Thiết kế lò con thoi lửa đảo nung sứ mỹ nghệ, dung tích 12 m3, nhiệt độ nung 1250oc

Đồ Án Môn Học

GVHD: TS. Nguyễn Thành Đông

Mục Lục
Mở Đầu..............................................................................................................2
Chương 1: Tính Toán Kích Thước Lò...............................................................3
1.1 Lựa chọn sản phẩm và nội thất lò............................................................3
1.2 Tính toán xe goòng..................................................................................3
1.3 Tính toán kích thước lò...........................................................................4
Chương 2: Xây Dựng Đường Cong Nung........................................................5
2.1 Thuyết minh............................................................................................5
2.2 Đường cong nung....................................................................................6
Chương 3: Tính Toán Quá Trình Cháy Nhiên Liệu...........................................7
3.1 Tính nhiệt trị của nhiên liệu....................................................................7
3.2 Tính lượng không khí cần thiết...............................................................7
3.3 Thành phần sản phẩm cháy.....................................................................8
Chương 4: Thiết Lập Cân Bằng Nhiệt..............................................................9
4.1 Nhiệt cung cấp.........................................................................................9
4.2 Nhiệt tiêu tốn.........................................................................................12
4.3 Lượng nhiên liệu tiêu tốn......................................................................18
Chương 5: Tính Toán Các Thiết Bị Phụ Trợ...................................................20
5.1 Tính toán vòi đốt...................................................................................20
5.2 Nhiệt thu được từ quá trình làm nguội..................................................20
Tài Liệu Tham Khảo...................................................................................21

1


Đồ Án Môn Học

GVHD: TS. Nguyễn Thành Đông

Mở Đầu
Gốm sứ là một loại vật liệu không quá xa lạ với con người, chúng cực kỳ
đa dạng và phong phú về chủng loại và mẫu mã sản phẩm. mỗi loại có yêu
cầu và phạm vi sử dụng riêng. Sứ mỹ nghệ là một sản phẩm gốm sứ, thường
được sử dụng để trang trí, trưng bày, đôi khi chúng sử dụng trong sinh hoạt
hằng ngày. Để có được sản phẩm sứ mỹ nghệ có tính thẩm mỹ cao cùng với
tính năng kỹ thuật khác thì khâu sản xuất cần phải được chú trọng để đảm bảo
yêu cầu đưa ra.
Nhiệm vụ thiết kế đồ án môn học của em
“Thiết kế lò con thoi lửa đảo nung sứ mỹ nghệ, dung tích 12 m3,
nhiệt độ nung 1250oC”
Nội dung tính toán thiết kế bao gồm 6 chương:
Chương 1: Tính toán kích thước của lò
Chương 2: Xây dựng đường cong nung
Chương 3: Tính toán quá trình cháy nhiên liệu
Chương 4: Thiết lập cân bằng nhiệt của lò nung
Chương 5: Tính toán các thiết bị phụ trợ cho lò
Trong quá trình thực hiện đề tài được sự giúp đỡ, chỉ bảo tận tình của
thầy Nguyễn Thành Đông, em đã hoàn thành đề tài đúng thời hạn. Tuy nhiên,
trong quá trình thực hiện đề tài này không tránh khỏi những thiếu sót, kính
mong thầy giáo xem xét, góp ý để đồ án của em được hoàn thiện hơn.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy đã trực tiếp hướng dẫn, sát
sao em thực hiện đề tài này.

2


Đồ Án Môn Học

GVHD: TS. Nguyễn Thành Đông

Chương 1: Tính Toán Kích Thước Lò
1.1 Lựa chọn sản phẩm và nội thất lò
1.1.1 Lựa chọn sản phẩm nung
Sản Phẩm
Kích Thước (cm)
Lọ Hoa
HxD = 23x10
Tượng Phật
HxLxW = 26x10x6
Cốc
HxD = 10x8.5
1.1.2 Lựa chọn nội thất lò
Kích thước (cm)
Tấm kê
LxWxT = 52x49x1.2
LxWxH = 5x3x11
LxWxH = 5x3x25
Trụ Đỡ
LxWxH =5x4x28
1.2 Tính toán xe goòng
1.1.1 Kích thước hữu ích

