Đồ án Lò silicat: Lò tuynen xe goòng

Đồ án lò Silicát : Thiết kế lò Tunnel

Mục Lục
Chương
2

I

Chương
3
Chương
10

II

:

III

Chương IV
30

1

:

:
:

Tính
Tính

Phần
Phần
toán

toán

mở
tổng

thiết

các

thiết

đầu
quan

bò
bò

chính
phụ


Đồ án lò Silicát : Thiết kế lò Tunnel

CHƯƠNG I: PHẦN MỞ ĐẦU
I.Giới thiệu thiết bò nung trong công nghệ Silicát:

Phần lớn các loại vật liệu gốm sứ đều phải trải qua
một khâu quan trọng đó là quá trình nung. Quá trình nung
ảnh hưởng rất nhiều đến chất lượng sản phẩm. Những
thiết bò thực hiện quá trình nung gọi là lò nung.
Lò nung là một thiết bò nhận nhiệt từ quá trình cháy
của nhiên liệu rồi cung cấp cho vật liệu nung.
Các lò nung vật liệu gốm sứ phải làm việc ở nhiệt độ
cao .Mục đùích chủ yếu là nhằm biến đổi trạng thái vật lí
và cấu trúc bên trong của vật liệu .Ở nhiệt độ này các
quá trình hóa lí xảy ra bên trong vật liệu làm thay đổi bản
chất của nó so với cùng nguồn gốc thiên nhiên cũ giúp
cho sản phẩm đạt được những yêu cầu kó thuật cần thiết.
Xét về mặt năng lượng thì nguồn cung cấp nhiệt cho lò
nung rất đa dạng. Ngoài những nguồn năng lượng truyền
thống như : củi , than ,dầu … ngày nay công nghệ hiện đại
cho phép chung ta sử dụng các nguồn năng lượng mới như:
điện năng, sóng hồng ngoại...Cùng với những nguồn
năng lượng này đã có những thiết bò mới phù hợp song
giá thành cao nên chưa được ứng dụng rộng rãi.Việc sử
dụng nguồn năng lượng nào cũng như thiết bò nào phụ
thuộc vào các yêu cầu của công nghệ, chất lượng sản
phẩm và các chỉ tiêu kinh tế kó thuật.
II.Phân loại:
Có rất nhiêu loại thiết bò nung, dựa vào các đặc điểm
khác nhau cơ bản ta có thể phân thành các loại sau:
Dựa theo chế độ làm việc :lò liên tục và lò gián đoạn.
+ Lò liên tục :các giai đoạn trong quá trình nung xảy ra
cùng một thời điểm
+ Lò gián đoạn: các giai đoạn nung xảy ra tuần tự.
Dựa theo nhiên liệu sử dụng: Lò ga , than, củi, dầu…

Dựa theo cấu tạo buồng làm việc: Lò phòng , lò Tunnel, lò
quay, lò đứng…
III.Mục tiêu của đề tài :

2


Đồ án lò Silicát : Thiết kế lò Tunnel

Lựa chọn, thiết kế sơ bộ lò nung cho qui trình sản xuất gạch
ngói theo các yêu cầu kó thuật của sản phẩm. Từ đó , ta
biết cách lựa chọn thiết bò cho phù hợp cùng với sự đánh
giá sơ bộ các chỉ tiêu kó thuật cũng như các chi phí vận
hành lò.

CHƯƠNG II : PHẦN TỔNG QUAN
I.Giới thiệu sơ bộ dây chuyền công nghệ sản xuất
gạch ngói :

Máy nhào đùn
liên hợp có hút
chân không

Tạo hình có ép
gạch tào

Tạo hình dập ngói

Phơi tự nhiên

Bãi ủ trong nhà

Thùng lường phối
liệu

Cán thô

Cán mòn

Nhào trộn

Thùng lường trung
gian

Sấy

Phế
Nung
phẩm

Sp

Đất sét ủ
ở ngoài

Máy nhào đùn
liên hợp có hút
chân không

Ép tạo gạch 4 lỗ


Bàn cắt

Phối tự nhiên

II.Giới thiệu về sn phẩm và các yêu cầu kó
thuật:
Sản phẩm gạch ngói là nguyên liệu cơ bản trong các
công trình xây dựng.Nguyên liệu cơ bản là đất sét .Hầu
hết các loại đất sét nếu có đủ độ dẻo tạo hình đều có
thể dùng làm gạch.Tuy nhiên , để gạch ngói có chất lượng
3


Đồ án lò Silicát : Thiết kế lò Tunnel

cao nguyên liệu vẫn cần có độ ổn đònh , không chứa các
muối tan, các muối sunfat hoặc CaCO 3 dễ tạo vết nứt chân
chim và thủy hóa làm vật liệu dãn nở.
Các loại sản phẩm này công nghệ sản xuất tương đôí đơn
giản , có các tính chất kó thuật phù hợp với yêu cầu của
các công trình xây dựng và giá thành tương đôi thấp.
Có rất nhiều loại sản phẩm gạch ngói, nhưng để đơn giản
trong quá trình tính toán , ta chọn sản phẩm nung là 1 loại
gạch 4 lỗ.
Các yêu cầu kó thuật của sản phẩm:
Khối lượng
Kích thước

