Tính Cân Băng Nhiệt Tính Công Suất Điện Của Lò Nhiệt Độ Ram 520 0c ; Nhiệt Độ Liệu Khi Vào Lò 20 0c

1

TÍNH CÂN BĂNG NHIỆT
TÍNH CÔNG SUẤT ĐIỆN CỦA LÒ
( Nhiệt độ ram 520 [0C] ; nhiệt độ liệu khi vào lò 20 [0C] )
ĐẶT VẤN ĐỀ

( FILE NÀY CHỈ ĐỌC, KHÔNG SỬA ĐƯỢC )

Trong thiết kế lò nhiệt luyện, việc tính toán cân bằng nhiệt và công suất của lò rất quan trọng .
Để lò thiết kế được duyệt cho chế tạo và đưa vào sử dụng trong sản xuất thì bản thiết kế phải đạt
được các tiêu chí đề ra như :
-

Lò phải đảm bảo được tốc độ nâng nhiệt và đạt được nhiệt độ cao nhất do thiết kế đưa ra.

-

Lò phải đảm bảo được thời gian nâng nhiệt nhanh ( không được chậm quá ).

-

Lò đạt được năng suất dự kiến nhưng suất tiêu hao điện năng phải nhỏ (kW.h/1tấn KL ) .

Để đạt được các tiêu chí trên thì tính toán cân bằng nhiệt và công suất lò rất quan trọng. Khi
thiết kế, phải tính toán sao cho công suất điện của lò phải phù hợp với năng suất lò ,nhưng công
suất lò chỉ vừa đủ , không quá dư, đảm bảo lò có tuổi thọ làm việc lâu dài.
Ngoài việc tính toán cân bằng nhiệt thì việc chọn lựa vật liệu chịu nóng, vật liệu cách nhiệt và
chiều dầy các lớp thể xây phải được quan tâm để thể xây lớp bên trong không bị quá nhiệt và vỏ
lò có nhiệt độ thấp cho phép; tổn thất nhiệt do dẫn nhiệt qua tường, nóc, đáy có giá tri nhỏ.
I. TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT LÒ.

A. TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT CỦA LÒ:
Lò ram làm việc liên tục, lò có thể ram ở nhiệt độ thấp ( 220 [ 0C] ); có thể ram ở nhiệt độ cao
( 520 [0C] ). Khi tính toán cân bằng nhiệt và chọn công suát điện của lò, ta tính cho công nghệ
ram ở 520 [0C].
Nhiệt độ của chi tiết đưa vào lò là :20 [oC] ( ta tính cho trường hợp xấu nhất là bi nguội )
Tổng lượng nhiệt cần chi cho lò (Qchi) được tính như sau:


TỔNG LƯỢNG NHIỆT CHI

TÍCH NHIÊT KHÔNG CÓ Q6 = 0

DẪN NHIỆT QUA CÁC ĐẦU DÂY DẪN

BỨC XẠ NHIỆT QUA KHE VÀ CỬA

X

DẪN NHIỆT QUA TƯƠNG, NÓC

= hệ số K

NHIỆT ĐỂ NUNG NÓNG KHAY

CÔNG SUẤT ĐIỆN CỦA LÒ

NHIỆT ĐỂ NUNG NÓNG KIM LOẠI

DÂY ĐIỆN TRỞ CẤP NHIỆT

2

PLÒ : Về phương diện lý thuyết thì tổng lượng nhiệt thu của lò P LÒ bằng tổng lượng nhiệt chi
của lò, nhưng trong thực tế, để bảo đảm cung cấp đủ nhiệt cho lò ngay cả khi lưới điện bị sụt
áp, ta phải lấy nhiệt thu cao hơn tổng lượng nhiệt chi Q1
.

Q2

Q3

Q4

Q5

Q6

PLÒ = K Qchi
X

Lò ram thiết kế là lò điện trở, vậy lượng nhiệt thu của lò là lượng nhiệt do dây điện trở tỏa ra khi
có dòng điện chạy qua dây điện trở.
Hệ số K = 1,1 ÷ 1,25 . Giá trị này được chọn theo kiểu lò, theo chế độ làm việc gián đoạn hay
liên tục, theo điều kiện điện áp lưới và theo giá trị tuyệt đối của Qchi lớn hay nhỏ.

Qchi : Tổng lượng nhiệt để nung nóng kim loại (lượng nhiệt hữu ích ) , nung nóng các khay
chứa liệu và các lượng nhiệt tổn thất của lò.

Trong tính toán cân bằng nhiệt của lò ở chuyên đề 2, ta tính cho trường
hợp ram các chi tiết có nhiệt độ ram cao ( nhiệt độ ram 520 [ 0C] ) và

nhiệt độ của liệu đưa vào lò có nhiệt độ thấp ( t1 = 20 [0C] )


3
1. Nhiệt dùng để nung nóng kim loại.

Q1 = Gkl.Ctrung bình kim loại. ( t2 – t1)/3600
+

[ kW]

Gkl : Năng suất của lò ram [kg/h] ;
Theo thiết kế, năng suất lò ram phải đạt 30 [tấn/ ngày đêm]
vậy Gkl = 30.000 /24 = 1250 [ kg/h]

+

Ctrung bình k.l: Nhiệt dung riêng khối lượng trung bình của kim loại trong khoảng nhiệt độ
và t2

[ kJ/kg.độ].;

t1

Ctrung binh kim loai = 0,523 [kJ/kg.độ]

+

t1: Nhiệt độ kim loại khi chất vào lò (oC); t1= 20 [0C] ( tính với trường hợp liệu nguội )

+

t2: Nhiệt độ kim loại khi ra lò [oC] ; t2 = 520 [0C] ( nhiệt độ kim loại khi ram cao nhất )

Q1 = Gkl.Ctrung bình kim loại. ( t2 – t1)/3600

( kW)

Q1 = 1250. 0,523 . ( 520 – 20)/3600 = 90,80 ( kW)
Q1= 90,80 kW

2. Nhiệt dùng để nung nóng khay chứa liệu ( chứa bi ram ).

Q2 = Gkhay chứa bi Ctrung bình khay .( t2 – t1)/3600

[kW]

Trong đó:
Gkhay: Khối lượng của các khay ra khỏi lò trong một giờ [ kg/h ]
Theo tính toán ở mục II (tính các kích thước nội hình của lò ) ta có: mỗi giờ ra khỏi lò 3 khay;
khối lượng của một khay bằng 220 [kg/khay].

