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

Độc lập – Tự Do – Hạnh Phúc

Bộ Môn Kỹ Thuật Nhiệt

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
Thành Phần

Cd

Hd

Od

Nd

Sd

Ad

Wd

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 ;
- Nhiệt độ nung trước : + Không khí : tKK = 350 0C
+ Nhiên liệu : tđầu = 1100C

tcuối = 12000 C
nung 100%
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


5,4

1,0

2,0

2,1

1,0

5,4

1,0

2,0

2,1

1,0

Nguyễn Đức Mỹ VLH – Nhiệt Luyện K47

18,0

0,056

8,755x3,762
0,056

_

_

_

_

_

0,031

_

2,700
_

_

_

7,099

_

_

_

_

_

_

O2

N2

m3

33,007 43,168 966,985

kmol

Tổng Cộng

21

79

100

100

14,316 5,349 0, 060 3,387 76,886

100

100

10,506 39,523 50,029 1120,65 7,375 2,756 0,031 1,745 39,608 51,515 1160,382

32,936 41,691 933,878 7,375 2,756 0,031

m

kmol

3

H2O

CO2

SO2

Sản phẩm cháy

32,936+0,071

8,755

_

_

_

0,031

2,700

7,375

kmol

Tổng cộng

8,755+32,936

_

0,071

0,031

2,700

7,375

kmol

kmol

N2

41,691x22,4

_

28,0

32,0

2,0

12,0

Phân tử

O2

Lưọng

Không khí

Chất tạo thành

43,169x22,4

100

88,50

kg

Khối lg Khối lg

88,50

%

Nhiên liệu

Chất tham gia

Đồ án Thiết Kế Lò Nung Kim Loại

3


%

n =1,2

n =1

W

A

N

S

H

C

Ng.tố

Đồ án Thiết Kế Lò Nung Kim Loại

1.2.4 Bảng cân bằng khối lƣợng
Bảng cân bằng khối lƣợng

Bảng 1-3
Chất tham gia cháy

Chất

Sản phẩm cháy tạo thành

Công thức tính Đơn vị
[kg]

Nhiên
Liệu

Dầu
FO

Không

100

O2

10,506.32

336,192

Chất

Đơn vị
[kg]

Công thức

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

Khí
N2

39,523.28

1106,644

 SPC = 1540,896

 A = 1542,836

B

=

d

 SPC + A

= 1540,896 + 2,1 = 1542,996
Đánh giá sai số.
% =

 A   B 100%  1542,836  1542,996 100%  0,0103%
1542,836
A

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

100.Vn

[ kg / m3 ]

 SPC  1542,996 ,

với

100Vn = 1160,382

Thay số ta có

0

=

1542,996
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

i

=

Qtd inl ikk .ln. f
 
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
 i =

Ln = 11,206 [m3/kg]

35647,5  2,17.110  463,75.11, 206
 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 :t1Chọn : 21000C < tl t < 22000C  i1< i  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)

= 0,01(14,316 5186,8+5,349 4121,8+76,886 3132,0+3,387.3314,9+0,060 4049,9)
=3485,79 [kj/m tc3 ]
- i2 = i2200 = 0,01(CO2.iCO2+ H2O.iH2O+N2.iN2 +O2.iO2+ SO 2.iSO2)

Nguyễn Đức Mỹ VLH – Nhiệt Luyện K47

6


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]
i1 = 3485,79< i2 = 3669,96 Thoả mãn giả thiết đã chọn

Như vậy
Tính tlt

i  i1
( t2-t1) + t1 = 3540,720  3485,79 (2200  2100)  2100
i 2 i1
3669,96  3485,79

tlt

=

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

ttt =  tlt

Sử dụng công thức :

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]
Ln
Vn

3
3
[m tc/kg] [m tc/kg][kg/m3tc]

11,206

11,603 1,327

tlt

Sản phẩm cháy [%]

ttt

CO2

H2O

O2

N2

SO2

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
Thành
– Nhiệt
phần thể
Luyện
tích của
K47sản phẩm cháy [%]
Chất

CO2

H2O

SO2

O2

7

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

t2k
tm3

1200

t4k
t4m

tt3

t4t

1000
800
600
400

t1k
t2m
t2t

200
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
 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
tktb =