1,5kg/viên

1909090
mm
Độ hút nước
>8%
Giới hạn bền >30Mpa
nén
III.Các biến đổi hóa lí trong quá trình nung:
Trước hết ta xác đònh khoảng nhiệt độ cần đạt tới của
quá trình nung gạch.
Để ước tính nhiệt độ nung gạch , ta dựa vào giản đồ pha 3
cấu tử hệ SiO2-Al2O3-K2O
SiO2 =58,52%
Al2O3 =19,38%
K2O =2,28%
Ta qui về % của riêng 3 cấu tử trên
SiO2 =73%
Al2O3 =24%
K2O =3%
Điểm biểu diễn hệ trên giản đồ pha là điểm M
Theo giản đồ pha thì điểm bắt đầu xuất hiện pha lỏng
chính là điểm otecti tại nhiệt độ 985C. Sau đó , lượng pha
lỏng bắt đầu tăng dần theo nhiệt độ.
Theo giản đồ pha thì lúc này tinh thể mulit bắt đầu xuất
hiện và tăng dần đến điểm M’. Từ 1200C bắt đầu có
những tinh thể mulít rất mòn hình thành , tinh thể mulít dần

4


Đồ án lò Silicát : Thiết kế lò Tunnel

phát triển thành dạng hình kim trong pha lỏng khi pha lỏng
xuất hiện nhiều.Từ 1300C trở lên thì tinh thể mới hình
thành rõ rệt hơn . Ta quan tâm nhiều đến tinh thể mulit là
vì mulit có những tính chất có lợi : độ bền cơ , độ bền
hóa , độ bền nhiệt cao…Tuy nhiên, trong thực tế khả năng
hình thành mulit là rất khó khăn vì các sản phẩm của
chúng ta không thực sự đạt đến nhiệt độ cao . Sự kết khối
của vật liệu xảy ra chủ yếu nhờ sự có mặt của pha
lỏng . Nhưng nếu pha lỏng quá nhiều thì làm cho độ bền
cơ của sản phẩm giảm.
Thực chất giản đồ pha chỉ là công cu ïcho phép chúng ta
dự đoán và ước lượng nhiệt độ nóng chảy của vật liệu
và lượng pha lỏng tạo thành .Từ đó , ta có thể giới hạn
các thí nghiệm để tìm ra chính xác nhiệt độ nung thích
hợp.Bởi vì các quá trình trên giản đồ pha là các quá trình
kết tinh của các oxít tinh khiết và đó là các quá trình
thuận nghòch, diễn ra vô cùng chậm.Thực tế thì bản thân
thành phần của 3 cấu tử không tinh khiết trên không thể
đánh gia ùhết thành phần của phối liệu đặc biệt là
Fe2O3.
Vì yêu cầu về độ bền cơ và 1 số yếu tố kó thuật khác
của sản phẩm gạch ngói không quá cao nên để giảm
nhiệt độ nung cho sản phẩm ta sử dụng những loại đất sét
có hàm lượng chất chảy cao, đặc biệt là oxit sắt Fe 2O3.
Từ thực nghiệm thực tế thì nhiệt độ nung khả thi cho sản
phẩm gạch ngói là 950 -1050C
Ở khoảng nhiệt độ này , vớinhững loại đất sét có nhiều
chất chảy ,đặc biệt là Fe 2O3 thì lượng pha lỏng tạo ra đủ
lớn để làm rắn chắc khối vật liệu .

Qua ùtrình , chế độ nung phụ thuộc vào đường cong nung
của phối liệu . Ta sử dụng các kết quả của quá trình
phân tích nhiệt vi sai DTA , DG để xác đònh nhiệt độ xảy ra
các quá trình hóa lí bên trong phối liệu và cùng kết hợp
với các quá trình thực nghiệm để xây dựng đường cong
nung cho phối liệu.

5


Đồ án lò Silicát : Thiết kế lò Tunnel

Trong đất sét có rất nhiều khoáng, nhưng khi mất nước có
những tính chất biến đổi vì nhiệt tương tự như khoáng
caolinhit nên các đường cong DTA chỉ sai lệch nhau chút ít
về nhiệt độ và mức độ xảy ra các hiệu ứng nhiệt.Do
đó ta có thể phân tích đường cong DTA của khoáng Caolinhit
làm đại diện đặc trưng cho đất sét
(hình DTA)
+ 100-200C :giai đoạn sấy.Các dạng nước liên kết lí học
tách ra khỏi phối liệu.Sản phẩm co ngót mạnh ,cần lượng
không khí dư lớn giúp tách ẩm.
+ 200-400C :cháy hết các chất hữu cơ có lẫn trong đất
sét .Phân hủy sunfit(đáng kể nhất là pyrit sắt FeS).Cacbon
lẫn trong đất sét cháy, có thể tạo ra khí CO2 gây nở sản
phẩm .
+ 573C :biến đổi thù hình quắc làm tăng thể tích , gây
nứt vỡ sản phẩm
+ 700-900C :phân hủy cacbonat canxi .Pha khí CO 2 bay hơi, pha
rắn còn lại rất hoạt hóa , có khả năng phản ứng với