Gkhay = 3. 220 = 660 [kg/h]

Ctrung bình khay: Nhiệt dung riêng khối lượng trung bình của vật liệu làm khay trong khoảng nhiệt độ
t1 và t2 [ kJ/kg.độ ] ;

Ctrung bình khay = 0,523 [kJ/kg.độ]

t1: Nhiệt độ của khay khi chất vào lò ; t1= 20 [0C] ( tính với trường hợp khay nguội )

t2: Nhiệt độ của khay khi ra khỏi lò ; t2 =520 [0C] ( tính theo công nghệ ram có nhiệt độ cao )

Q2 = Gkhay chứa bi Ctrung bình khay .( t2 – t1)/3600
Q2 = 660 . 0,523 . ( 520 – 20 ) /3600 = 47,94
Q2 = 47,94 kW

[kW]
[kW]


4
3. Nhiệt tổn thất do dẫn nhiệt qua các thể xây của lò ( qua tường, qua nóc, qua đáy ).
 Công thức tính toán dẫn nhiệt qua thể xây một hoặc nhiều lớp :

Q3 =

t trong − tkk
. Fbê mat trao đôi nhiêt .10 −3 [kW ] (*)
δ
1
∑( i ) +
λi
α kk

Ta có thể viết công thức (*) ở dạng tổng quát cho lớp tường thứ i như sau:

t −t
Q3i = i i +1 . Fbê mat trung binh thu i .10 −3 [kW ]
∂i
λi

ti − ti +1
δi

Q3i =

.10 −3 [kW ]

λi . Fbê mat trung binh thu i
Ta có thể viết công thức (*) ở dạng tổng quát cho tường lò nhiều lớp như sau:

Q3 =

∑(

t trong − tkk

δi

λi . Fbê mat trung binh thu i

) +

1

.10 −3 [kW ]

α kk . Fbê mat ngoai cua tuong

Vậy dòng nhiệt dẫn nhiệt từ bề mặt trong của tường lò tới không khí của môi trường qua bức
tường lò gồm nhiều lớp được tính theo công thức :

Q3 =

Ta gọi Ri =

∑ Ri

t trong − tkk
.10 −3 [kW ]
1
+
α kk . Fbê mat ngoai cua tuong

δi

K
[ ] là nhiệt trở của lớp tường thứ i có tính tới
λi . Fbê mat trung binh thu i W

diện tích trung bình của bề mặt bên trái và bề mặt bên phải của lớp tường thứ i .


5
Fbề mặt trung binh thu i : Diện tích bề mặt trung bình của lớp tường thứ i khi hai bề mặt của lớp tường
này không có diện tích bằng nhau

Fbê mat trung bình thu i = Fbên trai lop i x Fbên phai lop i [m 2 ]
t trong : Nhiệt độ trung bình tại bề mặt trong của tường lò [oC ]
tkk: Nhiệt độ không khí bao quanh lò [oC].
δi : Chiều dày lớp thứ i của tường lò ( nóc lò, đáy lò) [m]

λi : Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu ứng với lớp thứ i của tường [W/m.K]
αkk : Hệ số trao đổi nhiệt từ bề mặt ngoài của tường lò tới không khí bao quanh [W/m 2.K]
10-3 Giá trị chuyển đổi đơn vị đo từ [W] sang [kW]
 Tính diện tích các bề mặt của tường lò và diện tích bề mặt trung bình của tường lò.
+ Các kích thước bên trong của lò :
Chiều dài nội hình lò: 8,04 [m]
Chiều cao nội hình lò: 0,746 [m]
Chiều rộng nội hình lò : 0,92 [m]
Chiều rộng của nóc lò: 1,03 [m]. ( tính theo dây cung )
+ Tính diện tích bề mặt trong của tường lò, nóc lò,đáy lò, cửa lò.

1tuong ben
tuong
Ftrong
= ( Ftrong
. 2 bên ) = (8,04 .0,746) .2 = 11,99568 [m 2 ]
nóc
Ftrong
=1,03 . 8,04 = 8,2812 [m 2 ]
đáy

Ftrong = 0,92 . 8,04 = 7,3968 [m 2 ]
cua
Ftrong
= (0,8 . 0,92 ) . 2cua = 1,472 [m 2 ]
+ Các kích thước bên ngoài của lò
Chiều dài ngoại hình lò: 8,5 [m]
Chiều cao ngoại hình lò: 1,72 [m]
Chiều rộng ngoại hình lò : 1,64 [m]

6
+ Tính diện tích bề mặt ngoài của tường lò, nóc lò, đáy lò, cửa lò.

tuong
Fngoai
= (8,5 .1,72) . 2bên = 29,24 [m 2 ]
nóc
Fngoai
= (8,5 .1,64) = 13,94 [m 2 ]
đáy
Fngoai
= (8,5 .1,64) = 13,94 [m 2 ]
cua
Fngoai
= (1,49 .1,2) . 2cua = 3,576 [m 2 ]
+ Tính diện tích bề mặt trung bình của tường lò, nóc lò, đáy lò, cửa lò.

tuong
tuong tuong
2
Ftrung
bình = Ftrong . Fngoai = 11,99568 . 29,24 = 18,724 [ m ]
nóc
Ftrung
bình =

nóc
nóc
Ftrong

.Fngoài
= 8,2812 . 13,94 = 10,7443 [ m 2 ]

đáy
Ftrung
bình =

đáy
đáy
Ftrong
.Fngoài
= 7,3968 . 13,94 = 10,1544 [ m 2 ]

cua
Ftrung
bình =

cua
cua
Ftrong
.Fngoài
= 1,472 . 3,576 = 2,2534 [ m 2 ]

 Tính hệ số dẫn nhiệt λ :
Đối với lớp gạch sa mốt A :

λ = 0,407 + 0,000349 . ttb

Đối với lớp gạch diatômít :

