Mục Lục Phần mở đầu Đồ án lò Silicát: Thiết kế lò Tunnel : Phần tổng quan I : Tính toán thiết bị 10 V : Tính toán thiết bị phụ 30 Đồ án lò Sỉlỉcát: Thiết kế lò Tunnel CHƯƠNG I: PHẦN MỞ ĐAU I Giớỉ thiệu thiết bị nung công nghệ Sỉlỉcát: Phần lớn loại vật liệu gốm sứ phải trải qua khâu quan trọng trình nung Quá trình nung ảnh hưởng nhiều đến chất lượng sản phẩm Những thiết bị thực trình nung gọi lò nung Lò nung thiết bị nhận nhiệt từ trình cháy nhiên liệu cung cấp cho vật liệu nung Các lò nung vật liệu gốm sứ phải làm việc nhiệt độ cao Mục đích chủ yếu nhằm biến đổi trạng thái vật lí cấu trúc bên vật liệu Ớ nhiệt độ trình hóa lí xảy bên vật liệu làm thay đổi chất so với nguồn gốc thiên nhiên cũ giúp cho sản phẩm đạt yêu cầu kĩ thuật cần thiết Xét mặt lượng nguồn cung cấp nhiệt cho lò nung đa dạng Ngoài nguồn lượng truyền thông : củi , than ,dầu ngày công nghệ đại cho phép chung ta sử dụng nguồn lượng như: điện năng, sóng hồng ngoại Cùng với nguồn lượng có thiết bị phù hợp song giá thành cao nên chưa ứng dụng rộng rãi.Việc sử dụng nguồn lượng thiết bị phụ thuộc vào yêu cầu công nghệ, chất lượng sản phẩm tiêu kinh tế kĩ thuật II Phân loại: Có nhiêu loại thiết bị nung, dựa vào đặc điểm khác ta phân thành loại sau: Dựa theo chế độ làm việc :lò liên tục lò gián đoạn + Lò liên tục xác giai đoạn trình nung xảy thời điểm + Lò gián đoạn: giai đoạn nung xảy 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 đề tài: Đồ án lò Sỉlỉcát: Silicát: Thiết kế lò Tunnel Có nhiều loại sản phẩm gạch ngói, để đơn giản trình tính toán , ta chọn sản phẩm nung làCHƯƠNG loại gạchII: lỗ PHẦN TổNG QUAN Đất sét ủ Bãi ủ nhà IlI.Các biến đổi hóa lí trình nung: i Thùng lường phôi liệu Trước hếtMáy ta xác định khoảng nhiệt nhào đùn liên hợp cóđộ cần đạt tới : trình nungịgạch Máy nhào đùn liên hợp có hút chân không ' Cán thô hút chân không Để ước tính nhiệt độ nung gạchị , ta dựa vào giản đồ : pha cấu tử hệ iSÌO2-AI2O3ị ' Cán mịn : i Tạo hình có ép gạch tào Ép tạo gạch lỗ ! Nhàotrộn T : ị T Thùng lường trung gian : ị =19,38% ; sấy I Ta qui % riêng SiƠ2 =73% cấu tử ị II Giởi thiệu sản phẩm yêu cầu kĩ thuật: Sản phẩm gạch ngói nguyên liệu công trình xây dựng.Nguyên liệu đất sét Hầu hết loại đất sét có đủ độ dẻo tạo hình có gạch.Tuy , để gạch ngói có chất lượng cao nguyên liệu cần Điểm biểu diễn hệthể trêndùng giản làm đồ pha điểm nhiên M có độ ổn định , không chứa muôi tan, muôi sunfat CaCƠ3 dễ tạo vết nứt chân chim thủy hóa làm vật liệu dãn nở Theo giản đồ pha điểm bắt đầu xuất pha lỏng điểm otecti nhiệt độ 985°c Sau , lượng pha lỏng bắt đầu tăng dần theo nhiệt độ Các loại sản phẩm công nghệ sản xuất tương đôí đơn giản , có tính chất kĩ thuật phù