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 .
tktb

t3k  t4 k 1350  1300
=
= 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

ttb

k

t1k  t 2 k 700  1350


 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

 Hệ số hiệu chỉnh

 co : Độ đen của khí CO2
2

 H O : Độ đen của H2O
2

Từ bảng 1-2 ta có % CO2 = 14,316 % nên PCO = 0,14316 [at]
% H2O = 5,349% nên PH O = 0,05349 [at]
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
2

2

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 ]
M H2 O  0,058[at.m]
theo các giản đồ hình 24,25,26 trang 16,17[1] ta có
2

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

Vậy :

  1,03

 k   CO   H O  0,12  1,03.0,07  0,1921
2

2

 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
 2,065
1  0,1921
 1,845
0,8  0,19211  0.1921 

0,1921
Vậy :
Cqd=2,065 [W/m2.K4]
2.2.3.3 Hệ số trao đổi nhiệt tổng cộng (   [w/m.K]
Cqd  0,8.5,7

   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

 bx =Cqd

4

 T1   T2 

 

 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 

 

100
  100   54201.103  87.865
  bx =2,065. 
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

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

Giá trị t [ư/m.K]

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
Hình 2.1 Sự phụ thuộc của  vào nhiệt độ

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
tm 

t k tb  t m 2 1025  600

 0, 423
t k tb  t m1 1025  20

b)_Tiêu chuẩn Biô sơ bộ.
ta có công thức : Bi =

  .ST
 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
502,4  400 

400  600
200

.102, 4

54,179  47,805
.102,4  50,915
200
0
502,4 =50,915 [w/m. C]
63,422  63,422  45,575  50,915
cx 
 55,833
4
cx  55,833[w / m. 0C].
= 54,179 





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
1
1
tc kl  t2t   t m 2  t2t   522,5   600  522,5 
3
3
kl
0
tc  548,333  C 
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 :
a  3, 6

Trong đó

tb
 .C p

:

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 ;
CP 

i2  i1
[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
.51,667  300,573
i548,333 = i600 - 600 500 .51,667  338,6 

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
=
 1,091[h]
 S 
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
3

tmtb = tm2 + ( tm3 –tm2)
Trong đó : tm2 =6000C , tm3 = 12000C.


2
3

tmtb =600+ (1200-600)=10000C

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
 2,658
0,8  0,1765 1  0,8  
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 
[W/m2.K]
 bx  Cqd
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]
4
4
1350  273  1000  273 
 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

Tính

sb :

St = 0,11 [m]

sb 

2m  2t  3m



600  522,5  1200

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
522,5  400 

400  600

200
522,5  50,275[ w / m.K ]

.122,5  54,179 

54,179  47,805
.122,5
200

47,805  50,275  46,531
 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
.118,3
 1118,3 =  1000- 1000

200
43,344  46,531
.118,3  45,229
 43,344 
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


sb =

t3t  1110,025[ 0C ]
Nhiệt độ trung bình của phôi thép (theo chiều dày ) cuối vùng nung
1
1
tckl  t3t   t3m  t3t   1110,025  1200  1110,025  1140,016[ 0C ]

3
3
kl
0
tc  1140,016[ C ]

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 :

a  3,6.

tb

kl .Ckl

[m2/h]

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
.51,667
100
356,0  280,5
i1  356,0 
.51,667  316,991[kj / k ]
100
i1  i548,333  i600 

i1200  i1100
.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.
F0  2s =2,4
Từ tiêu chuẩn
St
i2  i1140,016  i1200 

F0 .ST 2 2,4.0,112

 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:

n 

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.

tb 
tb 

d m   t d  cm  ct
4

1200  1110,025  1200  1183,5

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 ]

1183,5  1000 

1000  1200

.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
 46,106[ w / m.K ]
Vậy tb 
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
3

1
3

tklc(đn) = t4t+ (ttm – tt4) = 1183,5 + (1200 – 1183,5) = 11890C

tklc(đn) = 1189[0C]
Vậy

tckl  tdkl 1140,016  1189
 1164,508[0 C ]
ttb 
=
2
2

Nguyễn Đức Mỹ VLH – Nhiệt Luyện K47

20