λ = 0,279 + 0,000233. ttb

[

Đối với lớp bông cách nhiệt: λ = 0,0756 + 0,000233. ttb

W
]
m.K

Trong đó ttb là nhiệt độ trung bình của lớp gạch tương ứng [0C].
-

Nhiệt độ trong lò: ttrong = 520 [oC] ( theo công nghệ ram ở nhiệt độ cao )

Để tính được giá trị nhiệt độ trung bình của từng lớp gạch, ta phải biết được nhiệt độ ở hai bề
mặt của mỗi lớp. Nhiệt độ tiếp xúc giữa các lớp phải giả thiết trước để tính, sau đó sẽ tính kiểm
tra lai, nếu giá trị kiểm tra lại xấp xỉ với giá trị giả thiết thì chấp nhận giá trị tính toán là đúng.
Theo kinh nghiệm thực tế, ta giả thiết các giá trị nhiệt độ sau:
-

Nhiệt độ tiếp xúc giữa lớp gạch samốt (lớp1 )với lớp gạch ditômít (lớp2); t(1-2) = 400 [oC]

-

Nhiệt độ tiếp xúc giữa lớp gạch diatômít với lớp bông cách nhiệt (lớp 3); t(2-3) =:270 [oC]

-

Nhiệt độ giữa lớp bông cách nhiệt ( lớp3)với vỏ tôn ; tngoài = 50 [0C]

7
Tính hệ số dẫn nhiệt cho từng lớp tường :
+ Lớp tường gạch sa mốt :

t trong + t (1− 2)
W
[
]
2
m.K
520 + 400
W
λ sa môt = 0,407 + 0,000349.
= 0,567 [
]
2
m.K

λ sa môt = 0,407 + 0,000349 .

+ Lớp tường gạch điatômít :

λđiatômit = 0,279 + 0,000233 .

t(1− 2) + t( 2 −3)

2
400 + 270

W
λđiatômit = 0,279 + 0,000233.
= 0,357 [
]
2
m.K
+ Lớp bông cách nhiệt :

t (2 − 3) + t ngoai W
[
]
2
m.K
270 + 50
W
λbông cách nhiêt = 0,0756 + 0,000233.
= 0,1128 [
]
2
m.K

λbông cách nhiêt = 0,0756 + 0,000233 .

 Chiều dầy các lớp tường lò
+ Chiều dầy lớp gạch samốt :

δsamôt = 0,115 [m]

+ Chiều dầy lớp gạch điatômit :

δđitômit = 0,115 [m]

+ chiều dầy lớp bông cách nhiệt

δbông cach nhiêt = 0,075 [m]

 Tính diện tích bề mặt trung bình của các lớp tường lò :
+ Diện tích bề mặt trong của tường lò :

1tuong ben
tuong
Ftrong
= ( Ftrong
. 2 bên ) = (8,04 .0,746) .2 = 11,99568 [m 2 ]
+ Diện tích bề mặt tiếp xúc giữa lớp 1 và lớp 2 là:

2
F(tuong
1− 2) = (8,23 .1,206 ) . 2bên = 19,80576 [m ]
+ Diện tích bề mặt tiếp xúc giữa lớp 2 và lớp 3 là:

2
F(tuong
=
(
8
,
345
.
1

,
52
)
.
2
=
25
,
3688
[
m
]
bên
2 −3)


8
+ Diện tích bề mặt bên ngoài của lớp 3 ( coi bằng bề mặt ngoài của vỏ tôn bọc lò ) :

tuong

tuong

F(3 − vo lò ) = Fngoài = (8,5 . 1,72 ) . 2 bên = 29,24 [m 2 ]
+ Diện tích bề mặt trung bình của lớp thứ nhất ( lớp gạch samốt ) là:

lop1
tuong tuong =
Ftrung
11,99568 . 19,85076 =15,4312 [m 2 ]

bình = Ftrong .F(1− 2)
+ Diện tích bề mặt trung bình của lớp thứ hai ( lớp samốt ) là:

lop 2
tuong
tuong =
Ftrung
19,80576 . 25,3688 = 22,4408 [m 2 ]
bình = F(1− 2) . F( 2 −3)
+ Diện tích bề mặt trung bình của lớp thứ ba ( lớp bông cách nhiệt) là:

lop 3
tuong tuong
= 25,3688 . 29,27 = 27,2357 [ m 2 ]
Ftrung
bình = F( 2 −3) .F(3− vo lò )
 Tính nhiệt trở của lớp tường lò thứ i :

Ri =

δi

K
[ ]
λi . Fbê mat trung binh lop thu i W

+ Nhiệt trở của lớp tường thứ nhất ( lớp tường samốt )

Rlop samôt =

δ samôt
lop 1

λ samôt . Ftrung bình

=

0,115
K
= 0,01314 [ ]
0,567 .15,4312
W

+ Nhiệt trở của lớp tường thứ hai ( lớp tường điatomit )

Rđiatômit =

δ điatômit
lop 2

λđiatômit . Ftrung bình

=

0,115
K
= 0,01435 [ ]
0,357 . 22,4408
W

+ Nhiệt trở của lớp tường thứ ba ( lớp bông cách nhiệt )

Rbông cách nhiêt =
Rbông cách nhiêt =

δ bông cách nhiêt
lop 3

λbông cách nhiêt . Ftrung bình
0,075
K
= 0,0244 [ ]
0,1128 . 27,2357
W


9
+ Nhiệt trở từ bề mặt lớp tôn vỏ lò đến không khí bao quanh lò :

Rvo lò − không khí =
+ Tổng nhiệt trở của tường lò :

tuong

RΣ

1
tuong
α kk . Fngoai

=

1
K
= 0,00297 [ ]
11,514 . 29,24
W

RΣtuong :

= Rsamôt + Rđiatômit + Rbông cách nhiêt + Rvo lò − không khi

K
RΣtuong = 0,01314 + 0,01435 + 0,0244 + 0,00297 = 0,05486 [ ]
W
3.1. Tổn thất nhiệt qua tường lò :