các khoáng của đất sét .
Gạch kết khối nhờ pha lỏng xuất hiện (850-900) nếu
nguyên liệu chứa nhiều tạp chất dễ chảy, nhất là FeO.FeO
dễ chảy hơn Fe2O3 rất nhiều.Trong đất sét , FeO chỉ tạo
thành trong môi trường khử, trưòng hợp này gạch có màu
hơi xanh.
+ 900-1050C :phá hủy cấu trúc nhóm mica có lẫn trong
đất sét .Hình thành mulít nguyên sinh từ spinel và cristobalit
theo phản ứng.
3(Al2O3 .SiO2)
3 Al2O3.2SiO2 + SiO2
Như vậy, thành phần khoáng của gạch gồm các khoáng
chính trong hệ SiO2 và trong hệ CaO-Al2O3-SiO2.Nhưng cường
độ gạch có được chủ yếu là nhờ pha lỏng.
Trên hình vẽ , hiệu ứng nhiệt thứ nhất (thu nhiệt) ở
khoảng nhiệt độ 500 trên đường cong DTA tương ứng với sự

6


Đồ án lò Silicát : Thiết kế lò Tunnel

mất nước liên kết hóa học , đồng thời caolinhit chuyển
thành dạng mêta caolinhit với cấu trúc tinh thể không rõ
ràng.Sự mất nước được khẳng đònh rõ hơn nhờ sự thể
hiện tổn thất trọng lượng trên đường cong GTA
Hiệu ứng nhiệt thứ 2 (tỏa nhiệt) ở khoảng nhiệt độ 950C
tương ứng với quá trình phân hủy meta caolinhit thành các
oxít hoặc mulít nguyên sinh.
Từ 1100-1200 ,mulít thứ sinh hình thành cùng với sự tạo

thành các khoáng cristobalit, … với xác suất như nhau.
IV.Lựa chọn kiểu lò:
Nung là một trong những giai đoạn quan trọng nhất để sản
phẩm đạt được các yêu cầu kó thuật .Để nung sản phẩm ,
ta có thể sử dụng nhiều loại lònhư :lò lửa đảo , lò vòng ,
lò Tunnel …
Lò lửa đảo và lò vòng có nhược điểm là :tốn nhiều
năng lượng , cho năng suất thấp ,cho chất lượng sản phẩm
không đồng đều.Ngoài ra , đối với cả 2 loại lò trên thì
khó áp dụng các hê thống tự động hóa ,không thể nâng
cao năng suất.Do đó đứng về mặt kó thuật và kinh tế , ta
chọn lò nung là lò Tunnel.

Lò
Tunnel nung các khối đá gốm

7


Đồ án lò Silicát : Thiết kế lò Tunnel

Lò Tunnel nung sứ vệ sinh
1.Ưu điểm của lò Tunnel:
Chênh lệch nhiệt độ theo chiều cao trong lò giảm so với
các loại lò khác nên cho sản phẩm có hình dạng đều ,ổn
đònh.
Năng suất cao , chất lượng sản phẩm tốt
Dễ dàng thực hiện các quá trình tự động hóa để nâng
cao năng suất.
2.Nhược điểm của lò Tunnel:

Chí phí đầu tư lớn
Chiếm diện tích mặt bằng
Khó thay đổi chế độ nhiệt, do đó chỉ có thể nung tốt
một loại sản phẩm .
3.Nguyên lí hoạt động của lò:
8


Đồ án lò Silicát : Thiết kế lò Tunnel

Lò Tunnel là thiết bò 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
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.

Nhiê
n liệ
u

Xe goò
ng

Khô
ng khí

Trên đây là sơ đồ lò Tunnel dạng đơn giản :hầm tunnel

thẳng , 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 bét
phun ở 2 bên tường .Ở vùng nung , nhiệt độ của vật liệu
đạt giá trò 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
V.Thuyết minh và lựa chọn nhiên liệu:

9


Đồ án lò Silicát : Thiết kế lò Tunnel

Ta có thể sử dụng các loại nhiên liệu rắn, lỏng hoặc khí
để đốt lò.
Đối với nhiên liệu rắn , ta có thể dùng than,
Đối với nhiên liệu lỏng ,ta có thể dùng các loại dầu ,khí
hóa lỏng…
Đối với nhiên liệu khí ,ta có thể dùng gaz
Ta không sử dụng các nhiên liệu khí vì chi phí rất cao ,
không phù hợp cho công nghệ sản xuất gạch ngói.
Sử dụng các loại nhiên liệu rắn cụ thể là than thì cũng
rất phù hợp nhưng quá trình vận chuyển khó, dễ thất
thoát .Hơn nữa, cơ cấu lò đốt than khá phức tạp và ô
nhiễm môi trường cũng là một khuyết điểm của nhiên

liệu than.
Một vấn đề nữa đối với than là than dễ bò oxi hóa ở
nhiệt độ thường, sinh ra các khí tích tụ trong than dễ gây
cháy.
Với những phân tích trên thì ta chọn nhiên liệu dầu Mazút