Khối Lượng (Kg)
0.9
0.4
0.35

Khối lượng (Kg)
4
0.4
1.0
1.2

Loại vật liệu
SiC
SiC

Xếp 3 tấm kê theo chiều rộng xe goòng và 5 tấm kê theo chiều dài xe
goòng ta có:
Dài: 5x520 + 20x4 = 2680 (mm)
Rộng: 3x490 + 40x2 = 1550 (mm)
 Chiều cao khối xếp: m
1.1.2 Kích thước xe goòng
Chiều rộng: 1550 + 20x2 = 1590 mm.
Chiều dài: 2680 + 150x2 = 2980 mm.
Chọn khoảng cách từ nền đến bề mặt dưới khung kim loại là 370 mm.
Xây 5 lớp gạch cách nhiệt cao nhôm trên xe goòng, chiều dày của thép 5 mm.
Chiều cao: 5x65 + 5 = 330 mm
Chọn khoảng cách từ mép goòng đến ghế đẩu là 50 mm để làm zích zắc.
Xây xe goòng lồi ra ở lớp gạch thứ 1 và thứ 3 từ trên xuống. và lồi ra ở ghế
đẩu ở lớp thứ 2 và 4,5.
3


Đồ Án Môn Học

GVHD: TS. Nguyễn Thành Đông

Chọn kích thước kênh ngầm: làm ba kênh ngầm trên xe goòng (hai kênh
ngầm bên ngoài chiều rộng là 210 mm, kênh giữa 250 mm), chiều cao kênh
ngầm 3 hàng gạch: 5x65 = 195 mm.
Xếp sản phẩm:
 Mỗi một tấm kê xếp được: 28 tượng, 16 lọ hoa, 25 cốc.
 Một xe goòng xếp được: 3 tầng tượng, 4 tầng lọ hoa, 8 tầng cốc.
 Một xe goòng ta xếp được 3x15x28 = 1260 tượng
4x15x16 = 960 lọ hoa
8x15x25 = 3000 cốc
1.3 Tính toán kích thước lò
Chọn chiều dày tường lò, cửa lò, vòm lò 300 mm.
 Chiều rộng lò: 1590 + (50 + 200)x2 = 2090 mm.
 Chiều dài lò: 2980 mm
 Chiều cao lò tính từ mặt goòng 12 + 30 + 2890 +150 = 3082 mm

4


Đồ Án Môn Học

GVHD: TS. Nguyễn Thành Đông

Chương 2: Xây Dựng Đường Cong Nung
2.1 Thuyết minh
Giai đoạn chuyển tiếp 25 đến 300oC
Đây là giai đoạn tách nước liên kết vật lý trong sản phẩm. Trong giai
đoạn này nếu tốc độ nâng nhiệt lớn thì hơi nước trong lòng vật liệu chưa thoát
kịp sẽ tăng áp suất và có thể dẫn đến nứt, nổ sản phẩm. Vì vậy tốc độ nâng
nhiệt trong giai đoạn này phải đủ chậm.

Giai đoạn nâng nhiệt 300 đến 900oC
Trong sản phẩm xảy ra các quá trình tách nước hóa học, cháy các hợp
chất hữu cơ, phân giải các hợp chất cacbonat. Giai đoạn này có thể nâng nhiệt
nhanh hơn giai đoạn trước mà vẫn phải đảm bảo an toàn cho sản phẩm nung.
Môi trường nung là oxy hóa.
Giai đoạn hãm nhiệt oxy hóa 900 đến 1040oC
Mục đích hãm nhiệt với tốc độ nâng nhiệt chậm để cho các phản ứng
phân hủy có đủ thời gian để kết thúc hoàn toàn. Duy trình môi trường oxy hóa
mạnh.
Giai đoạn 1040 đến 1250 oC
Môi trường nung oxy hóa.
Giai đoạn lưu lửa trung tính từ 1250oC đến nhiệt độ nung cuối cùng
Trong giai đoạn này tốc độ nâng nhiệt độ nung rất chậm. Vào cuối giai
đoạn lớp men trên bề mặt sản phẩm đã chảy dàn đều và đạt độ bóng cao, sản
phẩm nung được kết khối hoàn toàn.

