi chạy lò có thể có mảnh vỡ rơi xuống sàn lò do đó khe giữa lớp lót trên xe với tường lò cần đảm bảo nguyên tắc trên hẹp dưới rộng, như vậy mới thoát được dễ dàng Lê Minh Sơn
Trang 4
Bài tập lớnThiết kế lò Tunnel xe goòng
Nhóm 7
mảnh vỡ khi nó rơi vào khe. Thông thường khe này có chiều rộng 20 – 50 mm. Với sự cách nhiệt tốt để đảm bảo độ bền cho khung xe goòng và đường ray thì nhiệt độ dưới nền xe goòng không cao lắm. Do đó, vật liệu làm nền lò không đòi hỏi cao về kĩ thuật, ở đây ta sử dụng bê tông chịu nhiệt. 2.1.3 Van cát, máng cát Van cát là một máng thép dày 1cm hình chữ U, bên trong chứa đầy cát mịn chạy dọc theo hai bên theo chiều dài lò. Van cát có tác dụng ngăn ngừa không khí lạnh lọt vào zone đốt nóng hoặc ngăn không cho khí trong zone làm nguội thoát ra [1]. Dọc theo lò ta ghép một máng bằng thép bên trong chứa đầy cát. Hai bên thành xe goòng cũng được ghép các tấm thép, khi xe gòng chuyển động các tấm thép này sục vào máng cát, do đó dao thép và van cát tạo một van thủy lực, tăng độ kín cho lò [1]. Khi goòng chuyển động, không tránh khỏi rơi cát ra khỏi máng, vì vậy ở tường lò cần chừa một số lỗ tra cát vào máng. Để tránh cản trở chuyển động của xe goòng người ta thường dùng cát mịn. Cần phải bổ sung cát định kì để bù lại lượng cát rơi khỏi máng khi xe goòng chuyển động. 2.1.4 Khung lò Khung lò được làm bằng cột trụ thép và thanh giằng có tác dụng ngăn lực đẩy của tường, giữ đúng hình dáng lò và cốt thép. Phần dưới trụ được gắn chặt với móng, phần trên có kết cấu thanh giằng bulông.Khung lò phải đảm bảo chắc chắn và không biến dạng [1,2]. 2.1.5 Hệ thống thoát khói Hệ thống thoát khói làm nhiệm vụ dẫn khói thải của lò thoát ra môi trường, có ảnh hưởng đến sự chuyển động của khí và chế độ áp suất trong lò.Hệ thống thoát khói càng ngắn, càng thẳng càng tốt [4]. Bao gồm các bộ phận chính sau: - Các đường kênh khói, cống khói và ống khói. - Quạt hút và các thiết bị khác như van khói, thiết bị trao đổi nhiệt.
Lê Minh Sơn
Trang 5
Bài tập lớnThiết kế lò Tunnel xe goòng
Nhóm 7
Vị trí và số lượng miệng kênh khói được bố trí phù hợp với cơ học khí trong lò, thường nằm trên đáy lò, nơi có áp suất gần bằng không [4]. Cống khói làm nhiệm vụ dẫn khói từ kênh khói đến ống khói. Ở các lò lớn, cống khói thường đi ngầm trong xưởng tới nơi đặt ống khói. Trên đường thoát khói, thường đặt các van khói để điều chỉnh lượng khói thải và chế độ áp suất trong lò [4]. Ống khói có độ cao công nghệ tạo nên sức hút hình học thắng mọi trở lực trên đường thoát khói để đưa khói thải ra ngoài môi trường. Ngoài ra ống khói còn có tác dụng phát tán khí bụi thảo ô nhiêm nên cần có chiều cao thích hợp. Ống khói được xây dựng bằng vật liệu chịu lửa khi nhiệt độ khói >400˚C hay bằng kim loại khi nhiệt độ khói <400˚C. Tốc độ khói thải trong kênh và cống khói là 1 – 3 m/s, trong ống khói là 3 – 4 m/s [4]. Nếu trong xưởng có nhiều lò thì có thể dùng chung một hệ thống thoát khói nhưng phải đảm bảo lưu lượng tổng khi thoát khói đồng thời và lực hút của ống khói chung, tính theo đường dẫn khói có trở lực lớn nhất [4]. 