CHƯƠNG III : PHẦN TÍNH TOÁN THIẾT BỊ
CHÍNH.
I.Đặc điểm của các giai đoạn nung :

10


Đồ án lò Silicát : Thiết kế lò Tunnel

nhiet do

1200
1000
800
600
400
200
0

0

4

8

12

16

20

24

28

32

36

40 44 48
thoi gian(h)

Dựa vào đường cong nung , ta chia thành các vùng gia nhiệt
như sau :
1.Giai đoạn 1 ( 30 –200C):
Thời gian nâng nhiệt là 5,5h
Tốc độ nâng nhiệt là 310C/h
Mộc từ lò sấy đi vào có độ ẩm 4% nên giai đoạn này
chủ yếu là quá trình sấy để tách hoàn toàn nước lý học
.Nhiệt độ nâng lên chậm vì phối liệu chủ yếu là đất sét
dẻo nên có sự co ngót mạnh khi sấy , dễ gây nứt vỡ sản
phẩm.
2.Giai đoạn 2 ( 200 –400C):
Thời gian nâng nhiệt là 4h

Tốc độ nâng nhiệt là 250C/h
Đây là giai đoạn tách nước hóa học và đốt cháy các tạp
chất hữu cơ. Đất sét có hàm lượng chất hữu cơ đáng kể,
do đó khi cháy sẽ để lại các lỗ xốp trong sản phẩm gây
nên sự co , nứt sản phẩm .
3.Giai đoạn 3 ( 400 –600C):
Thời gian nâng nhiệt là 5h
11


Đồ án lò Silicát : Thiết kế lò Tunnel

Tốc độ nâng nhiệt là 250C/h
Ở khoảng nhiệt độ 550-600 0C có sự biến đổ thù hình của
SiO2   quartz    quartz , kèm theo đó là sự biến đổi thể tích
đột ngột gây biến
dạng ,nứt vỡ sản phẩm ,do đó ta cần khống chế nhiệt
độ tăng từ từ.
4.Giai đoạn 4 ( 600 –800C):
Thời gian nâng nhiệt là 4,5h
Tốc độ nâng nhiệt là 22,20C/h
Ở giai đoạn này pha lỏng bắt đầu xuất hiện
5.Giai đoạn 5 ( 800 –980C) và giai đoạn 6 ( 980 –800C):
Thời gian nâng nhiệt là 7h
Tốc độ nâng nhiệt là 25,70C/h
Đây là giai đoạn lưu nhiệt ,ở giai đoạn này pha lỏng xuất
hiện nhiều để thực hiện quá trình kết khối có mặt pha
lỏng. Giai đoạn này cần tốc độ nâng nhiệt và do đó
chiều dài của giai đoạn này là dài nhất để tạo khoảng
thời gian lưu nhiệt cần thiết cho quá trình kết khối và để

tránh gây biến dạng sản phẩm vì lúc này pha lỏng sinh ra
nhiều.
Ngoài ra trong giai đoạn này còn xảy ra quá trình phân hủy
tạp chất cacbonat sinh ra khí , do đó ta cũmg cần chú ý thời
gian lưu nhiệt đủ lâu để cho khí thoát ra ngoài.
6.Giai đoạn 7 ( 800 –400C):
Thời gian hạ nhiệt là 5h
Tốc độ hạ nhiệt là 800C/h
Đây là giai đoạn làm nguội nhanh để ổn đònh các khoáng
và pha thủy tinh trong sản phẩm, tạo cho sản phẩm có độ
bền cơ nhất đònh.
Ở 5730C biến đổi thù hình của
Quắc ??? làm nguội chậm ???
7.Giai đoạn 8 ( 400-200C):
Thời gian hạ nhiệt là 9h
Tốc độ hạ nhiệt là 22,20C/h
12


Đồ án lò Silicát : Thiết kế lò Tunnel

II.Xác đònh các kích thước cơ bản của lò:
1.Chọn cấu tạo xe goòng :

Xe goòng được cấu tạo bởi 2 phần :
+ Phần khung bằng thép hợp kim chòu nhiệt tốt , phía dưới
là cơ cấu chuyển động bằng bánh xe trên đường ray .
+ Phần lớp gạch chòu lửa và cách nhiệt để sắp xếp sản
phẩm lên trên xe và cách nhiệt cho khung xe goòng phía
dưới , giúp xe làm việc an toàn.

Chiều dài xe goòng : 2,4 m
Chiều rộng xe goòng : 3 m
Chiều cao xe goòng :0,8m
Chiều dày của lớp vật liệu nền xe :130+195+130 =
355mm.
Chiều cao xếp gạch : 1,35 m
Thể tích chứa của xe goòng Vg = 2,4  3  1,35 = 9,72 m3 .
Mật độ xếp gạch  = 0,8 T/m3 , suy ra sức chứa của mỗi xe
goòng 7,8 T/ m3
2.Sức chứa của lò :
Năng suất 20 tr viên/năm.
1 viên gạch 4 lỗ có khối lượng 1,5 Kg

13


Đồ án lò Silicát : Thiết kế lò Tunnel

Khối lượng gạch ra lò hàng năm ( khối lượng khô)
1,5  2.106 = 30.106 Kg/ năm
1 năm lò làm việc 350 ngày = 8400 h , do đó trong 1
chu kì nung khối lượng gạch ra lò là :
30.10 6 46
164286 Kg/lò
8400