5


Đồ Án Môn Học

GVHD: TS. Nguyễn Thành Đông

2.2 Đường cong nung
Nhiệt độ - thời gian
1400

1200

1000

800

600

400

200

0

0

2

4

6

8

10

12

6


Đồ Án Môn Học

GVHD: TS. Nguyễn Thành Đông

Chương 3: Tính Toán Quá Trình Cháy Nhiên Liệu
3.1 Tính nhiệt trị của nhiên liệu
Chọn nhiên liệu khí hóa lò LPG Saigon petro 50/50
Thành phần
C3H8
C4H10
%V
51.5
47.5
Nhiệt trị làm việc của nhiên liệu

C5H12
1

= 25080.88 kcal/m3
3.2 Tính lượng không khí cần thiết
Thể
tích

Khí

Phương trình phản ứng

(%V)
C3H8 51.5 C3H8 + 5O2 = 3CO2 + 4H2O
C4H10 47.5 C4H10 + 6.5O2 = 3CO2 + 4H2O
C5H12 1
C5H12 + 8O2 = 3CO2 + 4H2O

Tổng 100
Lượng không khí khô lý thuyết

Lượng

Sản phẩm cháy

O2 cần
thiết

(m3)
CO2

H2O

257.50
308.75
8.00
574.25

154.5
190
5.0
349.5

206
237.5
6.0
449.5

m3
 Chọn hệ số dư α = 1.1
Lượng không khí khô thực tế
m3
 Chọn độ ẩm không khí là: 80%
Lượng hơi nước trong không khí ẩm
m3/m3
Lượng không khí ẩm cần thiết để cháy
m3/m3

7


Đồ Án Môn Học

GVHD: TS. Nguyễn Thành Đông

3.3 Thành phần sản phẩm cháy
Lượng sản phẩm cháy:
m3
m3
m3
m3
Tổng sản phẩm cháy:
m3
Thành phần sản phẩm cháy

Hàm nhiệt của không khí ở nhiệt độ 25oC
I = 7.79 (kcal/m3) [79,1]
Hàm nhiệt của khói lò

Kcal/m3
 Chọn hệ số pyromet
Kcal/m3
Tra đồ thị 2.2 [76-1]
Nhiệt độ thực tế là t = 1580 oC

8


Đồ Án Môn Học

GVHD: TS. Nguyễn Thành Đông

Chương 4: Thiết Lập Cân Bằng Nhiệt
4.1 Nhiệt cung cấp
4.1.1 Nhiệt cháy của nhiên liệu
kcal
(B là lượng nhiên liệu tiêu tốn)
4.1.2 Nhiệt lý học do nhiên liệu mang vào

Nhiệt dung riêng của các chất khí ở 25oC
kcal/m3.oC
kcal/m3.oC
kcal/m3.oC
Nhiệt dung riêng của nhiên liệu
kcal/m3.oC
 kcal
4.1.3 Nhiệt do không khí để cháy nhiên liệu
kcal
(Trong đó ikk =7.79 kcal/m3 ứng với nhiệt độ 25oC)

4.1.4 Nhiệt do nguyên liệu vào lò nung
Khối lượng của tượng:
1260x0.4 = 504 kg
Khối lượng lọ hoa:
960x0.9 = 864 kg
Khối lượng cốc:
0.35x3000 = 1050 kg
Tổng khối lượng sản phẩm:
504 + 864 + 1050 = 2418 kg
9


Đồ Án Môn Học

GVHD: TS. Nguyễn Thành Đông

Chọn nguyên liệu có thành phần hóa như sau:
NL
ĐS

SiO2

Al2O3+TiO2 Fe2O3

CaO

MgO

K2O

Na2O

MKN

Trúc

69

20.8

1.3

0.5

0.2

1.7

0.43

6.0

47.61

35.51

0.64

0.09

0.26

1.81

0.28

13.36

98.75

0.3

0.12

0.22

0

69.46

17.88

0.2

0.56

0.45

Thôn
CL

Yên
Bái
TA
Phú

0.35

0.12

Thọ
Fenpat
Lào

8.2

2.78

0.38

Cai
Chon thành phần phối liệu:
Đất sét: 25%

Cao lanh 40%

Thạch anh 10%

Fenpat 25%

Quy thành phần hóa học của nguyên liệu về 100% ta có:

MKNDS = 6%, MKNCL = 13.42%, MKNTA = 0.12%, MKNF = 0.38%

Khối lượng vật liệu vào lò nung
Kg
Nhiệt dung riêng của vật liệu
Kcal/kg.oC
Nhiệt do vật liệu mang vào:
kcal
4.1.5 Nhiệt do bộ phận vận chuyển vật liệu, nội thất lò mang vào
Thông số gạch cách nhiệt JM 26:
Nhiệt dung riêng kcal/kg.oC
10