hợp với yêu cầu công trình xây dựng giá thành tương đôi thấp 43 Đồ án lò Sỉlỉcát: Thiết kế lò Tunnel Thực chất giản đồ pha công cụ cho phép dự đoán ước lượng nhiệt độ nóng chảy vật liệu lượng pha lỏng tạo thành Từ , ta giới hạn thí nghiệm để tìm xác nhiệt độ nung thích hợp.Bởi trình giản đồ pha trình kết tinh oxít tinh khiết trình thuận nghịch, diễn vô chậm.Thực tế thân thành phần cấu tử không tinh khiết đánh gia'hê"t thành phần phôi liệu đặc biệt Fe203 Vì yêu cầu độ bền ĩ sô" yếu tô" kĩ thuật khác sản phẩm gạch ngói không cao nên để giảm nhiệt độ nung cho sản phẩm ta sử dụng loại đất sét có hàm lượng châ"t chảy cao, đặc biệt oxit sắt Fe2ơ3 Từ thực nghiệm thực tê" nhiệt độ nung khả thi cho sản phẩm gạch ngói 950 1050°c Ớ khoảng nhiệt độ , vớinhững loại đất sét có nhiều châ"t Fe2ơ3 lượng pha lỏng tạo đủ lớn để làm rắn khôi vật liệu chảy ,đặc biệt Qua'trình , chê" độ nung phụ thuộc vào đường cong nung phôi liệu Ta sử dụng kết trình phân tích nhiệt vi sai DTA , DG để xác định nhiệt độ xảy trình hóa lí bên phôi liệu kết hợp với trình thực nghiệm để xây dựng đường cong nung cho phôi liệu Trong đâ"t sét có nhiều khoáng, mâ"t nước có tính châ"t biến đổi nhiệt tương tự khoáng caolinhit nên đường cong DTA sai lệch chút nhiệt độ mức độ xảy hiệu ứng nhiệt.Do ta phân tích đường cong DTA khoáng Caolinhit làm đại diện đặc trưng cho đâ"t sét + 100-200°c :giai đoạn sây.Các dạng nước liên kết lí học tách liệu.Sản phẩm co ngót mạnh ,cần lượng không khí dư lớn giúp tách ẩm khỏi phôi + 200-400°C :cháy hết chât hữu có lẫn đất sét Phân hủy sunfit(đáng kể pyrit sắt FeS).Cacbon lẫn đât sét cháy, tạo khí C0 gây nở sản phẩm :biê"n đổi thù hình quắc làm tăng thể tích , gây nứt vỡ sản phẩm Đồ án lò Sỉlỉcát: Thiết kế lò Tunnel 700-900°C Gạch + kết :phân hủy cacbonat canxi Pha khí C0 bay hơi, hoạt hóa , có khả phản ứng với khoáng đất sét pha rắn khôi nhờ pha lỏng xuất (850-900) nguyên liệu chứa nhiều tạp chất dễ chảy, FeO.FeO dễ chảy Fe203 nhiều.Trong đất sét , FeO tạo thành môi trường khử, trưòng hợp gạch có màu xanh 900-1050°C :phá hủy cấu trúc nhóm mica có lẫn nguyên sinh từ spinel cristobalit theo phản ứng 3(A12Ơ3 Si02) đất sét Hình thành vậy, thành phần khoáng gạch gồm khoáng hệ hệ Ca0-Al203-Si02.Nhưng cường độ gạch có chủ yếu nhờ pha lỏng Trên hình vẽ 1100-1200 mulít Àl203.2Si02 + Siơ2 Như Từ lại Si0 , hiệu ứng nhiệt thứ (thu nhiệt) khoảng nhiệt độ 500 đường cong DTA tương ứng với nước liên kết hóa học , đồng thời caolinhit chuyển thành dạng mêta caolinhit với cấu trúc tinh thể không rõ ràng.Sự nước khẳng định rõ nhờ thể tổn thất trọng lượng đường cong GTA Hiệu ứng nhiệt thứ (tỏa nhiệt) khoảng nhiệt độ 950°c tương ứng với trình phân hủy