2.1.6 Xe goòng Trong lò vật liệu nung được vận chuyển trên các xe goòng. Cấu tạo xe goòng gồm 2 bộ phận chính: bộ phận kim loại và lớp lót chịu lửa. [1] Cấu tạo xe goòng cơ bản giống như xe của lò con thoi. Tuy nhiên xe của lò tunnel nói chung lớn hơn nhiều về kích thước cũng như tải trọng. Về mặt nguyên tắc cũng có khung ép, lớp lót chịu lửa ziczac, van cát và bánh xe [3]. Kích thước bánh xe dao động trong khoảng 300 – 500 mm được chạy trên ổ trượt hay ổ bi với mỡ bôi trơn chịu được nhiệt đến 1500C. Xe goòng lăn trên đường ray với chiều rộng của đường ray thông thường là 600 – 1200 mm. Với những lò có năng suất cao chiều rộng này có thể lên tới 3 – 6 m [3]. 2.1.6.1 Khung kim loại Bộ phận kim loại là khung bằng thép hay gang chịu nhiệt được hàn hoặc vít chặt với nhau. Khung phải đảm bảo chắc chắn, không biến dạng. Dưới khung có 4 bánh xe
Lê Minh Sơn
Trang 6
Bài tập lớnThiết kế lò Tunnel xe goòng
Nhóm 7
có đường kính từ 0,3 – 0,5 m chạy bằng ổ bi hay ổ trượt. Nhiệt độ ổ bi có thế đến 150oC nên phải dùng mỡ bôi trơn nếu không sẽ bị phá hủy ở nhiệt độ này. Kích thước xe goòng phụ thuộc kích thước lò. Xe gòng dịch chuyển phải êm, nhẹ nhàng và thẳng. Bánh xe goòng lăn trên hai đường rây có chiều rộng từ 0,6 – 1,2 m. Đường rây phải phẳng, phải kẹp chặt để tránh đổ vỡ sản phẩm. 2.1.6.2 Lớp gạch lót Trên phần kim loại là lớp lót chịu lửa đóng vai trò nền lò và bảo vệ bộ phận kim loại. Chiều dày lớp lót từ 0,25 – 0,7m gồm : - Tấm amian hay bông gốm - Gạch cách nhiệt samot - Gạch chịu lửa trên cùng. Hiện nay thường dùng bê tông chịu nhiệt để tạo bề mặt goòng. Bê tông dùng chất kết dính là xi măng alumin, xi măng portland, thủy tinh lỏng với phụ gia gầy samot, cromít. Để tránh bức xạ nhiệt từ lò đến phần kim loại, cũng như tăng trở lực dòng khí qua khe hở giữa lớp lót hai xe goòng, cần tạo khe hở có hình zic zắc có chiều rộng từ 2 – 3 cm. Càng xuống dưới khe càng rộng để tránh mảnh vỡ làm hư lớp lót. Khe hở giữa hai lớp lót của xe goòng có bít kín tạm thời bằng lớp vữa samot, để khi hai xe goòng tiếp xúc nhau, tránh hư hại lớp lót đồng thời tăng độ kín mặt goòng. Để tránh hư hại tường lò, lớp lót xe goòng được xây bằng vật liệu kém bền hơn so với tường lò. 2.1.7 Bao nung Trước đây, các lò gốm Bát Tràng dùng một loại gạch vuông ghép lại làm bao nung. Loại gạch này sau hai ba lần sử dụng trong lò đạt đến độ lửa cao và cứng gần như sành (đó chính là gạch Bát Tràng nổi tiếng) [5]. Bao nung thường được làm bằng đất sét chịu lửa có màu xám sẫm trộn đều với bột gạch hoặc bao nung hỏng nghiền nhỏ (gọi là sa mốt) với tỉ lệ 25–35% đất sét và 65–75% sa mốt. Người ta dùng một lượng nước vừa đủ để trộn đều và đánh nhuyễn Lê Minh Sơn