Độ ẩm vào lò : 4% , do đó khối lượng của vật liệu
ẩm là
mk
mư = (1  w) = 171131 Kg/lò

Lượng mất khi nung của phối liệu 6,5% , khối lượng của
mu
phối liệu khi chưa nung mn = (1  0,065) = 183028 Kg/lò

Phế phẩm 4% , khối lượng thực của vật liệu khi vào
lò
Gc = mn(1+0,04) = 190349 Kg/lò
(Cân bằng vật chất)
Tham khảo điều kiện sản xuất thực tế ,ta chọn mật độ
xếp gạch  = 0,8 T/m3 , suy ra thể tích làm việc của lò V l =
Gc/ = 237,94 m3
Số xe goòng chứa trong lò : Ng = Vl/Vg = 24,5 xe .Ta chọn 25 xe.
2.Cách bố trí sản phẩm trên xe goòng :
Khối sản phẩm xếp trên xe goòng cần phải vững để khi
các xe goòng di chuyển sản phẩm không bò đổ bể. Mật
độ xếp đối với gạch ngói từ 170-220 viên/m 3 . Phần trên
theo tiết diện lò xếp chặt, phần dưới có rãnh thưa hơn để
tránh hiện tượng phân lớp khí trong lò , giúp nhiệt độ
phân bố đồng đều hơn. Khi xếp gạch , nên tạo ra ở giữa
lò một rãnh có chiều rộng 1 viên gạch dọc theo lò. Song
song với rãnh lớn này cần xếp tạo ra các rãnh khác có
chiều rộng ¼ viên gạch để khí lò di chuyển tốt theo chiều
dài lò.
3.Kích thước lò:

14


Đồ án lò Silicát : Thiết kế lò Tunnel

Sự tiếp xúc giữa xe goòng và 2 bên tường lò phải đảm
bảo 1 khoảnh cách hợp lí để xe goòng không va chạm với
tường và cũng không lớn quá tránh nhiệt truyền xuống
dưới nền lò . Ta chọn khoảng cách giữa xe goòng và vách
lò là 25 mm , do đó chiều rộng bên trong của lò B l =
3000+25x2=3050 mm .
Dựa vào kết cấu thực tế của khung xe goòng , khả năng
chòu tải khi làm việc của xe mà ta tính toán áp lực đặt
lên xe goòng hợp lí. Theo thực tế , ta chọn chiều cao xếp
gạch là 1,35m.
Chọn khoảng cách từ sản phẩm đến chân vòm 100 mm ,
thì chiều cao từ nền xe goòng đến chân vòm là H l = 800 +
1350 + 100 = 2250 mm .
Để nền lò được cách nhiệt tốt thì các xe goòng phải
được bố trí liên tục , tiếp xúc giữa các xe goòng phải
đảm bảo ăn khớp nhau , nhưng cũng cần tránh va chạm . Ta
chọn khoảng cách giữa 2 xe goòng 20 mm
Chiều dài của lò Ll = 2400x25 + 20x24 = 60480mm.
Tính thêm các chiều dài cho cửa lò , buồng chờ ta chọn
chiều dài lò 63m.
4.Tốc độ chuyển động trung bình của xe goòng :
Vtb = Ll/T = 63/46 = 1,37 m /h .
Số xe goòng ra lò trong 1 h
Nxg = 1,37/2,4 =0,566
Số xe goòng ra lò trong 1 ngày : 0,5346 = 27,4 xe goòng
Các xe goòng được đẩy bằng hệ thống pitông nằm dưới
đường ray theo cơ chế gián đoạn.
Chiều dài một lần đẩy là chiều dài của xe goòng 2,4 m
Thời gian giữa 2 lần đẩy : t = lxb / Vtb =1,75h =105 phút

Bảng phân chia các giai đoạn nung theo
chiều dài lò :

15


Đồ án lò Silicát : Thiết kế lò Tunnel

Giai
đoạn
1
2
3
4
5
6
7
8

Khoảng
nhiệt độ
30-200
200-400
400-600
600-800
800-980
980-800
800-400
400-60

Z(h)

L(m)

5,5
4
5
4,5
7
6
5
9

7,54
5,48
6,85
6,16
9,57
8,22
6,85
12,33

III.Cấu tạo lò :
1.Tường lò: Gồm 3 lớp.
a.Lớp trong cùng:
Ta sử dụng gạch chòu lửa Samốt loại A theo TCVN vì có
những ưu điểm sau:
-Có độ chòu 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 chòu lửa khác.
Ta chọn chiều dày lớp vật liệu chòu lửa
Cho vùng nung là 345mm
Cho vùng sấy , đốt nóng và vùng làm nguội là 230mm
Các đặc điểm chính:
-Hệ số dẫn nhiệt :  = 0,7 + 65.10-5t kcal/mhC
-Tỉ nhiệt C = 0,2 + 63.10-6t kcal/kgC
-Khối lượng riêng  = 2 T/m3
-Độ chòu lửa 1680- 1770C
-Nhiệt độ biến dạng dưới tải 1300C
b.Lớp gạch xốp cách nhiệt:

16


Đồ án lò Silicát : Thiết kế lò Tunnel

Ta sử dụng loại gạch Samốt xốp
Ta chọn chiều dày lớp gạch cách nhiệt
Cho vùng nung là 460mm
Cho vùng sấy , đốt nóng 230
Cho vùng làm nguội là 345mm
Các đặc điểm chính:
-Hệ số dẫn nhiệt :  = 0,24 + 20.10-5t kcal/mhC
-Tỉ nhiệt C = 0,21 kcal/kgC
-Khối lượng riêng  = 0,95 T/m3
-Độ chòu lửa 1300- 1400C
-Nhiệt độ biến dạng dưới tải 850-970C
c.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.
Ta chọn chiều dày cho lớp gạch xây dựng là 230mm cho cả
3 vùng.
Các đặc điểm chính:
-Hệ số dẫn nhiệt :  = 0,4 + 44.10-5t kcal/mhC
-Tỉ nhiệt C = 0,21 kcal/kgC
-Khối lượng riêng  = 1,6 T/m3
-Độ chòu lửa 500-600C
-Nhiệt độ biến dạng dưới tải 300C
Có 1 điều cần lưu ý là khi xây lò ta cần xác đònh mạch
nhiệt của các loại gạch . Chẳng hạn đối với gạch Samốt
giá trò trung bình của mạch nhiệt là 5-6mm/1m gạch.Do đó
khi xây tường ta phải chừa mạch nhiệt cho tường để tránh
gây ứng suất, dễ bò nứt vỡ.
Khi xây tường ,để lớp trong và lớp ngoài liên kết nhau tốt
thì theo chiều cao tường , cứ 5-8 m hàng gạch lớp trong phải
xây chìa ra ngoài ½ viên gạch để tạo liên kết với lớp
ngoài tốt hơn.
2.Vòm Lò:

17


Đồ án lò Silicát : Thiết kế lò Tunnel

Phần lớn các lò nung các sản phẩm gốm sứ thường
dùng lò có vòm vòng cung.
Trong quá trình làm việc có sự dao động nhiệt lớn gây ra
hiện tượng co dãn , vòm vòng cung có độ cong nhất đònh

nên vẫn đảm bảo cho nóc lò vững chắc.
Vật liệu thường sử dụng cho vòm lò nung gốm sứ là vật
liệu chòu lửa Đinat .Bởi vì gạch Đinát có đặc tính rất ưu
việt là hệ số dãn nở nhiệt rất thấp.Do đó trong quá
trình làm việc , vòm lò không phải chòu các ứng suất do
sự dãn nở thể tích của gạch.
Tuy nhiên , đối với lò đang thiết kế, ta sử dụng vật liệu
xây vòm là vật liệu Samốt chòu lửa vì nhiệt độ làm việc
của lò không cao lắm (980) lúc này lớp gạch chòu lửa chưa
hầu như có biến dạng , hơn nữa lò làm việc liên tục nên
ít bò sốc nhiệt.
Lớp trong cùng là lớp vật liệu Samốt chòu lửa
Lớp tiếp theo là Samốt xốp cách nhiệt
Bên trên là lớp gạch xây dựng cùng vơi lớp bê tông chòu
nhiệt để giữ cho vòm lò vững chắc.
Trước khi xây gạch , cần phải chuẩn bò mái khuôn làm
bằng gỗ.Vòm xây được dùng nhiều ở các lò có khích
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, 2 bên tường sử dụng gạch chân
vòm để tạo thế vững chắc cho vòm.
3.Nền lò:
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 kó thuật , ở đây ta sử dụng bê tông chòu chiệt.
IV .Tính toán quá trình cháy của nhiên liệu
Thành phần hóa của dầu mazút(FO) theo bảng tra:
86,5%C ; 10,5%H ; 0,3%O ; O,3%N ; 0,3%S ; 1,8%W ; 0,3%A

1.Nhiệt trò thấp của nhiên liệu :

18


Đồ án lò Silicát : Thiết kế lò Tunnel

Qt được tính theo công thức sau
Qt =81%C + 246%H – 26(S – O) = 9589,5 kcal/kg.
2.Lượng không khí lí thuyết cần cho quá trình cháy :
Lo được tính theo công thức :
Lo = 0,0889%C + 0,265%H + 0,033(S – O) = 10,42 m 3/Kg.
Vì nhiệt độ của không khí trong lò lớn nên ta bỏ qua hàm
ẩm của không khí.
3.Lượng không khí tiêu tốn thực tế :
Nếu dùng lượng không khí lí thuyết để đốt nhiên liệu thì
quá trình cháy xảy ra không hoàn toàn. Do đó ta dùng
thêm 1 lượng khí dư, lượng khí dư được đánh giá bằng hệ số
không khí dư  .
Hệ số không khí dư  phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố
:bản chất nhiên liệu, bét phun, cấu tạo lò , ống dẫn khí…
Nếu  lớn thì giúp cho quá trình cháy triệt để, tiết kiệm
được nhiên liệu. Làm giảm nồng độ khí độc.
Nhưng nếu  quá lớn thì làm cho quá trình cháy bò mất
nhiệt, giảm bức xạ nhiệt.Ngoài ra phải tiêu tốn nhiều
năng lượng để đốt nóng không khí dư.
Tham khảo các tài liệu đã nghiên cứu thì đối với nhiên
liệu dầu mazút , hệ số không khí dư  từ 1,1 –1,2.
Ở đây ta chọn  =1,1.
L = Lo =11,52 m3/Kg.