meta caolinhit thành oxít mulít nguyên sinh ,mulít thứ sinh hình thành cristobalit, với xác suất với tạo thành khoáng IV Lựa chọn kiểu lò: Nung giai đoạn quan trọng để sản phẩm đạt yêu cầu kĩ thuật Để nung sản phẩm , ta sử dụng nhiều loại lònhư :lò lửa đảo , lò vòng , lò Tunnel Lò lửa đảo lò vòng có nhược điểm :tôn nhiều lượng , cho suất thấp ,cho chất lượng sản phẩm không đồng đều.Ngoài , đôi với loại lò Đồ án lò Silicát: Thiết kế lò Tunnel Chênh lệch nhiệt độ theo chiều cao lò giảm so với loại lò khác nên cho sản phẩm có hình dạng ,ổn định Năng suất cao , chất lượng sản phẩm tốt Dễ dàng thực trình tự động hóa để nâng cao suất Nhưực điểm lò Tunnel: Chí phí đầu tư lớn Chiếm diện tích mặt Khó thay đổi chế độ nhiệt, nung tốt loại sản phẩm Nguyên lí hoạt động lò: Lò Tunnel thiết bị nung hoạt động liên tục ,vật liệu chuyển động ngược chiều với khói lò theo chiều dài lò Theo chế độ nhiệt ,lò Tunnel chia làm ba vùng: vùng sấy đốt nóng, vùng nung , vùng làm nguội ^ỊỊỊ Nhiên liệu t ỉ ỉ í Lò Tunnel nung sứ vệ sinh Trên sơ đồ lò Tunneĩ dạng đơn giản :hầm tunnel thẳng , vật liệu xếp xe l.ưu điểmchuyển lò động Tunnel: goòng đường ray , ngược chiều với không khí lạnh không khí 87 Đồ án lò Sỉlỉcát: Thiết kế lò Tunnel lạnh đốt nóng lên sau làm nguội sản phẩm chuyển sang vùng nung tham gia vào trình cháy Ớ vùng nung nhiên liệu cung cấp thông qua bét phun bên tường Ớ vùng nung , nhiệt độ vật liệu đạt giá trị cao sản phẩm cháy chuyển sang vùng đốt nóng gặp xe goòng chứa mộc vào lòvà đốt nóng dần lên trước xe goòng vào vùng nung Khói lò thải qua quạt hút dẫn vào ông khói V Thuyết minh lựa chọn nhiên liệu: Ta sử dụng loại nhiên liệu rắn, lỏng khí để đốt lò Đôi với nhiên liệu rắn , ta dùng than, Đôi với nhiên liệu lỏng ,ta dùng loại dầu ,khí hóa lỏng Đôi với nhiên liệu khí ,ta dùng gaz Ta không sử dụng nhiên liệu khí chi phí cao , không phù hợp cho công nghệ sản xuất gạch ngói Sử dụng loại nhiên liệu rắn cụ thể than phù hợp trình vận chuyển khó, dễ thất thoát Hơn nữa, cấu lò đốt than phức tạp ô Đồ án lò Silicát: Thiết kế lò Tunnel CHƯƠNG III: PHẦN TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH I Đặc điểm giai đoạn nung : Dựa vào đường cong nung , ta chia thành vùng gia nhiệt sau : Giai đoạn ( 30 -200°C): Thời gian nâng nhiệt 5,5h Tốc độ nâng nhiệt 31°c/h Mộc từ lò sấy vào có độ ẩm 4% nên giai đoạn chủ yếu trình sấy để tách hoàn toàn nước lý học Nhiệt độ nâng lên chậm phôi liệu chủ yếu đất sét dẻo nên có co ngót mạnh sấy , dễ gây nứt vỡ sản phẩm Giai đoạn ( 200 -400°C): Thời gian nâng nhiệt 4h Tôc độ nâng nhiệt 25°c/h 10 Đồ án lò Sỉlỉcát: Thiết kế lò Tunnel Đây giai đoạn tách nước hóa học đốt cháy tạp chất hữu Đất sét có hàm