Q3tuong lo =

ttrong − tkk
RΣtuong

=

520 − 20
= 9114 [W ] = 9,114 [kW ]
0,05486

Q3tuong lo = 9,114 [kW ] ( * )
+ Kiểm tra lại nhiệt độ tiếp xúc giữa các lớp tường :

a. ) Nhiệt độ bề mặt tiếp xúc giữa lớp 1 và lớp 2: t(1-2)

t(1− 2) = ttrong − Q3tuong lo . Rsamôt = 520 − 9114 . 0,01314 = 400,24 [0 C ]
( Giá trị này đúng với nhiệt độ giả thiết ( 400 [0C] ) ban đầu )
b.) Nhiệt độ bề mặt tiếp xúc giữa lớp 2 và lớp 3: t(2-3)

t( 2 −3) = t(1− 2) − Q3tuong lo . Rđiatômit = 400,24 − 9114 . 0,01435 = 269,45 [0 C ]
( Giá trị này đúng với nhiệt độ giả thiết ( 270 [ 0C] ) ban đầu )
c.) Nhiệt độ bề mặt tiếp xúc giữa lớp 3 và vỏ tôn của lò: t (3-vỏ lò )

tuong lò

t (3 − vo lò) = t ( 2 − 3) − Q3

. Rbông cách nhiêt

t (3 − vo lò) = 269,45 − 9114 . 0,0244 = 47,07 [ 0 C ]
( Giá trị này gần đúng với nhiệt độ giả thiết ( 50 [0C] ) ban đầu )


10
Tính tổn thất nhiệt do dẫn nhiệt qua tường lò theo công thức tổng quát:

Q3tuong =

t trong − tkk
tuong
−3
. Fbê
.

10
[kW ] (*)
mat trung bình trong và ngoai
δi
1
∑( )+
λi α kk

F tuong

bê mat trung bình trong và ngoai

tuong tuong
Ftrong
.Fngoai

=

tuong
2
Fbê
=
11
,
99568
.
29
,
24
=

18
,
724
[
m
]
mat trung bình trong và ngoai

Q3tuong =

520 − 20
.18,7284 . 10 −3 [kW ] (*)
0,115 0,115 0,075
1
(
+
+
)+
0,567 0,357 0,1128 11,514
Q3tuong = 7,335 [kW ] ( * * )

3.2. Tổn thất nhiệt qua nóc lò :
+ Chiều dầy các lớp thể xây của nóc lò :
- Lớp samốt có chiều dày

δsamốt = 0,115 [m]

- Lớp bông cách nhiệt có chiều dày

δ bông cách nhiệt = 0,2 [m]

+ Nhiệt độ trong lò và nhiệt độ tại bề mặt tiếp xúc giữa các lớp :
-

Nhiệt độ trong lò: ttrong = 520 [oC] ( theo công nghệ ram ở nhiệt độ cao )

-

Giả thiết nhiệt độ giữa lớp gạch samốt với lớp bông cách nhiệt là: t(1− 2)

-

Giả thiết nhiệt độ giữa lớp bông cách nhiệt với vỏ tôn là: t( 2 − vo)

nóc

nóc

= 40 [ 0 C ]

Các giá trị nhiệt độ giả thiết này sẽ được kiểm tra sau khi tính

Q3nóc

+ Diện tích bề mặt nóc lò ứng với các lớp :
-

= 446 [ 0 C ]

Diện tích bề mặt trong của nóc lò :

nóc
Ftrong
= 8,04 . 1,03 = 8,2812 [m 2 ]


11
-

Diện tích bề mặt tiếp xúc giữa lớp 1 và lớp 2

F(nóc
1− 2)

2
F(nóc
=
8
,
23
.
1
,
26
=
10
,
3698
[
m

]
1− 2)
-

Diện tích bề mặt tiếp xúc giữa lớp 2 và lớp vỏ tôn

F(nóc
2 − vo lò )

nóc
2
F(nóc
=
F
=
8
,
5
.
1
,
64
=
13
,
94
[
m
]
ngoai

2 − vo lò)
- Diện tích bề mặt trung bình của lớp thứ nhất ( lớp samốt )
nóc
nóc
nóc
2
Ftrung
binh lop 1 = Ftrong . F(1− 2) = 8,2812 .10,3698 = 9,2668 [m ]

-

Diện tích bề mặt trung bình của lớp thứ 2 ( lớp bông cách nhiêt ):
nóc
nóc
nóc
2
Ftrung
=
F
.
F
=
10
,
3698
.
13
,
94
=

12
,
0231
[
m
]
binh lop 2
(1− 2) ( 2 − vo lo )

+ Tính hệ số dẫn nhiệt của vật liệu ứng với các lớp thể xây nóc lò :
- Lớp samôt:
nóc
ttrong
+ t(nóc
1− 2)
nóc
λsamot = 0,407 + 0,0003489 .

2
520 + 446
λnóc
= 0,5755
samot = 0,407 + 0,0003489 .
2
-

[

W
]

m. K

Lớp bông cách nhiệt :

t (nóc
+ t (nóc
1
−
2
)
2−vo lo)
nóc
λbông
=
0
,
0756
+
0
,
0002326
.
cách nhiet
2
nóc
λbông
cách nhiet = 0,0756 + 0,0002326 .

446 + 40
W

= 0,1321 [
]
2
m.K

+ Nhiệt trở của các lớp thể xây nóc lò :
-

Nhiệt trở của lớp samốt :
nóc
R samôt
=

nóc
δ samôt
nóc
λ samôt . Ftrung
binh lop 1

=

0,115
K
= 0,02156 [ ]
0,5755 . 9,2668
W


12
-

Nhiệt trở của lớp bông cách nhiệt :
nóc
δ bông
cách nhiêt

nóc
Rbông
cách nhiêt =

noc
λbông cách nhiêt . Ftrung
0,2
nóc
Rbông
=
cách nhiêt 0,1321. 12,0231 = 0,1259

binh lop 2

K
[ ]
W

- Nhiệt trở từ bề mặt vỏ lò tới lớp không khí bao quanh lò :
nóc
Rvo
=
lò − kk

1
nóc
α kk . Fngoai

=

1
K
= 0,005459 [ ]
13,14 . 13,94
W

- Tổng nhiệt trở của thể xây nóc lò
nóc
nóc
nóc
RΣnóc = R samôt
+ Rbông
cách nhiêt + Rvo lò − kk