Trang 7
Bài tập lớnThiết kế lò Tunnel xe goòng
Nhóm 7
chất hỗn hợp này rồi đem in (dập) thành bao nung hay đóng thành gạch ghép ruột lò. Bao nung thường hình trụ để cho lửa có điều kiện tiếp xúc đều với sản phẩm. Tuỳ theo sản phẩm mà bao nung có kích thước không giống nhau nhưng phổ biến hơn cả là loại có đường kínhtừ 15-30 cm, dày 2–5 cm và cao từ 5-40 cm. Một bao nung có thể dùng từ 15 đến 20 lần [5]. 2.1.8 Thiết bị đẩy xe lò Để đẩy xe trong lò, người ta dùng thiết bị đẩy kiểu cơ hay thủy lực và đôi khi dùng cả kiểu tời. Đầu pittong có gắn thanh đẩy và thanh đẩy này cũng chuyển động trên bánh xe nhỏ theo đường ray. Khi pittong đến vị trí định sẵn thì van sẽ mở, dầu sẽ thoát ra khỏi xi lanh và kết thúc lực đẩy đồng thời xe lò đã đạt vị trí cần thiết. Ở lò lớn thường dùng kiểu thủy lực vì có nhiều ưu điểm là lực đẩy tăng lên từ từ và khi đạt đến lực cần thiết thì xe sẽ chuyển động và khi ngừng cũng ngừng nhẹ nhàng. Máy đẩy thủy lực có lực đẩy lên tới 40 tấn lực , tốc độ 0,4 m/phút, chiều dài đẩy 2,5m. 2.2 Nguyên lý hoạt động 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 [1]. Lò có thể được đốt bằng nhiều loại nhiên liệu khác nhau như: dầu mazút, than, gas...Thời gian cho 1 chu kì nung được tính từ lúc xe goòng vào lò đến khi ra lò [3]. 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.Ở vùng nung nhiên liệu được cung cấp thông qua các béc phun ở hai bên tường.Ởvùng nung, nhiệt độ của vật liệu đạt giá trị cao nhất, sản phẩm cháy được chuyển sang vùng đốt nóng gặp các xe goòng chứa mộc đang đi vào lòvà đốt nóng dần lên trước khi các xe goòng đi vào vùng nung. Khói lò được thải ra ngoài qua quạt hút dẫn vào ống khói [1].
Lê Minh Sơn
Trang 8
Bài tập lớnThiết kế lò Tunnel xe goòng
Nhóm 7
Chương 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ BẢN 3.1 Lưu đồ tính toán thiết kế Dựa trên cơ sở các đặc điểm của quy trình công nghệ sản xuất sứ vệ sinh, lưu đồ tính toán cơ bản được xây dựng như trong hình 3.1.
Hin ̀ h 0.1 Lưu đồ tính toán thiết kế
Lê Minh Sơn
Trang 9
Bài tập lớnThiết kế lò Tunnel xe goòng
Nhóm 7
3.2 Chọn gạch cho tường lò 3.2.1 Lớp trong cùng - Sử dụng gạch chịu lửa Samot loại A theo TCVN vì có những ưu điểm sau: + Có độ chịu lửa lớn. + Nhiệt độ biến dạng dưới tải trọng cao 1300˚C. + Độ xốp lớn nên cách nhiệt tốt. + Tương đối rẻ so với các loại vật liệu chịu lửa khác. - Các đặc điểm chính: + Hệ số dẫn nhiệt: λ = 0,7 + 65.10-5t kcal/mh˚C. + Tỉ nhiệt: C = 0,2 + 63.10-6t kcal/kg˚C. + Khối lượng riêng: γ = 2 T/m3. + Độ chịu lửa: 1680 - 1770˚C. + Nhiệt độ biến dạng dưới tải 1300˚C. - Chọn chiều dày lớp gạch chịu lửa: + Vùng nung: 345 mm. + Vùng sấy – đốt nóng và vùng làm nguội: 230 mm. 3.2.2 Lớp gạch xốp cách nhiệt - Sử dụng loại gạch Samot xốp. - Các đặc điểm chính: + Hệ số dẫn nhiệt: λ = 0,24 + 20.10-5t kcal/mh˚C. + Tỉ nhiệt: C = 0,21 kcal/kg˚C. + Khối lượng riêng: γ = 0,95 T/m3. + Độ chịu lửa: 1300 - 1400˚C. + Nhiệt độ biến dạng dưới tải 850 - 970˚C. - Chọn chiều dày lớp gạch cách nhiệt: + Vùng nung: 460 mm. + Vùng sấy – đốt nóng: 230 mm. + Vùng làm nguội: 345 mm. Lê Minh Sơn