lượng chất hữu đáng kể, cháy để lại lỗ xốp sản phẩm gây nên co , nứt sản phẩm Giai đoạn ( 400 -600°C): Thời gian khoảng nâng nhiệt 5h Tôc độ nâng nhiệt 25°c/h nhiệt độ 550-600°C có biến đổ thù hình SiƠ2 p - quartz —» a - quartz , kèm theo biến đổi thể tích đột ngột gây biến dạng ,nứt vỡ sản phẩm ,do ta cần không chế nhiệt độ tăng từ từ Giai đoạn ( 600 -800°C): Thời gian nâng nhiệt 4,5h Tốc độ nâng nhiệt 22,2°c/h Ớ giai đoạn pha lỏng bắt đầu xuất Giai đoạn ( 800 -980°C) giai đoạn ( 980 -800°C): Thời gian nâng nhiệt 7h Tôc độ nâng nhiệt 25,7°c/h Đây giai đoạn lưu nhiệt ,ở giai đoạn pha lỏng xuất nhiều để thực trình kết khôi có mặt pha lỏng Giai đoạn cần tốc độ nâng nhiệt chiều dài giai đoạn dài để tạo khoảng thời gian lưu nhiệt cần thiết cho trình kết khôi để tránh gây biến dạng sản phẩm lúc pha lỏng sinh nhiều Ngoài giai đoạn xảy trình phân hủy tạp chất cacbonat sinh khí , ta cũmg cần ý thời gian lưu nhiệt đủ lâu khí thoát ó.Giai đoạn ( 800 -400°C): Thời gian hạ nhiệt 5h Tốc độ hạ nhiệt 80°c/h 11 Đồ án lò Silicát: Thiết kế lò Tunnel Đây giai đoạn làm nguội nhanh để ổn định khoáng pha thủy tinh sản phẩm, tạo cho sản phẩm có độ bền định Ớ 573°c biến đổi thù hình Quắc ??? làm nguội chậm ??? 7.Giai đoạn ( 400-200°C): Thời gian hạ nhiệt 9h Tốc độ hạ nhiệt 22,2°c/h Il.Xác định kích thưởc lò: Xe goòng cấu tạo phần : + Phần khung thép hợp kim chịu nhiệt tốt , phía cấu chuyển động bánh xe đường ray Chiều dài xe goòng : 2,4 m Chiều rộng xe goòng : m Chiều cao xe goòng :0,8m 12 Đồ án lò Silicát: Thiết kế lò Tunnel Chiều dày lớp vật liệu xe : 130+195+130 = 355mm Chiều cao xếp gạch : 1,35 m Thể tích chứa xe goòng Vo = 2,4 X X 1,35 = 9,72 m3 Mật độ xếp gạch p = 0,8 T/m3 , suy sức chứa xe goòng 7,8 T/ m3 2.SỨC chứa lò : Năng suất 20 tr viên/năm viên gạch lỗ có khôi lượng 1,5 Kg Khôi lượng gạch lò hàng năm ( khôi lượng khô) 1,5 X 2.1 o6 = 30.1 o6 Kg/ năm năm lò làm việc 350 ngày = 8400 h , chu kì nung khôi lượng gạch lò : 30.106 x46 _ -— -= 164286 Kg/lò 8400 Độ ẩm vào lò : 4% , khôi lượng vật liệu ẩm mư = = 171131 Kg/lò (1 -w) Lượng nung phôi liệu 6,5% , khôi lượng phôi liệu chưa nung mn = -—H- = 183028 Kg/lò 13 Đồ án lò Silicát: Thiết kế lò Tunnel Bảngkhác phâncó chiachiều giai đoạn!4nung chiềuđểdàikhí lò : lò di chuyển tốt cần xếp tạo rãnh rộng viêntheo gạch theo chiều dài lò Kích thước lò: Sự tiếp xúc xe goòng bên tường lò phải đảm bảo khoảnh cách hợp lí để xe goòng không va chạm với tường không lớn tránh nhiệt truyền xuống lò Ta chọn khoảng cách xe goòng vách lò 25 mm , chiều rộng bên lò B| = 3000+25x2=3050 mm Dựa vào kết cấu thực tế khung xe goòng , khả chịu tải làm việc xe mà ta tính toán áp lực đặt lên xe goòng hợp lí Theo