4.Thành phần và lượng sản phẩm cháy:
Theo các công thức tính toán lí thuyết , ta có:
VCO  0,01867%C =1,615 m3/Kg.
VSO  0,07%S = 0,021 m3/Kg.
VO  0,21Lo( – 1) = 0,22 m3/Kg.
V N  0,79L + 0,008%N + 0,0016dL =9,93 m3/Kg.
V H O = 0,112%H + 0,0124W + 0,0016dL  = 1,75 m3/Kg.
2

2

2

2

2

19


Đồ án lò Silicát : Thiết kế lò Tunnel

Vậy tổng thể tích khí thải là :
Vkt VCO  VSO  VH O  VO V N =12,709 m3/Kg.
2

2

2

2

2

Thành phần khí thải:
Thành phần khí thải được tính theo công thức:
%Vi 

Vi
100%
Vkt

%CO2 =12,71%
%SO2 = 0,165%
%O2 =1,729%
%N2 =71,626%
%H2O =13,77%
5.Nhiệt độ cháy của nhiên liệu:
i

3
 : hàm nhiệt tổng của sản phẩm cháy ,KCal/m
Q C t
C t L
i  t  nl nl  kk kk  KCal/m3

V
V
V

Ta có thể bỏ qua hàm nhiệt của không khí và của nhiên
liệu vì không đáng kể so với hàm nhiệt của quá trình
cháy.
i





Qt
= 754,544 KCal/m3
V

Tra bảng hàm nhiệt của sản phẩm cháy ở nhiệt độ
1800C và 1900C
T
1800
1900
Tỉ
lệ%

CO2
1041,48
1106,94
12,71

SO2
1018
1078
0,165

Từ kết quả trên ta có
i1 =  xi  ii1 = 711,55 KCal/m3
i2 =  xi  ii2 =755,43 KCal/m3
20

N2
632,16
670,7
71,626

O2
688,88
709,65
1,729

H2O
819,18
873,62
13,77


Đồ án lò Silicát : Thiết kế lò Tunnel

theo kết quả trên thì i1Từ công thức nội suy ta tính được nhiệt độ Kalo
tc = t 1 +

i  ií
 t 2  t1  = 1898 C

i1  iì

Với nhiệt độ cần thiết cho quá trình cháy thực tế khoảng
980C thì hệ số pyromet  = 980/1898 = 0,52
Ta thấy rằng hệ số pyromet  dùng để đánh giá hiệu
suất của nhiệt độ đạt được trong quá trình cháy. Hệ số 
càng cao thì nhiệt độ càng khó đạt tới do các quá trình
tổn thất nhiệt trong quá trình cháy .Với  = 0,52 tương đối
thấp thì nhiệt độ thực tế trong lò có thể đạt được 1 cách
dễ dàng.
6.Nhiệt độ đốt nóng sơ bộ của không khí:
Nhiệt độ cần đốt nóng cho không khí :
tkk =

Q0  Qt
L C kk

Với Q0 = VkCktk =12,709.0,3976.980 = 4952 kcal/kg < Q t
Do đó với nhiệt độ nung của lò không cao (980C ) ta có
thể không cần đốt nóng không khí trước khi thực hiện
quá trình cháy mà vẫn đảm bảo được nhiệt độ cần thiết
cho lò1 cách dễ dàng.
V.Tính phân bố nhiệt cho tường lò :
1.Mục đích:
Mục đích của việc tính phân bố nhiệt là tính nhiệt tổn
thất ra khỏi lò trong quá trình làm việc và tìm nhiệt độ
lớp ngoài cùng của lòthích hợp để đảm bảo điều kiện
làm việc an toàn .
2.Tìm phân bố nhiệt qua tường lò ( bằng phương
pháp thử & sai)

Nhiệt độ trong lò rất cao , do đó ta có thể coi như t k  t1
Tính hệsố trao đổi nhiệt

21


Đồ án lò Silicát : Thiết kế lò Tunnel

2 =

( K t 4  t kk
4

5,67 t

t 4  t kk

 T4  4
 

 100 

 Tkk 


 100 

4



 )/ 1,163


Kcal/m2hC.