Trang 10
Bài tập lớnThiết kế lò Tunnel xe goòng
Nhóm 7
3.2.3 Lớp gạch xây dựng - Lớp gạch xây dựng nằm ở ngoài cùng có mục đích là để gia cố cho tường lò thêm vững chắc và giảm thất thoát nhiệt ra môi trường xung quanh. - Các đặc điểm chính: + Hệ số dẫn nhiệt: λ = 0,4 + 44.10-5t kcal/mh˚C. + Tỉ nhiệt: C = 0,21 kcal/kg˚C. + Khối lượng riêng: γ = 1,6 T/m3. + Độ chịu lửa: 500 - 600˚C. + Nhiệt độ biến dạng dưới tải 300˚C. - Chọn chiều dày lớp gạch xây dựng cho cả 3 vùng: 230 mm. 3.3 Chọn gạch cho vòm lò Gạch vòm lò gồm 3 lớp: + Lớp trong cùng là lớp vật liệu Samot chịu lửa. + Lớp tiếp theo là lớp vật liệu Samot xốp cách nhiệt. + Bên trên là lớp gạch xây dựng cùng với lớp bê tông chịu nhiệt thuận lợi cho việc bố trí đường ống dẫn quạt và khí. 3.4 Tính toán kết cấu và kích thước lò 3.4.1 Kích thước bao nung Dựa vào kích thước ngói ta chọn kích thước bao nung như sau: - Chiều cao ngoài cùng: Hnb = 200 (mm). - Chiều cao trong cùng: Htb = 180 (mm). - Chiều dài: Lb = 240 (mm). - Chiều rộng ngoài cùng: Wnb = 288 (mm). - Chiều rộng trong cùng: Wtb = 218 (mm). 3.4.2 Bố trí các bao nung, số lượng viên ngói trên một xe goòng Cách bố trí các bao nung trên một xe goòng được thể hiện như hình 2.3. Các bao nung được xếp thành 3 hàng, mỗi hàng gồm 5 bao nung xếp sát với nhau và được xếp
Lê Minh Sơn
Trang 11
Bài tập lớnThiết kế lò Tunnel xe goòng
Nhóm 7
chồng lên nhau 5 lớp. Khoảng hở giữa 2 hàng bao nung là 250 mm, khoảng hở giữa bao nung và mép xe goòng là 70 mm. Như vậy số bao nung trên một xe goòng là:
Hin ̀ h 0.1 Bố trí bao nung trên xe goòng Nbn = nhb× nbh × nbc =3×5×5 = 75 (bao nung). Trong đó, nhb: Số hàng bao nung trên một xe goòng, nhb = 3 hàng. nbh: Số bao nung trên một hàng, nbh = 5 bao nung. nbc: Số bao nung trên một chồng, nbc = 5 bao nung. Mỗi bao nung xếp được 16 viên ngói, mỗi xe goòng xếp được 75 bao nung, xếp đứng từng viên ngói, chiều dài song song với chiều chuyển động của xe goòng. Do đó số lượng viên ngói trên mỗi xe goòng là: nviên = 16 × Nbn = 16 × 75 = 1200 (viên). 3.4.3 Số lượng xe goòng Số lượng xe goòng cần thiết là: Lê Minh Sơn
Trang 12
Bài tập lớnThiết kế lò Tunnel xe goòng
Nxe = =
Q
Nhóm 7
[1]
X ×n
6000000 300 ×1200
= 16.667 (xe). Ta thấy: Nxe × α = 16.667 × 1.05 = 17.5 Nên ta chọn: Nxe = 18. Trong đó, Q: là năng suất yêu cầu, Q = 6000000 viên/năm. X: số ngày làm việc, X = 300 ngày. nviên: số lượng viên ngói trên mỗi xe goòng, nviên = 1200 viên. α: hệ số làm việc, α = 1.05.