thực tế, ta chọn chiều cao xếp gạch l,35m Chọn khoảng cách từ sản phẩm đến chân vòm 100 mm , chiều cao từ xe IlI.Cấii tạochân lò : vòm Hi = 800 + 1350 + 100 = 2250 mm goòng đến Để lò cách nhiệt tốt xe goòng phải bô" trí liên tục , tiếp xúc lò: xe Gồm goòng phải đảm bảo ăn khớp , cần tránh va chạm Ta 1.Tường lớp chọn khoảng cách xe goòng 20 mm Chiều dài lò L] = 2400x25 + 20x24 = 60480mm a Lởp cùng: Tính thêm chiều dài cho cửa lò , buồng chờ ta chọn chiều dài lò 63m Ta sử dụng gạch chịu lửa Samốt loại A theo TCVN có ưu điểm sau: TỐClửa độlớn chuyển động trung bình xe goòng : -Có độ chịu Vtb = L|/T = 63/46 = 1,37 / h dạng tải trọng cao 1300°c -Nhiệt độmbiến -Độ xôp lớn nên cách nhiệt tốt Sô" xe goòng lò h Nxg = 1,37/2,4 =0,566 -Tương đôi rẻ so với loại vật liệu chịu lửa khác Sô" xe goòng lò ngày : 0,53x46 = 27,4 xe goòng Ta chọn chiều dày lớp vật liệu chịu lửa Cho vùng nung 345mm Các xe goòng đẩy hệ thông pitông nằm đường ray theo chê" gián đoạn Cho vùng sấy , đốt nóng vùng làm nguội 230mm 14 15 Đồ án lò Sỉlỉcát: Thiết kế lò Tunnel b Lớp gạch xổp cách nhiệt: Ta sử dụng loại gạch Samôt xôp Ta chọn chiều dày lớp gạch cách nhiệt Cho vùng nung 460mm Cho vùng sấy , đốt nóng 230 Cho vùng làm nguội 345mm Các đặc điểm chính: -Hệ số dẫn nhiệt: X = 0,24 + 20.10'5t kcal/mh°C = 0,21 kcal/kg°C -Khôi lượng riêng y = 0,95 T/m3 -Độ chịu lửa 1300- 1400°c -Nhiệt độ biến dạng tải 850-970°C c Lổp gạch xây dựng: Lớp gạch xây dựng nằm có mục đích để gia cô" cho tường lò thêm vững giảm thất thoát nhiệt môi trường xung quanh Ta chọn chiều dày cho lớp gạch xây dựng 230mm cho vùng Các đặc điểm chính: -Hệ sô dẫn nhiệt: À = 0,4 + 44.10"5t kcaĩ/mh°C = 0,21 kcal/kg°C -Khôi lượng riêng y = 1,6 T/m3 -Độ chịu lửa 500-600°c 16 Đồ án lò Sỉlỉcát: Thiết kế lò Tunnel VÒI11 Lò: Phần lớn lò nung sản phẩm gôm sứ thường dùng lò có vòm vòng cung Trong trình làm việc có dao động nhiệt lớn gây tượng co dãn , vòm vòng cung có độ cong nhât định nên đảm bảo cho lò vững Vật liệu thường sử dụng cho vòm lò nung gôm sứ vật liệu chịu lửa Đinat Bởi gạch Đinát có đặc tính ưu việt hệ sô dãn nở nhiệt thấp.Do trình làm việc , vòm lò chịu ứng suất dãn nở thể tích gạch Tuy nhiên , đôi với lò thiết kế, ta sử dụng vật liệu xây vòm vật liệu Samốt chịu lửa nhiệt độ làm việc lò không cao (980) lúc lớp gạch chịu lửa chưa có biến dạng , lò làm việc liên tục nên bị sốc nhiệt Lớp lớp vật liệu Samốt chịu Lớp Samốt xốp cách nhiệt lửa Bên lớp gạch xây dựng vơi lớp bê tông chịu nhiệt để giữ cho vòm lò vững Trước xây gạch , cần phải chuẩn bị mái khuôn làm gỗ.Vòm xây dùng nhiều lò có khích thước không lớn lắm, nhiệt độ làm việc không cao, cấu trúc đơn giản Để giữ cho vòm chắc, vòng gạch có