K
RΣnóc = 0,02156 + 0,1259 + 0,005459 = 0,1529 [ ]
W
+ Tổn thất nhiệt dẫn nhiệt qua nóc lò :

nóc
nóc ttrong − t kk 520 − 20
Q3 =
=
= 3270 [W ] = 3,27 [kW ]

nóc
0
,
1529
RΣ

Q3nóc = 3,27 [kW ]
+
-

(*)

Kiểm tra lại nhiệt độ tại bề măt tiếp xúc giữa các lớp thể xây của nóc lò :
Nhiệt độ tại bề mặt tiếp xúc giữa lớp 1 và lớp 2: ( giữa lớp samôt và lớp bông cách nhiệt )
nóc
nóc nóc
0
t(nóc
1− 2) = ttrong − Q3 . Rsamot = 520 − 3270 . 0,02156 = 449,50 [ C ]

( Giá trị này xấp xỉ đúng với nhiệt độ giả thiết ( 4460C) ban đầu )
-

Nhiệt độ tại bề mặt tiếp xúc giữa lớp 2 và vỏ lò : ( giữa lớp bông cách nhiệt và vỏ lò )
nóc
nóc nóc
0
t(nóc
2 − vo lo) = t(1− 2) − Q3 .Rbông cách nhiêt = 449,5 − 3270 . 0,1259 = 37,81 [ C ]

( Giá trị này xấp xỉ đúng với nhiệt độ giả thiết ( 40 [ 0C] ) ban đầu )


13
Tính công suất nhiệt mất mát do dẫn nhiệt qua nóc lò theo công thức :
nóc
t trong
− t kk
nóc
nóc
Q3 =
. Fbê
. 10 −3
mat
trung
binh
δ
1
( i )+

∑

λi

[kW ] (*)

α kk

nóc
nóc

nóc
2
Fbê
mat trung bình = Ftrong . Fngoai = 8,2812 . 13.94 = 10,744 [m ]

Q3nóc =

520 − 40
. 10,744 . 10−3 = 2,881 [kW ] (*)
0,115
0,2
1
(
+
)+
0,5755 0,1321 13,14

Q3nóc = 2,881 [kW ] (* *)
3.3. Tổn thất nhiệt do dẫn nhiệt qua đáy lò :
+ Vật liệu và chiều dầy của các lớp thể xây đáy lò
- Lớp samốt có chiều dầy

đáy
δ samôt
= 0,23 [m]

- Lớp điatômit có chiều dầy

đáy
δ đitômit

= 0,21 [m]

( lớp 1 ):
( lớp 2 ):

+ Nhiệt độ tại bề mặt tiếp xúc giữa các lớp thể xây đáy lò:
-

Nhiệt độ bề mặt trong của đáy lò ttrong = 520 [oC] ( theo công nghệ ram bi ở nhiệt độ cao )

-

Giả thiết nhiệt độ tại bề mặt tiếp xúc giữa lớp 1 và lớp 2 : t(1− 2)

-

Giả thiết nhiệt độ tại bề mặt tiếp xúc giữa lớp 2 và vỏ tôn :

đáy

= 300 [ 0 C ]

đáy

t ( 2 − vo tôn ) = 52 [ 0 C ]

( Các giá trị nhiệt độ giả thiết này sẽ được tính kiểm tra lại sau khi tính dòng nhiệt qua đáy )
+ Tính diện tích bề mặt của các lớp :
-

Diện tích bề mặt đáy lò ở phía trong lò

đáy
Ftrong
= 8,04 . 0,92 = 7,3968 [m 2 ]


14
-

Diện tích bề mặt tiếp xúc giữa lớp 1( lớp samôt) và lớp 2 ( lớp điatômit) :

2
F(đáy
=
8
,
23
.
1
,
26
=
10
,
3698
[
m
]
1− 2)

-

Diện tích bề mặt tiếp xúc giữa lớp 2 ( lớp điatômit) và vỏ tôn:

2
F(đáy
2 − vo tôn ) = 8,5 . 1,64 = 13,94 [ m ]
-

Diện tích bề mặt trung bình của lớp 1 ( lớp samốt ):

đáy
đáy
đáy
2
Ftrung
=
F
.
F
=
7
,
3968
.
10
,
3698
=
8

,
758
[
m
]
trong
binh lop1
(1− 2)
-

Diện tích bề mặt trung bình của lớp 2 ( lớp điatômit ) :

đáy
Ftrung
binh lop 2 =

đáy
2
F(đáy
.
F
=
10
,
3698
.
13
,
94
=

12
,
0231
[
m
]
1− 2) ( 2 − vo lo )

+ Tính hệ số dẫn nhiệt của vật liệu ứng với từng lớp thể xây đáy lò :
-

Hệ số dẫn nhiệt của lớp gạch samốt

đáy
ttrong
+ t(đáy
1− 2)
λsamôt = 0,407 + 0,0003489 .
2
520 + 300
W
λsamôt = 0,407 + 0,0003489.
= 0,55 [
]
2
m.K
-

Hệ số dẫn nhiệt của lớp gạch điatômit

λđiatômit = 0,2791 + 0,0002326 .
λđiatômit = 0,2791 + 0,0002326.