[1]
3.4.4 Kích thước khối xếp, xe goòng và kích thước bên trong lò Chiều dài khối xếp: Lkx = nhb× Lb = 3 × 240 = 720 (mm). Chiều rộng khối xếp: Wkx = nbh× Wnb = 5 × 288 = 1440 (mm). Chiều cao khối xếp: Hkx = nbc× Hnb = 5 × 200 = 1000 (mm). Trong đó, nhb: Số hàng bao nung trên một xe goòng, nhb = 3 hàng. nbh: Số bao nung trên một hàng, nbh = 5 bao nung. nbc: Số bao nung trên một chồng, nbc = 5 bao nung. Wnb: Chiều rộng ngoài cùng của bao nung, Wnb = 288 mm. Lb: Chiều dài của bao nung, Lb = 240 mm. Lê Minh Sơn
Trang 13
Bài tập lớnThiết kế lò Tunnel xe goòng
Nhóm 7
Hnb: Chiều cao ngoài cùng của bao nung, Hnb = 200 mm. Chiều dài xe goòng: Lx = Lkx + 4×Khb = 720 + 4 × 250 = 1720 (mm). Chiều rộng xe goòng: Wx = Wkx + 2×Kb = 1440 + 2 × 70 = 1580 (mm). Trong đó, Khb: Khoảng hở giữa các hàng bao nung, Khb = 250 mm. Kb: Khoảng hở giữa khối xếp với mép xe goòng, Kb = 70 mm. Chiều dài bên trong lò: Ltr = Lx × Nxe = 1720 × 18 = 30960 (mm). Chiều rộng bên trong lò: Wtr = Wx + 2×hth = 1580 + 2 × 20 = 1620 (mm). Chiều cao bên trong lò: Htr = Hkx + Hg + hdc + hn = 1000 + 800 + 50 + 300 = 2150 (mm). Trong đó, Nxe: Số xe goòng trong một chu kì nung, Nxe = 18 xe. hdc: Khoảng hở giữa xe goòng và đầu/cuối lò, hdc = 50 mm. Hg: Chiều cao xe goòng, Hg = 800 mm. hth: Khoảng hở giữa xe goòng và thành lò, hth = 20 mm. hn: Khoảng hở từ nền đến đáy xe goòng, hn = 300 mm. Lê Minh Sơn
Trang 14
Bài tập lớnThiết kế lò Tunnel xe goòng
Nhóm 7
3.4.5 Chiều dài mỗi zone và số xe goòng mỗi zone Chiều dài zone sấy đốt nóng: t dn T
Ldn L tr
= 30960 ×
[1] 8 24
= 10320 (mm). Số xe goòng trong zone đốt nóng:
N dn =
Ldn Lx
[1]
10320 1720
= 6 (xe). Chiều dài zone nung: L n L tr
tn T
= 30960 ×
[1] 4 24
= 5160 (mm). Số xe goòng trong zone nung:
Nn =
Ln Lx
[1]
5160 1720
= 3 (xe). Chiều dài zone làm nguội: Lln L tr
t ln T
= 30960 ×
[1] 12 24
= 15480 (mm).
Lê Minh Sơn
Trang 15
Bài tập lớnThiết kế lò Tunnel xe goòng
Nhóm 7
Số xe goòng trong zone làm nguội:
N ln =
Lln Lx
[1]
15480 1720
= 9 (xe). Tốc độ vận chuyển trung bình của xe goòng: Vtb
=
L tr T
[1]
30960 24
= 1290 (mm/giờ). Trong đó, Ltr: chiều dài bên trong lò, Ltr = 30960 mm. Lx: chiều dài xe goòng, Lx = 1720 mm. T: thời gian một chu kì nung, T = 24 giờ. tdn: thời gian đốt nóng sản phẩm, tdn = 8 giờ. tn: thời gian nung sản phẩm, tn = 4 giờ. tln: thời gian làm nguội sản phẩm, tln = 12 giờ.