Đồ Án Môn Học

GVHD: TS. Nguyễn Thành Đông

Khối lượng thể tích kg/m3
Thể tích lớp gạch cách nhiệt trên xe goòng:
m3
Khối lượng gạch cách nhiệt trên xe goòng
kg
Khối lượng lớp thép
kg
Khối lượng tấm kê
Một xe goòng có 240 tấm kê
 kg
Khối lượng trụ đỡ
Một xe goòng có 257 cái trụ 3x5x11

99 cái trụ 5x4x28
132 cái trụ 5x3x25
 kg
Nhiệt do bộ phận vận chuyển và nội thất mang vào lò

kcal
 Tổng lượng nhiệt thu được

kcal
4.2 Nhiệt tiêu tốn
4.2.1 Nhiệt tiêu tốn để bay hơi ẩm từ vật liệu
kcal
(trong đó kg)
4.2.2 Nhiệt tiêu tốn cho phản ứng hóa học
11


Đồ Án Môn Học

GVHD: TS. Nguyễn Thành Đông

 Nhiệt tiêu tốn để phân hủy khoáng chứa nước

kg

 kcal
 Nhiệt tiêu tốn để phân hủy cacbonat
Hàm lượng MgO trong phối liệu

Hàm lượng CaO trong phối liệu

 kcal
4.2.3 Nhiệt để nung nóng hơi nước đến nhiệt độ khí thải

Nhiệt dung hơi nước ở nhiệt độ khí thải tkt = 300 oC
C = 0.477 kcal/kg.oC
Lượng CO2 từ phối liệu khô
 Do MgCO3 phân hủy
kg
 Do CaCO3 phân hủy
kg
 Lượng nước hóa học trong phối liệu
kg
 kcal
12


Đồ Án Môn Học

GVHD: TS. Nguyễn Thành Đông

4.2.4 Nhiệt do CO2 từ phối liệu mang ra ngoài
Nhiệt dung riêng CO2 ở nhiệt độ khí thải kcal/kg.oC
kcal
4.2.5 Nhiệt do khói lò mang ra ngoài

Trong đó m3/m3

Tra hàm nhiệt của chất khí ở nhiệt độ tkt ta có:
kcal/m3, kcal/m3, kcal/m3, kcal/m3

 ikt = 101.19 kcal/m3
 kcal
4.2.6 Nhiệt nung nóng tường, vòm lò
Nhiệt độ trung bình của lò oC
Thông số kỹ thuật của bông gốm 1430 ở nhiệt độ oC
Độ dẫn nhiệt W/m.oC
Nhiệt dung riêng kcal/kg.oC
Khối lượng riêng kg/m3
Chia chiều dày bông gốm thành 5 phần bằng nhau mm
Ta có: m/h
h
Cứ sau một khoảng thời gian là thì nhiệt độ mặt trong tường lò tăng lên
o

C

Bảng phân bố nhiệt độ tường lò theo phương pháp smith
Thời

Tmt

T2

T3

T4

T5

Tmn

gian

0∆S

1∆S

2∆S

3∆S

4∆S

5∆S

(h)
13


Đồ Án Môn Học
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9

10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28

0.000
0.429

GVHD: TS. Nguyễn Thành Đông
25
78

25
25

25
25

25
25

52
25
25
0.858
131
39
25
1.287
184
78
25
1.716
237
112
52
2.145
290
145
72
39
2.574
343
181
92

51
3.003
396
218
116
63
3.432
449
256
141
78
3.861
502
295
167
94
4.290
555
335
195
111
4.719
608
375
223
129
5.148
661
416
252

148
5.577
714
457
282
168
6.006
767
498
313
188
6.435
820
540
343
209
6.864
873
582
375
229
7.293
926
624
406
251
7.722
979
666
440

272
8.151
1032
710
469
295
8.580
1085
751
503
315
9.009
1138
794
533
339
9.438
1191
836
567
359
9.867
1250
879
598
383
10.296
1250
924
631

404
10.725
1250
941
664
427
11.154
1250
957
684
449
11.583
1250
967
703
466
12.012
1250
977
717
481
Nhiệt độ mặt ngoài xác định theo công thức

25
25

25
25

25

25
25

25
25
25

29
33
39
46
54
63
73
83
94
105
115
126
137
149
161
174
185
198
209
222
234
247
259

269

26
27
29
30
32
35
37
39
41
41
43
45
47
49
52
54
56
59
61
64
66
68
71
73

Hệ số cấp nhiệt từ bề mặt tường ngoài cho không khí W/m2.oC
Ví dụ ở đoạn 5: oC
14