đáy
t(đáy
1− 2) + t( 2 − vo lò)

2
300 + 52
W
= 0,32 [
]
2
m.K

+ Tính nhiệt trở của các lớp thể xây đáy lò :
-

Nhiệt trở của lớp samôt ( lớp 1 )
đáy
Rsamôt
=

đáy
δ samôt

đáy
λsamôt . Ftrung
binh lop 1

=

0,23
K
= 0,04775 [ ]
0,55 .8,758
W


15
-

Nhiệt trở của lớp điatômit (lớp 2)
đáy
Rđiatômit
=

-

đáy
δ điatômit

đáy
λđiatômit . Ftrung
binh lop 2

=

0,21
K

= 0,05458 [ ]
0,32 .12,0231
W

Nhiệt trở từ vỏ lò đến không khí bao quanh lò :
đáy
Rvo
− kk =

1
đáy
α kk . Fngoai

=

1
K
= 0,007615 [ ]
9,42 .13,94
W

+ Tổng nhiệt trở của đáy lò :

đáy
đáy
đáy
RΣđáy = Rsamôt
+ Rđiatômit
+ Rvo
− kk

K
RΣđáy = 0,04775 + 0,05458 + 0,007615 = 0,10994 [ ]
W
+ Dòng nhiệt tổn thất do dẫn nhiệt qua đáy lò:

Q3đáy =

đáy
ttrong
− tkk

RΣđáy

=

520 − 20
= 4548 [W ] = 4,548 [kW ]
0,10994

Q3đáy = 4,548 [kW ] ( *)
+

Kiểm tra lại nhiệt độ tiếp xúc giữa các lớp thể xây đáy lò:

- Nhiệt độ tại bề mặt tiếp xúc giữa lớp 1(samôt) và lớp 2 ( điatômit )
đáy
đáy
đáy
0

t(đáy
1− 2) = ttrong − Q3 . Rsamôt = 520 − 4548 . 0,04775 = 302,8 [ C ]

( Giá trị này xấp xỉ giá trị nhiệt độ giả thiết đã chọn 300 [ 0C] )
-

Nhiệt độ tại bề mặt tiếp xúc giữa lớp 2 ( điatômit) và vỏ tôn
đáy
đáy đáy
0
t(đáy
2 − vo ton ) = t(1− 2) − Q3 .Rđiatômit = 302,8 − 4548 . 0,05458 = 54,57 [ C ]

( Giá trị này xấp xỉ giá trị nhiệt độ giả thiết đã chọn 52 [ 0C]


16
+ Tính dòng nhiệt tổn thất do dẫn nhiệt qua đáy lò:
đáy
ttrong
− tkk
đáy
đáy
Q3 =
. Ftrung
binh [W ]
δi
1
Σ( ) +

λi

α kk

đáy
đáy
đáy
2
Ftrung
binh = Ftrong .Fngoai = 7,3968.13,94 = 10,15 [m ]

Q3đáy =

520 − 20
. 10,15 = 4411 [W ]
0,23 0,21
1
(
+
) +
0,55 0,32
13,14

Q3đáy = 4,411 [kW ] (**)
3.4 Tính nhiệt tổn thất do dẫn nhiệt qua tường cửa lò ( tại 2 đầu lò có cửa vào và ra liệu)
+ Chiều dầy các lớp thể xây :
- Lớp 1: lớp samốt có chiều dày

δsamôt = 0,115 [m]

- Lớp 2 : lớp điatômít có chiều dày δđiatômit = 0,115 [m]
- Lớp 3 : lớp bông cách nhiệt có chiều dày δbông cách nhiệt = 0,03 [m]
+ Nhiệt độ bề mặt trong và nhiệt độ tại bề mặt tiếp xúc giữa các lớp thể xây của cửa :

cua

= 520 [0 C ] ( tính theo công nghệ ram )

-

Nhiệt độ bề mặt trong của tường cửa lò : ttrong

-

Gỉa thiết nhiệt độ tại bề mặt tiếp xúc giữa lớp 1 và lớp 2: t(1− 2)

-

Gỉa thiết nhiệt độ tại bề mặt tiếp xúc giữa lớp 2 và lớp 3 : t( 2 − 3)

-

Gỉa thiết nhiệt độ tại bề mặt tiếp xúc giữa lớp 3 và vỏ tôn

cua lò

= 360 [0 C ]

cua lò

= 186 [0 C ]

lò
cua lò
0
t(cua
=
t
ngoai = 56 [ C ]
3− vo tôn )


17
+ Diện tích bề mặt các lớp thể xây của tường cửa lò :

2 cua lò
Ftrong
= (0,92 . 0,8 ) . 2cua =1,472 [m 2 ]

-

Diện tích tường cửa phía trong là :

-

Diện tích bề mặt tiếp xúc giữa lớp 1(samôt) và lớp 2 (điatômit)

2 cua lò

F(1− 2)

-

= (1,03.1,26 ) . 2 cua = 2,5956 [m 2 ]

Diện tích bề mặt tiếp xúc giữa lớp 2 ( điatômit) và lớp 3 ( bông cách nhiệt) :

2 cua lò

F(2 − 3)
-

= (1,2 .1,26 ) . 2 cua = 3,024 [m 2 ]

Diện tích bề mặt tiếp xúc giữa lớp 3 ( bông cách nhiệt) và vỏ tôn :

2 cua lò

F(3 − vo lò ) = (1,49 .1,26 ) . 2 cua = 3,576 [m 2 ]
-

Diện tích bề mặt trung bình tính cho lớp 1 ( lớp samốt )
2 cua lò

2 cua lò

Ftrung binh lop 1 = Ftrong
-

= 1,472. 2,5956 = 1,95466 [ m 2 ]

Diện tích bề mặt trung bình của lớp 2 ( lớp diaômit)
2 cua lò

Ftrung binh lop 2 =
-

2 cua lò

. F(1− 2)

2 cua lò

F(1−2)

2 cua lò

. F( 2−3)

=

2,5956 . 3,024 = 2,8016 [m 2 ]

Diện tích trung bình của bề mặt lớp 3 ( lớp bông cách nhiệt)
2 cua lò

Ftrung binh lop 3 =

2 cua lò

F( 2−3)

2 cua lò

. F(3−vo lò) =

3,024 . 3,576 = 3,288 [m 2 ]

+ Tính hệ số dẫn nhiệt của vật liệu ứng với từng lớp của tường cửa lò :
- Lớp samốt :
lò
λcua
samôt
lò
λcua
samôt

- Lớp đitômit :

cua
ttrong
+ t(cua
1− 2)
= 0,407 + 0,0003489 .
2
520 + 360
W
= 0,407 + 0,0003489.
= 0,561 [
]
2

m.K

cua
t(cua
1− 2) + t ( 2 − 3)
cua lò
λđiatômit = 0,279 + 0,0002326 .
2
lò
λcua
điatômit = 0,279 + 0,0002326.