Lê Minh Sơn
Trang 16
Bài tập lớnThiết kế lò Tunnel xe goòng
Nhóm 7
Chương 4 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN 4.1 Tính toán kết cấu sơ bộ của lò Thông số tính toán kích thước sơ bộ của lò được thể hiện trong bảng 4.1 Bảng 0.1 Thông số tính toán kết cấu sơ bộ của lò Ký Thông số tính toán
hiệu
Giá trị
Đơn vị
Chiều cao ngoài cùng bao nung
Hnb
200
mm
Chiều cao trong cùng bao nung
Htb
180
mm
Chiều dài bao nung
Lb
240
mm
Chiều rộng ngoài cùng bao nung
Wnb
288
mm
Chiều rộng trong cùng bao nung
Wtb
218
mm
Số lượng bao nung trên một xe goòng
Nbn
75
bao nung
16
viên
Số lượng viên ngói trên một bao nung Số lượng viên ngói trên một xe goòng
nviên
1200
viên
Số lượng xe goòng sử dụng
Nxe
18
xe
Chiều rộng khối xếp
Wkx
1440
mm
Chiều dài khối xếp
Lkx
720
mm
Chiều cao khối xếp
Hkx
1000
mm
Lê Minh Sơn
Trang 17
Bài tập lớnThiết kế lò Tunnel xe goòng
Nhóm 7
4.2 Tính toán kích thước lò Thông số tính toán kích thước lò thể hiện trong bảng 4.2 Bảng 0.1 Thông số tính toán kích thước lò Ký Thông số tính toán
hiệu
Giá trị
Đơn vị
Chiều rộng xe goòng
Wx
1580
mm
Chiều dài xe goòng
Lx
1720
mm
Chiều dài bên trong lò
Ltr
30960
mm
Chiều rộng bên trong lò
Wtr
1620
mm
Chiều cao bên trong lò
Htr
2150
mm
Chiều dài zone sấy đốt nóng
Ldn
10320
mm
Chiều dài zone nung
Ln
5160
mm
Chiều dài zone làm nguội
Lln
15480
mm
Số lượng xe goòng ở zone sấy đốt nóng
Ndn
6
xe
Số lượng xe goòng ở zone nung
Nn
3
xe
Số lượng xe goòng ở zone làm nguội
Nln
9
xe
Tốc độ vận chuyển trung bình của xe goòng
Vtb
1290
mm/giờ
Lê Minh Sơn
Trang 18
Bài tập lớnThiết kế lò Tunnel xe goòng
Nhóm 7
Chương 5 KẾT LUẬN 5.1 Ưu điểm Lò nung tunnel xe goòng có nhiều ưu điểm như là: quá trình nung nóng liên tục, chênh lệch nhiệt độ theo chiều cao trong lò giảm so với các loại lò khác nên sản phẩm có chất lượng tốt, có hình dạng đều và ổn định. Dễ dàng thực hiện các quá trình tự động hóa, cơ giới hóa, giảm nhẹ sức lao động nâng cao năng suất, đạt hiệu quả kinh tế cao [1]. 5.2 Khuyết điểm Tuy nhiên, lò tunnel xe goòng vẫn còn nhiều nhược điểm như chi phí đẩu tư ban đầu lớn, chiếm nhiều diện tích mặt bằng, khó thay đổi chế độ nhiệt, do đó chỉ có thể nung tốt một loại sản phẩm [1].
Lê Minh Sơn
Trang 19
Bài tập lớnThiết kế lò Tunnel xe goòng
Nhóm 7
TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đ. H. Nguyễn. Lò nung gốm sứ và vật liệu chịu lửa, lò nung clinke xi măng và vôi, lò nấu thủy tinh và frit (lò silicat). Hà Nội: NXB Bách Khoa Hà Nội, 2014. [2] Sacmi, Applied Ceramic Technology – Vol 1,2, Imola (BO) Italy, 2005. [3] M. Đ. Vũ. Công nghệ gốm xây dựng. Hà Nội: NXB Xây Dựng. [4] Quy luật chuyển động của khí trong lò.Internet: http://www.thuvientailieu.vn/tailieu/quy-luat-chuyen-dong-cua-khi-trong-lo-22979/, 28/12/2013. [5]Gốm bát tràng. Internet: https://vi.wikipedia.org/wiki/Gốm_Bát_Tràng, 4/12/2017. [6] N.T.N.Giàu. Thiết kế lò tunnel xe goòng, 2015.
Lê Minh Sơn
Trang 20