viên gạch khóa đỉnh vòm Ta sử dụng loại gạch búa để xây vòm, bên tường sử dụng gạch chân vòm để tạo vững cho vòm Nền lò: Với cách nhiệt tốt để đảm bảo độ bền cho khung xe goòng đường ray nhiệt độ xe goòng không cao Do , vật liệu làm lò không đòi hỏi cao kĩ thuật, ta sử dụng bê tông chịu chiệt IV Tính toán trình cháy nhiên liệu l.Nhiệt trị thấp nhiên liệu : 17 Đồ án lò Sỉlỉcát: Thiết kế lò Tunnel Qt tính theo công thức sau Qt=81%c + 246%H - 26(S - O) = 9589,5 kcal/kg Lưựng không khí lí thuyết cần cho trình cháy : tính theo công thức : 0,0889%c + 0,265%H + 0,033(S - O) = 10,42 m /Kg Vì nhiệt độ không khí lò lớn nên ta bỏ qua hàm ẩm không khí Lưựng không khí tiêu tôn thực tế : Nếu dùng lượng không khí lí thuyết để đốt nhiên liệu trình cháy xảy không hoàn toàn Do ta dùng thêm lượng khí dư, lượng khí dư đánh giá hệ sô" không khí dư a Hệ sô" không khí dư a phụ thuộc vào nhiều yếu tô" :bản châ"t nhiên liệu, bét phun, câu tạo lò , ông dẫn khí Nêu a lớn giúp cho trình cháy triệt để, tiết kiệm nhiên liệu Làm giảm nồng độ khí độc Nhưng a lớn làm cho trình cháy bị mâ"t nhiệt, giảm xạ nhiệt.Ngoài phải tiêu tốn nhiều lượng để đô"t nóng không khí dư Tham khảo tài liệu nghiên không khí ta chọn a =1,1 cứu dư đôi với a nhiên liệu từ dầu mazút 1,1 , hệ sô" -1,2 =11,52 m3/Kg Thành phần lượng sản phẩm cháy: Theo công thức tính toán lí thuyết, rco = 0,01867%c =1,615 m3/Kg ta có: 18 v kt Đồ án lò Silicát: Thiết kế lò Tunnel vb = Vco, + %C0 Vso, +2 =12,71% V„,o + v0, +v„, =12,709 m3/Kg %S0thải: Thành phần khí = 0,165% Thành phần khí tính theo công thức: %02thải =1,729% %v = 2í-100% %N =71,626% V %H20 =13,77% Nhiệt độ cháy nhiên liệu: iy : hàm nhiệt tổng sản phẩm cháy ,KCal/m ị =QL + £J^ + £JJỊỂKKCal/m va va va Ta bỏ qua hàm nhiệt không khí nhiên liệu không đáng kể so với hàm nhiệt trình cháy zv 2- V =Q- = 754,544 KCal/m3 a Tra bảng hàm nhiệt sản phẩm cháy nhiệt độ 1800°c 1900°c Từ kết ta có 19 Chiều dày lớp vật liệu xây tường(mm) nhiệt độĐồ Đồ Đồán án ánlò lòlòSỉlỉcát: Silicát: Sỉlỉcát:Thiết Thiết Thiếtkế kếkếlò lòlòTunnel Tunnel Tunnel Các lớp vật liệu sử dụng cho xe goòng: theo kết i|[...]... của nhiên liệu vì không đáng kể so với hàm nhiệt của quá trình cháy zv 2- V =Q- = 754,544 KCal/m3 a Tra bảng hàm nhiệt của sản phẩm cháy ở nhiệt độ 1800°c và 1900°c Từ kết quả trên ta có 19 Chiều dày lớp vật liệu xây tường(mm) nhiệt đ Đồ Đồ Đ án án ánlò lòlòSỉlỉcát: Silicát: Sỉlỉcát :Thiết Thiết Thiếtkế kếk lò lòl Tunnel Tunnel Tunnel Các lớp vật liệu sử dụng cho xe goòng: theo kết quả trên thì i| ... Đ án án ánlò lòlòSỉlỉcát: Silicát: Sỉlỉcát :Thiết Thiết Thiếtkế kếk lò lòl Tunnel Tunnel Tunnel Các lớp vật liệu sử dụng cho xe goòng: theo kết i|