360 + 186
W
= 0,3425 [
]
2
m.K


18
- Lớp bông cách nnhiệt:
cua
t (cua
+
t
2−3)
(3−vo lò )
cua lò
λbông cách nhiêt = 0,0756 + 0,0002326 .

2
186 + 56
W
cua lò
λbông cách nhiêt = 0,0756 + 0,0002326.
= 0,1037 [
]
2
m.K

+ Tính nhiệt trở của các lớp tường cửa lò:
- Nhiệt trở của lớp samốt ( lớp 1)

cua
Rsamôt
=
cua
Rsamôt
=

-

δ samôt

2 cua lò
λcua
samôt . Ftrung binh lop 1

0,115
K

= 0,10487 [ ]
0,561.1,95466
W

Nhiệt trở của lớp điatômit

cua
Rđiatômit
=
-

δ điatômit

2 cua lò
λcua
.
F
diatômit trung binh lop 2

=

0,115
K
= 0,11985 [ ]
0,3425. 2,8016
W

Nhiệt trở của lớp bông cách nhiệt

cua

Rbông
cách nhiêt =
cua
Rbông
=
cách nhiêt

δ bông cách nhiêt
2 cua lò

λ cua
bông cách nhiêt . Ftrung binh lop 3
0,03
K
= 0,08798 [ ]
0,1037 . 3,288
W

Nhiệt trở từ vỏ lò đến không khí bao quanh

cua
Rvo
lò − kk =

1
lò
α kk . F(23cua
− vo lò )

=

1
K
= 0,02429 [ ]
11,5137 .3,576
W

- Tổng nhiệt trở của 2 tường đầu lò ( có bố trí cửa lò ):

cua
cua
cua
cua
RΣcua lò = Rsamôt
+ Rđiatômit
+ Rbông
+
R
cách nhiêt
vo lò − kk
cua lò

RΣ

K
= 0,10487 + 0,11985 + 0,08798 + 0,02429 = 0,33699 [ ]
W


19

+ Dòng nhiệt tổn thất do dẫn nhiệt qua 2 tường đầu lò (có bố trí cửa )

(*)

+ Kiểm tra lại nhiệt độ giữa các lớp:
-

Nhiệt độ tại bề mặt tiếp xúc giữa lớp 1 ( samốt) và lớp 2 ( điatômit )
lò
cua lò
cua lò cua
t(cua
. Rsamôt = 520 − 1484 . 0,10487 = 364,4 [0 C ]
1− 2) = ttrong − Q3

( xấp xỉ với giá trị đã giả thiết 360 [ 0C] )
-

Nhiệt độ tại bề mặt tiếp xúc giữa lớp 2 (điatômit) và lớp 3 (bông cách nhiệt ):
lò
cua lò
cua lò cua
t(cua
. Rđitômit = 364,4 − 1484 . 0,11985 = 186,5 [0 C ]
2 −3) = t(1− 2) − Q3

(

xấp xỉ với giá trị đã giả thiết 186 [0C] )

- Nhiệt độ tại bề mặt tiếp xúc giữa lớp 3 ( bông cách nhiệt ) và vỏ tôn

cua lò

cua lò

cua lò

t (3− vo tôn ) = t (2− 3) − Q3

cua
. Rbông
cách nhiêt

cua lò

t (3− vo tôn ) = 186,5 − 1484 . 0,08798 = 55,94 [ 0 C ]
(

xấp xỉ với giá trị đã giả thiết 56 [0C] )

+ Tính dòng nhiệt mất mát do dẫn nhiệt qua 2 bức tường đầu lò (có cửa)
cua
ttrong
− t kk
2 cua
cua
Q3 =
. Ftrung binh

δ samôt δ điatômit δ bông cách nhiêt
1
+
+
+
cua
cua
α kk
λcua
samôt λđiatômit λbông cách nhiêt


20

2 cua

2 cua

2 cua

Ftrung binh = Ftrong . F(3− vo lò ) = 1,472.3,576 = 2,294 [ m 2 ]
Thay các giá trị vào biểu thức ta được:

Q3cua =

520 − 20
. 2,294 = 1184 [W ] =1,184 [kW ]
0,115 0,115
0,03
1

+
+
+
0,561 0,3425 0,08798 11,51

Q3cua = 1,184 [kW ]

(**)

+ Tổng dòng nhiệt mất mát do dấn nhiệt qua thể xây ( tường + nóc + đáy + cửa )

Q3 = 7,335 + 2,881 + 4,441+ 1,184 = 15,841 [kW ]
4. Tổn thất nhiệt do bức xạ nhiệt qua khe hở và qua 2 cửa lò khi mở cửa thao tác.

 vung có cua  4
4
T

 T0  

−3
Q4 = 5,67 .  lò
−
[kW ]

  .φ .ϕ . Fcua mo .10

100

 100  





φ hệ số màng chắn của cửa.

φ = 0,7

Fcua mở: Diện tích cửa được mở để thao tác . Fcửa mở = (0,8 .0,6 ) . 2của = 0,96 [m2]

Tlòvung có cua Nhiệt độ của lò tại vùng có bố trí cửa lò.
vung co cua

Tlò

= (500 + 273) = 773 [ K ]


21
T0
ϕ

Nhiệt độ của môi trường ; T0 = (20+ 273) [K] = 293 [K]
Hệ số thời gian mở cửa =

τ mo cua
τ quá trình

=

2,5
= 0,104
24

 vung có cua  4
4
T

 T0  

−3
Q4 = 5,67 .  lò
−
[kW ]

  .φ .ϕ . Fcua mo .10

100
100 









73 29344  −3
Q4=5,67.  −  .0,7 14.0,961 =1,386[kW]

10 10 

Q4 = 1,386 [kW ]
5. Tổn thất nhiệt do dẫn nhiệt ra ngoài tại các đầu đấu dây điện trở ở ngoài lò.
Lượng nhiệt tổn thất do các đầu dây điện trở dẫn ra ngoài môi trương tại vị trí các đầu đấu
nối tiếp hoặc các đầu đấu song song theo mạch điện thiết kế và tại các đầu cốt cấp điện.
Lượng nhiệt này tính gần đúng theo kinh nghiệm :