K = 2,56 khi cấp nhiệt ngang
K = 3,26 khi cấp nhiệt lên
K = 1,63 khi cấp nhiệt xuống
Chọn độ đen của tường lò t = 0,85
Chọn nhiệt độ lớp ngoài cùng t4 , tính q =2(t4 – tkk)
Với chế độ nhiệt ổn đònh , ta tính lại nhiệt độ phân bố ở
các lớp t2 , t3 , t4
So sánh kết quả tính được với kết quả ban đầu , với sai số
t4 < 1C.
Bảng vật liệu xây tường
Giai
đoạn

Khoảng
nhiệt
độ

I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII

30-200
200-400
400-600
600-800
800-980
980-800
800-400
400-60

Chiều dày lớp
Chiề
xây tường(mm)
u
Gạch
Gạch
dài
Samôt
xốp
7,54
230
230
5,48
230
345
6,85
230
345
6,16
345

460
9,57
345
460
8,22
345
460
6,85
345
460
12,33 230
345

vật liệu
Gạch đỏ
230
230
230
230
230
230
230
230

Bảng phân bố nhiệt độ tại các lớp
tiếp xúc tường lò
Giai
đoạ
n
I

II

22

tk

t1

t2

t3

t4

tkk

102

61

37

30

R
(m hC/Kca
l)
1,76

267

111

44

30

2,03

q
Kcal/m2
h
8,1 45,05
2

2

115
300

11
5
30
0

2
9,1 126,13
7

Đồ án lò Silicát : Thiết kế lò Tunnel

III

500

IV

700

V

890

VI

890

VII

600

VIII 230

50
0
70
0
89
0

89
0
60
0
23
0

446

175

54

30

1,88

10,3

137,31

612

202

57

30

2 ,24

286,83

781

258

66

30

2,015

781

258

66

30

2,015

524

173

53

30

2,22

205

88

40

30

2,08

10,3
4
10,8
9
10,8
9
10,2
5
8,8

391,45
391,45
245,76
91,09

Bảng vật liệu xây vòm lò
Giai

đoạn

Khoảng
nhiệt
độ

I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII

30-200
200-400
400-600
600-800
800-980
980-800
800-400
400-60

Chiề
u
dài(
m)
7,54
5,48

6,85
6,16
9,57
8,22
6,85
12,33

Chiều dày lớp vật liệu xây
tường(mm)
Gạch
Gạch
Gạch đỏ
Samôt
xốp
230
230
230
230
345
230
230
345
230
345
460
230
345
460
230
345

460
230
345
460
230
230
345
230

Bảng phân bố nhiệt độ tại các lớp
tiếp xúc vòm lò
Giai
đoạ

23

tk

t1

t2

t3

t4

tkk

R
(m hC/Kca

2

2

q
Kcal/m2


Đồ án lò Silicát : Thiết kế lò Tunnel

n

l)
I

II

115
300

III

500

IV

700

V

890

VI

890

VII

600

VIII 230

11
5
30
0
50
0
70
0
89
0
89
0
60
0
23
0

102

61

38

30

h
8,4 60,15

1,28
2

267

111

45

30

1,95

9,5 140,55
7

446

175

55

30

1,68

612

202

58

30

2 ,14

781

258

67

30

1,94

781

258

67

30

1,94

524

173

54

30

2,14

205

88

41

30

1,92

9,8
4
10,9
4

11,4
8
11,4
8
10,6
5
9,1
2

221,31
304,25
424,45
424,45
255,66
98,34

Các lớp vật liệu sử dụng cho xe
goòng:
Chiều
dày(mm)

Lớp
Gạch
Samôt
Gạch xốp
Gạch đỏ

130
195
130

Bảng phân bố nhiệt độ tại các lớp tiếp
xúc nền xe goòng
Giai
doa
n
I
II

24

tk

t1

t2

t3

t4

t

R
2
(m hC/Kca
kk
l)
113 105 102 100
1,29

10,8
4
275 160 113 100
1,117
13,2
1
2

115 11
5
300 30
0

q
Kcal/m2
h
10,84
167,73


Đồ án lò Silicát : Thiết kế lò Tunnel

III

500 50
0
IV 700 70
0
V
890 89

0
VI 890 89
0
VII 600 60
0
VIII 230 23
0

453 224 125 100

1,034

633 292 138 100

0,972

805 358 150 100

0,911

805 358 150 100

0,911

543 257 131 100

0,997

214 138 108 100

1,15

14,4
4
15,4
5
16,3
4
16,3
4
14,9
6
12,6
4

362,37
582,49
817,25
817,25
469,79
106,24

Nhận xét : Với cách chọn chiều dày của các lớp gạch
xây tường, ta thấy nhiệt độ phân bố ở lớp ngoài cùng
là hợp lí, nhiệt độ lớp ngoài cùng tối đa của tường ở
vùng nung là 66C , đảm bảo điều kiện làm việc an toàn.
VI.Cân bằng nhiệt:
Mục đích của quá trình cân bằng nhiệt là xác đònh lượng
nhiên liệu tiêu tốn trong 1 đơn vò thời gian, lượng nhiên liệu
này dùng để cung cấp năng lượng cần thiết để đốt nóng

vật liệu theo đương cong nung.
Gọi B(kg/h) là lượng nhiên liệu tiêu tốn cho quá trình đốt
nóng và nung.
1.Lượng nhiệt thu :
1.1.Nhiệt cháy của nhiên liệu:
Q1a  B.Qt kcal/h

Qt: nhiệt trò thấp của nhiên liệu Qt =9589,5 kcal/kg
Q1a 9589,5.B kcal/h
1.2.Nhiệt lý học của nhiên liệu:
Q2a  B.C nl .t nl

25