Đồ Án Môn Học

GVHD: TS. Nguyễn Thành Đông

Khi nhiệt độ mặt ngoài đạt 41oC thì tính lại α2 theo công thức:

W/m.oC
Nhiệt độ trung bình giai đoạn đốt nóng đến 1250 oC ở đoạn 23:
o

C

Tính toán tương tự ta có giá trị nhiệt độ trung bình ở bảng sau
Giai đoạn
Đốt nóng 25 – 1250
Lưu nhiệt 1250
Thể tích tường lò

Bông gốm 1430
544.9
621.1

Nhiệt độ tổn thất
40.375
67.167

m3
Thể tích cửa lò

m3
 Khối lượng tường, cửa lò
kg
 kcal
4.2.7 Nhiệt để nung nóng xe goòng
Thông số kỹ thuật của gạch cách nhiệt JM26 ở nhiệt độ trung bình oC
Độ dẫn nhiệt W/m.oC
Nhiệt dung riêng kcal/kg.oC
Khối lượng riêng kg/m3
Chia chiều dày gạch cách nhiệt thành 5 phần bằng nhau
m
Ta có m/h
h
15


Đồ Án Môn Học

GVHD: TS. Nguyễn Thành Đông

Cứ sau khoảng thời gian thì nhiệt độ mặt trong tăng lên oC
Bảng phân bố nhiệt độ theo phương smith
Thời gian

Tmt

T2

(h)
0∆S 1∆S

0
0
25
25
1
1.704
234
25
2
3.408
443
130
3
5.112
652
349
4
6.816
861
365
5
8.520
1070 524
6
10.224
1250 640
7
11.928
1250 783
Tính toán tương tự như mục 3.2.6

T3

T4

T5

Tmn

2∆S
25
25
25
78
187
209
315
382

3∆S
25
25
25
25
52
106
124
192

4∆S

25
25
25
25
25
39
68
82

5∆S
25
25
25
25
25
30
40
45

Bảng giá trị nhiệt độ trung bình
Giai đoạn
Đốt nóng 25 – 1250
Duy trì 1250


Cách nhiệt 1430
358.4
458.3

Nhiệt độ tổn thất

27.857
42.5

kcal
4.2.8 Nhiệt tích lũy tấm kê, trụ đỡ
kcal
4.2.9 Nhiệt tổn thất qua tường, cửa, vòm lò và xe goòng
 Nhiệt tổn thất qua tường, cửa và vòm lò
kcal
 Nhiệt tổn thất qua xe goòng
kcal
 kcal
4.2.10 Nhiệt để nung nóng vật liệu
 Nhiệt để nâng vật liệu từ 25 – 300oC
16


Đồ Án Môn Học

GVHD: TS. Nguyễn Thành Đông

kcal
 Nhiệt để nâng vật liệu từ 300 – 1040oC
kcal
 Nhiệt để nâng vật liệu từ 1040 – 1250oC
kcal
 kcal
4.2.11 Nhiệt tổn thất không tính toán hết

 Nhiệt tiêu tốn

kcal
4.3 Lượng nhiên liệu tiêu tốn
Theo định luật bảo toàn năng lượng


 m3

17


Đồ Án Môn Học

GVHD: TS. Nguyễn Thành Đông

Chương 5: Tính Toán Các Thiết Bị Phụ Trợ
5.1 Tính toán vòi đốt
Mỗi bên gần tường lò lắp 10 vòi đốt, khoảng cách giữa các vòi đốt 290
mm
Tổng số vòi đốt 20 cái
Mỗi một vòi đốt cung cấp m3
5.2 Nhiệt thu được từ quá trình làm nguội
kcal
kcal

18


Đồ Án Môn Học

GVHD: TS. Nguyễn Thành Đông

Tài Liệu Tham Khảo
1. Nguyễn Đăng Hùng, 2014, Lò Silicat, NXB Bách Khoa Hà Nội
2. Huỳnh Đức Minh, Nguyễn Thành Đông, 2009, Công nghệ sản xuất
gốm sứ, NXB Khoa Học Kỹ Thuật
3. Tập thể tác giả, 2006, Sổ tay quá trinh thiết bị tập 1, NXB Khoa học Kỹ
Thuật
4. G. Bicney Remey, 1994, Firing ceramic, World Scientific publishing
5.

19