Q5 = 0,16 . ( Q1 + Q2 + Q3 + Q4 )
0,16. ( 90,80 + 47,94 + 15,811 + 1,386 ) = 24,93 [kW]

Q5 = 24,93 [kW]
6. Tổn thất nhiệt do tích nhiệt cho thể xây của lò.
Lò ram được thiết kế làm việc liên tục, chế độ nhiệt độ của lò là ổn định ( nhiệt độ của lò
không thay đổi theo thời gian ), vì vậy không có lượng nhiệt tổn thất do tích nhiệt vào thể
xây. Q6 = 0
7. Tính tổng lượng nhiệt cần chi cho lò :

Qchi = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 [kW]
Qchi = 90,80 + 47,94 + 15,811 + 1,386 + 24,93 + 0 = 181 [kW]


22

Qchi = 181 [kW]
Giá trị và tỷ lệ của từng khoản nhiệt chi được trình bầy trong bảng 1CĐ2)
BẢNG CÂN BẰNG NHIỆT CỦA LÒ RAM LIÊN TỤC
NĂNG SUẤT LÒ 30 tấn/ngày đêm ( 1250 [kg/h )
( Tính với trường hợp : Bi ram và khay có nhiệt độ bằng nhiệt độ môi trường 20 [0C] )

NHIỆT THU

NHIỆT CHI CỦA LÒ

NHIỆT THU = K

X

NHIỆT CHI

T.T.

PLÒ = K X QCHI

KHOẢN NHIỆT CHI

[KW]

[%]

Q1

Nhiệt để nung nóng kim loại

90,80

50,202

Q2

Nhiệt tổn thất để nung nóng các khay
chứa liệu.

47,94

26,506

Q3

Nhiệt tổn thất do dẫn nhiệt qua tường lò,
nóc lò,đáy lò và cửa lò.

15,811

8,742

Q4

Nhiệt tổn thất do bức xạ qua khe hở và
cửa lò khi mở cửa lò.

1,386

0,766

Q5

Nhiệt tổn thất do dẫn nhiệt qua các đầu
đấu của dây điện trở và đầu đấu cấp điện.

24,93

13,784

Q6

Không có tổn thất nhiệt tích nhiệt cho
các thể xây của lò vì lò làm việc liên tục

0

0

180, 867
[kW]

100
[%]

QCHI

K=1,127

QCHI

( đã làm tròn )

181 [ kW]

BẢNG 1 CĐ2 : GIÁ TRỊ VÀ TỶ LỆ TỪNG KHOẢN NHIỆT CHI CỦA LÒ RAM

B. TÍNH CÔNG SUẤT ĐIỆN CỦA LÒ :


23

PLÒ = K QTHU
X

+ PLÒ [kW] : Công suất điện của lò bảo đảm để nung nóng bi, đạn ram và các khay kim loại
chứa bi, chứa đạn đạt được các yêu cầu sau
 Lò làm việc liên tục ( 24/24 )
 Năng suất ram:
Gbi, đan ram = 30 [tấn/24h] hoặc Gbi, đạn ram = 1250 [kg/h]
 Mỗi khay có khối lượng 220 [kg] và mỗi khay chứa được 416 kg bi ; năng suất lò tính theo
khay bằng [3 khay/1h].
 Nhiệt độ của bi ram và khay vào lò bằng nhiệt độ của môi trường 20 [0C]
 Nhiệt độ của bi ram và khay ra khỏi lò bằng nhiệt độ ram 520 [0C]
 Lò dùng dây điện trở, sử dụng lưới điện 3 pha 380/220 [V]
 Khi tính công suất của lò, ta phải tính với trường hợp cần cung cấp đủ nhiệt để ram bi trong
điều kiện cần nhiều nhiệt nhất :
+ Nhiệt độ vật được ram khi vào lò có nhiệt độ thấp nhất ( bằng nhiệt độ của môi trường
20 [0C] )
+ Nhiệt độ ram chọn theo vật liệu cần ram ở nhiệt độ cao ( 520 [0C] )
Khi lò đã đáp ứng được những yêu cầu nêu ở trên, thì lò hoàn toàn ram được các vật liệu có
nhiệt độ ram thấp hơn 520 [0C] và có nhiệt độ vào lò cao hơn 20 [0C] .
+ K là hệ số dự trữ công suất: K = 1,1 ÷ 1,25 . Giá trị này được chọn theo kiểu lò, theo chế
độ lò làm việc gián đoạn hay liên tục, theo điều kiện điện áp lưới và theo giá trị tuyệt đối của
Qchi lớn hay nhỏ.

QCHI = 181 [kW]
PLÒ = K x QTHU = 1,27 x 181

[kW]

PLÒ = 204 [kW]

C. CÔNG SUẤT LÒ VÀ PHÂN BỐ PHỤ TẢI ĐIỆN CHO LÒ


24
Lò có công suất 204 [kW]. Lò được chia thành 2 buồng nhiệt , mỗi buồng nhiệt có công suất
102 [kW]. Điện áp lưới 380/220 [V]. Phụ tải đấu sao, công suất của mỗi pha bằng :

P1 buông nhiêt 102
Ppha =
=
= 34 [kW ]
3
3
Sơ đồ phân bố phụ tải điện được trình bầy trên HÌNH 1CĐ2 ( hình 1 chuyên đề 2)
[Iđm ] ≥ 310 [A]
S ≥ 62 [mm2]

Tñ ®iÖn
CÇu ®Êu ≥ 400 A

CÇu ®Êu ≥ 200 A

CÇu ®Êu ≥ 200 A

S ≥ 31 mm2
[ I đm] ≥ 155 [A]

ĐIỆN NGUỒN
3 pha x 380 [V]
P = 204 [kW]

P buồng 1 = 102 [kW]

P buồng 2 = 102 [kW]

HINH 1CĐ2 : SƠ ĐỒ PHÂN BỐ PHỤ TẢI ĐIỆN CỦA LÒ RAM


25

Chủ nhiệm dự án

Đông Anh tháng năm 2012
Người viết chuyên đề